شنبه , ۲۰ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
سیمان

سیمان، فرآیند تولید و تکنولوژی آن

سیمان، فرآیند تولید و تکنولوژی آن

ارسالی از : زهرا سبحانی

 

  1. مقدمه

   بیش از ۱۶۵ سال از شروع مصرف انبوه سیمان پرتلند میگذرد و هم اکنون بصورت یکی از مهمترین مصالح ساختمانی درآمده است. تولید و مصرف جهانی این فرآورده در سال ۱۹۸۶ از مرز یک میلیارد تن گذشت و در سال ۲۰۰۶ رقم ۲ میلیاردتن را پشت سر خواهد گذاشت. این ارقام به مفهوم اینست که سیمان به عنوان یک کالای صنعتی بالاترین رقم تولید را درمیان تمام کالاهای صنعتی دیگر دار است و جالب اینکه سیمان اولین کالای صنعتی استاندارد شده آن هم در ۱۲۶ سال پیش است.

در تعریف سیمان گفته شد که کلمه سیمان یعنی چسب و منظور از سیمان در مصالح ساختمانی چسبی است که در اثرترکیب با آب قادر به چسباندن ذرات شن و ماسه (سنگدانه) است و پس از سفت و سخت شدن، در آب حل نمیشود. به همین خاطر به این سیمان، سیمان هیدرولیک گفته میشود و اساساً از اکسید کلسیم تشکیل شده است و این اکسید بااکسیدهای سلیسم، آلومینیوم و آهن ترکیب میشود و ترکیبات مینرالی یا فازهایی با خاصیت سیمانی را به وجود میآورد. آشنایی بشر با ملاتها یا مصالحی که خاصیت هیدرولیکی (میل ترکیبی با آب) دارند، یا به عبارت دیگر ملاتهای آبی که پس از سخت شدن در آب حل نمیشوند، سابقه چند هزار ساله دارد، اما از حدود ۲۱۰ سال پیش بود که بررسیهای علمی وسیستماتیک روی اینگونه ملاتها و عوامل اصلی سیمانی بودن آنها شروع شد.

در ابتدای کار از کورههایی مشابه کورههای آهکپزی برای تولید سیمان استفاده میشد و به دلیل استقبال زیاد از این کالای معجزهگر، در اواخر قرن نوزدهم کورههای دوار ابداع شد و هم اکنون تکنولوژی به حدی است که با حداقل ممکن انرژی مصرفی و نیروی انسانی کوره هایی با ظرفیت ۱۰۰۰۰ تن در روز عرضه میشود.

 

  1. ترکیبات سیمان (مواد اولیه برای تولید سیمان)

مواد اصلی به منظور تولید سیمان عبارتند از سنگ آهک و خاک رس (سیلس و آلومین) که در طبیعت به وفور یافت می شوند ولی به شکلی نیستند که بتوان مستقیماٌ در تولید سیمان از آنها استفاده نمود.

سنگهای آهکی بیش از ۷۵ درصدCaCa3 و سنگهای آهکی همراه با خاک رس بین ۷۵-۴۰ CaCO3 و خاک های آهکی کمتر۴۰درصد از  CaC03دارند و از مخلوط این مواد میتوان مخلوط لازم را برای تهیه سیمان به دست آورد.

 

آهک زنده یا اکسید کلسیم(cao)

آهک از مهمترین و اصلی ترین مواد مورد استفاده در ساخت سیمان است، اکسید کلسیم از پختن سنگ آهک       یاکربنات کلسیم در حرارت حدود هزار درجه سانتیگراد به دست میآید. این عمل به طور جداگانه صورت نمیگیرد، بلکه در فرآیندتولید سیمان و در موقع حرارت دادن پودر مخلوط آهک و خاک رس ابتدا ذرات آهک ) کربنات کلسیم( در حرارت حدود۱۰۰۰ درجه سانتیگراد پخته شده و تبدیل به اکسید کلسیم و یا آهک زنده میشود. در این گرما آب شیمیایی خاک رس نیز ازآن جدا میشود. در درجه حرارت بیشتر از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد، اکسید کلسیم (آهک زنده) با اکسیدهای سیلسیم،آلومینیوم و آهن ترکیب شده و فازهای سیمان تشکیل میشوند.

