طرح توجیهی بازیافت ضایعات سنگی سال 1400

در دهه های اخير رشد صنعتی و افزايش توليد و در نتيجه مصرف سبب كاهش سريع ذخاير طبيعی مواد خام و انرژی شده است. از طرف ديگر حجم بالای توليد سبب توليد مقادير زياد مواد باطله و ضايعات شده است كه اثرات منفی زيادی بر محيط زيست دارند. بسياری از كشورها و سازمان های بين المللی در زمينه كاهش ضایعات سنگی و استفاده مجدد از آنها فعاليت می كنند.

ضایعات سنگی و معدنی را می توان به عنوان مواد باقيمانده، باطله ها و يا مواد بی ارزشی كه بعد از استخراج و فرآوری مواد برای توليد محصول با ارزش بوجود می آيند در نظر گرفت. معيار ساده ای برای طبقه بندی باطله های معدنی توسط Harrison و همكارانش ارائه شده است در اين معيار چهار گروه وجود دارد كه شرح آنها به صورت زير است :

1. گروه 1) باطله هايی كه با كمترين ميزان فرآوری امكان استفاده از آنها به عنوان مواد مورد استفاده در ساخت و ساز وجود دارد، مانند باطله های با حجم زياد از كانيهای صنعتی. در اين مورد بازار مصرف در فاصله كمی از معدن قرار دارد ولی مقدار زيادی از باطله بايستی جابه جا شود.
2. گروه 2) باطله هايی كه به مقدار كمی فرآوری نياز دارند تا بتوان محصول با ارزشی توليد كرد. به عنوان مثال حذف ناخالصی های آهن از باطله های كوارتز و توليد ماسه سيليسی. مقدار زيادی باطله بايستی عمل آوری شود و در نهايت مقدار كمی باطله مجددا توليد می شود. بازار مصرف آن بزرگتر و گاهی بين المللی است.
3. گروه 3) باطله هايی كه حاوی مقادير كمی از مواد با ارزش هستند و به فرآوری بيشتر و گاهی پيچيده تری نياز دارند. عيب اين مواد اين است كه حجم زيادی باطله مجددا توليد و هزينه سرمايه گذاری نيز بالا است. در اين مورد بازار مصرف معمولاً بين المللی است.
4. گروه 4) باطله هايی كه حاوی مقادير خيلی كمتری از مواد با ارزش (فلزات) هستند و ساير موارد گروه 3 در مورد آنها نيز صادق است.

استفاده مجدد از ضایعات سنگی و معدنی از ديدگاه اجتماعی و زيست محيطی اهميت دارد اما انجام اين كار بايستی اقتصادی باشد و از طرفی مشكل تكنولوژيكی و محدوديت فنی نيز وجود نداشته باشد. فوايد استفاده مجدد از باطله ها عبارتند از :

• استفاده موثر از منابع و ذخاير
• كاهش مشكلات زيست محيطی
• افزايش سوددهی (افزايش درآمد و كاهش هزينه دفع باطله ها)
• ايجاد توسعه پايدار

عوامل موثر در توليد ضايعات سنگی

در هنگام استخراج باطله سنگی توسط عوامل زير ايجاد می شوند :

1. توسط دستگاه بلوک بر
2. توسط اره گروه های چند تيغه ای
3. توسط چكش
4. انواع مختلف ناپيوستگی ها و شكستگی های موجود در سنگ معدن
5. روند استخراج در جهت عكس شيب طبقات نباشد
6. استخراج معادن به روش انفجار
7. توسط دستگاه سيم برش هنگام برش سنگ

علاوه بر استخراج، قسمتی از باطله سنگها در كارخانجات فرآوری سنگ تزئينی تراورتن ايجاد می شود. به طور معمول حدود 35 درصد سنگ تراورتن در كارخانه فرآوری حين برش و تهيه پلاک به ابعاد كمتر از 10cm*10cm تبديل شده و به عنوان باطله تلقی می شود.

