تاریخ شروع : 1402/10/10
مهلت ارسال : 1402/10/30
گرنت صندوق نوآوری و شکوفایی:
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 500 میلیون تومان
مهلت ارسال پروپوزال به اتمام رسیده است
تولید نانوساختار مگنتیت از سرباره کمپلکس کوره‌های فولادسازی
خلاصه فناوری:
با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد منابع ثانویه صنعت فولادسازی نظیر باطله، غبار و سرباره، استفاده از آن‌ها همواره مورد توجه محققان و صنعتگران بوده است. تحقیقات در این زمینه با دو رویکرد مختلف انجام شده است. رویکرد اول اصلاح ساختار جهت استفاده از این منابع در تولید محصولات قابل استفاده در صنعت نظیر بایندر، بتن، صنایع سیمان و جاده‌سازی است؛ در حالی‌که رویکرد دیگر به استحصال عناصر و ترکیبات ارزشمند موجود در آن می‌پردازد. در هر دو زمینه تحقیقات مختلفی در سطح دنیا انجام شده است. در طرح پیش‌رو، آهن موجود در سرباره به‌صورت نانوساختار مگنتیت استحصال می‌گردد. در منابع مطالعاتی روش‌های مختلفی برای جداسازی آهن از سرباره گزارش شده است که هر کدام از آن‌ها دارای مزایا و نکات ضعف خاص خود هستند. روش پیشنهادی در این طرح به گونه‌ای تنظیم شده که در عین دارا بودن مزایای هر کدام از روش‌ها، معایب آن‌ها را در کمترین سطح ممکن کنترل کند.
ضرورت مسئله:
به دلیل وجود مشکلات زیست‌محیطی معمولاً سعی می‌شود ضایعات تولیدی در صنعت بازفرآوری شوند. در صنعت متالورژی نیز روش‌های اقتصادی استفاده از پسماندهای دارای گونه‌های ارزشمند مورد توجه قرار گرفته است. در فرآیندهای ذوب‌سازی، محصول اصلی ذوب، فلز مورد نظر می‌باشد و معمولاً سرباره به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود. سرباره شامل اكسیدهای فلزی و غیرفلزی است كه از نظر تولید و مهندسی فرآیند، غیرقابل اجتناب بوده و بعضاً مفید نیز می‌باشد ولی از نظر اقتصادی معمولاً زیان‌ده هستند. به طور متوسط در فرآیندهای فولادسازی حدود 20% از وزن مذاب تولید شده، سرباره می‌باشد. بسته به نوع فرآیند تولید و مواد اولیه مورد استفاده، آنالیز و خواص سرباره نیز متفاوت است و علاوه بر آن، بر اساس نوع فرآیند خنک كردن و بازیافت سرباره‌ها، موارد استفاده آن نیز متفاوت خواهد بود. در حال حاضر حدود 100 میلیون تن از سرباره در مجتمع‌های فولادسازی کشور وجود دارد و سالیانه بین 5 تا 10 میلیون تن به آن اضافه می‌شود که علاوه بر فضای اشغالی، دفع آن باعث ایجاد ملاحظات زیست‌محیطی شده است. دفع و بهره‌برداری از پسماندهای کارخانه‌های فولادسازی به دلیل حجم زیاد و تنوع قابل توجه مواد زائد، یک مشکل جاری فولادسازان دنیا است. بازیافت سرباره فولاد یک روش مناسب برای استفاده مجدد با لحاظ تأثیرات اقتصادی آن است. اجرای این طرح در فاز صنعتی جذابیت زیادی برای شرکت‌های فولادسازی دارد، چون تهدید وجود مقادیر عظیمی از سرباره به فرصت تولید نانوذرات مگنتیت تبدیل می‌شود و علاوه بر تکمیل زنجیره فولادسازی، شرکت‌های فولادسازی می‌توانند به‌عنوان مجتمع‌های تولیدکننده نانوذرات از منابع ثانویه در کشور شناخته شوند. یکی از دلایل بالا بودن قیمت مواد نانوساختار، گران بودن مواد اولیه جهت تولید آنهاست. در این طرح امکان تولید مواد نانوساختار با ارزش افزوده بالا (مگنتیت) از منبع تقریباً رایگان سرباره پیش‌بینی شده است. این موضوع مزیت رقابتی مهمی در خصوص قیمت تمام شده محصول ایجاد خواهد کرد.
