هل يمكن صنع خرسانة من رماد قصب السكر ؟؟
الرماد الناتج عن حرق قصب السكر :
ان عملية حرق القصب فى مصانع السكر والكحول البرازيلي ينتج عنها نفايات كثيرة حيث بلغت تلك النفايات هذا العام 3.8 مليون طن من الرماد ، حيث ظلت تلك الصناعات لفترة زمنية طويلة تحرق قش القصب والتفل لتوليد الكهرباء لاستهلاكها الخاص وايضا بيع اى فائض من الانتاج لاطراف ثالثة .
يتم التخلص من الرماد الناتج عن الحرق فى مواقع دفن النفايات او نثره فى مزارع قصب السكر كنوع من السماد حيث يتم توليد حوالى 25 كجم من بقايا قصب السكر.
لقد قام فريق بدراسة هذه المادة مع المهندس " المير سيلز " واظهرت النتائج ان هذه النفايات يمكن تحويلها الى مدخلات هامة لصنع الخرسانة والملاط المستخدمين فى اعمال البناء والانشاءات المدنية .
الابحاث التى اجريت على الرماد :
قام الباحث من (UFSCar) استبدال جزء من الرمل المستخدم في تحضير الخرسانة بالرماد الناتج من تفل قصب السكر. وقد أظهر البحث -الذي بدأ منذ ثلاث سنوات ويتم تنفيذه بدعم مالي من مؤسسة دعم البحوث في ولاية ساو باولو (FAPESP)- أن استبدال نسبة 30٪ إلى 50٪ من كتل الرمال الطبيعية بالرماد لا يحافظ فقط على الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للخرسانة عالية الجودة، ولكن يمكن أن يعود علينا أيضاً بالنفع. "ففي إطار عملية الاستبدال هذه، يمكن للخرسانة المصنوعة من الرماد أن تكتسب مقاومة أكبر من الخرسانة التقليدية بنسبة تصل إلى 20٪" ، بالإضافة إلى ذلك سيقلل هذا النوع من الخرسانة من الحاجة إلى إيجاد مناطق للتخلص من النفايات، وفي الوقت نفسه سيتم استخدام القليل من الرمال، وبالتالي تقليل الآثار البيئية على مجاري الأنهار التي يتم إزالة الرمال منها.
كما يقول هذا الباحث من (UFSCar) إن استخراج الرمال الطبيعية والحصى يتطلب الكثير من الطبيعة. حيث تسبب معظم الموانئ والمحاجر الرملية أضرارًا بيئية بالمجاري المائية. ولقد بدأنا نواجه صعوبات في العثور على الرمال والأحجار الطبيعية لاستخدامها في التشييد المدني".
وأضاف انه في الآونة الأخيرة ، حدثت زيادة قدرها 500٪ في سعر الرمال في ساو لويس، في مارانهاو، نتيجة إلغاء التراخيص البيئية الخاصة باستخراج الرمال في المدينة. ويمكن استخدام الخرسانة المصنوعة من رماد تفل القصب، مبدئيًا، في معظم تطبيقات البناء المدني. وكان الاقتراح الأوّلي هو استخدامها في تصنيع حواجز الآبار ومجاري الصرف الصحي ومصارف مياه الأمطار. ويضيف سيلز: "إن العديد من إدارات المدن تعمل بالفعل على استخدام النفايات لإنتاج التحف الخرسانية. وإننا نعتقد أن إحدى هذه الإدارات تهتم بإنتاج هذا النوع من الخرسانة على أساس تجريبي". أما بالنسبة إلى بعض التطبيقات الخاصة، مثل الخرسانة الهيكلية وعالية الأداء، فيتطلب إجراء المزيد من الدراسة.
قابلية استخدام الرماد كسماد :
في سبيل التوصل إلى استنتاج أن الرماد من تفل قصب السكر هو بديل عن الرمل، أجرى الباحث سلسلة من التجارب ، وقد تبيّنَ من الخصائص الفيزيائية المجهرية أن مواصفاته قريبة جداً من الرمل الطبيعي، مع وجود جزء بلوري و تركيز عالي من السيليكا. وقد كشفت الدراسات -التي أجريت بواسطة عينات تم جمعها من أربعة مصانع للسكر في ساو باولو- عن افتقار هذه النفايات إلى أي عناصر تصلح للاستخدام كسماد. ويوضح سيلز أن "هذه مادة خاملة إلى حد كبير وضعيفة للاستخدام كسماد. وأننا لم نعثر على أي تركيزات كبيرة للبوتاسيوم من شأنها أن تبرر استخدام الرماد كعنصر لتصحيح حموضة التربة، كما كان يحدث دائماً ".
