الاسمنت
الاسمنت : هو تلك المادة الرابطة الناعمة التي تتصلب وتقسى فتملك بذلك خواصا تماسكية وتلاصقية بوجود الماء مما يجعله قادرا على ربط مكونات الخرسانة بعضها ببعض.
وأهم استخدام للأسمنت هو الملاط والخرسانة
حيث يربط المواد الاصطناعية أو الطبيعية لتشكل مواد بناء قوية مقاومة للتأثيرات البيئية العادية.
يجب عدم الخلط بين الخرسانة والأسمنت،
فالأسمنت يشير إلى المسحوق الجاف المستخدم في ربط المواد الكلية للخرسانة.
وللأسمنت المستخدم في البناء نوعين هما الأسمنت المائي والأسمنت غير المائي.
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).
تعتبر صناعة الاسمنت من الصناعات الإستراتجية.
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.
تعتبر صناعة الاسمنت من الصناعات الإستراتجية.
وهي مع ذلك صناعة بسيطة مقارنة بالصناعات الكبرى، وتعتمد على توفر المواد الخام اللازمة لذلك.
فيديو عن عملية صناعة الاسمنت
لمحة تاريخية
يعود تاريخ الاسمنت إلى العهد الروماني وطور من قبل حضارات أخرى حيث استعملوا الجبس،
حيث أضاف يونان إيطاليا رماد البراكين الموجود بمنطقة بوزلس،
ثم طوره الرومان وعمموه إلى نهاية العصر الحاضر.
الاسمنت هو مزيج من الجير مثل القرميد والآجر المكسرة، مضافة إلى الطين. la pouzzolane (هي أرض بركانية لمنطقة بوزولان بناحية نابولي بإيطاليا ) ، وهذا مستعمل كثيرا كمزيج،
الاسمنت لم يعرف كما هو موجود الآن، حتى القرن 19،
ثم قام العالم louis Vicat بكشف لغز الرطوبة في الجير في العام 1817 والمتعلقة بالاسمنت التي كانوا يسمونها الجير المميه. والجير المحدود في 1840.
البحوث التي أجريت في نهاية القرن 18 للوصول إلى النتائج الحالية في صناعة الأسمنت الحديث في عام 1840،
البحوث التي أجريت في نهاية القرن 18 للوصول إلى النتائج الحالية في صناعة الأسمنت الحديث في عام 1840،
كانت تتعلق بالجير المقوى (غير مميه) لا يمتزج بالماء،
أما الجير المميه فيه كمية من الماء وهو مشبع بالطين،يتصلب ويجف بسرعة ولكن يتحلل إذا لم يشو إلى درجة الذوبان.
وفي العام 1976 اكتشف العالم james parker على جزيرة شايبي ببريطانيا العظمى، الأسمنت السهل (وهو عبارة عن جير مميه أو أسمنت طبيعي ينصهر بسرعة عند درجة انضاجه عند 900 °C كسائر الجير الطبيعي العادي).
وأعطاه اسم الأسمنت الروماني، حيث أخذ شهرة ما بين 1820- 1920 تقريبا.
وفي العام 1824العالم البريطاني joseph aspalin أودع براءة لصناعة الجير المميه وأطلق عليه الأسمنت البرتلاندي نسبة إلى أعالي شبه جزيرة بورتلاند الموجودة على ضفاف بحر المانش الذي يفصل بين فرنسا وبريطانيا.
إن أول مصنع للاسمنت اخترع بواسطة dupont et demarlé في سنة 1846 في منطقة boulogne-sur-mer،
ولقد تطورت بعد ظهور مواد جديدة (فرن حركي الدوران حول نفسه) مكسر لكريات الكلنكر،
تطورت وسائل صناعة الأسمنت دون توقف،
وفي عام 1870 كان إنتاج الطن الواحد من الكلنكر (المكون الرئيسي للاسمنت) يستغرق 40 ساعة،
أما الآن فيستغرق 3 دقائق فقط.
