چکیده
در دهه‌هاي اخير رشد صنعتي و افزايش توليد و در نتيجه مصرف سبب كاهش سريع ذخاير طبيعي مواد خام و انرژي شده است. از طرف ديگر حجم بالاي توليد سبب توليد مقادير زياد مواد باطله و ضايعات شده است كه اثرات منفي زيادي بر محيط زيست دارند. بسياري از كشورها و سازمان‌هاي بين‌المللي در زمينه كاهش اين ضايعات و استفاده مجدد از آنها فعاليت ‌می‌كنند.

1-مقدمه
ضايعات معدني را ‌می‌توان به عنوان مواد باقي‌مانده، باطله‌ها و يا مواد بي‌ارزشي كه بعد از استخراج و فرآوري مواد براي توليد محصول باارزش به‌وجود ‌می‌آيند در نظر گرفت. این باطله‌ها را به چهار گروه تقسیم ‌می‌کنیم كه شرح آنها به صورت زير است:
گروه 1) باطله‌هايي كه با كم‌ترين ميزان فرآوري امكان استفاده از آنها به عنوان مواد مورد استفاده در ساخت و ساز وجود دارد، مانند باطله‌هاي با حجم زياد از كاني‌هاي صنعتي، در اين مورد بازار مصرف در فاصله كمي از معدن قرار دارد ولي مقدار زيادي از باطله بايستي جا به جا شود.
گروه 2) باطله‌هايي كه به مقدار كمي فرآوري نياز دارند تا بتوان محصول با‌ارزشي توليد كرد. به عنوان مثال حذف ناخالصي‌هاي آهن از باطله‌هاي كوارتز و توليد ماسه سيليسی، مقدار زيادي باطله بايستي عمل آوري شود و در نهايت مقدار كمي باطله مجدداً توليد ‌می‌شود، بازار مصرف آن بزرگ‌تر و گاهي بين‌المللي است.
گروه 3) باطله‌هايي كه حاوي مقادير كمي از مواد با‌ارزش هستند و به فرآوري بيشتر و گاهي پيچيده‌تري نياز دارند، عيب اين مواد اين است كه حجم زيادي باطله مجدداً توليد و هزينه سرمايه‌گذاري نيز بالا است. در اين مورد بازار مصرف معمولاً بين‌المللي است.
گروه 4) باطله‌هايي كه حاوي مقادير خيلي كمتري از مواد با‌ارزش (فلزات) هستند و ساير موارد گروه 3 در مورد آنها نيز صادق است.
2-تولید ضایعات سنگی در ایران
در ايران بيشترين ضايعات سنگ مربوط به سنگ گرانيت است و ضريب كوپدهي در معادن سنگ گرانيت حدود 40 درصد است، علت اين امر روش استخراج معادن گرانيت در كشور است كه فاصله زيادي با استانداردهاي جهاني دارد. در معادن سنگ نرم از جمله تراورتن با توجه به استفاده از روش‌هاي مكانيزه، مقدار ضايعات كمتر ‌می‌باشد و ضريب كوپدهي حدود 80 درصد است. در گذشته ضايعات سنگ تراورتن در معادن دپو ‌می‌شدند ولي هم اكنون با افزايش قيمت سنگ، فرآوري اين ضايعات از نظر اقتصادي توجيه‌پذير شده است. در كشور ايران 90 درصد ضايعات مواد نرم جهت توليد پلاك مورد استفاده قرار مي‌گيرد و از مواد باطله براي توليد سنگ‌هاي آنتيك و لقمه استفاده ‌می‌گردد.