 

  سیلیس (( SiO

این ماده که در اغلب سنگهای طبیعی یافت میشود یکی از مواد اصلی در ساخت سیمان پرتلند است. وقتی سیلیس

حرارت داده میشود در ساختمان کریستالی آن یک سری تغییرات به وجود میآید. در کوره سیمانپزی در حدود۱۴۰۰درجه سانتیگراد سیلیس با آهک ترکیب میشود و دو کلسیم و سه کلسیم سیلیکات تشکیل میشود. خاک رس معمولی دارای مقادیر زیادی سیلیس است. میزان سیلیس مورد نیاز ۱۷ تا ۲۶ درصد وزن سیمان است و چنانچه نتوان این مقادیر را بااستفاده از خاک رس معمولی فراهم نمود، میتوان آن را با استفاده از سایر منابع تامین کرد.

 

آلومینا (( Al2O3

آلومینا، همان اکسید آلومینیوم خالص است که مقادیر زیادی از آن در خاک رس وجود دارد. خالص ترین نوع خاک رس،کائولینیت ((Al2O3, 2SiO2, 2H2O است که در آن آلومینا حدود ۴۰ درصد وزن مولکولی کل این ماده را دارد. آلومینا درسیمان پزی اثر کمک ذوب و در هنگام پخت سیمان، درجه حرارت پخت مواد خام را کاهش میدهد. از نظر شیمی سیمان،در اثر حرارت داخل کوره دوار، با آهک ترکیب شده و تشکیل سه کلسیم آلومینات را میدهد. وجود این اکسید مرکب درداخل سیمان تولیدی، باعث میشود سیمان زودگیرتر شود و در هنگام ترکیب سیمان با آب حرارت بیشتری ایجاد گردد. ملات سیمانی که اکسید سه کلسیم آلومینات کمتر از ۵ درصد باشد، در برابر آب دریا و سایر آب های سولفاتدار مقاوم است و تخریب نمیشود.

 

اکسید آهن ((Fe2O3

اکسید فریک نیز همانند آلومینا در سیمانپزی نقش کمک ذوب را دارد و باعث کاهش درجه حرارت پخت مواد خام در

داخل کوره میشود. این اکسید در داخل کوره و در هنگام پخت، به همراه آلومینا با آهک ترکیب شده و تشکیل اکسید مرکب

چهار کلسیم آلومینوفریت را میدهد. اکسید آهن زیاد گیرش سیمان را کندتر و رنگ سیمان را نیزه تیره میکند، به همین دلیل برای ساخت سیمان سفید از این اکسید استفاده نمیشود. اکسید آهن جزء اصلی تشکیل دهنده اغلب سنگ آهن ها است، از این رو، اکسید فریک کم و بیش در اغلب کانیها خصوصاٌ خاک رس، و در اغلب مواد اولیه ساخت سیمان به طور اجتباب ناپذیر وجود دارد. در سیمان پرتلند تولیدی نیز اکسید مرکب آن به وجود میآید که رنگ سیمان را تیره میکند. سیمان سفید فاقد اکسید آهن است. به علاوه تولید سیمان فاقد اکسید آهن (سیمان سفید) مشکلاتی را به وجود آورده و هزینه تولید افزایش مییابد.

 

اکسید منیزیم (MgO)

  این اکسید در فرآیند پخت، نقش کمک ذوب را ایفا مینماید و نباید از مقدا معینی  ۵) درصد) بیشتر باشد، زیرا با سایر ترکیبات سیمان ترکیب و وارد فازهای سیمانی نمیشود و آزاد در سیمان باقی میماند. نظر به اینکه MgO پس از گرفتن ملات سیمان خیلی به کندی با آب ترکیب گشته و شکفته میشود و این شکفتگی منجر به انبساط حجمی میگردد. در نتیجه ترکهای موئی در ملات سیمان و بتن ایجاد میشود که در طول زمان باعث تخریب آنها میگردد. از این رو MgO  در سیمان نباید بیشتر از ۵% وزنی آن باشد. شایان ذکر است که کلینکرسیمان یک ماده هیدرولیکی است که حداقل دوسوم آن از کلسیم سیلیکات   ۲CaO.SiO 2یا  CaO.SiO 2 3 وبقیه شامل ۳CaO.Al2O 3  و ۴CaO.Al2O3.Fe2O3 وسایر ترکیبات میباشد. ضمناًنسبت  CaOبه SiO2 باید حداقل ۲ باشد.

