تعرف علي طرق صناعة الأسمنت

فيما يلي سوف نوضح بشئ من التفصيل طرق صناعة الأسمنت .

مقدمة بسيطة توضح طرق تطوير الأسمنت ، وما كان يستخدم في القديم قبل أن يتم وصول الأسمنت لصورته الحاليه .

استخدم القدماء في الماضي البعيد خليط من الجير والطمي والرمل والماء في إقامة مبانيهم ، وأتقن الرومان صناعته خلال القرن الأول الميلادي حيث اكتشفوا أن إضافة التربة البركانية المأخوذة من منطقة بزولي ، بالقرب من نابلس ، تمكنهم من الحصول على خليط يصلح للتحكم في المياه الجوفية ، وقد أصبحنا نعرف الآن أن تلك التربة المأخوذة من بزولي ، التي استخدم اسمها بقدر من التحريف ( بزولان ) ليطلق على ذلك الصخر السليكوني البركاني ، تحتوي على نسبة 60-90٪ من الرمل ، و 10-40٪ من الجير، على حسب مصدرها. وتم بالفعل اكتشاف آثار قديمة في عدة مدن رومانية كبقايا الأسمنت الجاف تعود لتلك الحقبة التاريخية .

وكان للرومان دور أيضا في تعميم وتطوير الأسمنت ، حيث أنهم أضافوا رماد البراكين إلي بعض المكونات المكونة للأسمنت .

قديما كان الأسمنت عبارة عن مزيج من الجير مثل القرميد والآجر المكسورة وكل ذلك مضاف إلي الطين ، حيث لم يعرف كما هو موجود بالوقت الحالي قبل القرن التاسع عشر .

الأسمنت هو المادة الرابطة الناعمة التي تتصلب وتقسي فتملك بذلك خواصاً تماسكية وتلاصقية بوجود الماء مما يجعله قادراً على ربط  مكونات الخرسانة بعضها البعض ، وأهم استخداماته  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

تعتبر صناعة الأسمنت من الصناعات الإستراتجية ، وهي مع ذلك صناعة بسيطة مقارنة بالصناعات الكبرى ، وتعتمد على توفر المواد الخام المستخدمه في تكوينه .

كما أن الماء عجينة الأسمنت وهي المادة اللاحمة في الخرسانة ، كما أنه يصنع من حرق الحجر الجيري بنسبة 80 % مع الطين بنسبة 20 % ، ويضاف الجبس بعد التبريد بنسبة حوالي 50 %

في كثير من التطبيقات والظروف البيئية القياسية يكون لإختيار نوع الأسمنت تأثير قوي علي ديمومة الخرسانة والمونة والحقين مثل مقاومة الصقيع والمقاومة الكيميائية أيضا وحماية حديد التسليح .

يجب قبل إستخدام الأسمنت أن نقوم بدراسة نوع الأسمنت ورتب مقاومة الضغط  للتطبيقات المختلفة وظروف التعرض للوسط المحيط ، كما يجب أن تتبع المواصفات القياسية المنظمة للخرسانة أو المونة الصالحة للإستخدام .

صــــنــــــاعـــــة الأســــمــــنــــــت 

تركيبة الأسمنت :

في الأساس الخليط الأساسي المكون للأسمنت يتكون من :

1.     الحجر الجيري لإستخراج الكالسيوم ( Calcite ) .

2.     الصلصال لإستخراج السيلكا والبوكسيت .

والجير الطيني يكون مكون من حوالي 80 % جير و 20 % جير  ، ومواد علاجيه  تتمثل في : أكاسيد الحديد ( Fe₂o₃ ) ، والبوكسيت ( Al₂o₃ ) ، والرمل ( Sio₂ ) وهذه المواد تضاف للوصول للتركيبة المراده .

مبادي أساسية في صناعة الأسمنت

يحتوي الإسمنت على مادتين أساسيتين هما الكلس والطين ، هذا الأخير نضيف إليه مواد أساسية هي السليس ، والألمين وأكسيد الحديد .

مادتي الكلس والطين تُسحقان 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( وهي المادة الأساسية في تصنيع الأسمنت ) ، نضيف لهذه المادة مواد أخرى ، وندخلها في آلة الطحن من بعدها نحصل على مادة الأسمنت التي توضع بأكياس ثم تعبأ .

الأسمنت يتكون كمواد خام من مادتين رئيستين وهما الحجر الجيري Lime Stone والطفلة Clay ، ويضاف إليه مادتين إضافيتين حسب ظروف وطبيعة كل مصنع وهما الرمل والحديد Sand and Iron Ore ) ) ، ويسمي الحديد والرمل هنا Corrective Materials أي مواد التصحيح لنسب المواد المراد الوصول إليها ، كما أن أحيانا تأتي الطفلة والحجر بها نسبة عالية من الرمل فلا نحتاج لإضافة رمل .

الحجر الجيري هو أساسا عبارة عن ) CaCo₃ كربونات الكالسوم ) ، ولكن في الطبيعة يوجد به شوائب كثيرة مثل ال SiO₂ و Al2O3و Na₂O₃  و Fe₂O₃ وغيرها مثل البوتاسيوم والكلور وغيرها .

الطفلة تتكون من 50 % من SiO₂ ، ومن 14 – 16 % Al₂O₃ ، والباقي عبارة عن CaO و Na₂O و Fe₂O₃ وغيرها مثل البوتاسيوم والكلور وغيرها .

الرمل يتكون بشكل رئيسي من SiO₂  في حدود 70 % والباقي عبارة عن  Al2O3و Na₂O₃ و Fe₂O₃ و CaO وغيرها مثل البوتاسيوم والكلور وغيرها .

