كتب slag uses

يمثل التخلص من الخبث عند إنتاجه بكميات ضخمة مشكلة كبيرة، يمكن تداركها إذا استخدم كمادة خام في صناعات أخرى، أو إذا وجدت له استخدامات مباشرة في التشييد والزراعة. وبالإضافة إلى ذلك فإن استخدام الخبث يحافظ على الموارد الطبيعية للمواد الخام، ويجنبنا المشكلات البيئية التي قد تنتج عن التخلص من كميات كبيرة من النفايات، ولهذه الحلول قيمة اقتصادية عظيمة لما توفره من تكاليف التخلص من الخبث. نتناول في الفقرات القادمة الاستخدامات المتوفرة لكل نوع من الأخباث.

خبث الفرن العالى

الخبث الناتج من الفرن العالى أثناء استخلاص الحديد Blast Furnace Slag، يُنتج بكميات ضخمة ويُستغل بدرجة أكبر من أى خبث آخر. يحتوى هذا الخبث على سليكا وألومينا مصدرهما خامة الحديد، متحدة مع أكاسيد كالسيوم ومغنسيوم مصدرها الصهور المستخدم أثناء الاستخلاص. يخرج الخبث من الفرن سائلاً عند درجة حرارة 1500 ^هم تقريباً، كما هو مبين في شكل 2. ويمكن إنتاجه في ثلاث صور بتغيير طريقة التبريد.

خبث الفرن العالى المبرد في الهواء Air Cooled Blast Furnace Slag. ويُنتج بالسماح للخبث المنصهر بالتجمد في الظروف الجوية السائدة. وهو غالباً متبلور، ذو بنية شبكية (على شكل خلايا) أو فَجَويّة، بها فجوات ناشئة عن فقاعات الغازات التي كانت ذائبة فيه قبل التجمد. وبعد التكسير والغَربَلة إلى الأحجام المطلوبة، يستخدم الخبث كحصى وكتل مُكسَّرَة في العديد من التطبيقات. واستخداماته الرئيسية في التشييد للردم (رُكام) في أساسات الطرق، وكرُكام في الخلائط القارية (البيتومينية)، ويستخدم في خرسانة الأسمنت البورتلاندى، ولكبح السكك الحديدية (رضراض للسكة الحديد)، ورُكام تسقيف، وأوساط ترشيح في محطات معالجة مياه المجارى. ويستخدم أيضاً مادة خام في تصنيع الصوف المعدنى والأسمنت البورتلاندي والزجاج ومكيفاً للتربة لمعادلة الحامضية، ولإمداد التربة بعناصر تساعد على نمو النباتات.

خبث الفرن العالى المُحَبَّب Granulated Blast Furnace Slag. ويُنتج بتَسْقِيَة (إخماد) الخبث المنصهر بسرعة، بحيث تتكون مادة زجاجية (غير متبلورة) بها القليل من التبلور المعدنى. والأسلوب الأكثر شيوعاً هو التسقية في الماء، ويمكن استخدام الهواء أو مزيج منه مع الماء. ويحتوى زجاج الخبث على الأكاسيد الرئيسية في الأسمنت البورتلاندى، ولكن بنسب مختلفة من الجير والسليكا. وله خواص هيدرولية ممتازة، ويَشُك (يَجْمُد) بنفس طريقة الأسمنت البورتلاندى عند اتحاده بمُنشِّط مناسب مثل هيدروكسيد الكالسيوم.

ومن ثم، فالاستخدام الرئيسى للخبث المحبب هو كمادة أسمنتية. وتستخدم الأخباث المطحونة طحناً ناعماً في أسمنتات متنوعة، وتخلط في الأكثر مع الأسمنت البورتلاندى. وتمتاز هذه الأسمنتات بمقاومة محسنة لماء البحر والكبريتيات. ومن التطبيقات الأخرى لهذه الأخباث تثبيت التربة والأساسات، وصناعة الزجاج، ومادة تجيير زراعية (معالجة بالجير لمعادلة الحامضية)، وإنتاج كلنكرات الأسمنت البورتلاندى.

