امروزه، مدیریت پسماندها و استفاده مجدد از مواد دورریز، به یکی از چالش‌های مهم زیست‌محیطی و اقتصادی در سراسر جهان تبدیل شده است. در این میان، ضایعات سنگبری‌ها که حجم قابل توجهی از پسماندهای صنعتی را تشکیل می‌دهند، می‌توانند به عنوان یک منبع ارزشمند برای تولید مواد با ارزش افزوده مورد استفاده قرار گیرند. کربنات کلسیم (سنگ آهک) به عنوان جزء اصلی این ضایعات، دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی است که می‌تواند در صنایع مختلف از جمله صنعت لاستیک کاربرد داشته باشد.
صنعت لاستیک، یکی از صنایع بزرگ و پرمصرف در جهان است که به طور گسترده در تولید انواع تایرها، قطعات خودرو، تسمه‌ها، شیلنگ‌ها و سایر محصولات الاستومری مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از مواد پرکننده در فرمولاسیون لاستیک، علاوه بر کاهش هزینه‌های تولید، می‌تواند خواص مکانیکی و فیزیکی نهایی محصول را نیز بهبود بخشد.
این مقاله به بررسی امکان کاربرد پودرهای کربنات کلسیم ضایعاتی به عنوان یک ماده پرکننده جایگزین یا تکمیلی در صنعت لاستیک می‌پردازد. هدف از این بررسی، ارزیابی پتانسیل استفاده از این پسماند صنعتی در جهت کاهش هزینه‌ها، حفظ منابع طبیعی و بهبود خواص محصولات لاستیکی می‌باشد.
کربنات کلسیم: ماده‌ای با کاربردهای متنوع
کربنات کلسیم با فرمول شیمیایی CaCO₃، یک ترکیب شیمیایی معدنی است که به طور فراوان در طبیعت یافت می‌شود. سنگ آهک، گچ و مرمر از جمله اشکال طبیعی کربنات کلسیم هستند. این ماده دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی از جمله سفیدی، نرمی، قابلیت پودر شدن، واکنش‌پذیری با اسیدها و قیمت نسبتاً پایین می‌باشد که آن را به یک ماده پرکاربرد در صنایع مختلف تبدیل کرده است.
از جمله کاربردهای گسترده کربنات کلسیم می‌توان به استفاده در صنایع ساختمان (تولید سیمان، آهک، بتن و آسفالت)، صنایع کاغذسازی، صنایع رنگ و رزین، صنایع پلاستیک و پلیمر، صنایع غذایی و دارویی و همچنین در کشاورزی اشاره نمود.
ضایعات سنگبری‌ها: منبعی غنی از کربنات کلسیم
خرید کربنات کلسیم: شرکت cacaspian
فعالیت‌های سنگبری‌ها منجر به تولید حجم قابل توجهی از ضایعات شامل قطعات خرد شده سنگ، گرد و غبار و لجن می‌گردد. این ضایعات که عمدتاً از جنس سنگ آهک (کربنات کلسیم) هستند، در بسیاری از موارد به عنوان پسماند دور ریخته شده و می‌توانند مشکلات زیست‌محیطی نظیر آلودگی بصری و اشغال فضا را به همراه داشته باشند.
با توجه به ترکیب شیمیایی اصلی این ضایعات که عمدتاً کربنات کلسیم است، می‌توان با انجام فرآوری‌های مناسب نظیر خردایش، آسیاب کردن و دانه‌بندی، پودرهای کربنات کلسیم با کیفیت مناسب برای استفاده در صنایع مختلف از جمله صنعت لاستیک تولید نمود.
کاربرد پودرهای کربنات کلسیم ضایعاتی در صنعت لاستیک
خرید کربنات کلسیم: شرکت cacaspian
استفاده از مواد پرکننده در صنعت لاستیک، یک روش معمول برای کاهش هزینه‌های تولید و بهبود برخی از خواص نهایی محصول می‌باشد. دوده صنعتی (Carbon Black) و سیلیس رسوبی (Precipitated Silica) از جمله پرکاربردترین مواد پرکننده در این صنعت هستند. با این حال، قیمت بالای این مواد و نگرانی‌های زیست‌محیطی مرتبط با تولید آن‌ها، محققان و صنعتگران را به جستجوی جایگزین‌های ارزان‌تر و سازگارتر با محیط زیست سوق داده است.
پودرهای کربنات کلسیم ضایعاتی، به دلیل قیمت پایین و در دسترس بودن، می‌توانند به عنوان یک جایگزین بالقوه یا یک ماده پرکننده تکمیلی در فرمولاسیون لاستیک مورد استفاده قرار گیرند. تحقیقات و مطالعات انجام شده نشان داده‌اند که استفاده از کربنات کلسیم در لاستیک می‌تواند تاثیرات مختلفی بر خواص آن داشته باشد که از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
- کاهش هزینه تولید: کربنات کلسیم ضایعاتی معمولاً ارزان‌تر از پرکننده‌های سنتی نظیر دوده صنعتی و سیلیس می‌باشد و استفاده از آن می‌تواند منجر به کاهش قابل توجه هزینه‌های تولید لاستیک گردد.
