| الملخص | الخلاصة
تناول هذا البحث دراسة تأثير استخدام الفوسفو جبسم ( ناتج عرضي من معامل الاسمدة ) بديلا" جزئيا" عن التربة لانتاج طابوق فخاري وذلك لتحقيق مردود بيئي واقتصادي باعتبارها مواد ملوثة للبيئة وللتقليل من استهلاك الترب الصالحة للزراعة الموائمة لصناعة الطابوق.
صنع طابوق مختبري باستخدام نوعين من التربة احدهما : تربة صالحة لصناعة الطابوق رمزها (R) ممزوجة واخرى : ذات نسبة رمل عالية رمزها (M) غير صالحة لصناعة الطابوق باضافة الفوسفو جبسم بنسبة (2،5،10) % من وزن التربة وباستخدام طريقة البثق والحرق بدرجات حرارة ( 1000، 900 ،800) °م .
تشير النتائج بشكل عام الى ان استخدام الفوسفو جبسم بديلا" جزئيا" عن التربة بطريقة البثق ولكلا النوعين من التربة آنفا" تؤدي الى انخفاض مقاومة الانضغاط والكثافة وزيادة نسبة الامتصاص والتزهر بزيادة نسبة الاضافة وبزيادة درجة حرارة الحرق مقارنة بالمرجعية .
لتحسين خصائص التربة ((M أعتمدت طريقة الكبس والحرق بدرجة حرارة (800) °م لانها أعطت افضل النتائج مقارنة بطريقة البثق .
كلمات مفتاحية : فوسفو جبسم ، كبريتات الكالسيوم ، مخلفات صناعية ، الطابوق الفخاري .
المقدمة
تصاحب صناعة الأسمدة الفوسفاتية مجموعة من الملوثات البيئية ، ومن بين هذه النفايات: الفوسفو جبسم ويصنف نفايات صلبة ويتخلف من العملية الرطبة لإنتاج حامض الفوسفوريك وينتج حوالي (4-5) أطنان من الفوسفو جبسم من كل طن ينتج من حامض الفوسفوريك ويقدر انتاجه في العراق حوالي (5,1- 5,2) مليون طن عام (1986) . إن تركيب الفوسفوجبسم يختلف اعتمادا على نوع الصخور الفوسفاتية المستخدمة وعمليات تصنيع حامض الفوسفوريك . وتشير المصادر الى ان المكون الرئيس للفوسفو جبسم هو كبريتات الكالسيوم نسبته في الفوسفو جبسم العراقي بحدود (7.94±1) إضافة الى وجود نسبة غير مرغوب فيها من خامس اوكسيد الفسفور والفلوريد ومواد عضوية وله خصائص حامضية بسبب وجود الشوائب الحامضية (H2SO4 , HF , H3PO4 ) وكما مبين في الجدول رقم (1) . وبسبب ذلك فان استخدامه في قطاع البناء محدود كونه يؤدي الى تلف وتآكل المواد والمعدات المستخدمة في البناء، وفي حالة التطبيق العملي يغسل بالماء ويضاف له هيدروكسيد الكالسيوم لتحويل الوسط الحامضي الى قاعدي مما يترتب عليه كلف عالية اضافة الى وجود مجموعة من الشوائب والمبينة نسبها في الجدول رقم (2) تشمل (أحماض متبقية ، عناصرنادرة مثل : المغنيسيوم ، الرصاص ، الحديد ، النيكل، الكادميوم والالمنيوم ) الموجودة اساسا في الصخور الفوسفاتية وان عملية تنقيته من هذه العناصر مكلفة جدا ويمكن الاشارة الى ان الفوسفو جبسم العراقي يحوي على مستويات منخفضة من المعادن الثقيلة والسامة وبالامكان استخدامه بشكل آمن اضافة الى وجود مكونات اشعاعية (الراديوم) حيث يتحلل الى غاز الرادون وجبس الفوسفات الذي ينتجه مصنع حامض الفوسفوريك في العراق بوجه عام . نشاطه الاشعاعي أقل من قيم الاستثناء الواردة في اللوائح التنظيمية والارشادات الدولية0
الجزء العملي
- أجريت الفحوصات الكيميائية والفيزيائية للفوسفو جبسم ولنماذج تربة ذات نسبة رمل عالية (M) وتربة ذات نسبة اطيان عالية N)) وتربة ممزوجة R)) بنسبة (1:1) (M : N) على التوالي .