عوامل اصلی ايجاد ضایعات سنگی در كارخانه به شرح زير است :

• وجود شكاف هايی در كوپ (قله) سنگ، اين شكاف ها در حين برش گسيخته شده و باعث ايجاد باطله می گردد.
• به هنگام برش سنگ به ابعاد مشخص، قسمتهای زائد سنگ بريده شده و به صورت ضایعات در می آيد. لذا هرچه شكل كوپ سنگ به مكعب مستطيل نزديكتر باشد، ضايعات آن كمتر است.
• معمولاً پلاک هايی كه در كارخانجات سنگبری، استفاده می گردند يا توليد می شوند به علت بی دقتی در حمل، غالباً دچار شكستگی در لبه ها و يا ترک و خراش در سطح ساب خورده می شوند كه به معنای ايجاد باطله سنگهاست.

میزان توليد ضایعات سنگی در ايران

در ايران بيشترين ضایعات سنگی مربوط به سنگ گرانيت است و ضريب كوپدهی در معادن سنگ گرانيت حدود 40 درصد است. علت اين امر روش استخراج معادن گرانيت در كشور است كه فاصله زيادی با استانداردهای جهانی دارد.

در معادن سنگ نرم از جمله تراورتن با توجه به استفاده از روشهای مكانيزه، مقدار ضايعات كمتر می باشد و ضريب كوپدهی حدود 80 درصد است. در گذشته ضايعات سنگ تراورتن در معادن دپو می شدند ولی هم اكنون با افزايش قيمت سنگ، فرآوری اين ضايعات از نظر اقتصادی توجيه پذير شده است.

در كشور ايران 90 درصد ضايعات مواد نرم جهت توليد پلاک مورد استفاده قرار می گيرد. همچنين در معدن سنگ تراورتن دينگه كهريز همدان در مسير همدان – ملاير، بلوک های كوچكتر و با وزن حدود 7 تن كمتر جزء باطله سنگ محسوب می شود و از مواد زاید برای توليد سنگهای آنتيک و لقمه استفاده می گردد.

بخشی از ضایعات سنگی معمولاً هنگام استخراج معادن تراورتن ايجاد می شود به ويژه در مواقعی كه سنگ دارای كيلواژ، درزه و شكاف های نزديک به هم باشد، حدود 20% سنگ استخراج شده به صورت صورت سنگ لاشه و ضايعات محسوب می شود. اين مواد به عنوان محصولات جانبی معدن به حساب می آيند.

بازيابی و استفاده مجدد

در سالهای اخير استفاده از ضایعات سنگی معادن و كارخانه های فرآوری سنگ توسعه يافته است. از انواع اين كاربردها ميتوان به ساخت سنگ مصنوعی، پودر سنگ، مصنوعات سنگی، انواع سيمان و آسفالت های مخصوص و كف پوشهای سراميكی اشاره كرد.

بسته به نوع سنگ می توان از آنها استفاده های زيادی كرد. اگر باطله سنگ از نوع آذرين باشند كه سخت هستند ميتوان از آنها برای توليد سنگفرش استفاده نمود ولی اگر سنگها نرم باشند. مانند تراورتن می توان آنها را به پودر سنگ تبديل نمود يا از آنها برای تهيه سنگهای آنتيک كه در نماها استفاده می شود بهره برد. در ادامه به اين كاربردها اشاره می شود :

تولید پودر سنگ

در حدود 40 درصد (86 هزار مترمكعب در سال) از باطله توليد شده در استخراج روباز به صورت قطعات سنگی هستند كه در محل پيتهای قديمی، يا در بستر راهها و رودخانه ها و يا در مراتع و زمينهای كشاورزی دپو می شوند كه سبب ايجاد آلودگيهای زيست محيطی در وسعت زياد می شوند. اين مواد را ميتوان به عنوان ماده اوليه برای توليد پودر سنگ مورد استفاده قرار داد.