قلیائی ها

سدیمNa  پتاسیمK  درسیمان نقش روانساز دارند، اگر مقدار آنها در سیمان زیاد باشد، تنظیم گیرش مختل میگردد، بدین جهت مجموع این دو عنصر نباید از ۱ درصد وزن آن بیشتر گردد. مقدار کلر در کلیه سیمانها به جهت نقش تخریبی  آن در بتن در، بایستی کمتر از ۱۰/۰درصد وزنی آنها باشد.

مقدار قابل قبول انیدارید سولفوریک(  ( SO3درسیمان پرتلند و در سیمانهای روبارهای و پوزولانی بستگی به میزان سطح  مخصوص (بلین)آنها دارد. اگر سطح مخصوص آنها بین ۲۰۰۰ الی ۴۰۰۰ سانتیمتر مربع بر گرم باشد ۵/۳درصد وزنی سیمان است و اگر چنانچه سطح ویژه سیمانها بیش از ۴۰۰۰ سانتیمتر مربع گردد، چهار درصد وزنی سیمان است. ضمناٌ خاطر نشان میگردد که سنگ آهن((Fe2O3به عنوان کمک ذوب به مواد اولیه افزوده میگردد.

 

۳٫      مشخصات شیمیائی و فیزیکی سیمان

همانطور که قبلاً گفته شد سیمان پودری است جاذب آب و چسباننده خرده سنگ (شن و ماسه( که از ترکیب و پختن وگداختن اکسید کلسیم با کسیدهائی نظیر اکسید آلومینیوم، سیلسیم، آهن، منیزیم و … بدست میآید. با توجه به این تعریف وبا توجه به انتظارتی که از جنبه فیزیکی و کاربردی از سیمان و بتن حاصله مورد نیاز است، ایجاد میگردد که انواع و اقسام سیمانها با خصوصیات کاربردی متفاوت ساخته شود. به عنوان مثال سیمان نوع یک یا سیمان معمولی دارای کاربرد درساختمان سازی معمولی است. در ساختمان سدهای عظیم واسکهها که هر آن مورد تهاجم املاح موجود در آب میباشند،مصرف این نوع سیمان مصلحت نیست و از این رو از سیمان مخصوص یا سیمان دارای مقاومت شیمیایی بالا استفاده میشود. این سیمان علاوه بر دارا بودن مشخصات عمومی سیمانها دارای مشخصه مقاومت شیمیایی در مقابل سولفاتها و مواد قلیائی موجود در آب و خاک نیز می باشد. با ذکر مجدد این که انواع گوناگون سیمان وجود دارد، به نوعی دیگر که به نام سیمان چاه نفت معروف است و مورد کاربرد در حفاری چاههای نفت دارد، اشاره میشود. این سیمان علاوه بر دارا بودن مشخصه های عمومی سیمانها و مقاومت لازم در مقابل سولفاتها و قلیائیها دارای خصوصیات لازم جهت کاربرد در اعماق زمین که درجه حرارت و فشار بیش از حد متعارف است نیز میباشد. خوشبختانه با توجه به قدمت هقتاد و پنج ساله صنعت سیمان در ایران،هم اکنون کارخانجات سیمان ایران دارای قابلیت و تجربه لازم برای ساخت انواع سیمانها هستند. اجزاء اصلی تشکیل دهنده ترکیب سیمان عبارتند از اکسید کلسیم، اکسید سیلسیم، اکسید آلومینیوم، اکسید آهن همچنین،اکسید منیزیم، اکسید پتاسیم و اکسید سدیم نیز در سیمان وجود دارند که مجموعاٌ درصد وزنی این اکسیدهای فرعی کمتر از۵درصد است. به خاطر وجود درجات حرارت بالا در منطقه پخت کوره، بخشی از این مواد به صورت مذاب در می آیند و درنتیجه در چنین محیطی اکسیدهای مذکور با یکدیگر ترکیب میگردند و ترکیبات چند تائی (چند اکسیدی) که موسوم به مینرال یا فازهای سیمان هستند پدید میآید.

