تايرهاى فرسوده در راه كارخانه هاى سيمان

فرايند توليد سيمان نيازمند انرژى زيادى است و از اين جهت علاقه زيادى به يافتن سوخت هاى جايگزين و ارزان در بين توليدكنندگان اين ماده وجود دارد.نبايد از نظر دور داشت كه كوره هاى سيمان محيط مناسبى براى به كارگيرى سوخت هاى جايگزين هستند. اين موضوع بيشتر از آن جهت است كه اين كارخانه ها داراى يك كوره طويل و بسيار داغ با دماى بالا هستند كه ضمناً زمان اقامت در آن نيز نسبتاً زياد است. در ادامه بايد متذكر شد كه كلينكر توليد شده در كوره مى تواند با خاكستر حاصل از سوخت هاى ديگر مخلوط شود بدون آن كه از كيفيت سيمان كاسته شود. اساساً تايرها يك سوخت فشرده با رطوبت بسيار كم هستند. تايرها داراى مقدارى از تركيبات آهن و روى هستند كه هر دو براى اختلاط با مواد خام سيمان مفيد است. به علاوه در اكثر كارخانه هاى سيمان مى توان تجهيزات حمل و نقل مواد را يافت و فقط بايد اندكى اصلاحات در آن صورت پذيرد تا بتوان در آنها سوخت حاصل از تاير (TDF) را خوراك دهى كرد.قابل ذكر است كه سوختن تاير در كوره سيمان باعث ايجاد مشكلات زيست محيطى نخواهد شد چون گزارشات سازمان حفاظت محيط زيست آمريكا (EPA) بيانگر آن است كه مواد منتشره از اين كوره ها مشكل ساز نبوده و در بعضى موارد باعث كاهش آلاينده هاى منتشره خواهد شد. بر اين اساس در سال ۲۰۰۱ حدود ۶۰ كوره سيمان آمريكا از تاير به عنوان سوخت كمكى استفاده كرده و بيش از ۵۳ ميليون حلقه تاير را به مصرف رسانده اند.در حال حاضر وجود تايرهاى فرسوده در محيط به ايجاد يك سرى مشكلات زيست محيطى براى سازمان هاى خدمات شهرى منجر شده است كه با به كارگيرى آنها در كوره هاى سيمان مى توان از حجم اين مشكل كاست. هدف اين مقاله ارائه نتايج تحقيق در زمينه وضعيت موجود ايران و جهان از لحاظ پتانسيل به خدمت گرفتن تاير به عنوان سوخت در كارخانه هاى سيمان و ارائه راهكارهاى مناسب است.
• مقدمه
در حال حاضر بيش از ۶۰ خط توليد سيمان در كشور وجود دارد كه سالانه بيش از ۳۰ ميليون تن سيمان توليد مى كنند و قرار است در پايان برنامه چهارم توسعه به رقم ۷۰ ميليون تن در سال برسد كه براى توليد اين حجم سيمان به انرژى الكتريكى و حرارتى زيادى نيازمند هستند (۶- ۴ ميليون كيلوژول براى توليد هر تن محصول) و با توجه به رشد چشمگير اين صنعت در ساليان گذشته و آهنگ تسريع اين رشد در سنوات آتى، اين صنعت بايستى در مصرف انرژى خود بازنگرى كند كه بخشى از آن از طريق ارتقاى سيستم ها و بهينه سازى مصارف انرژى به دست مى آيد. با توجه به سياست هاى جديدى كه دولت در بخش سوخت در پيش گرفته است به نظر مى رسد كه مناسب است صنعت سيمان نيز به دنبال سوخت هاى جايگزين و ارزان باشد تا در روند توسعه اى آن مشكلى بروز ننمايد. • فرايند توليد سيمان و وضعيت سيمان كشورصنعت سيمان ايران با سابقه هفتاد سال فعاليت با توجه به نوع و سطح تكنولوژى به كار گرفته شده در آن داراى روش هاى مختلف توليد است.