اجراءات تصنيع الاسمنت :

نحتاج الى نموذجين من المواد لإنتاج الاسمنت ‏البورتلاندي : الأول غني بالكلسيوم (كلسي) ، كحجر الجير ، والطباشير ، الخ ، والآخر غني بالسليكا (طيني) كالطين .

‏كانت تصنع سابقاً كميات كبيرة من حجر الجير الطيني ، وعرف باسم الصخر الاسمنتي cemen trock ، ويوجد في نيوجرسي وبنسلفانيا . تستخدم بعض المصانع ، اضافة الى المواد الطبيعية ، خبث الافران العالية وراسب كربونات الكلسيوم كمنتج ثانوي من صناعة القلويات وسلفات الامونيوم . ويستخدم احياناً الرمل ، ونفاية البوكسيت ، وخامة الحديد بكميات صغيرة لتعديل تركيب المزيج كما تضاف نسبة 4‏- 5 % ‏من الجص لتعديل زمن تصلب الاسمنت .

تطحن المواد الخام المبينة في (الجدول 10-3) بشكل ناعم ، وتمزج ، وتسخن (تحرق) في فرن دوار لتشكيل أثناء التكلس . وتستخدم في صناعة الإسمنت رموزاً مختصرة لمركبات الخبث ، كما يلي :

CaO = C                   MgO = M                        CO₂ = C
SiO₂ = S                   SO₃ = S                           H₂O = H
Al₂O₃ = A                Na₂O = N
Fe₂O₃ = F                 K₂O = K

‏وهكذا يكون C₃S = (3CaO.SiO₂‏) Ca3SiO5

‏تحدث مختلف التفاعلات ، كتبخر الماء ، وتولد ثاني اكسيد الكربون ، والتفاعل بين الجير والطين اثناء الاحتراق ( الجدول 3‏-1). تحدت معظم هذه ‏التفاعلات في الطور الصلب ، ولكن يحدث الانصهار المهم عند نهاية المعالجة . ويبدأ تشكل السائل عند 1250 ‏مئوية وقد لا يحدث تشكل ملحوظ لـS₃ Cعند درجة حرارة أدنى من ذلك . و S₃C هو المقوم الرئيسي الذي يسبب متانة الاسمنت وأثناء ‏تشكله ينخفض الجر الحر الموجود الى كمية ضئيلة . يحدث 20‏- 30 % ‏من ‏التفاعلات في الطور السائلي النهائي .

‏الجدول 1- 1 ‏. المواد الخام المستخدمة في انتاج الاسمنت البورتلاندي في الولايات المتحدة ( بآلاف الاطنان المترية)

‏الجدول 2 ‏- 1 ‏. مركبات الكلنكر .

‏وفي الطريقة السائلة ، يتم تحويل المادة الصلبة ، بعد السحن الجاف ، الى حالة تجزئة ناعمة في انبوب سائل او في مطاحن الكريات وتمر على شكل روبة عبر مصنفات او مصاف حوضية . تضخ الروبة الى صهاريج تصحيح ، حيث تقوم اذرع ‏دوارة بمجانسة المزيج وتسمح بإجراء التعديل النهائي على التركيب ، في بعض المصانع ترشح الروبة بمرشح دوار مستمر وتلقم الى الفرن .

‏الجدول 3-1 ‏. التفاعلات اثناء تشكل الكلنكر .

‏قبل دخول الفرن ، يحدث مزج وخلط كاملين بواسطة الهواء او بوسائل اخرى . يلقم مسحوق المادة الجاف مباشرة الى الافران الدوارة ، حيث تحدث التفاعلات الكيميائية التي اتينا على ذكرها انفاً . تؤمن الحرارة عن طريق حرق النفط ، او الغاز ، او مسحوق الفحم ، باستخدام الهواء المسبق التسخين عن طريق تبريد الخبث .

ظهر ميل في السنوات الأخيرة لزيادة طول الفرن الدوار وبالتالي زيادة فعاليته الحرارية . وقد تكون أفران المعالجة الجافة قصيرة بحيث تبلغ 45 م طولاً ،

الصورة 10-1 مخطط إيزومتري للإنتاج الإسمنت البورتلاندي بالطريقتين الجافة والسائلة .

ولكن الأفران بطول 90-180 م ليست نادرة في المعالجة الرطبة . يبلغ القطر الداخلي للفرن عادة 2.5-6 م . يجري تدوير الأفران من 1 / 2 – 2 دورة / د حسب الحجم . وتكون الأفران مائلة قليلاً ، بحيث ترحل المواد الملقمة في الطرف العلوي ببطء الى طرف الإشعال السفلي ، وتستغرق في هذه الرحلة 1-3 ساعات . وللحصول على وفر اكبر في الحرارة ، يزال جزء من الماء من روبة المعالجة السائلة . وتستخدم بعض الطرق المتبعة مرشحات الروبة ومثخنات دور Dorr thickensrs .