البته آنچه که از کوره خارج میشود جسم تیره رنگ دانه دانه ایست که موسوم به کیلنکر میباشد و اجزاء مینرال تشکیل دهنده آن عبارتند از:

  1. سه کلسیم سیلیکات CaO.SiO2یا آلیت (Alite)
  2. دو کلسیم سیلیکات۲CaO.SiO2یا بلیت (Belit)
  3. سه کلسیم آلومینات۳ CaO.Al2O3 یا آلومینا (Aluminate)
  4. چهار کلسیم آلومینو فریت ۴ CaO.Al2O3.Fe2O3 یافریت (Ferrite)

همراه با مینرالهای اصلی فوق ترکیبات دیگری نظیر  K2O و Na2O و MgO و TiO2 برخی اکسیدهای دیگر به مقدار جزئی وجود دارند که به صورت محلول جامد در شبکه کریستالی مینرالها (فازهای) فوق جای گرفتهاند. خواص سیمان ناشی از ترکیب خواص اجزاء تشکیل دهنده آنست، ولی عمده خواص آن مربوط به ترکیب موسوم به آلیت یا سه کلسیم سیلیکات میباشد. وجود ترکیباتی نظیر قلیائیها، آهک ترکیب نشده، اکسید منیزیم و امثال آن، غالباٌ منشا اثرات منفی روی خواص سیمان هستند. از جهتی وجود اینگونهترکیبات باعث میشود که نقطه ذوب و پخت مواد خام سیمان پائین بیاید ودر نتیجه عمل پختن با سهولت بیشتری صورت گیرد. از جهت دیگر، اینگونه ترکیبات دارای میل ترکیبی زیاد با آب افزایش حجم پیدا میکنند. بهمین خاطر وجود آنها باعث پائین آمدن مقاومت شیمیائی سیمان میگردد.

 

۴٫     فازهای موجود در سیمان

آلیت 🙁C3S)

معمولاٌ این ترکیب بصورت خالص در کلینکر وجود ندارد و اغلب همراه با ناخالصی متشکل از اکسیدهایی نظیر Fe2O3 ،MgO3 ،Al2O3, TiO2 میباشند که درصد آنها در فاز آلیت جمعاٌ حدود ۲ درصد است. مقادیر هر یک از این اکسیدها در فاز آلیت بستگی به ترکیب کلینکر، درجه حرارت پخت و نحوه سرد کردن کلینکر دارد. وجود این اکسیدها باعث تغییر خواص آلیت میگردد و معمولاٌ مقاومت فشاری آن را بالا میبرند. در پایینتر از حرارت ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد، ممکن است سه کلسیم سیلیکات به آهک دو کلسیم سیلیکات تجزیه شود. این اتفاق در صورتی پیش میآید که عمل سرد کردن به آهستگی صورت گیرد. خصوصاٌ در شرایط احیاء کننده و وجود Fe+ 2 تجزیه فوق سریعتر صورت میگیرد. چه از نظر مقدار (درصد تشکیل دهنده( و چه از نظر تاثیر روی خواص سیمان، فاز آلیت دارای بیشترین سهم میباشد. خصوصاٌ اثر بارز این ترکیب تاثیر روی مقاومت سیمان است. برای بوجود آمدن این ترکیب بایستی حالت گداختی(زینترشدن (Sintering. در منطقه پخت ایجاد شود. این فاز در دیاگرام فازی CaO-SiO2 قرار دارد.

بلیت (C2S)

بلیت خاص در کلینکر سیمان یافت نمیشود و همراه با مقادیری از سایر اکسیدها میباشد. این ترکیب در ضمن پختن کلینکر و در حالت جامد تشکیل میگردد. در مواقعی که ضریب اشباع آهک (LSF) بالاست، مقادیر خیلی کمی از این ترکیب در کلینکر وجود خواهد داشت. گسترش و افزایش مقاومت بلیت آهسته است، اما در درازمدت تقریباٌ به مقاومت آلیت میرسد. کریستالی میدهد و از فرم معروف به بتا به فرم معروف به گاما تغییر شکل میدهد. در ابتدا بلیت بتا در مقایسه با نوع گاما پایدارتر است تغییر شکل کریستالی گاما به مقدار زیادی در کلینکر وجود دارد و نوع گاما دارای خاصیت هیدرولیکی نمیباشد. این تغییر شکل همراه با ۱۰ درصد افزایش حجمی کلینکر است. این از هم گسیختگی سریع کلینکر به نام افت کلینکر (Falling) موسوم است. از این تبدیل و افت کیفیت کلینکر میتوان با اضافه کردن یونهای خارجی و یا تسریع در سرد کردن کلینکر جلوگیری کرد. در حال حاضر با توجه به تکنولوژی موجود در صنعت سیکان عملاٌ مشکل افت کلینکر حذف شده است.

فاز آلومینات (C3A)

فاز آلومینات نیز مشابه دو فاز دیگر به همراه عناصر خارجی میباشد. در این فاز، اکسیدهای سدیم و پتاسیم قادرند تا حد ۵ درصد وزنی جای گیرند. خاصیت ترکیبی فاز آلومینات بسیار بالا میباشد و با حضور اکسیدهای قلیایی این میل ترکیبی شدیدتر میگردیده است.