از آنجايى كه سيمان پودرى است نرم، جاذب آب و چسباننده خرده سنگ كه اساساً مركب از تركيبات پخته شده و گداخته CaO با SiO2، Al2O3و Fe2O3 است، ملات اين پودر قادر است به مرور در مجاورت هوا يا در زير آب سخت شود و در زير آب ضمن داشتن ثبات حجم، مقاومت خود را حفظ كند. براساس اين تعريف ماده اصلى تشكيل دهنده سيمان اكسيد كلسيم (آهك) است كه با سه اكسيد ديگر تشكيل خواص سيمانى و چسبندگى را مى دهد و براى ساخت چنين موادى از سنگ آهك و يا خاك رس و يا مخلوط آنها استفاده مى شود. براى اين كه اين مواد با يكديگر تركيب شوند ابتدا بايستى مواد در سنگ شكن اوليه خرد شده پس از طى مرحله هموژنيزاسيون در آسياب، مواد خام پودر شده و پس از تنظيمات مقدماتى و نهايى به عنوان مواد خام يا خوراك كوره مورد استفاده بعدى قرار گيرد. در فرايند پخت شرايطى فراهم مى شود كه مواد اوليه تنظيم شده تبديل به مينرال هاى هيدروليك شوند. شرايط لازم اين تغييرات آن است كه درجه حرارت تا حدى بالا باشد كه مواد اوليه ضمن از دست دادن رطوبت و تجزيه شدن به اكسيدهاى متشكله، مقدارى گداخته شدند تا مينرال اصلى سيمان پديد آيد، سپس مواد حاصله را سريعاً سرد كرده تا كريستال ها فرصت درشت شدن و برگشت واكنش را نداشته باشند. محصول حاصله در اين بخش كلينكر نام دارد و مى بايد همراه با چند درصد سنگ گچ در آسياى سيمان پودر و به سيمان آماده مصرف تبديل شود. روش توليد سيمان با توجه به نوع سيستم پخت كه شامل كوره و خنك كن آن است براساس ميزان رطوبت مواد كه به كوره تغذيه مى شوند به چهار روش توليد تقسيم مى شوند: ۱- روش تر با درصد رطوبت خوراك كوره بين ۴۰- ۲۵ درصد ۲- روش نيمه تر با درصد رطوبت خوراك كوره بين۲۱- ۱۷ درصد۳- روش نيمه خشك با درصد رطوبت خوراك كوره بين ۱۲- ۱۰ درصد۴- روش خشك كه درصد رطوبت مواد ورودى به كوره كمتر از يك درصد است.
• مواد اوليه از آنجايى كه بخش اعظمى از مواد خام مورد نياز سيمان متشكل از كربنات كلسيم است بنابراين حرارت دادن به مواد خام در يك كوره سيمان همراه با حدود ۳۵ درصد كاهش وزنى ناشى از متصاعد شدن CO2 است، لذا به خاطر جبران اين كاهش وزن براى توليد يك تن سيمان حدود ۵/۱ تن مواد اوليه مصرف مى شود. مواد خام مورد نياز در صنعت سيمان عبارتند از: سنگ آهك، خاك رس، سنگ شيشه، سنگ آهن، سنگ گچ، سنگ تراس يا پوزولان خوراك كوره هاى سيمان به طور رايج حاوى ۷۸ تا ۸۰ درصد كربنات كلسيم (CaCO3) است و بنابراين بسته به مقدار ديگر تركيبات موجود در سنگ آهك، تركيبات شيميايى آن به تركيب شيميايى خوراك كوره نزديك مى شود. وجود مقدار كافى از كمك ذوب ها (Mg ، Fe ، Al ،F) به عنوان عامل پيش برنده پديده ذوب و امتزاج مواد در كوره كاملاً ضرورى است.مواد اوليه استخراج شده معمولاً به نسبت هاى زير با هم مخلوط مى شوند:سنگ آهك CaO ۸۵ درصدشيل يا خاك رس ۱۳ درصدمواد افزودنى ۱۲ درصداغلب كارخانجات سيمان در كنار ذخاير سنگ آهك و شيل يا خاك رس كه معمولاً براى اكثر كارخانجات شرايط دسترسى و استخراج آن سهل الوصول است، احداث مى شوند. مواد افزودنى و تصحيح كننده خوراك كوره به رغم مقادير كم و محدود آن معمولاً از بيرون كارخانه تامين مى شود.مواد اوليه مورد نياز براى توليد سيمان بعد از استخراج به وسيله لودر يا بيل مكانيكى بارگيرى و به وسيله كاميون، نوار نقاله، واگن زمينى يا هوايى، مواد حمل شده و به داخل سنگ شكن هدايت مى شوند.بايستى متذكر شد كه ارزش سوخت مصرفى كارخانجات سيمان ايران بالغ بر ۲۵۰ ميليون دلار برآورد شده است كه اين رقم ارزش يك ميليارد و هفتصد و پنجاه ميليون ليتر نفت كوره و حدود ۵۰۰ ميليون مترمكعب گاز طبيعى است.