مراحل انجام فرآيند به صورت زير است :

• انتقال باطله سنگی توسط فيدر يا كاميون به سرند
• دانه بندی با سرند
• سنگ شكنی
• سرند كردن
• آسيا كردن
• سرند كردن مجدد
• بسته بندی

توليد سنگ مصنوعی

همانگونه كه گفته شد توليد سنگ شكسته و دانه بندی شده با توليد ذرات ريز مانند اسليت و همچنين ذرات گرد و غبار در سنگ شكن ها همراه است. اسليت موادی با اندازه ذرات بين 60 – 2 ميكرون هستند.

مهمترين مصارف مواد معلق سنگ آهک عبارتند از: كشاورزی، در پلاستيک سازی و كاغذسازی به عنوان پركننده، در صنايع آهن و فولاد به عنوان كمک ذوب، برای سولفور زدايی گازها و همچنين خنثی سازی فاضلابها.

برای آنكه بتوان اين مواد ريز و معلق را به محصولی قابل مصرف در صنايع مختلف تبديل كرد بايستی عملياتی مانند خشک كردن، سرند كردن، بسته بندی و … بر روی آن انجام شود. يكی از موارد كاربرد جديد برای ضایعات سنگی ساخت سنگهای مصنوعی است. مراحل مختلف توليد سنگ مصنوعی به صورت زير است :

• تهيه مواد اوليه و مخلوط كردن آنها با نسبت مناسب
• وارد شدن خوراک فرمولاسيون موردنظر به كارخانه
• استفاده از فشار خلا برای فشرده شدن مخلوط مواد اوليه و رزين و تهيه بلوكهای اوليه
• برش دادن بلوكهای اوليه به بلوكهای نازک تر
• سمباده زدن و صيقل كاری و پوليش برای ايجاد سطح صاف و براق در سنگ
• نقش زدن برای ايجاد طرح و رنگ در روی سنگ
• برش دقيق بلوكها برای تعيين دقيق ابعاد موردنظر و تهيه محصول نهايی

توليد مصنوعات سنگی

سنگهايی كه ضايعات آنها در توليد مصنوعات سنگی استفاده می شود

سنگ بسته به نوع میتوان از آنها استفاده های زيادی كرد. اگر باطله سنگ از نوع آذرين باشند كه سخت هستند ميتوان از آنها برای توليد سنگفرش استفاده نمود ولی اگر سنگها نرم باشند مانند تراورتن ميتوان آنها را به پودر سنگ تبديل نمود. يا از آنها برای تهيه سنگهای آنتيک كه در نماها استفاده می شود بهره برد.

معادن سنگ گرانيت 25 درصد معادن سنگ را تشكيل می دهند. در ايران بيشترين ضايعات سنگ مربوط به سنگ گرانيت است ضريب كوپدهی در معادن سنگ گرانيت حدود 40 درصد است. علت اين امر روش استخراج معادن گرانيت در كشور است كه فاصله زيادی با استانداردهای جهانی دارد.

در معادن سنگ نرم از جمله تراورتن با توجه به استفاده از روشهای مكانيزه، مقدار ضايعات كمتر می باشد و ضريب كوپدهی حدود 80 درصد است. در گذشته باطله سنگی تراورتن در معادن دپو می شدند ولی هم اكنون با افزايش قيمت سنگ، فرآوری اين باطله ها از نظر اقتصادی توجيه پذير شده است.

ضایعات سنگی تراورتن به علت مقاومت قابل قبول، سختی كم و قابليت ساب و برش، شكل پذيری، وجود تخلخل جهت چسبيدن كامل به ملات برای ساخت مصنوعات سنگی مناسب می باشند ضمن اينكه زيبايی ظاهر، بلوری بودن، سهولت دسترسی، تنوع رنگها، ارزانی نسبت به ساير سنگها و عدم امكان آلتره شدن ذخاير آن از مزايای ديگر سنگهای تراورتن است.