تحليل الرماد ونتائجه :
كما أن هناك حقيقة مدهشة أخرى كشفت عنها التجارب على الرماد الذي تم تحليله وهي وجود كمية كبيرة من المعادن الثقيلة، من بينها الرصاص والكادميوم. ونتيجة لذلك، فإن استخدامه لتخصيب مزارع السكر قد يؤدي إلى تلويث التربة والجدول المائي. وبأخذ الحيطة، تؤكد المبيعات على ضرورة إجراء المزيد من الدراسات التفصيلية في منطقة التربة، من خلال أخذ عينة أكبر.وقد زودنا بقوله "ونحن نعمل مع الرماد الناتج عن عدد محدود من المطاحن". ومع ذلك، فهذه إشارة تدل على ضرورة التحقق منها. فلربما تم دمج هذه العناصر الكيميائية في قصب السكر في مرحلة النمو، وقد مرت المعادن الثقيلة في الرماد عندما تم استخدام المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب ومنتجات النضج بعد أن تم حرق التفل، وذلك لزيادة الإنتاجية وتقديم موعد القطع.
ووفقاً للمبيعات، فإن المعالجة التي تُمكن من استخدام رماد التفل كبديل للرمل بسيطة ورخيصة. وفي الحالات التي يكون فيها الرماد يحتوي على أجزاء من التفل المحروق بشكل سيئ، يجب أن يتم إخراجه لإزالتها. ومع ذلك، في المصانع التي تحتوي على أفران حديثة، تم إعدادها بالفعل من أجل الإنتاج الفعال للكهرباء، يتم حرق التفل بالكامل، وهذا يؤدي بدوره إلى الاستغناء عن الحاجة إلى الغربلة. وتقتصر المرحلة الثانية من المعالجة على الطحن وذلك للتحكم في حجم حبيبات الرماد - من الناحية الفنية يتم تعديل حجم الحُبيبية -. ويقول الباحث: "مع الطحن، من الممكن الحصول على رماد يشبه الرمل ، باستثناء الأسود منها"، موضحاً أن الاستثمار للحصول على المطاحن المستخدمة في معالجة الرماد منخفض نسبياً ويمكن تخفيفه في تكاليف الفرن.
تجربة متانة المنتج :
حالما يتم تحديد الجرعة البديلة المُثلى لرمل الرماد الموجود في الاسمنت (بين 30٪ و 50٪)، فإن الخطوة التالية في البحث ستكون اختبار متانة الخرسانة. وفي هذه التجارب، المُخطط إجراؤها خلال الأشهر الـ 12 المقبلة، سيجري فحص ما إذا كانت الخرسانة المصنوعة من الرماد لها خصائص مناسبة لحماية الأطر؛ وبعبارة أخرى، بالإضافة إلى كونه متيناً، فهل يمكنه حماية الفولاذ المستخدم في البناء الخرساني من التآكل. خلال هذه الاختبارات، سوف تتعرض عينات الجسم الاختبارية للبيئة، وبالتالي يحدث محاكاة للوضع الحقيقي. وكما توضح المبيعات فإن "الاختبارات المبكرة مُشجعة، والاتجاه هو أنه يمكن تأكيد متانتها".
ووفقاً للباحث من (UFSCar)، تبحث دول أخرى بالفعل عن بدائل للرمل والحصى لصنع مونة الأسمنت والخرسانة. وهذا هو الحال في هولندا والدانمرك وبلجيكا، حيث تم استبدال هذه المدخلات بنفايات التشييد والهدم (CDW). وكما يقول "فإن إضافة (CDW) لإعادة تكوين الرمل والحصى منتشرة في العديد من البلدان المتقدمة، حيث بلغت مستويات أعلى من 70٪". وفي البرازيل، فإن العديد من المدن لديها بالفعل مصانع إعادة التدوير حيث يتم فصل (CDW) ، وذلك بسحقها وتحويلها إلى الرمل والحصى لإنتاج التحف الملموسة. "وهذا هو الطريق للمُضي قُدماً". فيجب أن نتعلم تحويل النفايات المتولدة في مختلف القطاعات، بما في ذلك الأعمال التجارية الزراعية، إلى مكونات خرسانية ومكونات أخرى للبناء المدني، دون الاضطرار دومًا إلى الاستخلاص من البيئة ".
والخرسانة المصنوعة من ما تبقى بعد احتراق تفل قصب السكر ليست هي أول أعمال الباحث التي ركزت على الاستفادة من النفايات وتحويلها إلى منتج ذي قيمة مضافة. وقبل خمس سنوات، فقد قام بتنسيق مشروع أسفر عن براءة اختراع، وكان الهدف منه دمج الرواسب الطينية المتولدة في محطات معالجة المياه في الخرسانة ومونات الأسمنت. وبدلاً من إرسال هذه الرواسب المنتجة في المحطات إلى مواقع طمر النفايات أو المحارق، يمكن استخدامها لتصنيع القطع الأثرية الملموسة.