المواد الخام الأولية في صناعة الأسمنت:
1-الحجر الجيري.2-رمل السيليكات.
3- الطفلة.
4- الأتربة السطحية (Shale).
5- طفلة وأتربة البوكسيت (جسيمات متوسطة الحجم من الطبقات الرسوبية مثل الطفلة، ولها محتوى منخفض من الماء).
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.
كيمياء الاسمنت
للإشارة إلى مراحل نستعمل عادة إشارات مختصرة ،ونرمز لها بهذه هي: Fe2O3)F، (Al2O3) A، (Sio2) S (chaux) Cao C) المكونات التي نصادفها في صناعة الاسمنت، نذكرها.
أليت:.(C3S) : (CaO)3(SiO2)
ألومنات:(C3A) : (CaO)3(Al2O3)
بوليت:C2S): (CaO)2(SiO2)
الكلس: (CaCO3)
سليت:.Céliteزالت تسمية السليت C4AF.
الجيرالحر: تكون شدتها عادة أقل من 2% من كتلة الكلنكر.CaO
فوغيت:أحيانا تكون (C4AF): (CaO)4(Al2O3)(Fe2O) الألمينوفوغيت أو بغونميليغيت (CaO)2FeAlO3)هذه نصف تركيبة.
جيبس:، (CaSO4).(H20) يسخن عند الدرجة(60-200)°م
بيغيكلاس :MgO
بوغتلونديت : يساهم في هدرجة الجير الحر.2(Ca(OH) هيدروكسيد الكلسيوم
الرمل: السيليس(SiO2)
التركيبة الكيميائية للاسمنت (المواد المذكورة سابقا تساعد صلابة الاسمنت وتشده لشهور النوعية النهائية المقدرة بواسطة قيمات محسوبة انطلاقا من التركيبة.
أنواع الاسمنت
•إسمنت المداخين العالية
•اسمنت حليبي(رماد) أواسمنت مركب (CEMV)
•الاسمنت الأبيض (يختلف في تركيبه)
•لاسمنت البورتلاندي العادي.
•الاسمنت البورتلاندي المركب
•الاسمنت البورتلاندي المتصلب في درجة الحرارة العالية ومقاوم للكبريتات
•الاسمنت سريع التصلب
•الاسمنت البورتلاندي منخفض الحرارة
•الاسمنت البوزولاني
أنواع الأسمنت البورتلاندى وخصائصها:
أ- الأسمنت البورتلاندى العادي:
يستخدم في أعمال الإنشاءات بوجه عام، وهناك أصناف مختلفة من هذا النوع مثل الأسمنت الأبيض الذي يحتوى على نسبة أقل من أكسيد الحديديك، و أسمنت آبار البترول (Oil-Well Cement) المستخدم في تبطين آبار البترول، والأسمنت سريع الشك، وأصناف أخرى متعددة ذات استخدامات خاصة.
ب-الأسمنت البورتلاندى المتصلب في درجة الحرارة العالية و المقاوم للكبريتات:
يستخدم في الحالات التي تتطلب حرارة تميؤ معتدلة، أو في الإنشاءات الخرسانية المعرضة لتأثيرات متوسطة من الكبريتات.ج- الأسمنت سريع التصلب:
تختلف أصناف الأسمنت سريع التصلب عن الأسمنت العادي من عدة نواحي، منها أن نسبة الحجر الجيري إلى السيليكات ونسبة سيليكات ثلاثي الكالسيوم في الأسمنت سريع التصلب تكون أكبر من مثيلاتها في الأسمنت العادي.كما يتصف هذا النوع بدرجة نعومة أكبر من الأسمنت العادي، مما يؤدى إلى سرعة التصلب وتولد سريع للحرارة.يستخدم الأسمنت سريع التصلب في إنشاء الطرق.