شرايط استفاده از ضایعات سنگی تراورتن در تولید مصنوعات سنگی

• قطعات سنگ بايستی از نظر وضعيت ميكرو تكتونيكی و وجود درزه و شكافها ارزيابی شوند.
• نظر گرفتن تجربه قطعات سنگ مورد نظر بايستی قابليت برش و سايش و مقاومت در جهات مختلف با در كارگر سنگبر
• سنگ مشاوره با استاد كار سنگ
• بررسی سطح صيقلی سنگ از نظر زيبايی و قيمت گذاری و بازاريابی
• شرايط فنی برش
• انجام آناليز كانی شناسی به روش اشعه مجهول در چند نمونه بارز جهت بررسی حضور كانی های رسی و كوارتز در سنگهای آهكی
• تهيه چند مقطع نازک از نمونه های ضایعات سنگی جهت بررسی تأثير پديده آلتراسيون در سنگ
• انجام محاسبات تعيين ذخيره دپوی باطله سنگی
• ارائه طرح های بهره برداری و بررسی فنی و اقتصادی
• بحث بر روی بهره برداری باطله ها كه در برابر قليايی ها مقاومند مانند آهک متراكم، دولوميت، مرمر، منيزيت و ماسه سنگهای آهكی.
• باطله سنگهايی كه در برابر قليايی ها مقاومند مانند آهک متراكم، دولوميت، مرمر، منيزيت و ماسه سنگهای آهكی برای توليد مصنوعات سنگی مناسب هستند.

آناليز شیمیایی ضایعات سنگی تراورتن جهت توليد مصنوعات سنگی به صورت زير است :
كربنات کلسیم CaCO3 ، سیلس SiO2 ، پیریت FeS2 ، دولومیت (CaCO3.MgCO3) ، رس Al2O3+Fe2O3 ، سولفات SO4 و مواد آلی

تأثير تنوع رنگهای سنگ در تولید مصنوعات سنگی

• سنگهای آهكی درشت و متبلور به دليل جلا و درخشندگی، در صورتيكه رنگهای شفاف داشته باشند از مرغوبيت بهتری برخوردارند.
• مقطع صيقل سنگهای آهكی با بافت اواوليتيک در مقطع صيقلی (سنگهای نمای تراش و صيقل خورده) در صورتیكه از رنگ شفاف و مناسب برخوردار باشند ممكن است زيبايی خاص داشته باشند.
• متن يكدست و يكنواخت در سنگهای آهكی ميكريتی مثل سنگ آهک های كرتاسه، ائوسن، و اليگوسن ايران (سازند قم، آسماری، جهرم) و سنگهای آهكی سازندهای مختلف ژوراسيک
• سنگهای آهكی دارای پوسته درشت مثل استراها به دليل اين كه ساختمان داخلی فسيلها در مقاطع مختلف در يک سطح صيقلی نمايش داده می شوند ممكن است نمای جذابی داشته باشند.

انواع مصنوعات ساخته شده از ضايعات سنگی

سنگ آنتيک (فانتزی)
سنگ آنتيک از قرار گرفتن قطعات شكسته سنگ و خرده سنگ كنار هم (باطله سنگ تراورتن) و چسباندن آنها با ملاتهايی كه پايه رزينی دارد توليد می شوند.

ايده پديد آمدن سنگهای آنتيک از آنجا شكل گرفت كه طراحان و آرشيتکتها به منظور هر چه زيباتر كردن فضاها اعم از فضاهای بيرونی و درونی ساختمانها و كف پوشها و محوطه سازی های بيرونی، نياز به سنگهايی با فاكتورهای ويژه ای داشتند.

ضمن اينكه پيشرفت صنعت ساختمان سازی و سليقه های مختلف، سنگهايی با طرحهای متنوع، قيمت مناسب و خواص فيزيكی و مكانيكی قابل قبول را اقتضا می كرد.