يفترض في الافران اليوم ان تستخدم ، لكبح تلوث الهواء بشكل فعال ، معدات المرشحات الكيسية او اجهزة الترسيب الالكتروستاتية . تستخدم احيانا مراجل التسخين بالحرارة المهدورة لحفظ الحرارة ، وهي اقتصادية خصوصا من اجل اسمنت المعالجة الجافة ، لان الغاز المهدور من الافران اعلى حرارة من غاز المعالجة السائلة وقد تصل حرارته الى 800 ‏مئوية .

‏وبما ان بطانة الفرن يجب ان تصمد لشدة التآكل والهجوم الكيميائي بدرجات الحرارة العالية في منطقة التنظيف الدوري للفرن ، لذلك يصعب اختيار بطانة مقاومة للصهر . ولهذا الغرض يستخدم طوب الالومينا العالية وطوب المغنسيا العالية على نطاق واسع . وتستخدم اجهزة الحاسوب اليوم لتحسين التحكم بالأفران .

‏يتألف الناتج النهائي المتشكل من كتل حبيبية صلبة بحجم 3-20 ‏مم ، تدعى الكلنكر clinker . يفرّغ الكلنكر من الفرن الدوار الى اجهزة تبريد بالهواء ، فتنخفض حرارته بسرعة الى 100 ‏- 200 ‏تقريبا . تعمل اجهزة التبريد في الوقت نفسه على تسخين هواء الاحتراق مسبقاً . وتكتمل العملية بالسحن ، يليه الطحن الناعم بمطاحن الكريات والتعبئة الالية . تضاف اثناء الطحن الناعم ، مثبطات التصليب setting retarders ، كالجبس ، او الجص ، او ليغنوسلفونات الكلسيوم  calcium lignosulfonate وعوامل سحب الهواء والانتشار ، والتصميد للماء (water  Proofing ) . يطحن الخبث جافاً في مختلف التصاميم ، كما نرى في الصورة 2- 1 ‏وعند بيري .

الصورة 2- 1 ‏. تصاميم معدات طحن سائلة وجافة. (a) مطحنة بسيطة ذات حجرتين في الدارة المفتوحة ، (b) مطحنة ذات حجرتين مغلقة الدارة مع جهاز فصل هوائي ، (c) نظام المرحلتين مع حجرة رئيسية مغلقة الدائرة ، (d) دائرة فعالة مغلقة ذات حجرة او حجرتين وغربال وجهاز فصل هوائي ، (e) جهاز المراحل الثلاث الفعال والدائرة المغلقة في كل مرحلة ، (f‏) مطحنة المرحلة الواحدة والدائرة المغلقة مع جهاز تصنيف هزاز ، (g) دائرة حديثة ذات مرحلتين تستخدم لمختلف نماذج معدات الفصل .

تجري مراقبة معالجة الاسمنت بالكامل بأجهزة اشعة x الموصولة بحاسبات يمكن برمجتها لاختبار عينات الناتج باستمرار ، فتعدل اليا عملية التلقيم الخام للمطحنة للحصول على الناتج المرغوب .

‏صناعة الاسمنت هي اكبر سادس مستهلك للطاقة الوطنية في الولايات المتحدة. ففي عام 980 ‏( ، استهلك انتاج 61.75 ‏× ⁶10 ‏طناً من الكلنكر ما مقداره 11 × ⁶10 ‏ طناً من الفحم ، و 500 ‏× 10 م3 من النفط و 1.78×⁶10 م3 من الغاز الطبيعي.

‏ولهذا السبب ، بذلت جهود كبيرة لاختراع تقنيات للطاقة اكثر فعالية . ويوصي احد الاقتراحات باستخدام عوامل مساعدة للصهر تحتوي على الفلوريد لخفض درجة الحرارة الضرورية لتشكل الكلنكر .

مواضيع ذات صلة

صناعة حمض الكبريتيك

تركيب حامض الكبريتوز

كلوريد الثيونيل Thionyl Chloride

حامض الكبريتوز: Sulphureous Acid

مركبات الكبريت مع الأكسجين

مركبات الكبريت مع الهيدروجين

الكبريت الغروي

الحصول على الكبريت من المناجم Sulphur Mining

الأشكال التأصلية للكبريت

الاختبارات الخاصة للورق

تحويل اللب إلى ورق

صناعة الورق