د- أسمنت بورتلاندي منخفض الحرارة:
يحتوى هذا النوع على نسبة منخفضة من كبريتات ثلاثي الكالسيوم وألومينات ثلاثي الكالسيوم، مما يؤدى إلى انخفاض في الحرارة المتولدة. تستخدم أكاسيد الحديديك لخفض نسبة ألومينات ثلاثى الكالسيوم، وبالتالي ترتفع نسبة رباعي ألومينات الكالسيوم الحديدية في هذا النوع من الأسمنت.هـ- الأسمنت المقاوم للكبريتات :
يحتوى هذا النوع من الأسمنت على نسبة منخفضة من ألومينات ثلاثي الكالسيوم، ويتصف بقدرة أكبر على مقاومة الكبريتات بسبب مكوناته، أو بسبب العمليات المستخدمة في صناعته، لذلك فهو يستخدم في الحالات التي تتطلب مقاومة عالية للكبريتات.للمزيد من هنا
خطوط الإنتاج في تصنيع الأسمنت:
أولاً: خط العمليات الرطبة:
لقد أخذ استخدام العمليات الجافة في صناعة الأسمنت في الانتشار ليحل تدريجياً محل العمليات الرطبة، بسبب الوفرة في الطاقة التي تتميز بها العمليات الجافة، والدقة في عمليات التحكم وفى خلط المواد الخام.
عمليات التشغيل الرئيسية في هذا الخط:
أ- تكسير وخلط المواد الخام:
تُكسر المواد الخام من حجر جيري وسيليكات وطفلة وأتربة سطحية بواسطة الكسارات، ثم تُنخل وتُنقل، ليتم تخزينها على هيئة أكوام في مناطق مفتوحة أو مغطاة.ب-الطحن:
تنقل المواد الخام في طواحين المعلقات (Slurry Mills )، حيث تخلط بالمياه، ويستمر طحن المعلق حتى يصل إلى درجة النعومة المطلوبة. ينقل المعلق بعد ذلك إلى صوامع التخزين، حيث يصبح متجانساً بعد الضبط النهائي لمكوناته، وتؤخذ منه عينات بشكل دوري لضمان مطابقة تركيباته للمواصفات، ثم ينقل المعلق إلى أحواض المعلقات (Slurry Basins) حيث تقوم طواحين الشواكيش (Rotating Arms) بتحويله إلى خليط متجانس.ج-الفرن والمبرد :
يسحب المعلق من قاع الأحواض إلى فتحة تغذية الفرن الدوار (Rotary Kiln). والفرن الدوار هو فرن أسطواني طويل، مبطن من الداخل بطوب حراري، ويدور ببطء حول محور يميل قليلاً 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 تيار معاكس لحركة محتويات الفرن المندفعة إلى أسفل. ويتم تبريد الكلنكر (Clinker) المتكون بواسطة مبرد هوائي من1400 مإلى ما بين 60 و200 م.د-الطحن النهائي والتعبئة :
ينقل الكلنكر إلى طواحين كور (Ball Mills)، حيث يضاف إليه الجبس ويطحن، ثم يعبأ في أكياس من الورق أو البلاستيك.ثانياً: خط العمليات الجافة:
عمليات التشغيل الرئيسية في هذا الخط:
أ- تكسير وخلط المواد الخام:
تُكسر المواد الخام من حجر جيري وسيليكات وطفلة وأتربة سطحية بواسطة الكسارات، ثم تُنخل وتُنقل، ليتم تخزينها على هيئة أكوام في مناطق مفتوحة أو مغطاة.ب- الطحن :
يتم إدخال المواد الخام في مجفف دوار (Rotary Drier)، 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 (Pre-blending Silos)
حيث تصبح متجانسة بواسطة الهواء المضغوط، بعد ذلك تنقل المواد الخام المتجانسة من صوامع تخزين ما قبل الخلط إلى صوامع التخزين. تتم عملية الخلط بنسبة 30% طفلة و70% حجر جيري.