- عملت خلطات مرجعية وأخرى مع إضافة الفوسفو جبسم بنسب (10،5،2)% من وزن التربة الممزوجة ((R بطريقة البثق وخلطات من التربة ذات نسبة رمل عالية M بطريقتي البثق والكبس.
- أستخدم جهاز البثق لتحضير عينات طابوق مختبري بابعاد (72* 38*25) ملم . جففت النماذج في جو المختبر لمدة (72) ساعة ثم جففت في مجفف حراري كهربائي مختبري بشكل تدريجي بدرجة حرارة (110) م5 لمدة أربعة ايام . ثم حرقت بدرجات حرارة (1000 ، 900 ، 800) ° م خلال أربع ساعات ومدة إنضاج أمدها ساعة واحدة 0
- شكلت النماذج بطريقة الكبس باستخدام قالب اسطواني أبعاده (50) ملم قطرا و(50) ملم ارتفاعا وبتسليط ضغط بمقدار (104) MP . وجففت النماذج في جو المختبر لمدة (48) ساعة ثم جففت في مجفف حراري كهربائي مختبري بشكل تدريجي بدرجة حرارة (110) °م لمدة ثلاثة أيام وحرقت بدرجة حرارة (800) °م خلال أربع ساعات وبمدة إنضاج أمدها ساعة واحدة .
- أجريت فحوصات على عينات الطابوق المحروق : ( قوة الانضغاط ، الامتصاص ، التزهر، الكثافة ) .
النتائج والمناقشة
تشير النتائج بشكل عام والمبينة في الشكلين رقم (1) و(2) الى أن استخدام التربتين ((M و ( R) وباضافة نسب مختلفة من الفوسفو جبسم ( بديلا" جزئيا" عن التربة وبطريقتي البثق والكبس ) الى انخفاض مقاومة الانضغاط والكثافة وزيادة المسامية ونسبة الامتصاص والتزهر بزيادة نسبة الاضافة مقارنة بالمرجعية وأعطت اضافة الفوسفوجبسم بنسبة (2)% من وزن التربة باستخدام طريقة البثق عند الحرق بدرجة (800) °م أقل انخفاض في مقاومة الانضغاط والكثافة وأقل زيادة في نسبة الامتصاص مقارنة بدرجتي الحرق (900 و1000) °م وببقية نسب الاضافة حيث إذ جاء للتربة الممزوجة (R) بحدود (5.3) , (1.19) , (1.47) % وبدرجة تزهر(متوسط) و للتربة M)) جاءت بمقدار (4) , (1.2 ) , (2) % على التوالي وبدرجة تزهر (متوسط) في حين أعطت اضافة الفوسفو جبسم بنسبة (10) % من وزن التربة عند الحرق بدرجة (1000) °م أقصى انخفاض في مقاومة الانضغاط والكثافة وأقصى زيادة في نسبة الامتصاص والتزهر إذ جاءت للتربة(M) بمقدار (53.1) (4.11) (2.16)% على التوالي وبدرجة تزهر (كثيف جدا) وللتربة الممزوجة R)) جاءت بحدود (6.48) (8.8) (9.14)% وبدرجة تزهر (كثيف جدا) مقارنة بالمرجعية.
لوحظ انخفاض واضح في قيم القوة باستخدام التربة (M) مقارنة بالتربة الممزوجة( R) ولتحسين خصائص العينات المنتجة باستخدام طريقة البثق للتربة M)) أعتمدت طريقة الكبس وقد اعطت نسبة اضافة (2) % الفوسفو جبسم من وزن التربة اعلى زيادة في مقاومة الانضغاط إذ جاءت بمقدار(6.44) % وبدرجة حرارة حرق (800)° م مقارنة بطريقة البثق والمبينة في الشكل رقم (3) .
