صناعة الأسمنت

مقــدمة:

-تعتبر صناعة الأسمنت من الصناعات الاستراتيجية، لأنها ترتبط مباشرة بأعمال الإنشاء والتعمير. ويستخدم الأسمنت كمادة رابطة هيدروليكية من مكونات المونة أو الخرسانة.وهي مع ذلك صناعة بسيطة مقارنة بالصناعات الكبرى،وتعتمد على توفر المواد الخام اللازمة لذلك.

- الخليط الأساسي لصناعة الاسمنت يتكون غالباً من الطفل (Clay) والحجر الجيري (Limestone) ، والذي يسخن في درجة حرارة كافية لإحداث التفاعل بينهما لإنتاج سليكات الكالسيوم (Calcium Silicate).

و تختلف الملوثات الناتجة عن مصانع الأسمنت من حيث المكونات والكمية، تبعاً لاختلاف عمليات التشغيل من مصنع لآخر وإجراءات النظافة العامة المتبعة، وعوامل أخرى متنوعة.

-- هناك طريقتان أساسيتان في صناعة الأسمنت: العمليات الجافة والعمليات الرطبة

(Wet & Dry Processes).

في العمليات الرطبة تطحن المواد الخام وتخلط بالمياه، ثم يفصل الناتج المعلق (Slurry) إلى الفرن.

أما في العمليات الجافة فيتم تجفيف المواد الخام قبل أو أثناء الطحن أي قبل إدخالها إلى الفرن.

المواد الخام الأولية في صناعة الأسمنت:

5- طفلة وأتربة البوكسيت (جسيمات متوسطة الحجم من الطبقات الرسوبية مثل الطفلة، ولها محتوى منخفض من الماء).

1-الحجر الجيري. 2-رمل السيليكات. 3- الطفلة. 4- الأتربة السطحية (Shale). 6-أكاسيد الحديد : وتستخدم كعوامل مذيبة أو صهارة (Fluxing Agent) لتقليل درجة الحرارة الناتجة عن التفاعلات الكيميائية .

7- الجبس: ويضاف في المرحلة النهائية بمطاحن الأسمنت.

8-مواد أخرى: أ- تستخدم المواد الكيميائية في المعمل، للقيام بالتحاليل واختبارات التحكم في الجودة.

ب- تستخدم الزيوت ومواد التزليق الأُخرى لصيانة الآلات.

ج- يستخدم الغاز الطبيعي والمازوت لتوليد غازات الاحتراق المستخدمة في الأفران، وتكون الأفران مجهزة بحيث تستطيع حرق أكثر من نوع واحد من أنواع الوقود.

أنواع أسمنت بورتلاندى وخصائصها

الخصائص النوع

يستخدم فى أعمال الإنشاءات بوجه عام وهناك أصناف مختلفة من هذا النوع مثل الأسمنت الأبيض الذى يحتوى على نسبة أقل من أكسيد الحديديك، أسمنت آبار البترول (Oil-Well Cement) تبطين آبار البترول، الأسمنت سريع الشك وأصناف أخرى متعددة ذات استخدامات خاصة.

أسمنت بورتلاندى عادى:

يستخدم فى الحالات التى تتطلب حرارة تميؤ معتدلة أو فى الإنشاءات الخرسانية المعرضة لتأثيرات متوسطة من الكبريتات.

الأسمنت البورتلاندى المتصلب فى درجة الحرارة العالية و المقاوم للكبريتات

تختلف أصناف الأسمنت سريع التصلب عن الأسمنت العادى من عدة نواحى: نسبة الحجر الجيرى إلى السيليكات ونسبة سيليكات ثلاثى الكالسيوم فى الأسمنت سريع التصلب تكون أكبر من مثيلاتها فى الأسمنت العادى، يتصف هذا النوع بدرجة نعومة أكبر من الأسمنت العادى مما يؤدى إلى سرعة التصلب وتولد سريع للحرارة. يستخدم الأسمنت سريع التصلب فى إنشاء الطرق.

الأسمنت سريع التصلب:

يحتوى هذا النوع على نسبة منخفضة من كبريتات ثلاثى الكالسيوم وألومينات ثلاثى الكالسيوم مما يؤدى إلى انخفاض فى الحرارة المتولدة. تستخدم أكاسيد الحديديك لخفض نسبة ألومينات ثلاثى الكالسيوم. وبالتالى ترتفع نسبة رباعى ألومينات الكالسيوم الحديدية فى هذا النوع من الأسمنت.

أسمنت بورتلاندى منخفض الحرارة:

يحتوى هذا النوع من الأسمنت على نسبة منخفضة من ألومينات ثلاثى الكالسيوم ويتصف بقدرة أكبر على مقاومة الكبريتات بسبب مكوناته أو بسبب العمليات المستخدمة فى صناعته، لذلك فهو يستخدم فى الحالات التى تتطلب مقاومة عالية للكبريتات.

تعتبر الخرسانة من العناصر الأساسية لعميلة البناء والتشيد وهي أساس المنشأت ، لذلك رأينا ضرورة التعريف السريع بمكوناتها حتى تكون فاتحة لمزيد من البحث ، ونبدأ هنا بالأسمنتالأسمنت / هو عبارة عن مادة اصطناعية تتكون من مواد أولية ، تتحول تلك المواد تحت تأثيرالحرارة إلى مادة جديدة اصطناعية . والاسمنت هو تلك المادة الناعمة التي تملك خواص تماسكية وتلاصقية بوجود الماء مما يجعله قادرا على ربط مكونات الخرسانة بعضها ببعض.

أساسيات صناعة الاسمنت:

تحتوي الاسمنت على مادتين أساسيتين هما الكلس والطين هذاالأخير نضيف إليه مواد أساسية هي السليس ،والألمين وأكسيد الحديد.

