فرآیند تولید الیاف بازالت

بازالت
بازالت سنگ‌های آذرین خروجی هستند که در اثر انجماد یک ماگمای قلیایی در سطح یا در نزدیکی سطح زمین یا بستر دریا تشکیل شده است. بازالت‌ها وسیع‌ترین گستره سنگ‌های آذرین را در پهنه قاره‌ها کف اقیانوس‌ها دارند. به علت مجاورت با سطح زمین و یا کف دریا و سرعت زیاد سرد شدن، رشد کریستالی در بازالت‌ها در هنگام انجماد نسبت به سایر سنگ‌های آذرین خیلی کمتر است. بازالت در موارد زیر مصرف دارد:

• حفاظت حرارتی
• مواد اصطکاکی (مانند لنت ترمز و...)
• مخازن تحت فشار (مانند تانک‌ها و سیلندرهای گاز)
• مقاطع باربر (پروفیل‌های ساختمانی)
• پره‌های آسیاب‌های بادی
• ورق‌های سیمانی مسلح (جایگزین آزبست در ورق‌های آزبست سمنت)
• تیرهای برق
• پوشش کشتی‌ها
• بدنه اتومبیل
• تجهیزات ورزشی
• مسلح کردن بتن
• ساخت بلندگو
• مصارف نظامی و فضایی
• پر کردن فضاهای خالی ساختمانی

امروزه موسسات تحقیقاتی بسیاری به تحقیق و تعیین خواص مواد اولیه مناسب و دارای ظرفیت تولید الیاف، رفتار مواد در فرآیند تولید و خواص محصول نهایی در کشورهایی چون اتریش، بلژیک، چک، مجارستان، آلمان، ایتالیا، اسپانیا، روسیه و اوکراین مشغولند و بسیاری از دپارتمان‌های تحقیق و توسعه این صنعت به تحقیق و نوآوری در پروژه‌های تولید الیاف از بازالت سایر سنگ‌های طبیعی اشتغال دارند و از این طریق تولید الیاف بازالت دیگر یک فناوری انحصاری نیست که تنها روسیه و اوکراین به آن دسترسی داشته باشند. پیش از این تنها این ۲ کشور توان تولید آن را داشتند.
کانی‌های موجود در بازالت‌ها و ترکیب شیمیایی آن‌ها متغیر است. براساس محل جغرافیایی وجود این محصول معدنی، بازالت‌ها معمولا حاوی سیلیس، آلومین، اکسید آهن، اکسیدهای قلیایی خاکی و اکسیدهای قلیایی هستند. بیشتر کانی‌های متبلور موجود در بازالت‌ها شامل پلاژیوکلازها (به‌ویژه آلبیت و آنورتیت) و پیروکسن‌ها (به‌ویژه اوژیت) هستند.