إن النتائج المبينة آنفا تتأثر بنوعية المواد الأولية (التراب) ونوع المضافات المستخدمة وهناك تغاير في سلوك التربتين المستخدمة إذ ان التربة الممزوجة المرجعية (R ) المستخدمة تحوي على نسبة أطيان جيدة ضمن الحدود المسموح بها ، وان الحرق بدرجة (1000) °م اعطى أعلى مقاومة انضغاط وأعلى كثافة وأقل نسبة امتصاص إذ جاءت بحدود (251كغم/سم2) (7.1غم/سم3) (1,18) % على التوالي وبتزهر(متوسط) مقارنة بدرجتي الحرق (800) و (900) °م ، وان ارتفاع درجة الحرارة ساعد على حدوث عملية التلبيد التي تبدأ بدرجة (1000) °م حيث يتكون السائل الزجاجي الذي يعمل على ربط جزيئات الجسم وأدى هذا الى تحسين خصائص الطابوق.
في حين ان زيادة نسبة الرمل في التربة المرجعية (M) أدت الى انخفاض القوة والكثافة وزيادة نسبة الامتصاص والتزهر وقد أعطت أعلى مقاومة انضغاط وأعلى كثافة وأقل نسبة امتصاص حيث جاءت بحدود (175 كغم/سم2) ( 63.1غم/سم3) (9.19) % على التوالي وبتزهر (متوسط) عند الحرق بدرجة (800) ° م مقارنة بدرجتي الحرق (900) ° م و(1000) ° م ، بسبب زيادة الحجم الذي يرافق عملية تحول معدني الكوارتز او ما يسمى بالتحولات الطورية التي تطرأ على السيلكا حيث يكون شكل السليكا عند درجة الحرارة الاعتيادية الفا كوارتز. وعند رفع درجة الحرارة الى (750(°م تحول الى بيتا كوارتز مع زيادة في الحجم مقدارها (2%) وعند استمرار الحرق تحول البيتا كوارتز الى تريديمات عند درجة حرارة اكثر من (900) °م مع زيادة بالحجم مقدارها (12%) وهذه التغيرات الحجمية التي تكونت داخل النموذج اثناء عملية التلبيد أدت الى تكون تشققات مجهرية تنعكس على خواص الطابوق .
فضلا عن أن نوعي التربة المستخدمة تحوي على كاربونات الكالسيوم قريب من الحدود العليا والمحتوى العالي من ( (CaCO3 له تأثير سلبي على تكوين الاطوارالمعدنية واثناء التعامل الحراري بدأ تفكك كاربونات الكالسيوم CaCO3)) بحدود درجة حرارة ( 700 - 850) ° م ويصاحب هذا التفكك تصاعد غاز ثاني اوكسيد الكاربون واوكسيد الكالسيوم الحر والاخير يعتبر مركب غير مرغوب فيه وبوجود الرطوبة في الجو أو الماء يكون هيدروكسيد الكالسيوم والمركب الاخير تمتاز حجم جزيئاته كونها ضعف حجم جزيئات اوكسيد الكالسيوم الحر مسببا ايضا الاجهادات التي تؤدي الى حصول تشققات بالاضافة الى انه يسبب انخفاض المدى الحراري لمرحلة تلبيد التربة .
تشيرنتائج التحليل الكيميائي للفوسفو جبسم والمبينة في الجدول رقم (1) الى وجود شوائب غيرمرغوب فيها مثل: خامس أوكسيد الفسفور والفلورالتي تحدد استخدامة في قطاع البناء كما ان هناك تأثير سلبي مشابه للكلسايت ناجم عن زيادة الجبسم (كبريتات الكالسيوم)(CaSO4.2H2O) وهو المركب الرئيس في الفوسفوجبسم والذي يبدأ تأثيره بعملية التفكك خلال مراحل التجفيف وتبدأ بفقدان ماء تبلورها عند الوصول الى درجة حرارة (40) ° م وعند درجة (150-180) م5 تبدأ بفقدان ثلثي ماء التبلور وعند ارتفاع درجة الحرارة يفقد ماء التبلور بالكامل متحولا الى كبريتات الكالسيوم اللامائي وهذا الفقدان يولد إجهادات داخلية مسببة تشققات تقلل من مقاومة الانضغاط إضافة الى ان تفكك كبريتات الكالسيوم بحدود درجة حرارة (1000) ° م أدى الى تكون أوكسيد الكالسيوم وهو مركب غير مرغوب فيه إضافة الى تحرر كميات كبيرة من الغازات أدت الى حدوث تشققات مما أثر سلبا على خصائص الطابوق وباستخدام كلا النوعين من التربة.