بخشي از ضايعات سنگ معمولاً هنگام استخراج معادن تراورتن ايجاد ‌می‌شود به ويژه در مواقعي كه سنگ داراي كيلواژ، درزه و شكاف‌هاي نزديك به هم باشد، حدود 20 درصد سنگ استخراج شده به صورت صورت سنگ لاشه و ضايعات محسوب ‌می‌شود. اين مواد به عنوان محصولات جانبي معدن به حساب ‌می‌آيند.
3-بازيابي و استفاده مجدد از ضايعات سنگي
در سال‌های اخير استفاده از ضايعات معادن و كارخانه‌هاي فرآوري سنگ توسعه يافته است. از انواع اين كاربردها ‌می‌توان به ساخت سنگ مصنوعي، پودر سنگ، مصنوعات سنگي، انواع سيمان و آسفالت‌هاي مخصوص و كف‌پوش‌هاي سراميكي اشاره كرد. بسته به نوع سنگ ‌می‌توان از آنها استفاده‌هاي زيادي كرد. اگر سنگ‌هاي ضايعاتي از نوع آذرين باشند كه سخت هستند ‌می‌توان از آنها براي توليد سنگ‌فرش استفاده نمود ولي اگر سنگ‌ها نرم باشند مانند تراورتن ‌می‌توان آنها را به پودر سنگ تبديل نمود يا از آنها براي تهيه سنگ‌هاي آنتيك كه در نماها استفاده ‌می‌شود بهره برد. در ادامه به اين كاربردها اشاره ‌می‌شود:
3-1-تولید پودر سنگ
در حدود 40 درصد (86 هزار مترمكعب در سال) از باطله توليد شده در استخراج روباز به صورت قطعات سنگي هستند كه در محل پيت‌هاي قديمي، يا در بستر راه‌ها و رودخانه‌ها و يا در مراتع و زمين‌هاي كشاورزي دپو ‌می‌شوند كه سبب ايجاد آلودگي‌هاي زيست محيطي در وسعت زياد ‌می‌شوند. اين مواد را ‌می‌توان به‌‌عنوان ماده اوليه براي توليد پودر سنگ مورد استفاده قرار داد. مراحل انجام فرآيند به صورت زير است:
• انتقال ضايعات سنگي توسط فيدر يا كاميون به سرند
• دانه‌بندي با سرند
• سنگ‌شکنی
• سرند كردن
• آسيا كردن
• سرند كردن مجدد
• بسته‌بندي
3-2-تولید سنگ مصنوعی
تولید سنگ شكسته و دانه‌بندي شده با توليد ذرات ريز مانند اسليت و هم‌چنین ذرات گرد و غبار در سنگ شكن‌ها همراه است. (اسليت موادي با اندازه ذرات بين 20 تا 60 ميكرون هستند)
مراحل مختلف توليد سنگ مصنوعي به صورت زير است:

