مقدمه
آهک ارزان ترین و پرمصرف ترین ماده قلیایی در جهان است. محصولات آهک یک عنصر کلیدی برای بسیاری از فرآیندهای ضروری مانند تصفیه آب آشامیدنی، ساخت قند، تمیز کردن گازهای نیروگاه‌ها، ساخت ساختمان‌ها، تولید آهن و فولاد و تصفیه زمین های آلوده و … است. آهک و مشتقات آن نیز افزودنی های مهمی برای ساخت کاغذ، شیشه، مواد دارویی و حتی خمیر دندان هستند.
اگر تعداد دفعاتی را که در طول روز از چیزی استفاده می‌کنید، لمس می‌کنید، می‌خورید یا می‌نوشید که در آن از آهک استفاده شده است را جمع آوری کنید، ممکن است از اینکه چقدر همه ما به این ماده شیمیایی متکی هستیم شگفت زده خواهید شد.
اهمیت آهک در صنایع مختلف
دولومیت کلسینه یک ماده معدنی کربناته خشک طبیعی است که ترکیبات اصلی آن کربنات کلسیم و منیزیم است، همچنین به عنوان دولوستون، ماده معدنی که تشکیل دهنده اصلی سنگ های رسوبی است شناخته می شود، همچنین جزء سنگهای دگرگونی و سنگ آهک است. معمولاً به ترتیب به عنوان سنگ مرمر دولومیتی و سنگ آهک شناخته می شود.
به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی به عنوان یک ماده معدنی و یک عنصر کلیدی برای صنعت آهن و فولاد، صنعت ساختمان و صنایع شیمیایی به طور چشمگیری استفاده می شود. علاوه بر این، به عنوان یک ماده خام برای صنعت رنگ نیز عمل می کند. برخی از کاربردهای دیگر در فرآوری فلزات، ترمیم خاک، صابون، آجر، شیشه و ساخت سرامیک مشاهده می شود.
کاربرد آهک در صنعت فولاد سازی
صنعت فولادسازی از محصولات ساخته شده از آهک و سنگ آهک برای تسهیل فرآیند فولادسازی و حذف ناخالصی های موجود در فولاد استفاده می کند. این کار نیازمند استفاده از آهک بسیار با کیفیت (بالاتر از 95 درصد CaO) به عنوان پاک کننده یا ذوب کننده است. به صورت توده ای، آهک به سرعت تکه های قلیایی را با دی اکسید سیلیکون در دسته فولاد تولید می کند و از حذف سریع گوگرد، فسفر و سایر ناخالصی ها در فولاد اطمینان حاصل می کند.
کاربرد های اصلی آهک زنده و آهک هیدراته
آهک یا اکسید کلسیم (CaO) از طریق کربن زدایی سنگ آهک به دست می آید. محصول اولیه کربن زدایی سنگ آهک آهک زنده نامیده می شود. می توان آن را هیدراته کرد تا آهک هیدراته یا هیدروکسید کلسیم (Ca[OH]2) تشکیل شود. آهک زنده عمدتاً در متالورژی (فولاد) و گوگرد زدایی از گازهای دودکش استفاده می شود، در حالی که آهک هیدراته (همچنین به عنوان آهک خشک شده شناخته می شود) در ساخت و ساز (تثبیت خاک) و تصفیه آب استفاده می شود. سنگ آهک، یک سنگ رسوبی که عمدتاً از کربنات کلسیم (CaCO3) تشکیل شده است، پیش‌ساز در ساخت آهک و کربنات کلسیم رسوب‌شده است و یک ماده خام مهم با طیف وسیعی از کاربردها است
فولاد چگونه ساخته می شود
تولید آهن نیاز به سنگ آهن، زغال سنگ و سنگ (سنگ آهک، دولومیت) دارد. تولید فولاد به آهن، ضایعات فولاد و شار (آهک – سنگ آهک کلسینه شده) نیاز دارد.
کاربرد عمده آهک در متالورژی است، در درجه اول در تولید فولاد به عنوان یک شار برای حذف فسفر، گوگرد، سیلیس و منگنز از فولاد مذاب استفاده می شود. آهک همچنین در تولید فلز آلومینیوم و منیزیم و در فرآوری سایر سنگهای فلزی (مس، طلا، نیکل، روی، کبالت و سرب) استفاده می‌شود. در کوره های بلند به عنوان سرباره برای جداسازی ذرات گنگ از سنگ آهن استفاده می شود.
کاربرد سنگ آهک در صنعت فولاد سازی
تولیدی فولاد در اصل با استفاده از یکی از دو روش تولید می شود: کوره بلند یا کوره قوس الکتریکی
فولاد آلیاژی از آهن و کربن خالص است که در آن محتوای کربن از حدود 0.002 درصد (به عنوان مثال، ورق فلزی با کشش عمیق) تا 1.5 درصد (به عنوان مثال، فولادهای ابزار) متغیر است. فولادهای آلیاژی حاوی عناصر اضافی (مانند منگنز، نیکل، کروم، وانادیم، مولیبدن) هستند که به آنها استحکام و خواص ویژه بیشتری می دهد.