فرآیند تولید الیاف بازالت
نخستین فرآیند تولید الیاف بازالت در سال ۱۹۲۳میلادی ثبت شده است. با این حال، تنها از اوایل دهه ۱۹۶۰ میلادی، تحقیقات گسترده در این حوزه انجام شده است. در نیمه دوم قرن بیستم میلادی، سرمایه‌گذاری‌های اساسی در تحقیقات، دانش فنی و تولید الیاف بازالت در اتحاد جماهیر شوروی سابق انجام شده و نتایج حاصل از تحقیقات مخفی نگه داشته شده است.
پس از فروپاشی شوروی و از سال ۱۹۹۱میلادی، شرکت‌های تولیدکننده الیاف بازالت در روسیه و سایر جمهوری‌های تازه استقلال‌یافته خصوصی شدند و به این ترتیب محدودیت انتقال فناوری تولید الیاف بازالت برطرف شد. ولی حتی با شرایط جدید هم، تا اندکی قبل، تولید این محصول تا حد زیادی محدود به روسیه و اوکراین بود.
الیاف بازالت با وجود مشابهت بسیار با الیاف شیشه و حتی مشابهت فرآیند تولیدی، ویژگی‌های مقاومتی بهتری نسبت به آن دارد. الیاف بازالت بر خلاف الیاف شیشه در مقابل قلیایی ها، مواد اسیدی و نمکی بسیار مقاوم است و به همین خاطر در بتن، پل‌ها و سازه‌های دریایی کاربرد وسیعی دارد.
در مقایسه با الیاف کربن و آرامید (الیاف مصنوعی) ، الیاف بازالت در بازه دمایی وسیع‌تری (۲۶۹- تا ۶۵۰+ درجه سانتی‌گراد) کاربرد دارد و در برابر اکسیداسیون، تشعشع،‌ تراکم و نیروهای برشی بسیار مقاوم‌تر است. از طرفی ضخامت الیاف بازالت بین ۹ تا ۱۳ میکرون است. حداقل حد زیستی و زیست‌محیطی تعریف شده مجاز در استفاده از الیاف برای ساخت ورق‌های بتنی تقویت‌شده با الیاف، ۵ میکرون است و بنابراین الیاف بازالت به عنوان جایگزین مطلوبی برای آزبست در ورق‌های سیمانی مسلح شده است.
ظرفیت ایران
ایران ذخایر بازالت زیادی دارد اما هنوز از آن‌ها بهره‌برداری نشده است. این موضوع را رییس سازمان نظام مهندسی استان تهران در گفت‌وگو با خبرنگار صمت عنوان کرد. به گفته مهرداد شکوهی رازی چندین سال است که کشورهای جهان شروع به تولید الیاف بازالت کرده‌اند و ایران از قافله جهانی عقب افتاده است. زمانی که از جاده قدیم قزوین به سمت رشت حرکت می‌کنیم، در دو طرف جاده منابع قابل توجه بازالت را می‌توان مشاهده کرد؛ منابعی که می‌توانند ثروت‌های قابل توجهی برای کشور به همراه داشته باشند.
به گفته شکوهی رازی نکته قابل توجه آن است که بهره‌برداری از منابع بازالت و تولید الیاف از آن نیاز به سرمایه‌گذاری‌های سنگین هم ندارد. برآورد می‌شود که برای ساخت یک کارخانه تولید الیاف بازالت که ظرفیت تولید ۲۰ تا ۲۵ هزار تن در سال داشته باشد، تنها حدود ۱۵ تا ۲۰ میلیارد تومان سرمایه نیاز است. با چنین سرمایه‌گذاری بلندمدتی می‌توان نیاز داخلی به الیاف و عایق‌های صنعتی را رفع کرده و حتی اقدام به صادرات این محصول به کشورهای دیگر کرد. البته در این راه هم مانند هر فعالیت اقتصادی دیگری، موانعی وجود دارد.
در حال حاضر، در کشور به فناوری تولید و همچنین ماشین‌ها و تجهیزات مورد نیاز معادن و کارخانه‌های فرآوری بازالت دسترسی نداریم. برای رفع این نیاز باید به همکاری با کشورهای تولیدکننده الیاف بازالت روی آورد. البته خوشبختانه در انتخاب شریک تجاری، محدودیتی وجود ندارد و کشورهای مختلفی که در زمینه تولید این محصول معدنی فعال هستند، می‌توانند ایران را در راه رسیدن به هدف خود همراهی کنند. تا چند دهه پیش به دلیل کاربردهای نظامی گسترده الیاف بازالت، فناوری آن محرمانه محسوب می‌شد و در اختیار تمام کشورهای جهان قرار نمی‌گرفت. اما اکنون کشورها آماده انتقال تجربیات خود هستند. با برداشتن شدن تحریم‌ها، این روند انتقال تجربیات می‌تواند سرعت بیشتری هم بگیرد. علاوه بر روسیه و اوکراین که تولیدکنندگان سنتی این محصول هستند، بسیاری از کشورهای اروپایی و حتی چین هم از دانش و تجهیزات مورد نیاز برای تولید آن برخوردار هستند.
 
ذوب‌ریسی الیاف بازالت
به طور کلی فرآیند تولید الیاف شیشه و بازالت بسیار شبیه یکدیگر است. در هر دوی این فرآیندها، در ابتدا مواد کانی با حرارت بسیار زیاد ذوب شده و توسط کانال‌های انتقال‌دهنده به قسمت ذوب‌ریسی و صفحات رشته‌ساز که در این صنعت به جای اسپینرت، به نام بوشینگ(Bushing) شناخته می‌شوند منتقل می‌شوند و با عبور از منافذ آن‌ها و جامد شدن در هوای سرد به صورت رشته‌های لیفی در می‌آیند. معمولا بوشینگ‌ها از آلیاژهای ویژه پلاتین و رودیوم ساخته می‌شوند که در مقابل عبور مواد مذاب با فشار و تنش بسیار زیاد از منافذ آن‌ها مقاوم باشند. رشته الیاف سرد و جامد شده پس از عبور از کانال کوئنچ ابتدا روغن خورده و سپس بر روی وایندر پیچیده می‌شود.
برخلاف الیاف شیشه، الیاف بازالت به طور مستقیم و طبیعی از یک نوع سنگ تولید می‌شوند و به همین دلیل ترکیب اصلی آن وابسته به منبع تهیه آن سنگ می‌باشد و امکان دخالت در ترکیبات آن بسیار کم می‌باشد. ترکیب شیمیایی این سنگ مهم‌ترین پارامتر موثر بر فرآیند بوده و تاثیر مستقیمی بر ویسکوزیته مذاب و دمای فرآیند دارد. از طرف دیگر خصوصیات مکانیکی و همچنین پایداری شیمیایی الیاف به ترکیب ساختاری و شیمیایی آن بستگی دارد.
به طور کلی ویسکوزیته مذاب به نسبت مولی اکسیدهای اصلی سازنده سنگ بستگی دارد و طبق فرمول زیر محاسبه می‌شود:

Mv= XSiO2 + XAl2O3 / ( 2XFe2O3 + XFeO + XCaO + XMgO + XK2O + XNa2O))

برطبق این فرمول افزایش میزان اکسید سیلیس و اکسید آلومینیوم منجر به افزایش ویسکوزیته مذاب و در نقطه مقابل افزایش میزان اکسید آهن، اکسید کلسیم، اکسید منیزیم، اکسید پتاسیوم و اکسید سدیم منجر به کاهش ویسکوزیته مذاب می‌شود.
مهم‌ترین ویژگی الیاف بازالت سهم بسیار زیاد اکسید آهن Fe2O3و FeOدر ترکیب آن می‌باشد که منجر به تیره بودن مذاب بازالت می‌شود.
کاربردهای الیاف بازالت
الیاف بازالت را می‌توان جایگزین الیاف شیشه نوع Eبا خصوصیات مکانیکی، حرارتی و شیمیایی بسیار بهتر نسبت به آن عنوان نمود. به همین دلیل کاربردهای این الیاف تقریبا با یکدیگر مشابه می‌باشد.
از الیاف بازالت به صورت رووینگ و نخ در ساخت پره توربین‌های بادی، مخازن تحت فشار و با استحکام بالا (صنایع نفت و گاز) ، لوله‌های انتقال مواد شیمیایی و هم‌چنین مخازن نگه‌داری مواد شیمیایی، استفاده می‌گردد. از پارچه‌های با بافت‌های مختلف (ساده، ساتین و ...) در تولید بدنه خودروها، قایق، کشتی و ...نیز استفاده می‌شود. ریسمان و طناب‌های بازالتی تهیه شده از نخ‌های بافته‌شده، از مقاومت حرارتی عالی و ضریب حرارتی کم و انعطاف‌پذیری بالا برخوردار بوده و به همین دلیل در پانل‌های بتنی و لوله نیروگاه‌ها و هم‌چنین صنایع شیمیایی، هوایی و کشتی‌سازی به کار برده می‌شوند.
نمدهای بازالتی با جذب بالای صدا و انرژی صوتی، با پوشش پارچه‌ای به عنوان عایق صوتی بسیار مناسب در کارخانجات تولیدی، هواپیماها، توربین‌ها و ...به کار برده می‌شوند.
مهم‌ترین برتری الیاف شیشه نسبت به الیاف بازالت قابلیت تغییر و اصلاح در میزان ترکیبات تشکیل‌دهنده آن می‌باشد که تاثیر مستقیمی در بهینه‌سازی خصوصیات الیاف نهایی و تطبیق آن‌ها با نیاز مصرف‌کننده دارد. به همین دلیل تاکنون انواع مختلفی از الیاف شیشه ابداع شده اند که هرکدام از آن‌ها جهت کاربرد ویژه‌ای مناسب هستند. به عنوان مثال بیشتر بودن میزان اکسید سیلیس و اکسید آلومینیوم در شیشه نوع Sمنجر به بهبود ثبات حرارتی و مدول یانگ آن و بیشتر بودن اکسید روی در شیشه نوع AR منجر به کاهش حساسیت این الیاف نسبت به محیط‌های قلیایی گشته است.
الیاف بازالت در صنایع کشتی و قایق‌سازی
قایق‌سازان با استفاده از الیاف بازالت می‌توانند از مهم‌ترین مزایای الیاف بازالت که ویژگی کششی و استحکام آن‌ها می‌باشد، که به طور قابل ملاحظه‌ای مانند الیاف شیشه‌ای نوع Eعمل می‌کنند و هم‌چنین گاهی الیاف بازالت با الیاف شیشه‌ای نوع Sهم ارتباط تنگاتنگ دارند. بنابراین استفاده از الیاف بازالت به جای الیاف کربن و الیاف شیشه مستحکم به طور قابل توجهی باعث کاهش هزینه‌ها می‌شود. وقتی از جایگزینی مناسب الیاف شیشه‌ای نوع Eدر سازه برای تحمل بار استفاده می‌شود، الیاف بازالت هم باعث استحکام بیشتر، هم باعث کاهش وزن می‌شود.
