راهکار ایمن برای مدیریت سرباره مس: تثبیت سیمانی، راه حلی پایدار برای دفع پسماندهای صنعتی
پژوهش جدید نشان می‌دهد سیمان می‌تواند به طور موثر فلزات سنگین سرباره مس را تثبیت کرده و آن را به مصالح ساختمانی ایمن تبدیل کند
به گزارش پایگاه خبری فناوری‌های محیط زیستی، صنایع تولید فولاد سالانه مقادیر قابل توجهی سرباره مس تولید می‌کنند که به دلیل وجود فلزات سنگین در زمره پسماندهای خطرناک طبقه‌بندی می‌شوند. این ماده که به عنوان ساینده در عملیات سندبلاست سطوح فولادی استفاده می‌شود، حاوی مقادیر قابل توجهی سرب، روی، نیکل و مس است که می‌توانند به منابع آب زیرزمینی نشت کنند.
یک مطالعه جدید توسط محققان دانشگاه تکنولوژی مالزی (UTM) نشان می‌دهد که فناوری تثبیت و جامدسازی سیمانی می‌تواند راهکار ایمن و مقرون‌به‌صرفه‌ای برای مدیریت این پسماند خطرناک ارائه دهد. این پژوهش به طور خاص به بررسی امکان استفاده از سیمان پرتلند معمولی (OPC) برای تثبیت سرباره مس آسیاب شده پرداخته است.
مواد و روش‌های تحقیق:
محققان در این مطالعه، نمونه‌های ملاتی با درصدهای مختلف سرباره مس (از ۰ تا ۱۰ درصد وزنی سیمان) تهیه کرده و پارامترهای مختلفی از جمله:
• مقاومت فشاری
• زمان گیرش اولیه و نهایی
• پروسه هیدراسیون
• پتانسیل نشت فلزات سنگین
را مورد ارزیابی دقیق قرار دادند. سرباره مورد استفاده از یک کارخانه سازنده فلز در پاسیر گودانگ، جوهور مالزی تهیه شد و تا اندازه ذرات ۴۵ میکرون آسیاب گردید.
یافته‌های کلیدی تحقیق:
• کاهش نشت فلزات سنگین: نتایج نشان داد که نشت یون‌های مس، نیکل، سرب و روی از ماتریکس سیمانی بسیار پایین بوده و از حد مجاز تعیین شده توسط قانون کیفیت محیط زیست مالزی تجاوز نمی‌کند.
• تأثیر بر زمان گیرش: افزودن سرباره مس به سیمان، باعث افزایش زمان گیرش اولیه و نهایی می‌شود.
• پروسه هیدراسیون: فرآیند اصلی هیدراسیون، همان هیدراسیون سیمان پرتلند معمولی است.
• مقاومت فشاری: مقاومت ملات حاوی سرباره مس به طور کلی کمتر از ملات شاهد بوده و مقدار بهینه جایگزینی سرباره مس به جای سیمان برای دستیابی به حداکثر مقاومت، حدود ۵ درصد است.
مکانیسم تثبیت فلزات سنگین:
این مطالعه نشان می‌دهد که سیمان از دو طریق اصلی فلزات سنگین را تثبیت می‌کند:
۱. انحلال و ته‌نشینی: تشکیل هیدروکسیدهای نامحلول فلزات سنگین در محیط قلیایی سیمان
۲. جذب سطحی و به دام اندازی فیزیکی: جذب یون‌های فلزی بر سطح محصولات هیدراسیون سیمان و به دام افتادن در ساختار ماتریکس
نتایج آزمون نشت:
• نشت تمام فلزات سنگین مورد بررسی بسیار پایین‌تر از حد مجاز regulatory limits بود
• نمونه‌های یکپارچه و خرد شده هر دو نتایج مشابهی نشان دادند
• حتی در نمونه‌های با ۱۰ درصد جایگزینی، نشت فلزات در حد ایمن باقی ماند
تأثیر بر خواص مکانیکی:
• مقاومت فشاری ملات با افزایش درصد سرباره مس کاهش می‌یابد
• مقدار بهینه جایگزینی: ۵ درصد وزنی سیمان
• کاهش مقاومت در درصدهای بالاتر به دلیل اختلال در پروسه هیدراسیون
کاربردهای عملی و implications:
این پژوهش نشان می‌دهد که سرباره مس می‌تواند به طور ایمن در سیستم تثبیت سیمانی مدیریت شده و حتی به عنوان ماده ساختمانی بازیافت شود. محصول نهایی می‌تواند در کاربردهای غیرساختاری مانند:
• بلوک‌های بنایی
• مواد پرکننده
• زیرسازی راه
مورد استفاده قرار گیرد.
سخن پایانی محققان:
پروفسور علی، نویسنده مسئول این مطالعه، در این باره می‌گوید: “یافته‌های ما نشان می‌دهد که فناوری تثبیت سیمانی می‌تواند راهکار موثری برای مدیریت ایمن سرباره مس ارائه دهد. این روش نه تنها از آلودگی محیط زیست جلوگیری می‌کند، بلکه امکان بازیافت این پسماند صنعتی را به عنوان مصالح ساختمانی فراهم می‌آورد.”
چشم‌انداز آینده:
• توسعه فرمولاسیون‌های بهینه با درصدهای بالاتر جایگزینی
• بررسی تأثیر افزودنی‌های شیمیایی بر بهبود عملکرد
• مطالعات بلندمدت بر روی پایداری و دوام محصول نهایی
• ارزیابی اقتصادی برای کاربرد در مقیاس صنعتی
این پژوهش گامی مهم در جهت توسعه راهکارهای پایدار برای مدیریت پسماندهای صنعتی و حرکت به سوی اقتصاد چرخشی است.
لینک مقاله: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2003.08.002