به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ آلیاژی از کروم و نیکل است. علاوه بر کربن، فلز داغ و آهن خام ممکن است حاوی عناصر ناخواسته ای مانند سیلیکون، فسفر و گوگرد باشد. در طول فرآیند فولادسازی، این عناصر که فولاد را شکننده می‌کنند، باید حذف شوند.
در فرآیند فولادسازی، فلز داغ به همراه مقداری قراضه به یک ظرف نسوز (“مبدل”) وارد می شود. سپس گاز اکسیژن به داخل حمام فلز داغ تزریق می شود. همچنین، آهک برای تولید سرباره ای اضافه می شود که گوگرد و سایر ناخالصی های ناخواسته را حل می کند، اما پوشش مبدل را خورده نمی کند. گاز اکسیژن تزریق شده، کربن محلول در فلز داغ را اکسید می کند تا مونوکسید کربن ایجاد کند و گرما تولید کند. هنگامی که محتوای کربن حمام مذاب به سطح مورد نظر کاهش می یابد، عناصر آلیاژی اضافه می شوند و فولاد مایع در یک مخزن از قبل گرم شده قرار می گیرد.
تولیدکنندگان فولاد بر پایه قراضه از کوره های قوس الکتریکی استفاده می کنند. ضایعات به داخل کوره شارژ می شود و سه الکترود گرافیتی از سقف کوره فرود می آیند. با نزدیک شدن الکترودها به قراضه، قوس هایی تشکیل می شود (قدرت ولتاژ بالا). به دلیل مقاومت الکتریکی بالاتر و گرمای شدید تابش شده توسط این قوس ها، ضایعات به سرعت تا دمای ذوب گرم می شوند.
ایمنی در کاربردهای فولادی
آهک یکی از قدیمی ترین مواد شیمیایی شناخته شده برای بشر و یکی از مواد شیمیایی اجتناب ناپذیر برای کاربردهای متالورژی است. در فرآیندهای فولادسازی از آهک به عنوان تشکیل دهنده شار / سرباره برای حذف ناخالصی ها در مراحل مختلف پالایش استفاده می شود.
آهک زنده (CaO، اکسید کلسیم، آهک سوخته، آهک) از تجزیه حرارتی سنگ آهک طبیعی به دست می‌آید و یکی از مواد اولیه ضروری برای صنعت فولاد است. به دلیل رطوبت، در دماهای فولادسازی (> 1600 درجه سانتیگراد) مقدار زیادی گاز (هیدروژن و اکسیژن) در مدت زمان بسیار کوتاهی آزاد می شود و شیب هایی از سرباره مذاب و فلز ایجاد می کند که کنترل آنها بسیار دشوار است.
این واکنش شدید می تواند باعث سوختن فولاد سازها، کابل های برق یا آسیب به سیستم های مکانیکی در مجاورت کوره شود. اجباری است که فولادسازان از محافظ آلومینیومی و تجهیزات شخصی ضد حریق استفاده کنند.
آهک زنده در حضور رطوبت با دی اکسید کربن محیط واکنش می دهد (واکنش کربنات مجدد) و به کربنات کلسیم، CaCO3 تبدیل می شود. به دلیل واکنش پذیری بالا، آهک زنده نباید در هنگام جابجایی یا نگهداری در معرض شرایط جوی قرار گیرد. آهک ماده ای مرطوب و بسیار واکنش پذیر است. در واکنش با رطوبت و به ویژه آب، آهک زنده به آهک هیدراته (Ca(OH)2، هیدروکسید کلسیم، آهک خشک شده) تبدیل می شود و مقدار زیادی گرما آزاد می کند و به این شکل برای کاربردهای صنعت فولاد مناسب نیست.
چه کار باید بکنیم؟
1.استفاده از تجهیزات ایمنی: افرادی که در این مناطق کار می کنند باید به ماسک صورت، دستکش و عینک گرد و غبار محافظ جانبی (عینک) مجهز باشند.
2.محلول دیفترین: استفاده از محلول دیفترین برای مدیریت اضطراری نشت مواد شیمیایی به چشم و بدن به شدت توصیه می شود.
3.استفاده از گوش گیر: در قسمت سنگ شکن ها و تاسیسات غربالگری که سطح سر و صدا از 87 دسی بل فراتر می رود، کارگران از گوش گیر استفاده کنند.
4.تمیزکاری مرتب: معلق بودن گرد و غبار آهک در هوا، محدود به 10 میلی گرم بر مترمربع، ممکن است باعث تحریک ریه و نای شود. وجود ریز آهک در کف می تواند باعث ایجاد لغزش شود. تمیز کاری بسیار خوب در استفاده از نقطه پایانی آهک الزامی است.