*شارك في الترجمة/ مها عبدالفتاح.
ان عملية حرق القصب فى مصانع السكر والكحول البرازيلي ينتج عنها نفايات كثيرة حيث بلغت تلك النفايات هذا العام 3.8 مليون طن من الرماد ، حيث ظلت تلك الصناعات لفترة زمنية طويلة تحرق قش القصب والتفل لتوليد الكهرباء لاستهلاكها الخاص وايضا بيع اى فائض من الانتاج لاطراف ثالثة .
يتم التخلص من الرماد الناتج عن الحرق فى مواقع دفن النفايات او نثره فى مزارع قصب السكر كنوع من السماد حيث يتم توليد حوالى 25 كجم من بقايا قصب السكر.
لقد قام فريق بدراسة هذه المادة مع المهندس " المير سيلز " واظهرت النتائج ان هذه النفايات يمكن تحويلها الى مدخلات هامة لصنع الخرسانة والملاط المستخدمين فى اعمال البناء والانشاءات المدنية .
الابحاث التى اجريت على الرماد :
قام الباحث من (UFSCar) استبدال جزء من الرمل المستخدم في تحضير الخرسانة بالرماد الناتج من تفل قصب السكر. وقد أظهر البحث -الذي بدأ منذ ثلاث سنوات ويتم تنفيذه بدعم مالي من مؤسسة دعم البحوث في ولاية ساو باولو (FAPESP)- أن استبدال نسبة 30٪ إلى 50٪ من كتل الرمال الطبيعية بالرماد لا يحافظ فقط على الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للخرسانة عالية الجودة، ولكن يمكن أن يعود علينا أيضاً بالنفع. "ففي إطار عملية الاستبدال هذه، يمكن للخرسانة المصنوعة من الرماد أن تكتسب مقاومة أكبر من الخرسانة التقليدية بنسبة تصل إلى 20٪" ، بالإضافة إلى ذلك سيقلل هذا النوع من الخرسانة من الحاجة إلى إيجاد مناطق للتخلص من النفايات، وفي الوقت نفسه سيتم استخدام القليل من الرمال، وبالتالي تقليل الآثار البيئية على مجاري الأنهار التي يتم إزالة الرمال منها.
كما يقول هذا الباحث من (UFSCar) إن استخراج الرمال الطبيعية والحصى يتطلب الكثير من الطبيعة. حيث تسبب معظم الموانئ والمحاجر الرملية أضرارًا بيئية بالمجاري المائية. ولقد بدأنا نواجه صعوبات في العثور على الرمال والأحجار الطبيعية لاستخدامها في التشييد المدني".
وأضاف انه في الآونة الأخيرة ، حدثت زيادة قدرها 500٪ في سعر الرمال في ساو لويس، في مارانهاو، نتيجة إلغاء التراخيص البيئية الخاصة باستخراج الرمال في المدينة. ويمكن استخدام الخرسانة المصنوعة من رماد تفل القصب، مبدئيًا، في معظم تطبيقات البناء المدني. وكان الاقتراح الأوّلي هو استخدامها في تصنيع حواجز الآبار ومجاري الصرف الصحي ومصارف مياه الأمطار. ويضيف سيلز: "إن العديد من إدارات المدن تعمل بالفعل على استخدام النفايات لإنتاج التحف الخرسانية. وإننا نعتقد أن إحدى هذه الإدارات تهتم بإنتاج هذا النوع من الخرسانة على أساس تجريبي". أما بالنسبة إلى بعض التطبيقات الخاصة، مثل الخرسانة الهيكلية وعالية الأداء، فيتطلب إجراء المزيد من الدراسة.
قابلية استخدام الرماد كسماد :
في سبيل التوصل إلى استنتاج أن الرماد من تفل قصب السكر هو بديل عن الرمل، أجرى الباحث سلسلة من التجارب ، وقد تبيّنَ من الخصائص الفيزيائية المجهرية أن مواصفاته قريبة جداً من الرمل الطبيعي، مع وجود جزء بلوري و تركيز عالي من السيليكا. وقد كشفت الدراسات -التي أجريت بواسطة عينات تم جمعها من أربعة مصانع للسكر في ساو باولو- عن افتقار هذه النفايات إلى أي عناصر تصلح للاستخدام كسماد. ويوضح سيلز أن "هذه مادة خاملة إلى حد كبير وضعيفة للاستخدام كسماد. وأننا لم نعثر على أي تركيزات كبيرة للبوتاسيوم من شأنها أن تبرر استخدام الرماد كعنصر لتصحيح حموضة التربة، كما كان يحدث دائماً ".