• وضعيت تايرهاى فرسوده كشورميزان توليد كنونى انواع تاير در كشور بين۲۰۰-۱۸۰ هزار تن برآورد مى شود كه اين عدد به نوعى بيانگر توليد حدود ۱۰ ميليون حلقه انواع تاير در كشور است. در حال حاضر در كشور ۸ كارخانه توليد تاير وجود دارد كه بين ۹۰-۸۰ درصد از نياز كشور را تامين مى كنند و بقيه نيز از طريق واردات تامين مى شود.نبايد از نظر دور داشت كه ارقام فوق براى توليد حدود ۵۰۰ هزار خودرو در سال بوده است و با افزايش توليد خودرو تا حد يك ميليون خودرو در سال بايد منتظر روند رو به رشد توليد و مصرف تاير در كشور بود. اين موضوع بيانگر الزاماتى است كه بابت افزايش خودروهاى جديد به بازار وارد مى شود. در مورد الزاماتى كه از سوى خودروهاى موجود در كشور بر اين بازار اعمال مى شود، مى توان به شديدتر شدن سختگيرى ها در مورد آج تايرهاى خودرو اشاره كرد، چون در حال حاضر شاهد تردد خودروهايى هستيم كه تاير آنها فاقد آج مناسب و شرايط لازم براى استفاده است كه شديدتر شدن سختگيرى ها در اين زمينه نيز باعث افزايش مصرف تاير در كشور خواهد شد.در مورد دسته بندى كلى روش هاى استفاده از تايرهاى فرسوده نيز مى توان به موارد زير اشاره كرد:

