سنگ آهک
سنگ آهک سنگی رسوبی است که قسمت اعظم آن را کلسیم کربنات تشکیل داده است. این سنگ کاربردهای فراوانی در صنعت دارد که در این مقاله به آنها می‌پردازیم.
آشنایی با سنگ آهک
سنگ آهک یک سنگ رسوبی است که عمدتاً از کربنات کلسیم تشکیل شده است. کلسیم یکی از عناصر نسبتاً فراوان در پوسته زمین است، این عنصر 3/63 درصد از پوسته زمین را تشکیل می‌دهد و بعد از اکسیژن، سیلیسیم، آلومینیوم و آهن، مقام پنجم را دارد. عنصر کلسیم در طبیعت اغلب به‌صورت کربنات وجود دارد. کانی اصلی تشکیل‌دهنده آهک، کلسیت نام دارد و فرمول آن CaCO3 است.
برخی از سنگ‌های آهک ممکن است حاوی درصد کمی منیزیم کربنات (MgCO3) باشند. این سنگ‌ها به آهک‌های دولومیتی معروف هستند. این سنگ یک کانی صنعتی بسیار مهم است. خواص شیمیایی، آن را به یک ماده معدنی باارزش برای طیف وسیعی از مصارف صنعتی/تولیدی تبدیل می‌کند. در ادامه این مقاله با انواع سنگ آهک، فراوری، کاربرد و آنالیز سنگ آهک تولیدی شرکت مهندسی صنایع دیرگداز اصفهان آشنا خواهید شد؛ لذا جهت کسب اطلاعات بیشتر ادامه این مقاله را از دست ندهید.
انواع سنگ آهک
سنگ‌های آهک بسته به نحوه تشکیل آنها در طبیعت، شکل‌های بلوری، آواری، دانه‌ای و یا توده‌ای دارند. وجود بلورهای کلسیت، کوارتز، دولومیت و یا باریت ممکن است حفرات کوچکی را در سنگ‌ها ایجاد کند. در اینجا به برخی از رایج‌ترین انواع این سنگ اشاره می‌کنیم.
- گچ: سنگی شکننده با بافت بسیار ظریف است که از تجمع بقایای پوسته آهکی موجودات دریایی مانند روزن داران و همچنین برخی جلبک‌های دریایی تشکیل می‌شود.
- سنگ آهک فسیلی: این سنگ حاوی فسیل‌های فراوان است که اغلب دارای اطلاعاتی در مورد محیط ته‌نشینی و محل زندگی موجودات زنده است.
- سنگ آهک لیتوگرافی: سنگی متراکم با دانه‌بندی بسیار ریز و یکنواخت است. در اواخر قرن هیجدهم، فرایند چاپ لیتوگرافی (نام سنگ‌های مورداستفاده) برای بازتولید تصاویر با استفاده از پرس سنگ، توسعه یافت.
- توفا: یک سنگ متخلخل است که از رسوب کلسیم کربنات در چشمه‌های آب گرم یا سایر آب‌های سطحی تولید می‌شود. توفا علی‌رغم ظاهر متخلخل خود، کاربردهای معماری متعددی دارد.
- کلکارنیت: کلکارنیت از دانه‌های کلسیت به‌اندازه ماسه تشکیل شده است که معمولاً به شکل بقایای فسیلی است.
- کوکینا: کوکینا نام یک سنگ آهک با سیمان ضعیف است که تقریباً از قطعاتی به‌اندازه ماسه از پوسته آهکی یا بقایای مرجانی تشکیل شده است.
- دولومیت: دولومیت یک سنگ کربناته رسوبی است که از کربنات کلسیم و منیزیم تشکیل شده است که “سنگ آهک منیزیم” نیز نامیده می‌شود.
- سنگ آهک ریز کریستالی: هنگامی که آهک در معرض گرما، فشار و یا فعالیت شیمیایی قرار می‌گیرد، کلسیت در سنگ شروع به فرایندی به نام دگرگونی می‌کند که نتیجه آن، تولید مرمر است.
- سنگ آهک اولیتی: سنگی با سیمان کلسیتی با شکل کروی تا بیضی است که از قطعات پوسته‌ای با خصوصیات غیر کریستالی تشکیل شده است.
- تراورتن: یک کلسیم کربنات، معمولاً از مواد جامد در آب‌های زیرزمینی تشکیل می‌شود. رنگ تراورتن خالص سفید است.
فراوری سنگ آهک
سنگ آهک پس از استخراج باید چندین فراوری را پشت سر بگذارد تا بتواند در فرایندهای مختلف مورداستفاده قرار گیرد. فرایندهای اساسی در تولید سنگ آهک عبارت‌اند از:
- استخراج سنگ آهک خام
- آماده‌سازی سنگ استخراج شده برای استفاده از آن با خردکردن
- کلسینه کردن سنگ خام آهک
- در صورت نیاز پردازش بیشتر سنگ آهک پخته شده با هیدراته کردن تا تولید آهک هیدراته
- عملیات متفرقه انتقال، ذخیره‌سازی و جابه‌جایی.