ج-الفرن والمبرد :
- تسحب المواد الخام المتجانسة من قاع صوامع التخزين إلى فتحة تغذية برج التسخين الابتدائي ذي المراحل المتعددة،
وقد يصل ارتفاع البرج إلى 120 متر،
وهى مجهزة بسيكلونات لكلسنة الخليط، ومنه إلى الفرن الدوار (Rotary Kiln).
- يستخدم الغاز الطبيعي أو المازوت كمصدر للطاقة الحرارية، كما يستخدم الهواء الساخن الناتج عن تبريد الكلنكر كمصدر إضافي للحرارة.
- يميل الفرن قليلا عن المستوى الأفقي بحيث يسمح بحركة بطيئة للمواد الصلبة إلى أسفل،
- يستخدم الغاز الطبيعي أو المازوت كمصدر للطاقة الحرارية، كما يستخدم الهواء الساخن الناتج عن تبريد الكلنكر كمصدر إضافي للحرارة.
- يميل الفرن قليلا عن المستوى الأفقي بحيث يسمح بحركة بطيئة للمواد الصلبة إلى أسفل،
فتقطع المسافة من فتحة التغذية الموجودة بأعلى الفرن إلى الطرف السفلى (جهة الاحتراق) ،
حيث تتولد غازات الاحتراق عالية الحرارة في فترة زمنية تتراوح بين ساعة وثلاث ساعات،
بينما تتحرك غازات الاحتراق إلى أعلى في تيار معاكس لحركة المواد الصلبة.
فتعمل غازات الاحتراق الساخنة على تسخين المواد الخام تسخيناً أولياً إلى 900 م عند فتحة تغذية الفرن
وتوفر الحرارة اللازمة لتحلل كربونات الكالسيوم . ثم تخرج هذه الغازات من أعلى المدخنة عند 400 م.
وتبلغ درجة حرارة اللهب المنبعث من الولاعات حوالي 2000 م.
- تستخدم في العمليات الجافة أفراناً أقصر من تلك المستخدمة في العمليات الرطبة نظراً لعدم استخدام المياه.
- تستخدم في العمليات الجافة أفراناً أقصر من تلك المستخدمة في العمليات الرطبة نظراً لعدم استخدام المياه.
والفرن الدوار قطره (4- 5 متر) وطوله من 54 – 75 متر. وتستخدم غلايات استرجاع الطاقة في العمليات الجافة
حيث تكون درجة حرارة العادم الناتجة عن تشغيل الفرن أكبر من تلك المتولدة في العمليات الرطبة،
وتستخدم المرسبات (الفلاتر) الالكتروستاتيكية لفصل الجسيمات الناتجة عن أتربة الأفران والمحمولة في تيار العادم.
كما تستخدم الألومينا وطوب الماغنسيا (Magnesia Bricks) في تبطين الفرن،
نظراً لتعرض السطح الداخلي للتآكل وللمواد الكيميائية عند درجات الحرارة المرتفعة في منطقة تكون الكلنكر.
- يتكون المنتج النهائي (الكلنكر) من حبيبات تتراوح أحجامها بين 3 و20مم.
- يتكون المنتج النهائي (الكلنكر) من حبيبات تتراوح أحجامها بين 3 و20مم.
ويخرج الكلنكر من الفرن الدوار ليدخل إلى أجهزة التبريد الهوائي المفاجئ لتنخفض درجة حرارته بسرعة إلى ما بين 100 - 200 م,
كما تعمل هذه المبردات بالتبادل على تسخين غازات الاحتراق تسخيناً أولياً.
- هناك ثلاث أنواع من المبردات تستخدم في تبريد الكلنكر: المبرد الدوار (Rotary Cooler) ، المبرد الكوكبي (Planetary Cooler) والمبرد الشبكي (Grate Cooler) ، والنوع الأخير هو أكثر الأنواع المستخدمة في العلميات الجافة.