- بهبود فرآیندپذیری: افزودن کربنات کلسیم می‌تواند ویسکوزیته آمیزه لاستیکی را کاهش داده و فرآیند اختلاط و شکل‌دهی را تسهیل نماید.
- تغییر در خواص مکانیکی: بسته به میزان و نوع کربنات کلسیم مورد استفاده، می‌توان تغییراتی در خواص مکانیکی لاستیک نظیر سختی، مدول الاستیسیته، مقاومت کششی و ازدیاد طول در نقطه پارگی ایجاد نمود.
- بهبود مقاومت سایشی: در برخی موارد، استفاده از کربنات کلسیم با اندازه ذرات مناسب می‌تواند مقاومت سایشی لاستیک را بهبود بخشد.
- افزایش وزن مخصوص: کربنات کلسیم دارای وزن مخصوص بالاتری نسبت به برخی دیگر از پرکننده‌ها است و استفاده از آن می‌تواند منجر به افزایش وزن مخصوص لاستیک گردد.
چالش‌ها و ملاحظات
خرید کربنات کلسیم: شرکت cacaspian
استفاده از پودرهای کربنات کلسیم ضایعاتی در صنعت لاستیک، علاوه بر مزایا، چالش‌ها و ملاحظاتی نیز به همراه دارد که باید مورد توجه قرار گیرند:
- کیفیت و خلوص: کیفیت و خلوص پودرهای کربنات کلسیم ضایعاتی می‌تواند بسته به منبع ضایعات و فرآیند فرآوری متفاوت باشد. لازم است تا از پودرهایی با کیفیت و خلوص مناسب و عاری از آلودگی‌های مضر استفاده شود.
- اندازه و توزیع ذرات: اندازه و توزیع ذرات کربنات کلسیم تاثیر قابل توجهی بر خواص نهایی لاستیک دارد. کنترل دقیق این پارامترها در فرآیند فرآوری ضایعات ضروری است.
- سازگاری با پلیمر لاستیکی: سطح کربنات کلسیم ممکن است به خوبی با پلیمر لاستیکی سازگار نباشد و نیاز به استفاده از عوامل جفت‌کننده (Coupling Agents) برای بهبود برهمکنش بین پرکننده و ماتریس پلیمری وجود داشته باشد.
- تاثیر بر رنگ لاستیک: استفاده از کربنات کلسیم می‌تواند بر رنگ نهایی محصول لاستیکی تاثیر بگذارد و ممکن است برای تولید محصولات با رنگ‌های خاص محدودیت ایجاد کند.
نمودار توزیع اندازه ذرات بر اساس پارامتر تعداد ذرات
| No. | Diam (nm) | Cum Q (%) | Diff Q (%) | No. | Diam (nm) | Cum Q (%) | Diff Q (%) | No. | Diam (nm) | Cum Q (%) | Diff Q (%) |
| 1 | 1000.000 | 100.000 | 0.000 | 18 | 28.908 | 100.000 | 0.000 | 35 | 0.940 | 95.224 | 11.588 |
| 2 | 811.975 | 100.000 | 0.000 | 19 | 23.538 | 100.000 | 0.000 | 36 | 0.882 | 83.636 | 26.686 |
| 3 | 659.381 | 100.000 | 0.000 | 20 | 19.112 | 100.000 | 0.022 | 37 | 0.756 | 56.949 | 32.930 |
| 4 | 534.680 | 100.000 | 0.000 | 21 | 15.511 | 99.978 | 0.032 | 38 | 0.635 | 24.019 | 24.019 |
| 5 | 434.680 | 100.000 | 0.000 | 22 | 12.601 | 99.946 | 0.012 | 39 | 0.365 | 3.394 | 3.394 |
| 6 | 352.949 | 100.000 | 0.000 | 23 | 10.231 | 99.934 | 0.007 | 40 | 0.297 | 0.000 | 0.000 |
| 7 | 286.700 | 100.000 | 0.000 | 24 | 8.335 | 99.927 | 0.011 | 41 | 0.236 | 0.000 | 0.000 |
