الرماد المتطاير والكرات المجوفة

الرماد المتطايرمادة البوزولان، وهي منتج ثانوي من محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم، تُعتبر مادة بوزولانية معترف بها كمورد قيّم يمكن إضافته إلى مواد البناء لتشكيل مركبات أسمنتية عند ملامستها للماء. الكرات المجوفةتُعدّ الجسيمات المجوفة الكروية الشكل، ذات المسام المفتوحة في الغالب، من أهم المواد أو المنتجات الثانوية ذات القيمة المضافة التي تُخلط مع الرماد المتطاير. ويعود ذلك إلى خصائصها المميزة، مثل خفة وزنها، وسيولتها الجيدة، وخمولها الكيميائي، وعزلها الجيد، ومقاومتها العالية للضغط، وموصليتها الحرارية المنخفضة، مما يُتيح استخدامها على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الصناعية. وقد أصبحت الجسيمات المجوفة الكروية مادة مطلوبة بشدة كمادة مالئة أو مضافة في العديد من التطبيقات المتخصصة، مثل الأسمنت خفيف الوزن، والمركبات البوليمرية، وأقراص فرامل السيارات، وأغطية التروس التفاضلية، ومكونات محركات الديزل المطلية بالموليت، وتطبيقات الحماية الكهرومغناطيسية وامتصاص الطاقة. كما وُجدت تطبيقات للجسيمات المجوفة الكروية كمادة بناء، مثل مركبات العزل الحراري خفيفة الوزن، ومواد البناء خفيفة الوزن الماصة للصوت المصنوعة من الأسمنت المدعم بالجسيمات المجوفة الكروية والخرسانة الإسفلتية، والخرسانة خفيفة الوزن. أُفيد مؤخراً أن الكريات المجوفة تُستخدم كمادة مضافة أو حشو في مصفوفة الخرسانة البوليمرية لتصنيع العوارض المركبة وعوارض السكك الحديدية المركبة. وبفضل شكلها الكروي المجوف، تُعدّ الكريات المجوفة واعدة للغاية، إذ تتميز بمقاومة عالية لانتشار الشقوق.
تتراوح كثافة الكريات المجوفة من 0.2 جم/سم مكعب إلى 2.6 جم/سم مكعب. تُصنف طرق فصل الكريات المجوفة منخفضة الكثافة إلى مجموعتين: الفصل الرطب والفصل الجاف. تعتمد آلية الفصل الرطب على الفرق بين كثافة الجسيمات الصلبة والوسط السائل؛ حيث يمكن استخلاص الكريات المجوفة من الرماد المتطاير باستخدام طريقة الفصل بالترسيب الجاذبي (طريقة الطفو والغرق). وتعتمد كفاءة الفصل الرطب على الطفو الطبيعي للكريات المجوفة في الوسط، وتركيز الجسيمات المغذية، وتضاريس السطح، ومسامية الجسيمات، ودورات التكرير. إلا أن الكفاءة محدودة بتأثير الكتلة الكثيفة للرماد المتطاير، التي تمنع الجسيمات الأخف من الماء من الهروب من التكتل، مما يعيق بالتالي صعودها إلى السطح. تتمثل ميزة طريقة الفصل الرطب في إمكانية الحصول على كريات مجوفة سليمة منخفضة الكثافة مباشرةً من عملية الفصل؛ ومع ذلك، يُعد توفر الأرض والماء مصدر قلق رئيسي للإنتاج على نطاق واسع. ومن المشاكل الأخرى مسألة ذوبان المواد الخطرة في مصادر المياه. من عيوب هذه الطريقة الحاجة إلى خطوة تجفيف إضافية قبل الاستخدام. أما بالنسبة لجودة المادة (خاصةً رماد الفئة C ذي المحتوى العالي من الكالسيوم)، فتتشكل بلورات على سطح الجسيمات ثم تتصلب أثناء التجفيف، مما يحد من استخدامها في تطبيقات أخرى. يُعد الفصل الجاف طريقة بديلة تهدف إلى التغلب على مشاكل الفصل الرطب. بهذه الطريقة، يبقى التركيب الكيميائي دون تغيير. إضافةً إلى ذلك، لا حاجة لمرحلة تجفيف، مما يوفر استهلاك الطاقة. مع ذلك، تتطلب هذه الطريقة تقنية متقدمة تعتمد على الفصل الهوائي، مثل المصنف الهوائي، لتصنيف الجسيمات بكفاءة. التصنيف الهوائي هو عملية فصل الجسيمات الصلبة المتناثرة بناءً على اختلافاتها في الحجم والشكل الهندسي والكثافة في تيار الهواء.