اولین فرایند، در معادن سنگ آهک انجام می‌شود که در آن سنگ معدن استخراج شده تحت خردشدگی و غربالگری قرار گیرد.
کلسیناسیون سنگ آهک یک فرایند عملیات حرارتی برای انجام تجزیه گرمایی سنگ آهک خام و حذف LOI (تلفات حرارتی در هنگام احتراق) یا دی‌اکسیدکربن (CO2) بخشی از ترکیب آن است. کلسیناسیون این سنگ، از آنجایی که یک واکنش شیمیایی گرماگیر است، نیاز به انرژی قابل توجهی دارد. برای کلسیناسیون کامل سنگ آهک و نداشتن هسته باقیمانده از آهک کلسینه نشده، لازم است گرما به سطح آهک خام از طریق انتقال حرارت رسانا به هسته نفوذ کند.
سنگ آهک خالص در دمای حدود 1000 درجه سانتیگراد و آهک رسی یا دولومیتی در دمای حدود 1300 درجه سانتیگراد کلسینه می‌شود.
برای فرایند کلسینه کردن از انواع مختلفی کوره‌ها از جمله کوره‌های دوار یا عمودی استفاده می‌شود. انتخاب نوع کورها به ویژگی‌های آهک خام، میزان تولید برنامه ریزی شده، هزینه‌های تهیه و مصرف سوخت، نوع دانه بندی یا اندازه دانه ها، میزان مبالغ سرمایه گذاری، شرایط محیطی، زیرساخت‌ها و… بستگی دارد.
کاربرد سنگ آهک و آهک در کارخانه آهن و فولاد
کاربرد اصلی سنگ آهک در صنعت آهن و فولاد است. آهک خام در حین تولید آهن از طریق کوره بلند، یا در فرایند پخت و یا به‌عنوان خوراک مستقیم در کوره بلند اضافه می‌شود. این سنگ معمولاً در طول مسیر آهن‌سازی برای به دست آوردن سرباره BF خنثی یا خفیف اضافه می‌گردد. افزودن آهک خام از طریق مسیر پخت بیشتر توصیه می‌شود، زیرا CO2 آهک در هنگام فرایند پخت، خارج می‌شود. در صورت تف جوشی، آهک خام را قبل از مخلوط کردن در مخلوط تف جوشی تا 3 میلی متر (در محدوده 85 تا 90 درصد) در سنگ‌شکن‌های چکشی خرد می‌کنند. در صورت تغذیه مستقیم به کوره بلند از کلوخه‌های آهک خام به‌اندازه 10 تا 40 میلی متر استفاده می‌شود.
دومین کاربرد عمده آهک خام در فولادسازی است که از آن برای حفظ پایه سرباره (CaO/SiO2) استفاده می‌شود. در فولادسازی، این سنگ را به شکل آهک کلسینه به کار می‌گیرند. مقدار SiO2 (به دلیل ماهیت اسیدی آن) در آهک خام برای استفاده در فولادسازی، باید بسیار کم و ترجیحاً کمتر از 1٪ باشد. لازم به ذکر است سنگ آهک فراوری شده توسط شرکت مهندسی صنایع دیرگداز اصفهان، دارای 0.05 تا 0.5 درصد SiO2 است و بدین ترتیب گزینه‌ای عالی برای کاربری در صنعت فولاد است.
کاربردهای جزئی آهک (کلسینه شده یا هیدراته) شامل گوگردزدایی، پوشش قالب‌های دستگاه ریخته گری، خنثی سازی آب اسیدی، تصفیه آب، تصفیه فاضلاب (پساب)، تصفیه گازهای دودکش، تصفیه لجن و فاضلاب و… است. همچنین گاهی اوقات به عنوان جزئی از سرباره مصنوعی اضافه و برای سفیدکردن شکر استفاده می شود.
سایر موارد کاربرد سنگ آهک
سنگ آهک، سنگی با کاربردهای متنوع است که در صنعت باید حداقل 90 % کربنات کلسیم داشته باشند. آهک خام اغلب همراه با آهک رسی، آهک ماسه‌ای و دولومیت بوده و به ندرت به‌صورت خالص یافت می‌شود. ناخالصی‌های مهم آن شامل: منیزیم، سیلیس، آلومینیوم و منگنز است. در ادامه به برخی از موارد مصرف این سنگ اشاره می‌کنیم.
- کاربرد در تولید داروها و لوازم آرایشی.
- استفاده در مجسمه‌سازی برای کنده‌کاری.
- اغلب به عنوان منبع کلسیم در تولید نان و غلات.
- گوگردزدایی گازهای خروجی اگزوز خودروها و دودکش صنایع مختلف.