۱- دفن در مراكز دفن زباله يا تلنباركردن در مراكز ديگر

۲- بازيابى انرژى

۳- بازيابى لاستيك (استفاده در آسفالت، پوشش سالن ها و مراكز بازى، قطعات لاستيكى و...)

۴- استفاده در امور راه و ساختمان (جاده، پل، ديواره و...)

۵- صادرات تايرهاى مستعمل۶- كاربردهاى متفرقه

• وضعيت استفاده از تايرهاى فرسوده در جهانتاير محصولى است كه در تمامى نقاط دنيا مورد استفاده قرار مى گيرد و البته ميزان مصرف تاير در نقاط مختلف دنيا متاثر از تعداد خودروها، قوانين، فرهنگ مصرف، ميزان دسترسىبه تاير، رشد اقتصادى كشور و... است.طبق آمار به دست آمده در كشورهاى صنعتى در هر سال به ازاى هر شهروند يك حلقه تاير مصرف مى شود و اين به معنى سرانه مصرف تقريبى ۹ كيلوگرم تاير در سال است. طبق آمارهاى موجود جمعيت ۶۵ ميليون نفرى ايران نيز در هر سال حدود ۱۰ ميليون حلقه تاير مصرف مى كنند كه اين به معنى مصرف بيش از ۲۰۰ هزار تن تاير در سال است.بازيافت تايرهاى فرسوده در كشورهاى عضو اتحاديه اروپا به شكل گسترده اى در حال اجرا است. در حال حاضر تعدادى از نخستين اعضاى اصلى اين اتحاديه پروژه انهدام تايرهاى فرسوده را به اجرا گذاشته اند و اين مسئله ظرف پنج سال آينده در تمامى كشورهاى جديدالورود به اين اتحاديه نيز به وقوع خواهد پيوست.در اتحاديه اروپا شركت هاى تايرسازى تمايل خود را براى مشاركت در فرايند انهدام اين تايرها تحت اصل «تعهدات بيشتر توليدكنندگان» اعلام كرده اند.بايد توجه داشت كه در اروپا وضعيت در حال سخت تر شدن است و كشورهاى عضو اتحاديه اروپا حق ندارند پس از سال ۲۰۰۵ تايرهاى مستعمل را به صورت خرد شده و يا خرد نشده در مراكز زباله دفن كنند و كشورها بايستى براى آنها كاربردهاى جديد پيشنهاد كنند.در آمريكا نيز به عنوان يكى از قطب هاى مصرف تاير جهان وضعيت مشابهى برقرار شده است به نحوى كه طبق بررسى هاى انجام شده امروزه در آمريكا حدود ۴۰ درصد از ۲۸۰ ميليون تاير فرسوده به عنوان سوخت مكمل (TDF) در صنايع توليد سيمان، كاغذ و وسايل الكتريكى مورد استفاده قرار مى گيرد و كلاً حدود ۸۰ درصد از تايرهاى فرسوده مورد بازيافت قرار مى گيرند. در آمريكا در سال ۲۰۰۲ در بيش از ۶۰ كوره سيمان از سوخت تاير استفاده شده است.اين در حالى است كه حدود ۱۰ سال قبل وضعيت بازار تايرهاى فرسوده در آمريكا تقريباً برعكس اوضاع كنونى بود يعنى فقط حدود ۲۰ درصد از تايرهاى توليدى مورد بازيافت قرار مى گرفت و حدود ۸۰ درصد به مراكز دفن زباله مى رفت.نبايد فراموش نمود كه دفن تاير ها در مراكز زباله كار بسيار مشكلى است چون تاير ها نسبت به وزن خود حجم زيادترى را نسبت به ساير زباله ها اشغال مى نمايند و در صورت خرد كردن نيز هزينه خردايش آنها بر عهده مراكز زباله و سازمان هاى خدمات شهرى خواهد بود.قبل از سال ۱۹۸۵ مديريت تاير هاى فرسوده در آمريكا فقط شامل ارسال تاير هاى كامل به مراكز دفن زباله بود. يكى ديگر از اين امور مديريتى جمع آورى تاير هاى فرسوده و قرار دادن آنها در يك محوطه باز بوده است. از آنجايى كه در آن زمان هيچ قانونى در مورد نحوه مديريت تاير هاى فرسوده وجود نداشت و ضمناً برنامه هاى تشويقى نيز جهت ايجاد انگيزه براى به كارگيرى تاير هاى فرسوده وجود نداشت، فقط دو راهكار فوق (به دليل هزينه ارزان آن) كارايى داشت.