بدلیل میل ترکیبی شدید فاز آلومینات با آب و برای جلوگیری از گیرش سریع سیمان، مقداری سنگ گچ(سولفات کلسیم) بعنوان عامل بازدارنده و کند کننده گیرش به سیمان افزوده میشود. گرمای هیدراتاسیون فاز آلومینات بسیار بالا میباشد و وجود آن در سیمان به همراه آلیت وبلیت باعث افزایش مقاومت اولیه کلینکر میگردد. ولی خود به تنهایی دارای خواص هیدرولیکی چندانی نمیباشد و روی مقاومت نهائی تاثیر چندانی ندارد.

فاز فریت (C4AF)

فاز فریت دارای ترکیب مشخصی نمیباشد و ترکیب آن بستگی به مقدار آلومینیم و آهن موجود در کلینکر دارد. این فاز در محدوده بین C2F و C2A قرار دارد و میتواند شامل هر یک از ترکیبات C6A2F و C4AF و C6AF باشد. حدوداٌ ترکیب فاز فریت در کلینکر سیمان پرتلند نزدیک به C6AF است.

در این فاز اکسید عناصر دیگر نیز وجود دارد و رنگ سیمان وابسته به این فاز و مقدار آن می باشد. C2(AF) خالص دارای  رنگ قهوه ایC2(AF),  به همراه MgO دارای رنگ خاکستری سیر یا سبز میباشد. این فاز میل ترکیبی کمی دارد و نقش هیدرولیکی چندانی در سیمان ندارد.

 

سنگ گچ

بطوریکه بیان گردید، یکی از مینرالهای موجود در کلینکر سیمان، فاز سه کلسیم آلومینات (C3A) است. این فاز دارای میل ترکیبی شدیدی با آب و آهک هیدراته میباشد. بدین صورت:

 

  ۳CaO.Al2O3+ 6H2O → ۳CaO.Al2O3.6H2O

۳CaO.Al2O3+ Ca(OH)2+ 12H2O → ۴CaO.Al2O3.13H2O

 آهک هیدارته از هیدراته شدن کلسیم سیلیکاتهای موجود در کلینکر (آلیت وبلیت)، حاصل میشود. بطوریکه ملاحظه می گردد هیدراته شدن سریع C3A به معنی جذب مقدار زیادی آب در فاصله زمانی کم است که نتیجه این جذب سریعغ سیمان و سفت شدن آن میباشد و در نتیجه در کارهای بنتئی و ساختمان فرصت لازم برای کار با ملات یابتن وجود نخواهد داشت.

عمدهترین دلیل افزئدن گچ خام به کلینکر سیمان، کنترل گیرش سیمالن یا در حقیقت کنترل سرعت هیدراته شدن آلومینات موجود در سیمان میباشد. بعبارت دیگر گچ خام نقش به تاخیر انداختن گیرش را بازی میکنند. علت آن هم اینست که فاز آلومینات دارای میل ترکیبی با گچ خام است و در حضور گچ خام فعل و انفعال هیدراته به صورت است:

۳CaO.Al2O3+(CaSO4.2H2O)+26H2O → ۳CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O

کریستال حاصله در فرمول فوق به نام سه سولفات یا اترینجیب (Ettringite-trisulfate) موسوم است. اولاٌ این کریستال دارای حجمی معادل ۸ برابر حجم آلومینات اولیه است، ثانیاٌ کریستالهای آن در مقایسه با کریستالهای آلومنیات، بسیار ریزتر و پراکندهتر میباشند، ثالثاٌ این کریستال نو ظهور به صورت قشر نازکی روی سایر ذرات موجود در سیمان را می پوشاند و برای چند ساعت اولیه عمل هیدراتاسیون، مانع از رسیدن سریع آب به سایر ذرات میشود، در نتیجه از سفت شدن سیمان جلوگیری میگردد. نقش دیگر لایه نازک کریستال سه سولفات اینسشت که در برابر لغزش را تسریع میکند. این خاصیت بدین معنی است که شکل پذیری و خاصیت پلاستیکی را در سیمان افزایش میدهد.