سنگ تراورتن به علت متخلخل بودن قابليت رنگ پذيری دارد و ميتوان اين سنگ را رنگ آميزی كرد، هرچه رنگ طبيعی سنگ تراورتن روشن تر باشد، رنگ كردن سنگ به مراتب راحتتر است. خرده سنگهای رنگ شده را به زيبايی در كنار هم چيده و به هم چسباند و ظاهری بسيار زيبا پديد آورد. مزيت سنگهای فانتزی (آنتيک) به شرح زير است :

• تنوع و زيبایی
• قابليت اجرا بر روی كليه سطوح
• سهولت توليد آن در اشكال و اندازه های دلخواه
• امكان اجرا در كليه فضاهای داخلی و خارجی ساختمانها
• داشتن جلوه های زيبا و دلنشين با طرحهای فانتزی
• همگونی با بيشتر مصالح ساختمانی از قبيل چوب، آجر و …

توليد سيمان های ويژه
در معادن آهک مقادير قابل توجهی از پودر سنگ آهک به عنوان محصول فرعی سنگ شكن ها توليد می شود. اين مواد ريز برای محيط زيست مضر هستند و چنانچه فيلتر نشوند سلامتی افراد را به خطر می اندازند. به همين دليل معمولاً با استفاده از فيلترهای خلا جمع آوری می شوند.

در فرآيند توليد آگرگاتهای دانه درشت اين ضایعات سنگی معمولاً 1% از كل را تشكيل می دهند اما چنانچه توليد آگرگاتهای ريز دانه تر موردنظر باشد ميزان توليد مواد فوق ريز به 5 – 2 % افزايش می يابد. يكی از كاربردهايی كه اخيرا پيدا شده است استفاده از آنها برای بهبود ويسكوزيته سيمان های مخصوص می باشد.

اين سيمانها دارای قابليت تغيير شكل بالايی هستند و از مقاومت بالايی بخصوص در مناطقی كه بارندگی در انها زياد است برخوردارند. بدين ترتيب مواد ريز حاصل از طرح های سنگ آهک ذخيره مناسبی برای استفاده در اين سيمانها می باشند.

اسليت يک سنگ متامورفيک فشرده است كه در نتيجه دگرگون شدن رسوبات ريز دانه با وجود آنكه تركيب اين سنگ به ناحيه تشكيل بستگی دارد، انواع مختلف اسليتها بر اساس رنگشان طبقه بندی می شوند.

رنگ اسليتها بر اساس تركيب و اندازه ذرات كلريت، دانسيته، ضريب جذب آب، قدرت پيوندی و… تغيير می كند. تركيب كانی شناسی اسليت شامل كوارتز، فيلوسيليكاتها (مانند كلريت و موسكويت) و ايليت می باشد.

تولید سنگ گيوتينی (سنگ لقمه) از ضایعات سنگی
در اين مصنوعات، سطوح سنگ به صورت شكسته شده و كاملاً طبیعی به نظر می رسد و مستقيماً از سنگهای كوپ يا لاشه معدنی بدون وارد شدن به سيستم قله بر سنگبری به دست می آيد.

سنگ لقمه كه بيشتر به صورت سنگ فرش برای محوطه سازی و كف سازی معابر بكار می رود علاوه بر زيبایی و تنوع رنگ، از دوام و مقاومت بسيار بالايی نسبت به ساير مصالح كفسازی (مانند بتن) برخوردار است، بطوریكه عمر آن را معادل چند صد سال می دانند.

لقمه های گيوتينی دارای تنوع رنگ نسبتاً بالايی است (سفيد، سياه، سبز، قرمز، قهوه ای، زرد و …) و از سنگهای نسبتاً سخت تهيه می شود. بنابراين با انجام مراحل خاص فنی بر روی ضایعات سنگی معادن (كه در ايران هم كم نيستند)،

ميتوان از آنها در تهيه سنگهای لقمه كه در مفروش كردن معابر، ميادين، پاركها، خيابانها و غيره سود جست. اين روش از ديدگاه اقتصای و اجرايی مزايای فراوانی نسبت به مفروشات كنونی (آسفالت، بتن، موزائيک، بلوكهای سيمانی و غيره) دارد.