• تهيه مواد اوليه و مخلوط كردن آنها با نسبت مناسب

• وارد شدن خوراك با فرمولاسیون مورد نظر به كارخانه

• استفاده از فشار خلا براي فشرده شدن مخلوط مواد اوليه و رزين و تهيه بلوك‌هاي اوليه

•برش دادن بلوك‌هاي اوليه به بلوك‌هاي نازك‌تر

•سمباده زدن و صيقل‌كاري کردن

• پوليش براي ايجاد سطح صاف و براق در سنگ

•نقش زدن براي ايجاد طرح و رنگ در روي سنگ

•برش دقيق بلوك‌ها براي تعيين دقيق ابعاد مورد نظر و تهيه محصول نهايي

3-3-مصنوعات سنگی
3-3-1 آنتيك( فانتزي)
سنگ آنتيك از قرار گرفتن قطعات شكسته سنگ و خرده سنگ كنار هم (ضايعات و باطله سنگ‌هاي تراورتن) و چسباندن آنها با ملات‌هاي دارای پايه رزيني توليد ‌می‌شوند. ايده پديد آمدن سنگ‌هاي آنتيك از آنجا شكل گرفت كه طراحان و آرشيتك‌ها به منظور هر چه زيباتر كردن فضاها اعم از فضاهاي بيروني و دروني ساختمان‌ها و كف پوش‌ها و محوطه‌سازي‌هاي بيروني، نياز به سنگ‌هايي با فاكتورهاي ويژه‌اي داشتند. ضمن اينكه پيشرفت صنعت ساختمان‌سازي و سليقه‌هاي مختلف، سنگ‌‌هايي با طرح‌هاي متنوع، قيمت مناسب و خواص فيزيكي و مكانيكي قابل قبول را اقتضا ‌می‌كرد.
سنگ تراورتن به علت متخلخل بودن قابليت رنگ‌پذيري دارد و مي‌توان ضايعات اين سنگ را رنگ‌آميزي كرد؛ هر چه رنگ طبيعي سنگ تراورتن روشن‌تر باشد، رنگ كردن سنگ به مراتب راحت‌تر است. خرده سنگ‌هاي رنگ شده را به زيبايي در كنار هم چيده و به هم چسباند و ظاهري بسيار زيبا پديد آورد. مزيت سنگ‌هاي فانتزي(آنتيك) به شرح زير است:
-تنوع و زيبائي
-قابليت اجرا بر روي كليه سطوح
-امکان برش در اشكال و اندازه‌هاي دلخواه
– امكان اجرا در كليه فضاهاي داخلي و خارجي
-داشتن جلوه‌هاي زيبا و دلنشين با طرح‌هاي فانتزي
-همگونی با بیشتر مصالح ساختماني از قبيل چوب، آهن، آجر و…
3-3-2- سنگ گیوتینی(سنگ لقمه)
در اين مصنوعات، سطوح سنگ به صورت شكسته شده و كاملاً طبیعی به نظر می‌رسد و مستقيماً از سنگ‌هاي كوپ يا لاشه معدني بدون وارد شدن به سيستم قله بر سنگ‌بري به دست مي‌آيد. سنگ لقمه كه بيشتر به صورت سنگ‌فرش براي محوطه‌سازي و كف سازي معابر به‌كار مي‌رود علاوه بر زيبائي و تنوع رنگ، از دوام و مقاومت بسيار بالايي نسبت به ساير مصالح كفسازي (مانند بتن( برخوردار است؛ به طوري كه عمر آن را معادل چند صد سال مي‌دانند. لقمه‌هاي گيوتيني داراي تنوع رنگ نسبتاً بالايي است (سفيد، سياه، سبز، قرمز، قهو‌ه‌اي، زرد و …) از سنگ‌هاي نسبتاً سخت تهيه مي‌شود. بنابراين با انجام مراحل خاص فني بر روي سنگ‌هاي ضايعاتي معادن (كه در ايران هم كم نيستند) مي‌توان از آنها در تهيه سنگ‌هاي لقمه كه در مفروش كردن معابر، ميادين، پارك‌ها، خيابان‌ها و غيره سود جست. اين روش از ديدگاه اقتصاي و اجرايي مزاياي فراواني نسبت به مفروشات كنوني (آسفالت، بتن، موزائيك، بلوك‌هاي سيماني و غيره) دارد.
4-3 توليد سيمان‌هاي ويژه
در معادن آهك مقادير قابل توجهي از پودر سنگ آهك به‌عنوان محصول فرعی سنگ شکن‌ها تولید مي‌شود.
اين مواد ريز براي محيط‌زيست مضر هستند و چنان‌چه فيلتر نشوند سلامتي افراد را به خطر مي‌اندازند به همين دليل معمولاً با استفاده از فيلترهاي خلاء جمع‌آوري مي‌شوند. در فرآيند توليد آگرگات‌هاي دانه درشت اين مواد معمولاً 1 درصد از كل را تشكيل مي‌دهند اما چنانچه توليد آگرگاتهاي ريز دانه تر مورد نظر باشد ميزان توليد موارد فوق 2-5 درصد افزايش مي‌يابد. در نتيجه مقادير قابل توجهي از اين مواد جمع‌آوري مي‌شود كه استفاده از آنها با مشكلات زيادي همراه است. در بسياري از معادن از اين مواد براي پركردن زمين استفاده مي‌شود و يا اينكه در دامپ‌هاي باطله به صورت روباز و كنترل نشده جمع‌آوري مي‌شوند. در نتيجه مشكلات زيست‌ محيطي در اثر وزش باد و ساير عوامل جوي ايجاد شده كه با خطرات زيادي از جمله سرطان براي افراد همراه است.
يكي از كاربردهايي كه اخيراً براي اين مواد پيدا شده است استفاده از آنها براي بهبود ويسكوزيته سيمان‌ها مي‌باشد. اين سيمان‌ها داراي قابليت تغيير شكل بالايي هستند (self-compacting concrete – SCC) و از مقاومت بالايي به‌خصوص در مناطقي كه بارندگي درآنها زياد است برخوردارند. بدين ترتيب مواد ريز حاصل از طرح‌هاي سنگ‌آهك ذخيره مناسبي براي استفاده در اين سيمان‌ها مي‌باشند.