پس از مراحل فوق کریستالهای اثرینجیت به صورت سوزنی شکل ( رشتهای) شروع به رشد مینماید. در نتیجه از حالت غشاء (پوشش ذرات دیگر سیمان) بیرون میآید و آب محصور شده در فاصله بین این غشاء و سایر ذرات سیمان، فرصت تماس با سایر ذرات و ترکیب با آنها و در نتیجه هیدراته کردن سایر ذرات را، پیدا میکند. از این مرحله به بعد است که گیرش سیمان شروع میشود با گذشت زمان کریستالهای سه سولفات نیز به کریستالهای یک سولفات تبدیل میگردند.

مقدار سولفاتی (گچ خام) که میبایستی به سیمان افزوده شود، باید آنچنان باشد که جوابگوی مصرف واکنش مذکور باشد. افزودن مقدار اضافی سولفات دارای عوارض سوئی است که از جمله آنها انبساط حجمی بیش از حد مجاز بتن و ملات سیمان میباشد. از این روست که در استانداردهای مختلف مقدار گچ مصرفی متناسب با C3A موجود در سیمان است. معمولاٌ درصد گچی که همراه با کلینکر در آسیاب سیمان مصرف میشود بین ۳ تا ۵ درصد است.

لازم به ذکر است که سنگ گچ به منظور جلوگیری از گیرش سریع و فوری سیمان و کنترل زمان آن اضافه می شود.

 

۵٫     روشهای تولید سیمان

براساس طبقهبندی بین اللمللی، صنعت سیمان جزء گروه صنایع کانی غیر فلزی محسوب میشود. اصولاٌ سه روش برای تولید سیمان وجود دارد:

.۱ روش تر

.۲ روش نیمه تر

-۳ روش خشک

نوع این روشها بستگی به مواد خام ورودی به کوره از نظر غلظت و میزان آب اضافه شده به آنها دارد. مهمترین و پرکاربردترین روش تولید سیمان در جهان روش خشک است. سیستم پخت اکثر کارخانههای سیمان کشور ما نیز براین روش استوار است.

در فرآیند نخست (تر) مواد خام بطور مرطوب و به حالت دوغاب بداخل کوره تغذیه میگردد. در فرآیند تولید سیمان به صورت خشک، موادخام خشک، آسیاب شده و به صورت پودر خشک به درون کوره تغذیه میشود. در فرآیند نیمهترمواد خام ابتدا به صورت خشک آسیاب شده و سپس گرانول یا گویچههای حاصل به درون کوره تغذیه میشود.

خط تولید سیمان از معدن شروع و به بارگیرخانه و بستهبندی سیمان خاتمه مییابد. در تولید سیمان به روش نخست مواد خام و اولیه نظیر سنگ آهک، خاک رس، مارل (خاک آهک دار)، سنگ گچ، سنگ آهن و سنگ سیلیس از معادن استخراج میگردند. در استخراج موادی نظیر سنگ آهک، سنگ آهن و سنگ گچ ممکن است نیاز به چالزنی و ایجاد انفجار بوسیله دینامیت و مواد منفجره باشد. موادی نظیر خاک رس و مارل ( خاک آهک دار) نیاز به چالزنی و انفجار ندارد و صرفاٌ از بولدوزرها و یا دستگاههای مشابه جهت دپو کردن مواد استفاده میشود.

روشهای مختلفی برای تولید سیمانهای مختلف وجود دارد. تکنولوژی مورد استفاده برای تولید سیمان به مرور دستخوش تحول و پیشرفت بوده است. هم اکنون صنعت سیمان با برخورداری از آخرین تکنیکهای اعجابانگیز، با استفاده از روش خشک و به کمک سیستم های اتوماتیک، شاهد پیشرفتهای شگرف در طول تاریخ ۱۶۰ ساله تولید صنعتی خود میباشد.

 

چهار مرحله اصلی در تولید سیمان وجود دارد (روش خشک):

  1. خرد کردن و آسیاب کردن مواد خام
  2. ترکیب مواد به نسبت مناسب
  3. پخت مخلوط تهیه شده در کوره (سیستم پخت)
  4. آسیاب کردن (نرم کردن( محصول پخته شده که به “کلینکر” معروف است.

