پاسخ: سنگ آهک
سنگ آهك سنگی است با منشاء رسوبی، تركیب شیمیایی CaCO3، درجه سختی 3 و وزن مخصوص 7/2 گرم بر سانتیمتر مكعب (در شرایطی كه هیچگونه درز و شكاف و خلل و فرجی در آن وجود نداشته باشد.)
از نظر كارخانجات تولید كننده آهك، سنگ آهك یك واژه عمومی برای آن دسته از سنگ هایی است كه حاوی حداقل 80 درصد كربنات های كلسیم و منیزیم باشد و عمل بعد از تكلیس به آهك زنده تبدیل شده و بر اثر افزایش آب به آهك مرده تبدیل می شوند.
به طور كلی واژه سنگ آهك فقط در مورد آن دسته از سنگهایی به كار می رود كه ذرات كربناته آن نسبت به اجزای تشكیل دهنده غیركربناته بیشتر باشد. برای مثال اگر دانه های كوارتز تخریبی (در اندازه ماسه) بیش از 50 درصد سنگ را تشكیل دهد واژه سنگ آهكی برای نامگذاری آن مناسب تر خواهد بود.
به خارج ساختن Co2 از سنگ آهك عمل تكلیس گفته می شود، محصول این عمل كه از حرارت دادن سنگ آهك در دمای 1200 درجه سانتیگراد به دست می آید را آهك زنده (CaO) می نامند، در مقابل افزودن آب به سنگ آهك موجب كاهش خواص متعدد سنگ آهك شده و آن را آهك مرده می نامند.
میزان تولید سنگ آهك در جهان بالغ بر 100 میلیون تن است و عمدتاً به مصرف صنایع متالوژی رسانده می شود. از كل تولید داخلی سنگ آهك كمتر از 3 میلیون تن آن در صنایع متالوژی و حدود نیمی از آن در واحدهای فولادسازی كشور به مصرف می رسد.
موارد مصرف آهك در صنایع بسیار متنوع و گوناگون است. عمده ترین مصرف آهك در صنایع ذوب فلزات، شیمیایی، ساختمانی و كشاورزی گزارش شده است. آهك بر حسب نوع مصرف در صنایع گوناگون به صورت سنگ آهك دانه بندی شده، آهك زنده (آهك پخته) و آهك شكفت به بازار عرضه می شود.
سنگ آهك در صنایع تولید آهن و فولاد به عنوان گدازآور و برای حذف ناخالصی ها به كار برده می شود. همچنین آهك به صورت آهك نپختــه، و شیر آهك برای تولید گنــدله و آگلومره مصرف می گردد.
یكی از روشهای تولید گندله اضافه كردن مواد افزودنی شامل بنتونیت و سنگ آهك است. در اینصورت گندله تولیدی دارای خواص اسیدی است كه لازم است در مرحله تولید فولاد برای خنثی سازی خاصیت اسیدی بنتونیت و تنظیم اندیس قلیایی سرباره به مصرف آهك پخته بیشتری نیاز خواهد بود.
در صورت مصرف شیرآهك به جای بنتونیت برای تولید گندله به دلیل سطوح ویژه زیاد شیر آهك، سطوح ویژه مخلوط بالا رفته و سبب بهبود خواص فیزیكی و مكانیكی گندله خام و پخته می شود. در این صورت مصرف كل آهك برای تولید فولاد كاهش یافته و میزان مصرف انرژی در كوره قوس الكتریكی كمتر خواهد شد.
سنگ آهك در محیط های خنثی پایدار است و تغییر نمی كند ولی به آسانی توسط اسیدها خورده شده و گاز كربنیك آزاد می كند. در محیط های قلیایی سنگ آهك پایدار بوده و وارد واكنش نمی شود.
با وجود آنكه واكنش شیمیایی تكلیس بسیار ساده و آسان به نظر می رسد ولی در عمل عوامل بسیاری در این واكنش موثر بوده و از پیچیدگی خاصی برخوردار است.
عوامل اصلی در تكلیس سنگ آهك عبارتند از:
گرم كردن سنگ آهك تا دمای تفكیك
نگهداری سنگ آهك در این دما تا مدت زمان لازم
خارج ساختن ملكول های گاز كربنیك تولید شده از محیط واكنش
آغاز تكلیس را می توان تحت شرایطی مانند تكلیس در فشارهای كمتر از یك اتمسفر و در دمای كمتر از درجه حرارت انجام داد. ولی در هر حال سرعت واكنش در دمای آغاز تفكیك بسیار پایین بوده و به منظور افزایش سرعت واكنش باید درجه حرارت را از حد كامل شدن تكلیس نیز بالاتر برد. اگر دمای عملی تكلیس بسیار بالا باشد (بالاتر از حدود 1400 درجه سانتیگراد)، آهك حاصل متراكم می گردد و می تواند تا حدود 25 الی 40 درصد از حجم اولیه آهك را كاهش دهد. تراكم آهك باعث كاهش شدید خاصیت تركیب شیمیایی آن شده و آن را برای اكثر مصارف نامطلوب می سازد. حالت متعادل و مطلوب برای مصارف آهك آن است كه سنگ آهك به طور كامل تكلیس شود و آهك حاصل به اندازه كافی نرم و متخلخل باشد. این امر برای آهك مصرفی در صنایع متالورژی و به خصوص تولید آهن و فولاد لازم است.