• امكان استفاده از تاير در صنعت سيمان ايرانكربن، اكسيژن و هيدروژن حدود ۹۰ درصد از تاير را تشكيل مى دهد كه اين امر باعث احتراق سريع و ارزش حرارتى نسبتاً بالاى آن مى شود. قابل ذكر است كه ارزش حرارتى تاير ها حدود 32MJ/kg است.در مورد استفاده از تاير به عنوان سوخت در صنعت سيمان به عنوان نمونه مى توان از شركت بزرگ Lafarge نام برد كه در بيش از ۴۰ كشور جهان داراى كارخانجات توليد سيمان است. اين شركت در پنج كارخانه در آمريكا شمالى و ده كارخانه در اروپا و دو كارخانه در آسيا و يك كارخانه در آمريكاى جنوبى از تاير هاى فرسوده به عنوان سوخت كمكى استفاده مى نمايد و براى سروسامان دادن به اين امر يك شركت جانبى با عنوانSystechEnvironmental را خريدارى نموده است تا بهتر بتوانداز اين مزيت استفاده كند.همانطورى كه گفته شد طبق اطلاعات جمع آورى شده از موسسات توليد كننده تاير در حال حاضر در ايران سالانه حدود ۲۰۰ هزار تن تاير مصرف مى شود كه اين رقم مجموع توليد كارخانه هاى داخل كشور
به علاوه تاير هاى وارداتى است. در شكل فوق چرخه كل مصرف تاير ها نشان داده شده است.همانطورى كه در شكل فوق ديده مى شود تاير ها را پس از مستعمل شدن مى توان روكش نموده و مجدداً مورد استفاده قرار داد. براى اين كار در ايران حدود ۱۲ واحد صنعتى تاسيس شده است كه به روش هاى گرم و سرد عمليات روكش كردن را انجام مى دهند. قابل ذكر است كه استفاده از تاير هاى روكش شده در ايران با استقبال مواجه نشده است چون اين تاير ها پس از روكش شدن بايد در خودرو هايى استفاده شوند كه سرعت پايينى دارند (مانند خودرو هاى تاكسى و مسافر كش و نيز خودرو هاى شهردارى در قسمت خدمات شهرى). به علاوه كيفيت پائين محصولات روكش شده بعضى شركت ها به اين مسئله دامن زده است. جميع اين عوامل باعث شده كه بعضى از ۱۲ واحد فوق الذكر تعطيل شده و بقيه نيز با ظرفيت پايين فعاليت داشته باشند. نكته آخر در اين زمينه آن است كه تنها تاير هايى را مى توان روكش كرد كه قسمت اصلى يا منجيد آن سالم باشد و در غير اين صورت تاير براى عمليات روكش مناسب نيست و دورريز مى شود. عموماً روكش كردن براى تاير هاى خودرو ها و ماشين آلات سنگين از اقبال مناسبى برخوردار بوده است.البته بايد متذكر شد كه ديگر كاربردهاى تاير هاى فرسوده نيز كسر كوچكى از آنها را تشكيل مى دهد. با توجه به تمامى اين مطالب انتظار مى رود كه بتوان بيش از ۵۰ درصد از تاير هاى مصرفى را براى استفاده به عنوان سوخت در نظر گرفت كه رقمى بالغ بر صد هزار تن لاستيك خواهد بود.ضمناً نبايد فراموش كرد كه در ۱۱ سال آينده بالغ بر ده ميليون خودرو به وسايل نقليه كشور اضافه خواهد شد كه اين مسئله نيز بايستى مدنظر قرار گيرد.يكى از نكات مثبت در اين طرح آن است كه تاير هاى فرسوده در اقصى نقاط كشور وجود دارند و در مقابل كارخانه هاى سيمان نيز در سراسر كشور توزيع شده اند و با يك مكانيسم ساده مى توان تاير ها را جمع كرده و در اختيار كارخانه هاى سيمان قرار داد.اساساً الزام هاى موجود براى به كارگيرى تاير به عنوان سوخت در صنعت سيمان ايران را مى توان به صورت زير برشمرد: الف- حذف تدريجى يارانه هاى سوخت در آيندهب- سخت تر شدن استاندارد شاخص مصرف ويژه سوخت در كارخانه هاى سيمان در ساليان آتىج- بيشتر شدن تعداد خودرو هاى كشورد- از رده خارج نمودن خودرو هاى فرسودهه- سخت تر شدن استاندارد آج تاير در خودرو هاو- تصميم سازمان هاى قانونگذار به جمع آورى كامل تاير ها و نيز عدم دفن تايرز- توجه به ريسك آتش سوزى در مراكز تجمع تاير هاح- تصويب قانون پسماند ها در مجلس كه دولت را موظف به برنامه ريزى هاى جديد مى كند.بر اين اساس با اجرايى شدن هر يك از موارد فوق وضعيت توليد تاير و توليد سيمان تغيير كرده و تمايل بيشترى به استفاده از تاير هاى فرسوده به وجود خواهد آمد.با توجه به تحقيقات انجام شده و نيز واحد هاى در حال توليد در جهان امكان تزريق تاير به صورت كامل و يا خرد شده به كوره هاى سيمان وجود دارد. در اكثر موارد اين تزريق از دهانه فوقانى كوره (محل خوراك دهى) مواد خام انجام مى شود.قابل ذكر است كه كوره هاى مجهز به پيش گرمكن بهترين محيط جهت استفاده از تاير هاى كامل و يا خرد شده است.البته گروهى از مراكز پيشنهاد كرده اند كه تاير هاى خرد شده را به قسمت پيش گرمكن و تاير هاى كامل را به دهانه ورودى كوره تزريق نمود.در مورد آلايندگى اين سيستم نيز بايد متذكر شد كه طى سا ل هاى ۹۰- ۱۹۸۵ سازمان حفاظت محيط زيست آمريكا اقدام به راه اندازى پروژه هاى مختلفى در مورد بررسى آلاينده هاى توليدى هنگام سوختن تاير در كوره هاى مختلف نمود كه اين بررسى را در مقياس آزمايشگاهى و نيمه صنعتى و نيز واحد هاى صنعتى به اجرا درآورد و حاصل اين تحقيقات را به صورت كتابى در سال ۱۹۹۱ منتشر نمود و بيان داشت كه آلاينده هاى منتشره از اين سوخت مكمل بيشتر از آلايندگى سوخت هاى اصلى كارخانه هاى سيمان نبوده و در اكثر موارد از ميزان NOX توليدى نيز كاسته شده است.با توجه به موارد فوق مى توان سوخت حاصل از تاير (TDF) را به عنوان سوخت كمكى در كارخانه هاى سيمان ايران نيز مورد استفاده قرار دارد.
• نتيجه گيرىطولانى بودن زمان ماند و بالا بودن دماى عملياتى در كوره هاى پخت سيمان باعث به وجود آمدن شرايط ايده آلى جهت استفاده از تاير به عنوان سوخت كمكى شده است. نتايج به دست آمده از آزمايشات انجام شده بر روى چندين كوره كه تاير را به صورت كامل يا خرد شده مصرف كرده اند بيانگر آن بوده است كه آلاينده هاى منتشره در هوا علاوه بر آنكه تاثير منفى نداشته اند در بعضى موارد بهبود شرايط را نيز نشان داده اند.با توجه به الزامات تشريح شده در متن مقاله صنعت سيمان از شرايط مناسبى براى تعامل با معضل تاير هاى فرسوده برخوردار بوده و مى توان از مزاياى آن كمال استفاده را برد.نبايد فراموش كرد كه تاير هاى فرسوده علاوه بر آنكه داراى مشكل عدم جذب در طبيعت هستند، از ريسك آتش سوزى در مراكز تجمع تاير نيز برخوردارند كه بايستى مورد مداقه بيشتر قرار گيرد.
عبدالله مصطفايى عليرضا مرادى، امير سهرابى كاشانى روزنامه شرق