 

۶٫      شرح مراحل تولید سیمان

سیمان

مواد اولیه

 

مواد اولیه مورد استفاده در صنعت سیمان معمولاٌ سنگ آهک و خاک رس است که پس از استخراج بوسیله کامیون (یا در مواردی بوسیله واگن، کشتی، نوار نقاله و…  )به محل کارخانه و به قسمت سنگ شکن حمل میشوند. خاک و سنگ آهک بصورت جداگانه از خرد کن عبور کرده و خرد میگردد. در سنگ شکن که مخصوص خرد کردن سنگهای تا ابعاد دو متر می باشد، سنگ خرد (شکسته)شده و بستگی به نوع سنگ شکن و آسیاب مواد ابعاد آن به کمتر از ۸ سانتیمتر تقلیل مییابد. در مواردی سنگ آهک بصورت قلوه سنگ همراه با خاک میباشد که باین مخلوط طبیعی آلوویوم یا مارل میگویند. در این مورد نیز لازم است که مواد از سنگ شکن عبور نماید.

سیمان

معدن مواد اولیه

سالن مواد

 

پس از خرد شدن سنگ آهک و آماده شدن خاک، این دو در یک سالن با یکدیگر مخلوط میشوند و یا در دو سالن جداگانه ریخته میشوند و سپس به نسبت لازم قبل از ورود به آسیاب مواد با یکدیگر مخلوط میگردند. ممکن است به مخلوط حاصله مواد اولیه دیگری نظیر سنگ آهن به منظور کمک ذوب یا سنگ سیلیس جهت تصحیح و تنظیم ترکیب شیمیائی مواد برای ساخت سیمان ضد سولفات اضافه شود که این عمل میتواند هم در سالن مواد صورت گیرد و هم اینکه مواد اولیه اصلی در قیفها و سیستم توزین وارد آسیاب مواد شوند.

 

آسیاب مواد

آسیاب مواد انواع مختلفی دارد و در خط تولید مورد بحث از نوع گلولهای میباشد. اصولاٌ در آسیاب مواد، مواد اولیه خرد شده به نسبتهای لازم وارد آسیاب میشوند و سپس بصورت پودر، با رطوبت کمتر از موقع ورود، از آسیاب خارج میگردند. آنچه که از آسیاب مواد خارج میشود بنام مواد خام یا خوراک کوره نیز موسوم است. آسیاب مواد مجهز به کوره هوای گرم برای گرفتن رطوبت مواد میباشد، غالباً از گازهای گرم خروجی از کوره برای این منظور استفاده میشود. این کوره برای مواردی است که کوره اصلی متوقف میباشد.

سیمان

داخل آسیاب مواد غلتکی

غبارگیر

بمنظور خشک کردن و جابجائی مواد در آسیاب مواد از گازهای خروجی از کوره استفاده میشود. این گازها از انتقال مواد ازآسیاب موارد الکترو فیلتر گشته و ذرات مواد وگرد و غبار از آن جدا می گردد و سپس از طریق دود کش به خارج (محیط اطراف) فرستاده میشود.

 

سیلوهای ذخیره مواد

مواد پودر شده پس از خروج از آسیاب، وارد سیلوهای مخلوط کن و ذخیرهسازی میشود و پس از نمونهگیری و آزمایشات لازمه توسط آزمایشگاه و اطمینان از تنظیم بودن و متناسب بودن ترکیب مواد خام، هموژن میگردد و سپس به سیلوهای ذخیره خوراک فرستاده میشود. در خط تولید مورد بحث فقط یک سیلو از نوع جریان پیوسته به ظرفیت ۲۵۰۰۰ تن منظورشده است. در این قسمت مواد ذخیره شدهخ آماده مصرف در کوره میباشد.

 

کوره و پیش گرمکن

مواد خام از قسمت بالای پیش گرم کن وارد سیستم پخت میشود و پس از عبور پیش گرم کن و کلساینر وارد کوره دوارمیگردد. مواد خام در پیش گرم کن به مرور (در فاصله حدود ۵۰ ثانیه)خشک، گرم و کلسینه میشود. پیش گرم کن دارای دو برج است که در یکی از آنها کلساینر دارد.

مواد پس از تکلیس واردت کوره شده و نهایتاٌ بصورت دانههای کلینکر از کوره خارج میگردد. سیستم پخت متکشل از پیش گرمکن، کلساینر، کانال هوای سوم، کوره دوار، خنک کن و دستگاه جداسازی قلیائی (کنارگذر)میباشد. در زیر ارقام واصلاعات زیادی ارائه شده است و مقادیر مواد، گاز، هوا، سوخت، کلینکر و … همگی بر مبنای یک کیلوگرم میباشند.