لوحظ ان خصائص الطابوق بوجود المضاف أفضل عند درجة (800) ° م مقارنة ببقية درجات الحرق بسبب انخفاض تحلل كاربونات الكالسيوم وكبريتات الكالسيوم وقلة الفجوات مما انعكس ايجابيا على قوة التحمل وانخفاض نسبة التزهر بسبب قلة حركة الاملاح داخل تجويف الطابوق علما ان الفوسفو جبسم ذوبانه أكثر من الجبس الطبيعي .
الاستنتاجات
تشير النتائج بشكل عام الى ان استخدام التربتين (R) و (M) وبنسب مختلفة (10،5،2) % من الفوسفو جبسم بديلا" جزئيا" عن التربة وبطريقة البثق الى انخفاض مقاومة الانضغاط والكثافة وزيادة نسبة الامتصاص والتزهر بزيادة نسبة الاضافة وبزيادة درجة الحرارة مقارنة بالمرجعية.
وأعطت الاضافة بنسبة (2) % من وزن التربتين (R)و (M) بطريقة البثق وبدرجة حرق (800) ° م أقل انخفاض في مقاومة الانضغاط والكثافة واقل زيادة في نسبة الامتصاص وبدرجة تزهر (متوسط) مقارنة بالمرجعية.
وتشير النتائج الى ان استخدام التربة (M) وبنسب مختلفة (10،5،2) % من الفوسفو جبسم بطريقة الكبس وعند الحرق بدرجة (800) م5 الى انخفاض مقاومة الانضغاط والكثافة وزيادة نسبة الامتصاص بزيادة نسبة الاضافة مقارنة بالمرجعية ولكنها اعطت نتائج أفضل مقارنة بنفس نسب الاضافة بطريقة البثق بدرجة حرارة حرق (800) ° م .
المصادر
1- د. فراس فيصل عبد الحميد ، بريئة وآخرون ,, امكانية استخدام الطابوق الطيني المنتج في المعامل الأهلية في الاسس والجداران الحاملة للأثقال ،، / وزارة الأعمار والأسكان / مركز بحوث البناء , العراق / 2008 .
2- د. اسماعيل خليل الهيتي ,, التركيب والاستعمالات الواسعة للفوسفو جبسيم ,, مجلة الانبار للعلوم الصرفة مجلد (1) العدد (2) لعام / 2007 .
3- Bartow, ,, Proceedings of the third international symposium on phosphogypsum , organized by the university of Miami under agrant sponsored by the florida Institute of phosphate research ,volume 2, 1990 .
ت الاكاسيد النسبة المئوية
1 اوكسيد الكالسيوم CaO ) ) 84,29
2 (SO3 ثالث اوكسيد الكبريت ( 03,44
3 خامس اوكسيد الفسفور(P2O5) 26,0- 59,0
4 ) F فلور ( 032,0 - 03,1
5 (MgO ) اوكسيد المغنيسيوم 12,0
6 ( SiO2 ) ثاني اوكسيد السليكون 84,1
7 ( PH الحامضية ( 2,3
8 (Gypsum) جبسم 75,94
جدول رقم (1) يبين المكونات الرئيسة للفوسفو جبسم العراقي
Zn pb Cd Fe Ni Co Sr Metals
8,4 45 9,3 149 8,44 168 382 Average(PPM)
جدول رقم (2) يبين نسبة المعادن (PPM) في الفوسفو جبسم
الشكل رقم (1) يبين العلاقة بين قوة الانضغاط ونسبة الاضافة لنماذج من فوسفو جبسم لتربة ذات نسبة رمل عالية (M) عند الحرق بدرجات حرارة مختلفة وبطريقة البثق
الشكل رقم (2) يبين العلاقة بين قوة الانضغاط ونسبة الاضافة لنماذج من فوسفو جسم لتربة ممزوجة (R) عند الحرق بدرجات حرارة مختلفة وبطريقة البثق
الشكل رقم (3) يبين مقارنة قوة الانضغاط بطريقتي البثق والكبس بأستخدام فوسفو جبسم كمضاف عند الحرق بدرجة (800 مº( لتربة ذات نسبة رمل عالية (M) | en_US |