زمان تكلیس نیز شرایط مشابه با دمـای تكلیس دارد و اگر مدت آن از حـد معینی تجـاوز كند، این امر منجر به تشكیل آهك متراكم با خواص نامطلوب می شود، لذا لازم است كه دما و زمان به دقت در جریان تكلیس كنترل شوند.
در جریان تكلیس باید شرایط لازم برای خروج گاز كربنیك تولیدی فراهم باشد. در غیر اینصورت گاز كربنیك می تواند با آهك در لایه های سطحی وارد واكنش شده و مجددا تولید كربنات كلسیم كند و بدین ترتیب كاهش مرغوبیت محصول را باعث شود. كوره تكلیس باید طوری طراحی شود كه خروج گاز كربنیك حاصل از آن به آسانی انجام شود.
خاصیت تكلیس سنگ آهك بستگی به بلورهای تشكیل دهنده و نوع آنها دارد. هر قدر این بلورها درشت تر باشند، عمل تكلیس مشكلتر است. در بعضی از انواع سنگ آهك كه بلورها بسیار درشت و به صورت كلسیت هستند عملا تكلیس مشكلتر است. در بعضی از انواع سنگ آهك كه بلورها بسیار درشت و به صورت كلسیت هستند عملا تكلیس كامل سنگ غیرممكن می باشد.
عامل دیگری كه در تكلیس اهمیت دارد یكنواخت بودن ابعاد سنگ آهك می باشد. هر قدر
دانه های سنگ آهك یكنواخت تر و اختلاف ابعاد ذرات كوچكتر باشند، عمل تكلیس منجر به تولید محصول مرغوب تر با خواص فیزیكی و شیمیایی یكنواخت تر خواهد شد. اگر اختلاف ابعاد ذرات سنگ آهك زیاد باشد در جریان تكلیس ذرات ریز سریعتر تفكیك شده و آهك حاصل به علت قرار گرفتن به مدت طولانی در دمای بالا متراكم تر شده و در نتیجه محصول حاصل خواص شیمیایی یكنواختی نخواهد داشت و بدین ترتیب اهمیت دانه بندی سنگ آهك برای مصارف متالوژی بسیار مهم است. زمان و دما دو عامل اصلی در جریان تكلیس هستنـد كه با یكدیگـر نسبـت معكـوس دارنـد. افزایش یكی باعث كاهش دیگـری می شود.
از نظر اقتصادی به نظر می رسد بالا بردن دمای تكلیس جهت كوتاهتر كردن زمان در اكثر موارد بیشتر مقرون به صرفه باشد ولی در عمل چنین نمی باشد.
وجود ناخالصی ها به خصوص سیلیس و آلومین در جریان تكلیس نامطلوب می باشد. این ناخالصـی ها در جریــان تكلیس با آهك تركیب شده و انــواع سیلیـكات ها، آلومینــات ها و فریت ها را تشكیل می دهند. اكثر این واكنش ها در دماهــای بالا انجام می شوند. لذا در سنگ های آهك تكلیس شده در دمای پایین (حدود 1000 درجه سانتیگراد) عملا این ناخالصی ها وارد واكنش شیمیایی نشده و به صورت اولیه و غیرتركیبی خود باقی می مانند.
وزن آهك تولیدی از تكلیس سنگ آهك حدود نصف وزن سنگ آهك اولیه است و لذا برای تولید هر تن آهك باید حدود دو تن سنگ آهك در نظر گرفت. انرژی مصرفی برای تكلیس هر كیلوگرم سنگ آهك به طور نظری 7/406 كیلوكالری می باشد. این مقدار انرژی برای تكلیس در 850 سانتیگراد محاسبه شده است. در صورتی كه عملا تكلیس در دمای بالاتر انجام می گیرد (در بعضی از موارد برای تولید آهك متراكم دمای تكلیس حدود 1600 درجه سانتیگراد است) در نتیجه با توجه به بازدهی حرارتی، مصرف انرژی بالاتر بوده و تا 1200 كیلوكالری به ازای هر كیلوگرم سنگ آهك می رسد.
در انتخـاب روش تكلیس عوامل متعـددی دخـالت دارنـد كه بعضـی از آنهـا به قـرار زیـر می باشند:
مشخصات فیزیكی سنگ آهك از نظر ابعاد و غیره.
مصرف سوخت
سرمایه گذاری
نیاز بازار به انواع آهك
آلودگی محیط زیست