مسئله اصلی تحقیق:
آنالیزهای اولیه از سرباره کوره‌های فولادسازی نشان می‌دهد حدوداً بین 30-40% سرباره را آهن تشکیل می‌دهد که در صورت استحصال و تولید محصولات نانومتری از آن می‌توان ارزش افزوده بالایی خلق نمود. در پژوهش‌های پیشین که در سطح بین‌المللی و ملی انجام شده است، درصد بازیابی آهن از سرباره کوره‌های فولادسازی به میزان کمی گزارش شده است که برای اقتصادی شدن طرح باید درصد بازیابی آهن را به بیش از 50% رساند. با توجه به تعدد عناصر و ترکیبات فازی موجود در سرباره، ابتدا نیاز به انجام آنالیزهای شناسایی دقیق است. متناسب با اینکه هر کدام از عناصر در چه فازی حاضر هستند، روش جدایش خاصی باید مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به اینکه هدف اولیه در این طرح استخراج آهن از سرباره است، جدایش و استخراج انتخابی آهن و همچنین ترتیب جدایش عناصر و ترکیبات دارای پیچیدگی‌های علمی و فنی خاصی خواهد بود و یک فرآیند ساده تک مرحله‌ای نیست. اگر این مراحل به دقت انجام نشود، ممکن است درصد بازیابی کم شود و یا اینکه علاوه بر عناصر مدنظر، عناصر دیگری نیز در محلول حل شوند که این موضوع می‌تواند منجر به ورود ناخالصی در محصول نهایی گردد. باید به این نکته توجه شود که خلوص نانوذرات نقش مهمی در مشخصات محصول نهایی در کاربردهای مختلف ایفا می‌کند.
با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد منابع ثانویه صنعت فولادسازی نظیر باطله، غبار و سرباره، استفاده از آن‌ها همواره مورد توجه محققان و صنعتگران بوده است. تحقیقات در این زمینه با دو رویکرد مختلف انجام شده است. رویکرد اول اصلاح ساختار جهت استفاده از این منابع در تولید محصولات قابل استفاده در صنعت نظیر بایندر، بتن، صنایع سیمان و جاده‌سازی است؛ در حالی‌که رویکرد دیگر به استحصال عناصر و ترکیبات ارزشمند موجود در آن می‌پردازد. در هر دو زمینه تحقیقات مختلفی در سطح دنیا انجام شده است. در طرح پیش‌رو، آهن موجود در سرباره به‌صورت نانوساختار مگنتیت استحصال می‌گردد. در منابع مطالعاتی روش‌های مختلفی برای جداسازی آهن از سرباره گزارش شده است که هر کدام از آن‌ها دارای مزایا و نکات ضعف خاص خود هستند. روش پیشنهادی در این طرح به گونه‌ای تنظیم شده که در عین دارا بودن مزایای هر کدام از روش‌ها، معایب آن‌ها را در کمترین سطح ممکن کنترل کند.
ضرورت مسئله:
به دلیل وجود مشکلات زیست‌محیطی معمولاً سعی می‌شود ضایعات تولیدی در صنعت بازفرآوری شوند. در صنعت متالورژی نیز روش‌های اقتصادی استفاده از پسماندهای دارای گونه‌های ارزشمند مورد توجه قرار گرفته است. در فرآیندهای ذوب‌سازی، محصول اصلی ذوب، فلز مورد نظر می‌باشد و معمولاً سرباره به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود. سرباره شامل اكسیدهای فلزی و غیرفلزی است كه از نظر تولید و مهندسی فرآیند، غیرقابل اجتناب بوده و بعضاً مفید نیز می‌باشد ولی از نظر اقتصادی معمولاً زیان‌ده هستند. به طور متوسط در فرآیندهای فولادسازی حدود 20% از وزن مذاب تولید شده، سرباره می‌باشد. بسته به نوع فرآیند تولید و مواد اولیه مورد استفاده، آنالیز و خواص سرباره نیز متفاوت است و علاوه بر آن، بر اساس نوع فرآیند خنک كردن و بازیافت سرباره‌ها، موارد استفاده آن نیز متفاوت خواهد بود. در حال حاضر حدود 100 میلیون تن از سرباره در مجتمع‌های فولادسازی کشور وجود دارد و سالیانه بین 5 تا 10 میلیون تن به آن اضافه می‌شود که علاوه بر فضای اشغالی، دفع آن باعث ایجاد ملاحظات زیست‌محیطی شده است. دفع و بهره‌برداری از پسماندهای کارخانه‌های فولادسازی به دلیل حجم زیاد و تنوع قابل توجه مواد زائد، یک مشکل جاری فولادسازان دنیا است. بازیافت سرباره فولاد یک روش مناسب برای استفاده مجدد با لحاظ تأثیرات اقتصادی آن است. اجرای این طرح در فاز صنعتی جذابیت زیادی برای شرکت‌های فولادسازی دارد، چون تهدید وجود مقادیر عظیمی از سرباره به فرصت تولید نانوذرات مگنتیت تبدیل می‌شود و علاوه بر تکمیل زنجیره فولادسازی، شرکت‌های فولادسازی می‌توانند به‌عنوان مجتمع‌های تولیدکننده نانوذرات از منابع ثانویه در کشور شناخته شوند. یکی از دلایل بالا بودن قیمت مواد نانوساختار، گران بودن مواد اولیه جهت تولید آنهاست. در این طرح امکان تولید مواد نانوساختار با ارزش افزوده بالا (مگنتیت) از منبع تقریباً رایگان سرباره پیش‌بینی شده است. این موضوع مزیت رقابتی مهمی در خصوص قیمت تمام شده محصول ایجاد خواهد کرد.