مقدار۶۸/۱کیلوگرم مواد با درجه حرارت ۵۰ درجه سانتیگراد وارد پیش گرمکن میشود و پس از طی مسیر سیکلونها،کلساینر، کوره و خنک کن، بصورت کلینکر با وزن یک کیلوگرم و درجه حرارت ۸۰ سانتیگراد خارج میشود. مقدار هوای ورودی به خنک کن۳/۲متر مکعب است که۳۶/۰متر مکعب آن بعنوان هوای ثانویه،۵۴/۰متر مکعب آن بعنوان هوای سوم( میانی- ثالیثه)و۴/۱متر مکعب آن به صورت هوای اضافی ازخنک کن خارج میشود. ۴۰ درصد سوخت مصرفی در مشعل اصلی کوره و ۶۰ درصد آن در کلساینر مصرف میشود. درصد تکلیس مواد در کلساینر ۹۰ درصد است. درجه حرارت کلینکر خروجی از کوره ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد، گازهای خروجی از کوره ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد، گازهای خروجی از سیکلونها بترتیب ۸۷۰ و ۷۵۰ و ۵۵۰ و ۳۵۰ درجه سانتیگراد میباشند. درصد اکسیژن گازهای عقب کوره ۲ درصد است و حاوی مقدارقابل توجهی مواد قلیائی هسنتد. مقدار۳۲/۰متر مکعب از گازهای خروجی از کوره وارد دستگاه جداسازی مواد قلیائی یاکنارگذر (Alkaly Bypass) شده و مقدار۰۲/۰ کیلوگرم مواد قلیائی از آن جدا میگردد. در این دستگاه۵۴/۰ متر مکعب هوای محیط برای پائین آوردنم درجه حرارت گازهای خروجی از کوره و انجماد بخارات مواد قلیائی استفاده میشود. مقدار گازهای خروجی از پیش گرمکن به سمت آسیاب مواد۳۴/۱ متر مکعب است و با درجه حرارت ۳۵۰ درجه سانتیگراد حاوی۱/۰ کیلوگرم مواد برگشتی میباشد.

 

خنک کن کلینر

درجه حرارت کلینکر خروجی از کوره حدود ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد است و این مقدار حرارت موجود در کلینکر بوسیله جریان هوای سرد بازیابی میشود. سپس کلینکر خنک شده (تا حدود ۱۰۰ درجه سانتیگراد) راهی انبار کلینکر میگردد. بخشی از هوای گرم شده از طریق کانال هوای سوم بسمت کلساینر میرود و بخشی دیگر وارد کوره میشود و اکسیژن مورد نیاز سوخت را تامین میکند.

 

خرد کن و قیف سنگ کچ

به کلینکر خروجی از کوره حدود ۴ درصد سنگ گچ افزوده میشود و سپس در آسیاب سیمان پودر میگردند. قبلاٌ سنگ گچ (گچ خام)در خرد کن جداگانهای به اندازههای کمتر از ۴ سانتیمتر خرد شده و سپس در قیف مربوطه ذخیره شده است. سرعت ترکیب پودر کلینکر با آب بسیار شدید است و بهمین خاطر از سنگ گچ برای کنترل این ترکیب و گیرش سیمان استفاده میشود.

 

آسیاب سیمان

از طریق دو نوار تغذیه مجهز به سیستم توزین، سنگ گچ خرد شده و کلینکر وارد آسیاب سیمان گلولهای میشوند و پس از پودر شدن، پودر حاصله (سیمان) از طریق بالابر کاسهای و هوائی (الواتور و ایرلیفت) به سیلوهای ذخیره سیمان فرستاده می  شود. در دهه اخیر استفاده از آسیابهای غلتکی برای پودر کردن کلینکر و تولید سیمان مرسوم شده است؛ از جمله در پروژه های سیمان تهران و فراز فیروزکوه برای دپارتمان آسیاب سیمان، آسیابهای غلتکی خریداری شده است.

سیمان

سیلوهای سیمان و بارگیرخانه

با توجه به ظرفیت تولید کارخانه تعدادی سیلوی بتونی جهت ذخیره سیمان در نظر گرفته میشود. سپس سیمان به کمک دستگاههای بارگیری سیمان فله یا بسته بندی و پر شدن در کیسه بارگیری شده و از کارخانه صادر میگردد. وسیله حمل سیمان از کارخانه میتواند کامیون، واگن، قطار و یا کشتی باشد. چگونگی حمل بستگی به موقعیت کارخانه و محل مصرف دارد.

منابع :

www.cementechnology.ir

www.cementgroup.ir

 

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.