| 8 | 232.700 | 100.000 | 0.000 | 25 | 6.775 | 99.916 | 0.031 | 42 | 0.196 | 0.000 | 0.000 |
| 9 | 188.947 | 100.000 | 0.000 | 26 | 5.477 | 99.885 | 0.051 | 43 | 0.159 | 0.000 | 0.000 |
| 10 | 153.420 | 100.000 | 0.000 | 27 | 4.447 | 99.834 | 0.055 | 44 | 0.128 | 0.000 | 0.000 |
| 11 | 124.570 | 100.000 | 0.000 | 28 | 3.617 | 99.779 | 0.129 | 45 | 0.107 | 0.000 | 0.000 |
| 12 | 101.150 | 100.000 | 0.000 | 29 | 2.932 | 99.650 | 0.176 | 46 | 0.085 | 0.000 | 0.000 |
| 13 | 82.118 | 100.000 | 0.000 | 30 | 2.383 | 99.474 | 0.107 | 47 | 0.069 | 0.000 | 0.000 |
| 14 | 66.735 | 100.000 | 0.000 | 31 | 1.938 | 99.367 | 0.507 | 48 | 0.056 | 0.000 | 0.000 |
| 15 | 54.149 | 100.000 | 0.000 | 32 | 1.570 | 98.860 | 0.680 | 49 | 0.046 | 0.000 | 0.000 |
| 16 | 43.968 | 100.000 | 0.000 | 33 | 1.275 | 98.180 | 2.654 | 50 | 0.037 | 0.000 | 0.000 |
| 17 | 35.701 | 100.000 | 0.000 | 34 | 1.025 | 97.878 | 2.654 | 51 | 0.030 | 0.000 | 0.000 |
توضیحات زیر جدول:
- Sampling Mode: Manual
- Refractive Index: 1.60-0.10i
- Signal Accumulation (Cnt): 10000
- Interval (sec): 1
- Ultrasonic Output (%): 100
- Signal Damping (Cnt): 64
- Ultrasonic Dispersion Time (sec): 0.200
- Waiting Time After Ultrasonic Dispersion (sec): 0
برای تحلیل دقیق‌تر این داده‌ها، نیاز به درک زمینه و متغیرهای اندازه‌گیری شده در این آزمایش دارید. عنوان نمودار نشان می‌دهد که مربوط به توزیع اندازه ذرات است و جدول احتمالاً داده‌های مربوط به این توزیع را ارائه می‌دهد. ستون “Diam (nm)” احتمالاً قطر ذرات را بر حسب نانومتر نشان می‌دهد، “Cum Q (%)” درصد تجمعی توزیع و “Diff Q (%)” درصد تفاضلی توزیع را نشان می‌دهد.
نمودار توزیع اندازه ذرات بر اساس پارامتر قطر معادل حجمی
خرید کربنات کلسیم: شرکت cacaspian
خمیری داشت. از دستگاه بتونه‌ی بنشوری خارج گردیدند و برای اختلاط نهایی از دستگاه غلتک (مخلوط‌کن بیرونی) ساخت کشور ژاپن استفاده شد. زمان اختلاط، حدود ٦ دقیقه بود و طی این مدت عوامل پخت و شتاب‌دهنده به آمیزه اضافه گردید و انواع آمیزه‌های لاستیکی به دست آمد. پس از مراحل فوق، ساخت و آماده‌سازی اجزای تشکیل‌دهنده و مونتاژ تایر انجام شد. در مرحله‌ی پخت یا ولکانیزاسیون، تایر شکل نهایی با خواص فیزیکی – مکانیکی را به خود گرفت. جهت شکل‌دهی لاستیک، از دستگاه پرس پخت، ساخت داخل استفاده شد. در پایان، خواص فیزیکی و مکانیکی لاستیک‌های حاصل (ساخته شده) همانند سختی، مقاومت کششی، ازدیاد طول تا حد پارگی و مدول ۳۰۰ درصد اندازه‌گیری شد. بدین منظور از دستگاه سختی سنج جهت تعیین سختی و از دستگاه تست کشش، جهت اندازه‌گیری مقاومت کششی، ازدیاد طول تا حد پارگی و مدول ۳۰۰ درصد استفاده گردید.