- يتسبب تكون الأتربة في الفرن في بعض المشاكل منها: تكون التراكمات والحلقات في السيكلونات وفتحة تغذية الفرن ومنطقة التكلس (Claiming Zone) والتي قد تؤدى إلى إيقاف الفرن عن العمل لعدة أيام. كما يستهلك تبخر القلويات قدراً كبيراً من الطاقة.
د-الطحن النهائي والتعبئة:
ينقل الكلنكر إلى طواحين كور حيث يضاف إليه الجبس ويعبأ في أكياس من الورق أو البلاستيك .
- هناك ثلاث أنواع من المبردات تستخدم في تبريد الكلنكر: المبرد الدوار (Rotary Cooler) ، المبرد الكوكبي (Planetary Cooler) والمبرد الشبكي (Grate Cooler) ، والنوع الأخير هو أكثر الأنواع المستخدمة في العلميات الجافة.
- يتسبب تكون الأتربة في الفرن في بعض المشاكل منها: تكون التراكمات والحلقات في السيكلونات وفتحة تغذية الفرن ومنطقة التكلس (Claiming Zone) والتي قد تؤدى إلى إيقاف الفرن عن العمل لعدة أيام. كما يستهلك تبخر القلويات قدراً كبيراً من الطاقة.
د-الطحن النهائي والتعبئة:
ينقل الكلنكر إلى طواحين كور حيث يضاف إليه الجبس ويعبأ في أكياس من الورق أو البلاستيك .
ثالثاً: خط العمليات شبه الجافة:
- العمليات شبة الجافة هي حالة خاصة من العمليات الجافة، حيث يستخدم فرن ليبول (Lepol Kiln) أو الفرن المزود بعامود (Shaft Kiln)، وفى الحالتين تشكل المواد الخام المطحونة في العمليات الجافة، على هيئة حبيبات يتراوح قطرها بين 10 و 15مم بحيث يضاف إليها 13% من المياه.- في حالة استخدام فرن ليبول تجفف الحبيبات وتسخن تسخيناً ابتدائياً بواسطة السخان الشبكي الابتدائي المتحرك، ثم تنقل إلى فتحة تغذية الفرن. ويستخدم في هذا النظام، لأول مرة، أسلوباً يعتمد على تسخين المواد الخام تسخيناً ابتدائياً بواسطة جهاز منفصل ذو كفاءة حرارية مرتفعة، وهى المهمة التي كان يقوم بها الفرن في الأنظمة التقليدية.
- في حالة استخدام الفرن المزود بعامود تضاف السيليكات والطفلة خلال مرحلة التحبيب (Palletizing) ، وتتم عمليات التجفيف والتلبيد (Sintering) والتبريد في الطبقة العمودية المتحركة. وقد ساد استخدام هذا النظام قبل انتشار الأفران الدوارة، ويقتصر حالياً استخدام الأفران المزودة بعامود ذات التفريغ المستمر من قاع الفرن على الهند والصين. ويمتاز هذا النوع من الأفران بالاقتصاد الحراري، بينما يعيبه ضرورة استمرار تحريك النار (Poking) في الفرن للحفاظ على حالة احتراق ثابتة، بالإضافة إلى تفاوت جودة منتجاته.
شركات الإنتاج
ترتيب شركات صناعة الاسمنت عالميا في نهاية 2005 كما يلي:lafarge : فرنسا تحتل المرتبة الأولى عالميا
Holcim : سويسراتحتل المرتبة الثانية عالميا.
Cemeux :المكسيك تحتل المرتبة الثالثة عالميا.
Heidelberg Cement :ألمانيا تحتل المرتبة الرابعة عالميا.
Italcementi :إيطاليا تحتل المرتبة الخامسة عالميا.
اقتصاد الاسمنت
تستهلك طاقة كبيرة ولا تحتاج إلى يد عاملة، وعملية نقله وتسويقه عن طريق البر باهظة الثمن،
أما عن طريق المحيطات فهي سهلة.لذلك يفضل أن تكون المصانع قربية من الساحل
0 التعليقات
إرسال تعليق