خبث مُمَدَد أو مُرَغَّى Expanded or Foamed Blast Furnace Slag. ويُنتج بمعالجة خبث الفرن العالى المُنصهر بكمية محدودة من الماء، أقل من تلك اللازمة للتحبيب. والمنتج الناتج ذو طبيعة شبكية أو فَجَوية أكثر من الخبث المبرد في الهواء، وأخف وزنا منه. وتتحدد خصائص الخبث الناتج بناءً على كمية المياه المستخدمة وأسلوب التبريد المستخدم، مما يعطى مواد تتفاوت بين الأخباث عالية التبلور فجوية البنية والمواد الزجاجية المشابهة للخبث المحبب. وقد طورت طرق متنوعة من الحفر والماكينات لخلط الماء مع الخبث المنصهر، مثل عملية التكوير pelletizing التي تكون كريات خبث عالى التزجج. والاستخدام الأكبر لهذا الخبث هو رُكام في الخرسانة خفيفة الوزن، ووحدات البناء المتميزة بخصائص عزل ومقاومة للحريق ممتازة. وتشمل الاستخدامات الأخرى صناعة حشو البناء خفيف الوزن، وتستخدم المواد الأكثر زجاجية للأسمنتات الخبثية. وقد أصبح استخدام خبث الفرن العالى مساوياً لإنتاجه في معظم البلدان الصناعية. وقد جعلت التطبيقات العديدة لأنواعه المختلفة المتنوعة، جعلته مادة قيمة ومورد مفيد جداً بدلاً من مجرد نفاية.

خبث صناعة الصلب

أخباث صناعة الصلب Steel Making Slags هي منتجات جانبية لمعالجة الحديد للحصول على نوع ورتبة مرغوبة من الصلب، ويتم ذلك في أفران مثل أفران المجامر المكشوفة والأفران الأكسجينية القاعدية والكهربائية. وتتكون أخباث صناعة الصلب في المقام الأول من سليكات الكالسيوم وفريتات الألومنيوم مع أكاسيد منصهرة للكالسيوم والحديد والمغنسيوم والمنجنيز. وتحتوى بعض الأخباث على أكاسيد حرة للكالسيوم والمغنسيوم، قد تتميه مصحوبة بزيادات كبيرة في الحجم. ويعاد استخدام كميات كبيرة من أخباث صناعة الصلب في الأفران حيث تُمثِّل مصدراَ للحديد والمواد الصهورة. ولأنها زُكام معدنى عالى الجودة، يستخدم العديد منها في كبح السكك الحديد والرصف القارى للطرق (السفلتة)، وفي الطرق غير المرصوفة للأساسات والجوانب، وللتقليل النحر. وتمنع قابليتها للتمدد من استخدامها في الخرسانة والتطبيقات المقيدة بأبعاد جاسئة لا يمكن تجاوزها بسبب التمدد. واستخدامها في الأساسات والحشو في الإنشاءات قد يحتاج إلى الاختيار بعناية، والتجهيز والتعتيق (الإزمان) قبل الاستخدام. وتشمل التطبيقات الأخرى مكيفات التربة أو الأسمدة وصناعة الأسمنت. ومع أن استخدامه ليس كاملاً مثل خبث الفرن العالى إلا أن القسم الأكبر من خبث صناعة الصلب المنتج عالمياً يجد استخدامات مناسبة.

خبث السبائك الحديدية

إن صناعة السبائك الحديدية، مثل السليكون الحديدي (فروسليكون) والمنجنيز الحديدي (فرومنجنيز) والكروم الحديدي (فروكروم) والنيكل الحديدي (فرونيكل)، هي الأصغرمن بين الصناعات الحديدية، ولذلك فالخبث المنتج منها يستخدم في تطبيقات محلية بالقرب من مصانع إنتاجه. وخبث السليكومنجنيز (ينتج منه 1,1 كجم خبث/كجم سليكومنجنيز) ذو تكوين زجاجي، وينتج عادة في كتل ضخمة، ويمكن استخدامه للأساسات الحبيبية وللحشو كمادة مالئة. وخبث الكروم الحديدي (ينتج منه 1,5-2 كجم خبث/كجم كروم حديدي)، وهو متاح في قطع كثيفة من 10إلى 15 سم ذات سطح فَجَوِى، ويستخدم في إنشاء الطرق. وخبث النيكل الحديدي (ينتج منه 3.1 كجم خبث/كجم نيكل حديدي) يحبب في الغالب ويستخدم في الأساسات والحشو، وتجرى حديثاً تجارب لاستخدام خبث النيكل الحديدي المحبب المنتج في صناعة الأسمنت عالي الألومينا. وأخباث السليكومنجنيز والكروم الحديدي تشبه خبث الفرن العالى المبرد في الهواء، إلا أنها أثقل (1800 إلى 2000 كجم/م3). والمواد المترشحة (النُضَاضَة) من أخباث السبائك الحديدية لا تحتوي عامة على تركيزات مؤثرة من مواد سامة