قایق‌سازان علاوه بر خواص مکانیکی بالای الیاف بازالت، ویژگی مقاومت بالا در مقابل آب دریا، حرارت و عایق صوتی و هم‌چنین سازگاری با محیط زیست را از این الیاف به دست می‌آورند. این الیاف در بافت ترکیب شده و منسوجات چندمحوری دارای فرآیند پذیری خوبی می‌باشند و درنهایت نیز سبب کاهش وزن قایق می‌شود.
بازالت یک سنگ سخت و سیاه و دانه‌ریز آتشفشانی با کمتر از ۵۲ درصد سیلیس می‌باشد که به علت کمبود سیلیس سنگی قلیایی است. سنگ بازالت، از گروه سنگ‌های آذرین است که بازمانده فعالیت‌های آتش‌فشانی است و در ایران به وفور وجود دارد. بازالت سنگی متراکم و سخت است که به رنگ‌های گوناگون در طبیعت یافت می‌شود. این سنگ فراوان‌ترین سنگ آذرین است.
سنگ بازالت به صورت کوپ و سنگ فرآوری‌شده در کف‌سازی پیاده‌روها، جدول خیابان‌ها و به‌صورت چرمی یا ساییده برای نمای ساختمان‌ها کاربرد دارد. کاربردهای دیگر آن به عنوان پشم سنگ و در فیزیوتراپی به‌جای تشک برقی است.
سنگ بازالت تمام‌بلورین، نیمه‌بلورین و گاهی شیشه‌ای است که دارای بافت آفانیتی می‌باشد. کم بودن میزان سیلیس باعث می‌شود تا بازالت گرانروی کمی داشته‌ باشد و به همین دلیل گدازه‌های بازالتی بر روی زمین می‌توانند سطحی تا حدود بیست کیلومتر را بپوشانند. فراوان‌ترین کانی‌های سازنده این سنگ عبارتند از الیوین، پیروکسن و پلاژیوکلاز.
سنگ بازالت هم‌چنین در کره ماه به فراوانی یافت می‌شود. در زیر بیشتر سطح ماه، گدازه‌های بازالتی در جریان‌اند. پس از برخورد شهاب‌های کهن به سطح ماه به خاطر نازک‌شدن سطح، گدازه‌های بازالت به سطح راه یافت و بخش‌های عظمیمی از رویه کره را پوشاند. این مناطق بازالتی و تیره‌رنگ کره ماه به نام دریاوارهای ماه شناخته می‌شوند.
الیاف بازالتی
از بازالت الیاف نیز تهیه می‌شود. از جمله برتری‌های الیاف بازالتی مقاومت حرارتی بالا، اشتعال‌پذیری کم، افت کم عملکرد و استحکام در دماهای بالاتر از ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد و هم‌چنین در رطوبت زیاد، چسبندگی خوب به رزین‌های بسپاری و لاستیک‌ها، مقاومت سایشی و کششی، ویژگی‌های دی‌الکتریکی بالا است.
جذب دی اکسید کربن
تحقیقات آزمایشگاهی و میدانی در ساختار بازالتی رود کلمبیا در آمریکا نشان داده است که دی اکسید کربن تزریق شده در سنگ بازالت با مواد معدنی توده سنگ ترکیب شده و ترکیبات کربناتی مانند آنکریت ایجاد می‌کند و از انتشار دی اکسید کربن (که یکی از گازهای گلخانه‌ای است) در اتمسفر جلوگیری می‌کند.

شرکت فنی و مهندسی مارین سازه مفتخر است آمادگی خود را به منظور ارائه خدمات فنی و مهندسی ( طرح و اجرا ) در زمینه‌های مختلف مهندسی به شرح زیر در شهرهای تهران، کرج، هشتگرد، قزوین، سمنان، قم، قشم، کیش و سایر نقاط کشور اعلام نماید.
1.   طراحی، تولید، نصب و راه‌اندازی انواع اسکله‌های شناور بتنی در کاربری‌های متنوع و چند منظوره
2.   بهسازی لرزه‌ای و مقاوم‌ساز انواع سازه‌ها و ساختمان‌ها ( طرح و اجرا ) 
3.   طراحی و اجرای کلیه نقشه‌های معماری و سازه
4.   طراحی و اجرای سازه‌های خاص