توليد كاشی ها و کفپوش ها
با توجه به ساختار صفحه ای اسليت معمولاً آنرا به صورت صفحات نازک در پوشش كف و سقف و سنگفرش مصرف می كنند. با اين حال استخراج اسليت همواره با توليد حجم زيادی باطله ها و ضایعات سنگی به صورت لجن همراه است كه برای سيستم آبكشی مضر است و از آن برای پر كردن زمينهای خالی استفاده می شود.

Gonzalez و همکارانش روشهايی را برای كاهش اين باطله ها با استفاده مجدد از آنها و يا برش سنگ با ليزر ارائه كرده اند. آنها بر اساس اندازه ذرات اين باطله ها و ضایعات سنگی را طبقه بندی و كاربردهای آنها در صنايعی مانند سيمان، پركردن حفره های ريز در آسفالت كردن جاده ها و روكشی ديوارها را مشخص نموده اند.

يكی ديگر از مسايل مربوط به اين باطله ها خطرات ايجاد شده برای سلامتی كارگران در اثر تنفس ذرات به صورت گرد و غبار است. يكی از كاربردهای مهم ارائه شده استفاده از گل و لجن توليد شده در توليد كاشی و سراميک ها می باشد. در اين مورد يا خردايش و دانه بندی مجدد اين مواد از آنها در ساخت كاشی ها استفاده می شود.

توليد آسفالتهای ويژه
يكی از صنايع مهم توليدكننده آلودگی، صنعت توليد سنگ ماربل است. در حدود 70 درصد از اين كانی با ارزش طی عمليات استخراج، فرآوری و پوليش كردن تلف می شود. فرآوری كه حدود 30 درصد وزنی بلوكها را شامل می شود، به پودر تبديل شده و در بستر رودخانه ها دپو می شوند.

در حدود 40 درصد (86 هزار مترمكعب در سال) از باطله توليد شده در استخراج روباز به صورت قطعات سنگی هستند كه در محل پيتهای قديمی، يا در بستر راهها و رودخانه ها و يا در مراتع و زمينهای كشاورزی دپو می شوند كه سبب ايجاد آلودگيهای زيست محيطی در وسعت زياد می شوند.

قطعات و ضایعات سنگی توليد شده منبع مناسبی برای توليد آگرگات برای مصرف در پوشش بزرگراه ها می باشند. در اغلب موارد بيش از 90 درصد مخلوط آسفالت و سيمان (AC) از آگرگات (آگرگات دانه درشت، ماسه و پركننده) تشكيل شده است. در توليد روكش جاده ها به ازای هر كيلوتر حدود 12500 تن آگرگات مصرف می شود.

نتيجه گيری

نتايج حاصل از بررسی های مختلف و آمار توليد سنگ در كشور و مقايسه روشهای استخراج و فرآوری نشان می دهد كه ساليانه حجم زيادی از ضایعات سنگی در كشور ايجاد می شود. اين ضايعات علاوه بر ايجاد مشكلات زيست محيطی فراوان سبب هدر رفتن منابع طبيعی با ارزش می شوند.

با توجه به وجود كاربردهای متنوع و همچنين لزوم توجه بيشتر به پيامدهای زيست محيطی معادن و كارخانه های فرآوری سنگ برنامه ريزی دقيق برای استفاده بهينه از اين باطله سنگها ضروری می باشد.

احداث كارخانه های توليد سنگ مصنوعی و مصنوعات سنگی و همچنين استفاده از ضايعات برای خوراک كارخانه های پودر سنگ راه حل مناسب، اقتصادی و از لحاظ فنی عملی برای رفع اين مشكلات می باشد.