خبث النحاس

يفرغ خبث النحاس عادة من الفرن عند حوالي 1100 إلى 1300^هم، ولونه بعد تجمده أسود، وله مظهر حجري أو زجاجي. ويتغير وزنه النوعي مع محتوى الحديد من منخفض 2,8 إلى مرتفع 3,8. ويمكن استخدام العديد من الأخباث غير الحديدية مثل خبث النحاس والرصاص والنيكل بكفائة كمواد مُطِيلَة للأسمنت (بَزُّولان). وقد وجد أن الخلائط الأسمنتية الناعمة الطحن من خبث النحاس والنيكل والأسمنت البورتلاندي يمكن أن تستخدم كمادة رابطة لتثبيت الأساسات في إنشاء الطرق. وحتى يمكن استخدام هذه المواد لهذا الغرض لابد أن تكون مُزجَجَة وناعمة الطحن، ولا يجب أن يكون المحتوى الخبثي في المادة الرابطة عالٍ أكثر من اللازم، والأخباث المستخدمة كبزولان لابد وأن تكون منخفضة التفاعلية. وفي المناطق التي يتوفر فيها خبث النحاس، يشيع استخدامه لتثبيت السكك الحديدية. والاستخدام الرئيسي لخبث النحاس في تمهيد الطرق هو استخدامه للأساسات الحبيبية وللحشو الهندسي. وهذا يشمل التكسير وتصنيف المقاسات للوصول إلى تدميج ملائم. ومثل كافة الأخباث غير الحديدية لابد من مراجعة المشكلات المحتملة للمواد المترشحة (النُضَاضَة) قبل الاستخدام.

أخباث الرصاص والرصاص-خارصين والخارصين

نظراً لأن الرصاص والخارصين متلازمان في خاماتهما ومعالجاتيهما المتالورجية فإن أخباث الرصاص والرصاص-خارصين والخارصين ستعتبر مجموعة واحدة. وأخباث هذه المجموعة سوداء أو حمراء اللون وغير متماسكة وزجاجية وحروف جسيماتها ذات زوايا حادة، وأشكالها مكعبة. ووزنها النوعي عالٍ يصل إلى 3,6. والكميات المتاحة من هذه الأخباث صغيرة نسبيا، وتستخدم كحشو في الإنشاءات وفي الأساسات الحبيبية. ومما يرفع من تكلفة نقلها على أساس الحجم إلى المشروعات الإنشائية ارتفاع وزن وحدة الحجم منها، وإنتاجها في مناطق بعيدة عن المشروعات الإنشائية. تجرى حالياً دراسات لاستخدام خبث الرصاص الثانوى المنتج في الأفران الدوارة عند تحويل كبريتات الرصاص وأكاسيده الموجودة في البطاريات المستهلكة إلى رصاص فلزى، تجرى دراسات لاستخدامه في إنتاج كتل الخرسانة.

خبث النيكل

يتكون خبث النيكل من سليكات حديد، يستخرج ويُكوَّم ويترك ليبرد في الهواء، فيكون كلنكرات (مخلفات الحرق)، تكسر بعد ذلك وتستخدم حسب الحاجة. وزنها النوعي عالٍ نسبياً – 3,5.واستخدم هذا الخبث المنتج في "سِدبرى" بكندا لمدة تزيد عن ستين عاماً في تثبيت السكك الحديدية وأثبت كفائة عالية بحيث ينظر إليه كأفضل مادة استخدمت لهذا الغرض. فالخبث المجهز لهذا الغرض ثقيل ومتين وصلد وزاوي الشكل، ويُحشى جيداً تحت الشدادات العرضية للسكة الحديدية، مما يعطى تثبيت أفضل من المثبتات الصخرية. إلا أن ارتفاع وزنه النوعي يرفع من تكلفة نقله مقارنة بالصخر، ويحتاج لطاقة أكبر لتدميجه وفرشه تحت السكة الحديدية. يوفي هذا الخبث أو يفوق المواصفات المعتادة للمثبتات الصخرية في إنشاء السكك الحديدية. الاستخدامات الأخرى لخبث النيكل تشبه استخدامات خبث النحاس، وتستهلك كمية كبيرة منه في الحشو والأساسات.

خبث الفوسفور

في معظم مصانع الفوسفور، يصب الخبث المنصهر في حفر ويترك ليبرد في الهواء أو يرش بالماء على سطحه، ثم يكسر ويستخدم مثبتاً أو كابحاً للسكك أو رُكَام، وينتج كذلك محبباً ومُمَداداً. تحتوي معظم صخور الفوسفات على ما بين 30 إلى 200 جزء في المليون يورانيوم، ويخرج معظم اليورانيوم في خبث أفران الفوسفات، وقد وجد بالاختبار أن الإشعاع الناتج منه ضئيل جداً وغير ضار. واستخدامات هذا الخبث الحالية والمتوقعة تشابه إلى حد كبير خبث الفرن العالي. وتنحصر في ركام الخرسانة ومثبتات السكك والحشو والأساسات الحبيبية والخرسانة القارية (الأسفلتية) للخبث المبرد في الهواء، وفي صناعة الأسمنت للخبث المحبب، والركام حفيف الوزن للخبث الممدد.