Feasibility Research on Coal Gasification Slag Used as a Filler in Asphalt Mastic
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि कम-कार्बन वाला पल्वराइज़्ड-कोल गैसीफिकेशनй स्लैग (pulverized-coal gasification slag), डामर मैस्टिक (asphalt mastic) में चूना पत्थर के फिलर के लिए एक व्यवहार्य और आर्थिक रूप से बेहतर विकल्प है, जो सामग्री की लागत को लगभग 56.3% कम करते हुए तुलनीय रियोलॉजिकल प्रदर्शन प्रदान करता है।
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सड़कें केवल पत्थर और डामर की परतें मात्र नहीं हैं; वे एक जटिल प्रणाली हैं जहाँ डामर (asphalt) नामक एक चिपचिपा, काला बाइंडर कुचले हुए पत्थरों के कंकाल को एक साथ थामे रखता है। इस मिश्रण को काम करने लायक बनाने के लिए, इंजीनियर इसमें एक महीन पाउडर मिलाते हैं, जो आमतौर पर पिसे हुए चूना पत्थर (limestone) से बना होता है, जो एक महत्वपूर्ण गोंद के रूप में कार्य करता है। यह पाउडर, जिसे फिलर (filler) कहा जाता है, बड़े पत्थरों के बीच के सूक्ष्म अंतराल को भर देता है और डामर के साथ मिलकर एक ऐसा पेस्ट बनाता है जो गर्मियों की धूप की गर्मी का सामना करने के लिए पर्याप्त मजबूत है, फिर भी इतनी लचीला है कि कड़ाके की ठंड में बिना टूटे मुड़ सके। हालाँकि, दुनिया में आसानी से खनन योग्य चूना पत्थर समाप्त हो रहा है, और इसे पीसने की प्रक्रिया धूल पैदा करती है और ऊर्जा की खपत करती है। इसने इंजीनियरों को हमारे चारों ओर मौजूद औद्योगिक कचरे के ढेरों में विकल्प खोजने के लिए प्रेरित किया है, इस उम्मीद में कि वे एक निपटान समस्या को निर्माण समाधान में बदल सकें।
एक ऐसा अपशिष्ट उत्पाद कोयला गैसीकरण उद्योग से आता है, जो कोयले को स्वच्छ जलने वाली गैस में बदलने की एक प्रक्रिया है। यह प्रक्रिया कोयला गैसीकरण स्लैग (coal gasification slag) नामक एक ठोस उपोत्पाद छोड़ती है। वर्षों से, यह सामग्री एक बोझ रही है, जो लैंडफिल में पड़ी रहती है और मूल्यवान भूमि पर कब्जा करती है। चीन के शोधकर्ताओं ने हाल ही में एक सरल लेकिन कठिन प्रश्न पूछा: क्या इस स्लैग को पीसकर सड़कों को बेहतर बनाने के लिए चूना पत्थर के स्थान पर उपयोग किया जा सकता है? चुनौती यह थी कि सभी स्लैग एक जैसे नहीं होते। जिस तरह से कोयले को संसाधित किया गया है, उसके आधार पर, परिणामी कचरे की रासायनिक संरचना, इसके कणों की खुरदरापन और इसके भीतर फंसे अनबर्न कार्बन की मात्रा में भारी अंतर हो सकता है। कुछ बहुत अधिक चिपचिपे हो सकते हैं, जिससे सड़क सर्दियों में भंगुर (brittle) हो सकती है, जबकि अन्य भारी ट्रक के भार को संभालने के लिए बहुत कमजोर हो सकते हैं।
उत्तर खोजने के लिए, इंजीनियरों की एक टीम ने विभिन्न औद्योगिक संयंत्रों से इस स्लैग के छह अलग-अलग प्रकार एकत्र किए, साथ ही चूना पत्थर का एक नमूना भी लिया। उन्होंने उन्हें केवल डामर में डाला नहीं; सबसे पहले उन्होंने प्रत्येक प्रकार के स्लैग को इतने महीन पाउडर में पीसा कि उसका कण आकार चूना पत्थर के बिल्कुल समान हो जाए। यह एक महत्वपूर्ण कदम था, यह सुनिश्चित करने के लिए कि बाद में दिखने वाले कोई भी अंतर केवल सामग्री के कारण हों, न कि अनाज के आकार के कारण। फिर उन्होंने इन पाउडरों को गर्म डामर के साथ मिलाकर एक पेस्ट बनाया और प्रत्येक मिश्रण के व्यवहार का परीक्षण किया। उन्होंने नमूनों को अत्यधिक गर्मी के संपर्क में रखा ताकि यह देखा जा सके कि क्या वे यातायात के भार के नीचे नरम होकर विकृत हो जाते हैं, और अत्यधिक ठंड के संपर्क में रखा ताकि यह देखा जा सके कि क्या वे टूट जाते हैं। उन्होंने यह भी देखा कि सामग्रियां बार-बार होने वाले तनाव के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करती हैं, जो वर्षों तक टायरों की निरंतर मार का अनुकरण करती हैं।