مادتي الكلس والطين تسحقان في آلات السحق وتمزجان مع بعضهما البعض بنسب يحددها المخبر ويطحنان في آلات الطحن ثم نمررهما عبر الفرن الذي تبلغ درجة حرارته حوالي 1430°م. فنحصل حينئذ على مادة الكلنكر .نضيف لهذه المادة مواد أخرى .وندخلها في آلة الطحن من بعدها نحصل على مادة الاسمنت التي توضع باكياس ثم تعبأ.

طرق تصنيع الاسمنت:

يصنع الأسمنت بعدت طرق أهمها :

- الطريقة الرطبة:

يتم اختيار المواد الخام وتمزج بالماء لتعطي ناتج معلق تصل درجة حرارة المواد الخام (1430-1650)°م، ويتشكل الكلنكر عند (1480 )°م تعتمد هذه العملية على:

تكسير وخلط المواد الخام:

تكسر المواد الخام من الحجر الجيري والسيليكات ،والطين والأتربة السطحية، بواسطة الكسارات، ثم تنحل وتنقل ،ليتم تخزينها على هيئة أكوام في مناطق مفتوحة أو مغطات .

الطحن:

تنقل المواد الخم في طواحين المعلقات، حيث تخلط بالمياه ويستمر طحن المعلق حتى يصل إلى درجة النعومة المطلوبة ،ينقل المعلق بعد ذلك إلى صوامع التخزين ،حيث يصبح متجانسا بعد الضبط النهائي لمكوناته، و تأخذ منه عينات بشكل دوري لضمان مطابقة تركيباته المواصفات، ثم ينقل المعلق إلى أحواض المعلقات ،حيث تقوم طواحين بتحويله إلى خليط متجانس.

الفرن والمبرد:

يسحب المعلق من قاع الأحواض إلى فتحة تغذية الفرن الدوار (الفرن الأسطواني الطويل )،مبطن من الداخل بطوب حراري ،ويدور ببطء يميل قليلا عن المستوى الأفقي.ويسمح هذا الميل بدفع محتويات الفرن أثناء الدوران إلى الأمام.وتتولد عند الطرف الأمامي (الأسفل)،من الفرن غازات احتراق عالية الحرارة تتدفق إلى الجزء الأعلى (الخلفي) من الفرن في التيار المعاكس لحركة محتويات الفرن المندفعة إلى الأسفل، ويتم تبريد الكلنكر بواسطة مبرد هوائي.

الطحن النهائي والتعبئة:

ينقل الكلنكر إلى طواحين كور، حيث يضاف إليه الجبس ويطحن ،ثم يعبأ في أكياس.

- الطريقة الجافة:

لقد أخذ استخدام العمليات الجافة لصناعة الاسمنت في الانتشار ليحل تدريجيا محل العمليات الرطبة، بسبب الوفرة في الطاقة التي تتميز بها العمليات الجافة، والدقة في عمليات التحكم وفي خلط المواد الخام، دون إضافة الماء. عمليات التشغيل الرئيسية في هذه الطريقة هي :

تكسير وخلط المواد الخام:

تكسر المواد الخام من الحجر الجيري والسليكات ،والطين والأتربة السطحية بواسطة الكسارات ،ثم تنحل وتنقل، ليتم تخزينها على هيأة أكوام في مناطق مفتوحة أو مغطاة.

الطحن:

يتم ادخال المواد الخام في مجفف دوار ،حيث تجفف بواسطة الهواء الساخن أو العادم الناتجة عن تشغيل الفرن،ثم تطحن المواد الخام في طواحين المواد الخام وتنقل إلى صوامع تخزين ما قبل الخلط، حيث تصبح متجانسة بواسطة الهواء المضغوط، بعد ذلك تنقل المواد الخام المتجانسة من صوامع التخزين ما قبل الخلط إلى صوامع التخزين.تتم عملية الخلط بنسبة 30٪طين،و70٪حجر جيري.

الفرن والمبرد:

تسحب المواد الخام المتجانسة من قاع صوامع التخزين إلى فتحة التغذية برج التسخين الابتدائي ذي المراحل المتعددة ،وقد يصل ارتفاع البرج 120م. يستخدم الغاز الطبيعي أو المازوت كمصدر للطاقة الحرارية، كما يستخدم الهواء الساخن الناتج عن تبريد الكلنكر كمصدر اضافي للحرارة .يميل الفرن قليلا على المستوى الأفقي بحيث يسمح بحركة بطيئة للمواد الصلبة إلى الأسفل، فتقطع المسافة إلى فتحة التغذية الموجودة بأعلى الفرن إلى الطرف السفلي (جهة الاحتراق) حيث تتولد غازات الاحتراق عالية الحرارة في فترة زمنية تتراوح ما بين( 1-3) ساعة ،بينما تتحرك غازات الاحتراق إلى الأعلى في التيار المعاكس لحركة المواد الصلبة.فتعمل غازات الاحتراق الساخنة على تسخين المواد الخام،عند فتحة تغذية الفرن وتوفر كربونات الكلسيوم.

الطحن النهائي والتعبئة :

ينقل الكلنكر إلى طواحين كور حيث يضاف إليه الجبس ويعبأ في أكياس.

- الطريقة شبه الجافة :

الطريقة شبه الجافة هي حالة خاصة من العمليات الجافة ،حيث يستخدم الفرن(ليبول كيلن) أو الفرن المزود بعمود ،وفي الحالتين تشكل المواد الخام المطحونة في العمليات الجافة،على هيئة حبيبات تتراوح قطرها بين( 10-15)مم ،حيث يضاف إليها 13٪ من المياه