مسئله اصلی تحقیق:
آنالیزهای اولیه از سرباره کوره‌های فولادسازی نشان می‌دهد حدوداً بین 30-40% سرباره را آهن تشکیل می‌دهد که در صورت استحصال و تولید محصولات نانومتری از آن می‌توان ارزش افزوده بالایی خلق نمود. در پژوهش‌های پیشین که در سطح بین‌المللی و ملی انجام شده است، درصد بازیابی آهن از سرباره کوره‌های فولادسازی به میزان کمی گزارش شده است که برای اقتصادی شدن طرح باید درصد بازیابی آهن را به بیش از 50% رساند. با توجه به تعدد عناصر و ترکیبات فازی موجود در سرباره، ابتدا نیاز به انجام آنالیزهای شناسایی دقیق است. متناسب با اینکه هر کدام از عناصر در چه فازی حاضر هستند، روش جدایش خاصی باید مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به اینکه هدف اولیه در این طرح استخراج آهن از سرباره است، جدایش و استخراج انتخابی آهن و همچنین ترتیب جدایش عناصر و ترکیبات دارای پیچیدگی‌های علمی و فنی خاصی خواهد بود و یک فرآیند ساده تک مرحله‌ای نیست. اگر این مراحل به دقت انجام نشود، ممکن است درصد بازیابی کم شود و یا اینکه علاوه بر عناصر مدنظر، عناصر دیگری نیز در محلول حل شوند که این موضوع می‌تواند منجر به ورود ناخالصی در محصول نهایی گردد. باید به این نکته توجه شود که خلوص نانوذرات نقش مهمی در مشخصات محصول نهایی در کاربردهای مختلف ایفا می‌کند.
درباره تیم پژوهشی:
| نام و نام‌خانوادگی | رشته/ مقطع تحصیلی | همکار/ مشاور طرح | وضعیت شغلی |
| ابوذر سهرابی جهرمی | دکتری نانوفناوری-نانومواد | مجری | رئیس‌هیئت مدیره شرکت دانش‌بنیان راصد توسعه فناوری‌های پیشرفته |
| حمید اکبری معیر | دکتری مهندسی متالورژی و مواد | مجری | شاغل در شرکت دانش‌بنیان |
| مهدیه داود آبادی | دانشجوی ارشد مهندسی مواد | همکار اول | دانشجو |
| مجید رمضان‌پور اقدمی | دانشجوی ارشد مهندسی مواد | همکار دوم | دانشجو |
سوابق عرضه‌کننده فناوری و مسئول اصلی تیم پژوهشی:
آقای دکتر ابوذر سهرابی جهرمی: ایشان رئیس هیئت‌مدیره شرکت دانش‌بنیان "راصد توسعه فناوری‌های پیشرفته" و مشاور نوآوری، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان هلدینگ‌های تیپیکو، میدکو و شرکت کارخانجات داروپخش هستند. همچنین داور علمی و کسب و کاری برنامه نانواستارتاپ معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری و داور طرح‌های ستاد ویژه توسعه فناوری نانو هستند. دکتر سهرابی مجری طرح‌های برگزیده دوره نانواستارتاپ با عناوین "ساخت سامانه تولیدکننده نانوامولوسیون" و " ساخت سامانه تولیدکننده نانوحباب" بوده و مدرس دانشگاه‌های صنعتی شریف، تهران، صنعتی امیرکبیر، امام حسین و آزاد شهرری هستند.
- استفاده از منبع تقریباً رایگان سرباره به عنوان ماده اولیه و تولید محصول با ارزش افزوده بالا از آن
- حل مشکل اشغال فضای دپوهای سرباره در مجتمع‌های فولادسازی کشور
- حل مشکل زیست‌محیطی ناشی از وجود دپوهای سرباره در مجتمع‌های فولادسازی کشور
نانوساختارهای مگنتیت دارای کاربردهای گسترده‌ای در حوزه‌های مختلف هستند که عبارتند از:
- تصفیه آب و پساب‌های صنعتی
- کاربردهای زیست‌پزشکی: سلول درمانی، ترمیم بافت، تحویل دارو و تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی
- کاتالیزور برای واکنش‌های آلی
- بازیابی بیش از 50% آهن موجود در سرباره
- تبدیل حداقل 30% آهن بازیابی شده به نانوذرات مگنتیت
- هزینه اجرای طرح حدود 700 میلیون تومان برآورد می‌شود که حداکثر 50 درصد این مبلغ تا سقف 500 میلیون تومان، از محل حمایت صندوق نوآوری و شکوفایی تامین خواهد شد.
- مدت‌زمان اجرای طرح حدود 9 ماه برآورد می‌شود.
- مالکیت معنوی: مشارکت‌کننده در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و مشارکت‌کننده در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: سهم مشارکت شرکت/شتاب‌دهنده متقاضی حداقل 10 و حداکثر 35 درصد خواهد بود (منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری بر اساس توافق طرفین و مشترک خواهد بود و باتوجه‌به سهم آورده نقدی و غیرنقدی توسعه‌دهنده، سهم مالکیت قابل‌مذاکره و توافق است).
شماره تماس:
021-88486498
اینستاگرام:
iran.challenges@
021-88486498
اینستاگرام:
iran.challenges@