الرماد المتطاير - الخصائص، المصدر، المزايا، الاستخدامات
الرماد المتطاير هو الرماد الناعم المُجمّع من غازات المداخن بعد احتراق الفحم، وهو أيضًا النفايات الصلبة الرئيسية المُفرّغة من محطات الطاقة العاملة بالفحم. مكوناته الرئيسية هي أكاسيد السيليكون والألمنيوم والحديد والكالسيوم والمغنيسيوم.
مع تطور صناعة الطاقة، يتزايد إطلاق الرماد المتطاير من محطات الطاقة العاملة بالفحم عامًا بعد عام. إذا لم تُعالَج كميات كبيرة من الرماد المتطاير، فسيُولّد غبارًا ويُلوِّث الغلاف الجوي. أما الآن، فيمكن استخدام الرماد المتطاير كمورد أيضًا.
خصائص الرماد المتطاير
مظهر: يشبه مظهر الرماد المتطاير مظهر الأسمنت، ويتراوح لونه بين الأبيض الحليبي والأسود الرمادي. يُعد لون الرماد المتطاير مؤشرًا مهمًا للجودة، إذ يعكس كمية الكربون فيه، وإلى حد ما، نقائه. كلما كان اللون أغمق، كان حجم جزيئات الرماد المتطاير أدق، وارتفع محتوى الكربون فيه.
تصنيف: يمكن تقسيم الرماد المتطاير إلى رماد متطاير منخفض الكالسيوم ورماد متطاير عالي الكالسيوم. عادةً ما يكون لون الرماد المتطاير عالي الكالسيوم محمرًا، بينما يكون لون الرماد المتطاير منخفض الكالسيوم رماديًا. تتميز جزيئات الرماد المتطاير ببنية عسلية مسامية ذات مساحة سطح نوعية كبيرة وقدرة امتصاص عالية.
تدرج الجسيمات: يمكن تقسيم تدرج الرماد المتطاير تقريبًا إلى ثلاثة أنواع. النوع الأول هو الرماد الرمادي الناعم. يتميز الرماد الناعم بتدرج جسيماته، وهو أنعم من الرماد الأسمنتي، ويُستخدم بشكل رئيسي كبديل للأسمنت أو خليط الأسمنت في الخرسانة المسلحة. النوع الثاني هو الرماد الخشن. يتميز الرماد الخشن بتدرج جسيماته، وهو أنعم من الرماد الأسمنتي، ويُستخدم بشكل رئيسي في مواد البناء مثل الملاط كبديل للركام. النوع الثالث هو الرماد المختلط. يمكن استخدام الرماد المتطاير المخلوط برماد قاع الفرن كبديل للركام أو للحشو.
كثافة: تتراوح كثافة الرماد المتطاير العادي بين 1.8 و2.3 غ/سم3، أي ما يعادل ثلثي كثافة أسمنت بورتلاند تقريبًا. يتراوح نطاق تباين الكثافة الظاهرية للرماد المتطاير بين 0.6 و0.9 غ/سم3، وتتراوح الكثافة الظاهرية بعد الاهتزاز بين 1.0 و1.3 غ/سم3. أما كثافة الرماد المتطاير عالي الكالسيوم، فهي أعلى بقليل.
كيف يتم إنتاج الرماد المتطاير؟
تتم عملية احتراق الرماد المتطاير على النحو التالي:
يحترق الفحم المسحوق معلقًا في الفرن. يمكن حرق معظم المواد القابلة للاحتراق في الفرن، بينما تختلط كمية كبيرة من المواد غير القابلة للاحتراق في الفحم المسحوق بغازات الاحتراق عالية الحرارة. تذوب هذه المواد غير القابلة للاحتراق (وخاصةً الرماد) جزئيًا بسبب ارتفاع درجة الحرارة. في الوقت نفسه، ونتيجةً لتأثير التوتر السطحي، تتشكل كمية كبيرة من الجسيمات الكروية الدقيقة.
تحت تأثير مروحة السحب المُستحثة في ذيل الغلاية، يتدفق غاز المداخن، المحتوي على كمية كبيرة من الرماد، إلى ذيل الفرن. مع انخفاض درجة حرارة غاز المداخن، يتحول جزء من الجسيمات الدقيقة المنصهرة إلى حالة زجاجية نتيجةً لدرجة معينة من التبريد السريع، مما يزيد من نشاطها الكامن. قبل أن تُفرّغ مروحة السحب المُستحثة غاز المداخن في الغلاف الجوي، تُفصل الجسيمات الكروية الدقيقة المذكورة أعلاه وتُجمع بواسطة مُجمّع الغبار، وهو الرماد المتطاير.
مزايا وعيوب الرماد المتطاير
المزايا
1.توفير الطاقة وخفض الانبعاثات. يمكن لإعادة تدوير الرماد المتطاير أن تُحقق إعادة استخدام الموارد بفعالية وتجنّب هدرها. وفي الوقت نفسه، من خلال تقليل الطلب على المواد الخام، يُقلّل الرماد المتطاير أيضًا من التلوث، مثل الغازات العادمة ومياه الصرف الناتجة عن التعدين وعمليات الإنتاج الأخرى. وبالتالي، يُمكن أن يُسهم استخدام الرماد المتطاير في توفير الطاقة وخفض الانبعاثات.
2. خفض التكاليف. يمكن للرماد المتطاير أن يحل محل جزء من الأسمنت كإضافة إسمنتية رخيصة نسبيًا، مما يقلل من تكلفة مواد البناء. كما يُقلل الرماد المتطاير أثناء الاستخدام من وقت الخلط ومحتوى الأسمنت في الخرسانة، ويُحسّن سرعة البناء وجودة هندسة الخرسانة.