تحليل الرماد ونتائجه :
كما أن هناك حقيقة مدهشة أخرى كشفت عنها التجارب على الرماد الذي تم تحليله وهي وجود كمية كبيرة من المعادن الثقيلة، من بينها الرصاص والكادميوم. ونتيجة لذلك، فإن استخدامه لتخصيب مزارع السكر قد يؤدي إلى تلويث التربة والجدول المائي. وبأخذ الحيطة، تؤكد المبيعات على ضرورة إجراء المزيد من الدراسات التفصيلية في منطقة التربة، من خلال أخذ عينة أكبر.وقد زودنا بقوله "ونحن نعمل مع الرماد الناتج عن عدد محدود من المطاحن". ومع ذلك، فهذه إشارة تدل على ضرورة التحقق منها. فلربما تم دمج هذه العناصر الكيميائية في قصب السكر في مرحلة النمو، وقد مرت المعادن الثقيلة في الرماد عندما تم استخدام المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب ومنتجات النضج بعد أن تم حرق التفل، وذلك لزيادة الإنتاجية وتقديم موعد القطع.
ووفقاً للمبيعات، فإن المعالجة التي تُمكن من استخدام رماد التفل كبديل للرمل بسيطة ورخيصة. وفي الحالات التي يكون فيها الرماد يحتوي على أجزاء من التفل المحروق بشكل سيئ، يجب أن يتم إخراجه لإزالتها. ومع ذلك، في المصانع التي تحتوي على أفران حديثة، تم إعدادها بالفعل من أجل الإنتاج الفعال للكهرباء، يتم حرق التفل بالكامل، وهذا يؤدي بدوره إلى الاستغناء عن الحاجة إلى الغربلة. وتقتصر المرحلة الثانية من المعالجة على الطحن وذلك للتحكم في حجم حبيبات الرماد - من الناحية الفنية يتم تعديل حجم الحُبيبية -. ويقول الباحث: "مع الطحن، من الممكن الحصول على رماد يشبه الرمل ، باستثناء الأسود منها"، موضحاً أن الاستثمار للحصول على المطاحن المستخدمة في معالجة الرماد منخفض نسبياً ويمكن تخفيفه في تكاليف الفرن.
تجربة متانة المنتج :
حالما يتم تحديد الجرعة البديلة المُثلى لرمل الرماد الموجود في الاسمنت (بين 30٪ و 50٪)، فإن الخطوة التالية في البحث ستكون اختبار متانة الخرسانة. وفي هذه التجارب، المُخطط إجراؤها خلال الأشهر الـ 12 المقبلة، سيجري فحص ما إذا كانت الخرسانة المصنوعة من الرماد لها خصائص مناسبة لحماية الأطر؛ وبعبارة أخرى، بالإضافة إلى كونه متيناً، فهل يمكنه حماية الفولاذ المستخدم في البناء الخرساني من التآكل. خلال هذه الاختبارات، سوف تتعرض عينات الجسم الاختبارية للبيئة، وبالتالي يحدث محاكاة للوضع الحقيقي. وكما توضح المبيعات فإن "الاختبارات المبكرة مُشجعة، والاتجاه هو أنه يمكن تأكيد متانتها".
ووفقاً للباحث من (UFSCar)، تبحث دول أخرى بالفعل عن بدائل للرمل والحصى لصنع مونة الأسمنت والخرسانة. وهذا هو الحال في هولندا والدانمرك وبلجيكا، حيث تم استبدال هذه المدخلات بنفايات التشييد والهدم (CDW). وكما يقول "فإن إضافة (CDW) لإعادة تكوين الرمل والحصى منتشرة في العديد من البلدان المتقدمة، حيث بلغت مستويات أعلى من 70٪". وفي البرازيل، فإن العديد من المدن لديها بالفعل مصانع إعادة التدوير حيث يتم فصل (CDW) ، وذلك بسحقها وتحويلها إلى الرمل والحصى لإنتاج التحف الملموسة. "وهذا هو الطريق للمُضي قُدماً". فيجب أن نتعلم تحويل النفايات المتولدة في مختلف القطاعات، بما في ذلك الأعمال التجارية الزراعية، إلى مكونات خرسانية ومكونات أخرى للبناء المدني، دون الاضطرار دومًا إلى الاستخلاص من البيئة ".
والخرسانة المصنوعة من ما تبقى بعد احتراق تفل قصب السكر ليست هي أول أعمال الباحث التي ركزت على الاستفادة من النفايات وتحويلها إلى منتج ذي قيمة مضافة. وقبل خمس سنوات، فقد قام بتنسيق مشروع أسفر عن براءة اختراع، وكان الهدف منه دمج الرواسب الطينية المتولدة في محطات معالجة المياه في الخرسانة ومونات الأسمنت. وبدلاً من إرسال هذه الرواسب المنتجة في المحطات إلى مواقع طمر النفايات أو المحارق، يمكن استخدامها لتصنيع القطع الأثرية الملموسة.
*شارك في الترجمة/ مها عبدالفتاح.
الرابط مصدر المقال