بررسی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی گل کربنات کلسیم خامه‌ی فاضلاب و مقایسهی نتایج با استاندارد کربنات کلسیم مورد استفاده در لاستیک
با توجه به نتایج ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی نمونه پودرهای کربنات کلسیم ضایعاتی (جدول ۱)، این پودرها با میانگین اندازه‌ی ۰/۶۲۲ میکرون، قطر معادل حجمی و سطحی به ترتیب ۰/۲۶ و ۰/۳۸ میکرون، درجه خلوص ۹۸/۸ درصد، رطوبت ۰/۱۴ درصد، دانسیته‌ی ۹۷/۵ درصد، حجم مخصوص (اکسید آهن و اکسید آلومینیوم) ۰/۱۹۸ درصد،
نتایج ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی ٤ نمونه پودر کربنات کلسیم ضایعاتی
| شماره نمونه | میانگین اندازه ذرات (µm) | قطر معادل سطحی (µm) | قطر معادل حجمی (µm) | سطح ویژه (BET) (m²/g) | جذب روغن (g/100g) | چگالی ظاهری (g/cm³) | درجه خلوص (%) | درصد رطوبت (%) | اکسید منیزیم (%) | اکسید آهن و آلومینیوم (%) |
| ١ | ٠/٦٧٩ | ٠/٢٦١ | ٠/٣٨٥ | ١/٩٣١ | ٤٣/١ | ٠/٥٧٧ | ٩٨/٨ | ٠/١٤ | – | – |
| ٢ | ٠/٦٧١ | ٠/٢٦٠ | ٠/٣٨٤ | ١/٩٢٥ | ٤٢/٦ | ٠/٥٧٦ | ٩٨/٨ | ٠/١٤ | – | – |
| ٣ | ٠/٦٨٦ | ٠/٢٦٢ | ٠/٣٨٦ | ١/٩٣٥ | ٤٣/٥ | ٠/٥٧٨ | ٩٨/٧ | ٠/١٥ | – | – |
| ٤ | ٠/٦٦٩ | ٠/٢٥٩ | ٠/٣٨٣ | ١/٩٢١ | ٤٢/٢ | ٠/٥٧٥ | ٩٨/٩ | ٠/١٣ | – | – |
| میانگین | ٠/٦٧٦ | ٠/٢٦٠ | ٠/٣٨٥ | ١/٩٢٨ | ٤٢/٩ | ٠/٥٧٦ | ٩٨/٨ | ٠/١٤ |
استاندارد کربنات کلسیم مورد استفاده در لاستیک (GBT/9590 2004/China)
| پرکننده | توزیع اندازه ذرات (µm) | میانگین اندازه ذرات (µm) | سطح ویژه (BET) (m²/g) | جذب روغن (g/100g) | چگالی (g/cm³) | رنگ (خشک) | کلسیم کربنات (%) | اکسید منیزیم (%) | اکسید آهن و آلومینیوم (%) |
| کربنات کلسیم رسوبی | ١/٠-٣/٠ | ١/٥ | ٢/٠-٦/٠ | ٢٥-٤٥ | ٢/٦-٢/٨ | سفید | ≥٩٨/٠ | ≤٠/٢ | ≤٠/٣ |
| کربنات کلسیم سبک | – | – | – | ٤٠-٧٠ | ٢/٦-٢/٨ | سفید | ≥٩٨/٠ | ≤٠/٢ | ≤٠/٣ |
| کربنات کلسیم سنگ | – | – | – | ٥-١٥ | ٢/٦-٢/٨ | سفید | ≥٩٧/٠ | ≤١/٠ | ≤١/٠ |
برای تحلیل دقیق‌تر این داده‌ها، نیاز به درک کامل از متغیرهای اندازه‌گیری شده و استانداردهای مورد مقایسه دارید. جدول بالا ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی ٤ نمونه پودر کربنات کلسیم ضایعاتی را نشان می‌دهد، در حالی که جدول پایین استانداردهای کربنات کلسیم مورد استفاده در صنعت لاستیک در چین را ارائه می‌کند. با مقایسه این دو جدول می‌توان ارزیابی کرد که آیا پودرهای کربنات کلسیم ضایعاتی می‌توانند به عنوان جایگزینی برای کربنات کلسیم استاندارد در تولید لاستیک مورد استفاده قرار گیرند یا خیر.
خرید کربنات کلسیم: شرکت cacaspian
استفاده از پودرهای کربنات کلسیم ضایعاتی به عنوان یک ماده پرکننده در صنعت لاستیک، پتانسیل قابل توجهی برای کاهش هزینه‌های تولید، استفاده مجدد از پسماندهای صنعتی و حفظ منابع طبیعی دارد. تحقیقات نشان داده‌اند که با فرآوری مناسب ضایعات سنگبری‌ها و کنترل دقیق خواص پودرهای کربنات کلسیم تولید شده، می‌توان از آن‌ها به عنوان یک جایگزین ارزان‌قیمت و در دسترس برای بخشی از پرکننده‌های سنتی در فرمولاسیون لاستیک استفاده نمود.
با این حال، توجه به چالش‌ها و ملاحظات مربوط به کیفیت، اندازه ذرات و سازگاری این پودرها با پلیمر لاستیکی و انجام تحقیقات بیشتر در زمینه بهینه‌سازی فرآیند فرآوری و فرمولاسیون لاستیک با استفاده از این ماده، برای دستیابی به محصولات لاستیکی با خواص مطلوب و پایدار ضروری می‌باشد. استفاده از پودرهای کربنات کلسیم ضایعاتی می‌تواند گامی مهم در جهت توسعه پایدار صنعت لاستیک و مدیریت بهینه پسماندهای صنعتی باشد.