3.تحسين البيئة. الرماد المتطاير مادة مستقرة جدًا لا تتحلل أو تتحلل بمرور الوقت. وفي الوقت نفسه، بفضل خفة وزنه نسبيًا، يسهل نقله وتخزينه. كل هذه العوامل تُسهّل إعادة تدوير الرماد المتطاير وتُقلّل من التلوث البيئي.
4. تحسين أداء المواد الموجودة. كخليط مُضاف للخرسانة، يُمكن للرماد المتطاير تحسين متانة الخرسانة ومقاومتها للصقيع وقوة ضغطها وغيرها من خصائصها. يصعب تحقيق هذه الخصائص باستخدام الخرسانة التقليدية. لذلك، فإن إضافة الرماد المتطاير لا تُوفر الموارد فحسب، بل تُحسّن أيضًا من أداء الخرسانة، مما يُفيد بشكل كبير في التطبيقات العملية.
5.توسيع أسواق جديدة. إعادة تدوير الرماد المتطاير يفتح آفاقًا جديدة. في بعض المناطق، مثل أوروبا وأمريكا وآسيا، أصبح الرماد المتطاير من مواد البناء الأكثر استخدامًا. ومع تحسّن المتطلبات الوطنية لحماية البيئة وكفاءة الطاقة، سيحظى الرماد المتطاير باهتمام متزايد.
العيوب
1.يجب إتقان النسبة المناسبة. عند استخدام الرماد المتطاير كمواد خام، يجب التحكم في نسبة الخرسانة إلى الرماد المتطاير بشكل صارم حتى لا تؤثر على جودة الخرسانة.
2. غير مناسب لجميع أنواع الخرسانةتي. على الرغم من أن الرماد المتطاير يُحسّن أداء الخرسانة، إلا أنه غير مناسب لجميع أنواعها. لذا، يجب مراعاة التمييز الدقيق بين الأنواع عند الاستخدام.
3. من الصعب تقييم الجودة. إذا تم خلط كمية كبيرة جدًا من الرماد المتطاير بالخرسانة، فقد يُسبب ذلك مشاكل مثل انخفاض متانتها. ومع ذلك، يصعب تقييم كمية الرماد المتطاير، لذا يجب استخدامه بحذر، وإلا فقد يؤثر على جودة الخرسانة.
استخدامات الرماد المتطاير
الرماد المتطاير غني بالموارد، ورخيص الثمن، ويحتوي على كمية كبيرة من المكونات الفعالة. بعد معالجته، يمكن استخدامه لأغراض ثانوية في مجالات مواد البناء والخرسانة والمواد الكيميائية.
1.اصنع الخرسانة والأسمنت. بعد الفرز والطحن، يُمكن استخدام الرماد المتطاير كبديل جزئي للمواد الخام الخرسانية. يؤثر اختلاف كميات الخلط على مستوى التصلب والمتانة والانكماش وخصائص الخرسانة الأخرى. تقنية إنتاج الأسمنت بالرماد المتطاير متطورة نسبيًا، لذا يُمكن أن تصل كمية الخلط في الأسمنت إلى 75%.
2.صنع منتجات الطوب. بعد معالجة المواد الخام مثل الرماد المتطاير من خلال سلسلة من العمليات، يمكن تحويلها إلى أنواع مختلفة من الطوب، مثل الطوب المجوف المصنوع من الرماد المتطاير والطوب الصلب.
3.يمكن استخدامها في الصناعة الكيميائية. يمكن استخلاص الشبة عالية النقاء من الرماد المتطاير، والذي يُستخدم في تصنيع البوكسيت، كما يُستخدم لإنتاج مسحوق كربيد السيليكون (SiC)، وهو مادة سيراميكية غير أكسيدية. بعد عملية تكرير معينة، يُمكن تحويل الرماد المتطاير إلى مادة حشو بوليمرية، ويمكن تعديل المادة المُصنّعة.
4. صناعة الأسمدة الزراعية. الرماد المتطاير غني بالعناصر النزرة، مثل السيليكون والبورون والكبريت والزنك والنحاس والكالسيوم والمغنيسيوم والحديد، وغيرها. يتميز بقوام مرن، ويمكنه تحسين بنية التربة بشكل ملحوظ. إضافة كمية مناسبة من المواد المضافة إلى الرماد المتطاير وفقًا للصيغة العلمية يمكن أن تُنتج سمادًا مركبًا.
5. إنتاج السيرامسيت. يُصنع السيرامسيت من الرماد المتطاير كمادة خام رئيسية، ويُضاف إليه الماء والمواد الرابطة، ويُعالَج على شكل كرات، ثم يُلَبَّد للحصول على ركام صناعي. تصل نسبة الرماد المتطاير المستخدم في إنتاج السيرامسيت إلى 80%، وهو أخف وزنًا، ويتميز بعزل حراري جيد، ووظيفة عزل حراري قوية، وقوة تحمل عالية، ومقاومة للصدمات. يُقلل استخدام السيرامسيت بالرماد المتطاير في المباني الشاهقة والأجزاء ذات الامتدادات الكبيرة من كتلة الهيكل نفسه بمقدار 33%، مما يُحسّن أداء العزل الحراري بشكل كبير.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام الرماد المتطاير في إنتاج الملاط وألواح التقسيم خفيفة الوزن وطوب العزل وغيرها من المنتجات.
الرماد المتطاير مادة بناء ذات تطبيقات واسعة. تطبيقه لا يقتصر على تحسين جودة وكفاءة البناء فحسب، بل يحمي البيئة ويوفر الطاقة ويحد من التلوث. ونظرًا لكونه مادة بناء جديدة، ينبغي دراسة خصائصه ونطاق تطبيقاته وتقنية معالجته بعناية، وذلك لتعزيز إمكاناته التطبيقية.