- افزوده شدن به خمیردندان، کاغذ، پلاستیک، رنگ، کاشی و مواد دیگر به عنوان رنگ‌دانه سفید.
- افزوده شدن به آب تصفیه شده جهت معدنی کردن مجدد و افزایش میزان خاصیت قلیایی آن.
- استفاده در صنایع ساخت و ساز و عمرانی: اگرچه این ماده در این مصارف به خوبی برخی از سنگ‌های سیلیکات سخت‌تر عمل نمی‌کند، اما استخراج و فراوری آن بسیار آسان‌تر است.
- سیمان پرتلند: آهک خام در یک کوره با ماسه و مواد دیگر حرارت داده می‌شود و به صورت کلینکر سیمان درمی‌آید.
- خنثی‌کننده اسید: کربنات کلسیم یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین عوامل خنثی کننده اسید است. وقتی آهک خام به‌اندازه شن یا ذرات کوچک‌تر خرد می‌شود، به ماده مؤثری برای تصفیه خاک‌های اسیدی تبدیل می‌شود.
- ماده مغذی در خوراک حیوانات: افزوده شدن به خوراک طیور جهت تولید پوسته تخم‌مرغ با استحکام بالا. همچنین برای جایگزینی کلسیم شیر دوشیده شده به خوراک برخی از گاوهای شیری، اضافه می‌شود.
- ایمن کردن گردوغبار معدن: آهک خام پودر شده بر روی سطوح زغال‌سنگ در معرض هوا در یک معدن زیرزمینی پاشیده می‌شود. این امر روشنایی را بهبود می‌بخشد و میزان گردوغبار زغال‌سنگ معلق در هوای معدن را کاهش می‌دهد. همچنین باعث کاهش خطر انفجار ناشی از ذرات گردوغبار زغال سنگ معلق در هوا می‌شود.
آنالیز سنگ آهک
صرف نظر از نوع آهک خام و کیفیت آن، دمای پخت بالاتر و دوره کلسیناسیون طولانی‌تر، آهک کلسینه سخت‌تری تولید می‌شود که دارای انقباض زیاد، چگالی بالا، تخلخل کم و واکنش‌پذیری شیمیایی پایین است.
برعکس در دماهای پخت کمتر، کلسینه کردن با مدت‌زمان بیشتر اتفاق می‌افتد که منجر به تولید آهک‌های مطلوب و نرم بسیار واکنش‌پذیر با انقباض و چگالی کم و تخلخل بالا می‌شود.
دانه‌بندی
هرچه اندازه سنگ‌های آهک بزرگ‌تر باشد، کلسینه کردن آن دشوارتر است و به زمان بیشتری نیاز دارد. وجود طیف گسترده‌ای از اندازه ذرات در خوراک کوره، در توزیع حرارت درون کوره اختلال ایجاد می‌کند. سنگ‌های کوچک بین حفره‌های ایجاد شده توسط سنگ‌های بزرگ در کوره‌های عمودی تجمع می‌یابند و در نتیجه جریان شعله و گازهای احتراق را مسدود می‌کنند.
همچنین در حین کلسینه کردن طیف وسیعی از اندازه‌های این سنگ، دماهایی که اندازه‌های کوچک‌تر را به‌اندازه کافی بدون کلسینه شدن بیش از حد کلسینه می‌کنند، تنها پوسته خارجی آهک خام با ابعاد بزرگ‌تر را کلسینه می‌کنند.
ازاین‌رو، برای تسهیل فرایند کلسیناسیون، بهتر است هنگام خرید این ماده، سنگ‌های آهکی با درجه‌بندی محدود، انتخاب شوند. شرکت مهندسی صنایع دیرگداز اصفهان قادر است این سنگ خود را در دانه‌بندی‌های زیر با بهترین کیفیت ارائه کند:
| 0 – 5 mm |
| 5 – 15 mm |
| 15 – 25 mm |
| 25 – 40 mm |
| 40 – 70 mm |
| 60 – 80 mm |
| 60 – 90 mm |
| 60 – 120 mm |
آنالیز شیمیایی آهک خام استخراج شده از معدن شرکت مهندسی صنایع دیرگداز اصفهان، به شرح زیر است :
| CaO | MgO | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | L.O.I |
| % 54 – 56 | % 0.4 – 1 | % 0.05 – 0.5 | % 0.03 – 0.5 | % 0.05 – 0.5 | % 42 – 45 |
سخن پایانی
پس از آشنایی کامل با سنگ آهک توصیه می کنیم هنگام خرید این ماده برای کسب و کار خود در کنار توجه به پارامتر مهمی همچون قیمت سنگ آهک، به کیفیت آن هم توجه ویژه نمایید. شرکت مهندسی صنایع دیرگداز اصفهان با دردست‌داشتن بهترین معدن سنگ آهک در دهاقان از نظر کیفی و کمی جوابگوی نیازهای صنایع مربوط است.