परिणामों ने एक स्पष्ट पैटर्न प्रकट किया। शोधकर्ताओं ने पाया कि एक स्लैग नमूने में जितना अधिक अनबर्न कार्बन और छिद्रपूर्ण संरचना होगी, परिणामी सड़क का पेस्ट उतना ही सख्त होगा। जबकि यह कठोरता गर्मियों की गर्मी का प्रतिरोध करने के लिए अच्छी थी, लेकिन इसकी एक कीमत थी: सामग्री बहुत अधिक कठोर हो गई, जिससे वह टूटने के बिना फैलने और ढलने की अपनी क्षमता खो बैठी। कई स्लैग के नमूने एक दिशा में या तो बहुत चरम थे, या तो गर्मी में बहुत सख्त हो गए या ठंड में बहुत भंगुर हो गए। हालाँकि, एक विशिष्ट प्रकार का स्लैग, जो कम-कार्बन गैसीकरण प्रक्रिया से उत्पन्न हुआ था, अलग खड़ा हुआ। इस सामग्री, जिसकी सतह अपेक्षाकृत चिकनी थी और जिसमें बहुत कम फंसा हुआ कार्बन था, ने एक आदर्श मध्य मार्ग प्रदान किया। डामर के साथ मिलने पर, इसने गर्मी के प्रतिरोध में उल्लेखनीय वृद्धि की—उच्च तापमान पर अपना आकार बनाए रखने की सामग्री की क्षमता में लगभग बीस प्रतिशत का सुधार किया—जबकि ठंड को संभालने की इसकी क्षमता को बहुत कम प्रभावित किया। वास्तव में, जमा देने वाली परिस्थितियों में इसका प्रदर्शन पारंपरिक चूना पत्थर के लगभग समान था।
इस आशाजनक उम्मीदवार की पहचान करने के बाद, टीम ने यह भी जांचा कि इसका कितना उपयोग किया जाना चाहिए। उन्होंने डामर में मिलाए जाने वाले स्लैग पाउडर की विभिन्न मात्राओं का परीक्षण किया ताकि "स्वीट स्पॉट" (उपयुक्त बिंदु) खोजा जा सके। उन्होंने पाया कि यदि पाउडर की मात्रा बहुत कम थी, तो लाभ न्यूनतम थे। लेकिन जैसे-जैसे उन्होंने मात्रा बढ़ाई, सड़क का मिश्रण गर्मी के प्रति अधिक मजबूत होता गया। हालाँकि, मात्रा को बहुत अधिक बढ़ाने से मिश्रण अपनी लचीलापन खो देता था और दरारें पड़ने के प्रति संवेदनशील हो जाता था। शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया कि आदर्श सीमा वह थी जहाँ चूना पत्थर को कुल बाइंडर के आयतन के तीस से चालीस प्रतिशत के बीच स्लैग पाउडर के आयतन से बदला गया। इस सीमा के भीतर, सड़क सामग्री ने मजबूती और लचीलेपन का सबसे अच्छा संतुलन प्राप्त किया।
भौतिक विज्ञान से परे, अध्ययन ने अर्थशास्त्र को भी देखा। क्योंकि कोयला गैसीकरण स्लैग अक्सर एक अपशिष्ट उत्पाद होता है, इसलिए यह मुफ्त या बहुत कम लागत पर उपलब्ध है, जबकि चूना पत्थर का खनन, कुचलना और परिवहन करना पड़ता है, जिससे लागत तेजी से बढ़ती है। शोधकर्ताओं ने गणना की कि एक विशिष्ट राजमार्ग परियोजना के लिए, इस स्लाग पर स्विच करने से फिलर सामग्री की लागत आधे से अधिक कम हो सकती है। भले ही स्लैग को सही आकार तक सुखाने और पीसने की लागत को ध्यान में रखा जाए, फिर भी बचत पर्याप्त थी, जो सड़क के प्रति किलोमीटर के हिसाब से हजारों डॉलर तक थी। अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि यह विशिष्ट प्रकार का कोयला गैसीकरण स्लैग न केवल एक सैद्धांतिक संभावना है, बल्कि एक व्यावहारिक, लागत प्रभावी और उच्च प्रदर्शन वाला विकल्प भी है, जो औद्योगिक कचरे की सफाई करते हुए बेहतर सड़कें बनाने का एक तरीका प्रदान करता है।
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