سیستم جمع آوري و دفع ذرات نرمه و گرد و غبار در فرآوري سنگ آهک

3-5-تولید کاشی‌ها و کف‌پوش‌ها
با توجه به ساختار صفحه‌اي اسليت معمولاً آن را به صورت صفحات نازك در پوشش كف و سقف و سنگ‌فرش مصرف مي‌كنند. با اين حال استخراج اسليت همواره با توليد حجم زيادي باطله به صورت لجن همراه است كه براي سيستم آب‌كشي مضر است و از آن براي پر‌كردن زمين‌هاي خالي استفاده مي‌شود.
شرکت‌های بازیافت روش‌هايي را براي كاهش اين باطله‌ها با استفاده مجدد از آنها و يا برش سنگ با ليزر ارائه كرده‌اند. آنها بر اساس اندازه ذرات اين باطله‌ها را طبقه‌بندي و كاربردهاي آنها در صنايعي مانند سيمان، پركردن حفره‌هاي ريز در آسفالت كردن جاده‌ها و روكشي ديوارها را مشخص نموده‌اند.
يكي ديگر از مسايل مربوط به اين باطله‌ها خطرات ايجاد شده براي سلامتي كارگران در اثر تنفس ذرات به صورت گرد و غبار است. يكي از كاربردهاي مهم ارائه شده استفاده از گل و لجن توليد شده در توليد كاشي و سراميك‌ها مي‌باشد. در اين مورد يا خردايش و دانه‌بندي مجدد اين مواد از آنها در ساخت كاشي‌ها استفاده مي‌شود.
معدن كاري و استخراج كائولن و گرانيت‌هاي بازالتي حجم قابل توجهي از مواد باطله و ضايعات را تولید می‌کند. بخش دانه‌ريز آگرگات‌ها معمولاً شامل ذرات زير 5‌ميليمتر مي‌باشد. وقتي ذرات ريز حاصل شامل مخلوطي از ذرات با اندازه درشت، متوسط و ريز به همراه بخش رسي/اسليت با ابعاد زير 075/0 باشد از آنها به‌عنوان گرید پر‌کننده‌، (filler grade) نامبرده مي‌شود.‌ تا‌كنون كاربردهاي زيادي مانند توليد كود براي خاك‌هاي اسيدي توليد بريكت‌ها و كاشي‌هاي سراميكي و توليد بريكت‌هاي ساختماني رسي براي اين مواد ارائه شده است.
ضایعات سنگي از جمله مواد ريز‌دانه و پودري حاصل از استخراج و فرآوري سنگ‌ها اثرات زيست زيادي دارند. عمل‌آوري اين ضايعات با فشرده كردن و سينتره كردن يك روش عملي براي بازيابي اين مواد مي‌باشد.
در مورد اسليت‌ها عمل سينتره كردن معمولاً با تغييرات فاز و توليد آب همراه است و با توجه به كمپلكسي بودن تركيب شيميايي مكانيزم عمل نيز پيچيده است. توليد آب سبب افزايش فشردگي مي‌شود.
جدول خواص محصول توليد شده از فشرده كردن و سينتره كردن ضايعات پودري:

6-3 توليد آسفالت‌هاي ويژه
يكي از صنايع مهم توليد‌كننده آلودگي، صنعت توليد سنگ ماربل است.‌ در حدود 70‌درصد از اين كاني با‌ارزش طي عمليات استخراج، فرآوري و پوليش كردن تلف مي‌شود. ضايعات فرآوري كه حدود 30درصد وزني بلوك‌ها را شامل مي‌شود، به پودر تبديل شده و در بستر رودخانه‌ها دپو مي‌شوند. در حدود 40‌درصد (‌86 هزار مترمكعب در سال) از باطله توليد شده در استخراج روباز به صورت قطعات سنگي هستند كه در محل پيت‌هاي قديمي، يا در بستر راه‌ها و رودخانه‌ها و يا در مراتع و زمين‌هاي كشاورزي دپو مي‌شوند كه سبب ايجاد آلودگي‌هاي زيست محيطي در وسعت زياد مي‌شوند. قطعات سنگي توليد شده منبع مناسبي براي توليد آگرگات براي مصرف در پوشش بزرگراه‌ها مي‌باشند.
در اغلب موارد بيش از‌90‌درصد مخلوط آسفالت و سيمان (AC) از آگرگات (آگرگات دانه درشت، ماسه و پركننده) تشكيل شده است. در توليد روكش جاده‌ها به ازاي هر كيلومتر حدود 12500‌تن آگرگات مصرف می‌شود