الحديد يتكوّن بشكل أساسي من  Fe2O3 تكلمنا عن تركيب الإسمنت من حيث المواد الخام ، سنتكلم عن تركيب الإسمنت بشكل آخر من حيث التركيب الكيميائي ونربطه مع المواد الخام ولماذا اخترنا هذه المواد ، يتكوّن الأسمنت من أربعة أكاسيد هي الSiO2  و Al2O3 و CaO وFe2O3  ، المصدر الأساسي لل CaO هو الحجر الجيرى حيث يتحول CaCo3 إلى CaO في درجات الحرارة العالية ، كما سيتبيّن فيما بعد المصدر الأساسي لل Al2O3 هو الطفلة ، المصدر الأساسي لل SiO2 هو الرمل ، المصدر الأساسي لل Fe2O3 هو الحديد ، كما أننا لم نضيف الطفلة لنحصل علي SiO2 بل لنحصل علي ِAl2O3 ، ولكن علي أي حال سوف نستفاد من وجود SiO2 في الطفلة وكذلك بقية العناصر ، يتم إضافة هذه المواد الخام بنسب معينه وتدخل طاحونة ضخمه لتطحن حتى تصل إلى درجة نعومه عالية وتسمى هذه الطاحونة بطاحونة الخام raw mill ولا يحدث بالطاحونة أي تفاعلات كيميائية ولكن فقط طحن المواد الخام وفائدة هذا الطحن زيادة مساحة سطح الحبيبات تجهيزا لدخولها التفاعلات الكيميائية حتى تتعرض كل الجزيئات للتفاعلات ، تكون النسب في المواد الخام تقريبا في حدود 75 % من الحجر و20 % من الطفلة و3% من الرمل و2% من الحديد وتختلف هذه النسب تبعا للنتائج والتحاليل ويراعى في هذه النسب ثلاثة معاملات هي L S F معامل تشبع الجير و S.M وهو معامل السيليكا ومعامل الألومينا A.M ولكل من هذة المعاملات مدلولاته وأهميتة من الناحية التشغيلية علاوة على جودة المنتج

·        بعد خروج المادة الخام من الطاحونة تدخل صومعة للتخزين وتقليب المادة الخام فقط وفائدتها التقليب .

            ·        وبعد ذلك أول مراحل التفاعلات الكيميائية في مبني ضخم يسمي Preheater .

وفائدة هذا البرج هي :

      1.      تسخين المادة الخام وتمهيدها لدخول الفرن .

      2.     تحويل ال CaCo3 إلى CaO لإننا قد ذكرنا أن الحجر يتكوّن من CaCo3 ونحن نحتاج في الصناعة ل CaO ويتم ذلك التحويل وفقا للمعادله التالية CaCo3 CaO + Co2  وذلك عند درجة حراره 850 درجة مئوية وبذلك تكون الأكاسيد الأربعة جاهزة للتفاعل في الفرن .

•   تدخل المادة الخام الفرن وهو عبارة عن أسطوانة ضخمة مائلة بزاوية بسيطة أفقياً تدور حول نفسها وفي طرفها شعلة ضخمة ، وبداخل الفرن تتحد الأكاسيد الأربعة مكوّناً ما يسمى أطوار الكلينكر وهي  C3S , C2S , C3A ، C4AF  وهذه المواد الأربعة يكونوا ما يسمى ب الكلينكر clinker وهو المواد الأولية في صناعة الأسمنت ويمكن أن يصدر الكلينكر أو يدخل في المرحلة التالية لينتج الأسمنت ، جدير بالذكر أن المركبات الأربع السابقة عبارة عن اختصار لما يلي  الC  اختصار ل CaO ال A اختصار ل Al2O3  ال S اختصار ل SiO2 ال F اختصار ل Fe2O3، أي ان ال C3S عبارة عن ثلاث جزيء من ال CaO متحده مع جزيء من ال SiO2 وهكذا وتصل درجات الحرارة إلى 1450 درجة عند نهاية الفرن منطقة الحريق عند الشعلة ، بعد الفرن تدخل المادة المنتجة وتسمى الكلينكر إلى المبرد cooler للتبريد المفاجئ وفائدته تبريد الكلينكر ومنع التفاعل العكسي وتفكك أطوار الكلينكر الأربعة إلى الأكاسيد المكونة لها ، بعد المبرد يخرج الكلينكر وهو المنتج الأولى في صناعه الإسمنت ، يُضاف بعد ذلك الجبس الخام وتركيبة كبريتات الكالسيومCaSO4.2H2O  إلى الكلينكر ويدخلا معا طاحونة تُسمّى طاحونة إسمنت cement mill  ويكون المنتج النهائي هو الإسمنت ، يُضاف الجبس في حدود 5% وفائدته تنظيم زمن الشك للإسمنت ، في أطوار الكلينكر ال C3A يشك لحظيا عند إضافة ماء ولكننا نضيف الجبس لتأخير زمن شكها ، يتكون الجبس من CaSO4.2H2O وتتحد هذه المادة مع ال C3A مكونة مادة تسمى الاترنجيت تحيط بال C3A وتاخر من زمن وصول الماء إلى ال C3A وبالتالي تأخر من زمن الشك .

طرق صناعة الأسمنت

هناك ثلاث طرق لإيجاد المركب الكيميائي الأمثل للأسمنت :

1.     الطريقة الرطبة

يتم اختيار المواد ويتم خلطها بالماء لتعطي ناتج معلق ، ويتشكل الكلينكر عند 1480 درجة مئوية ، تعتمد هذه العملية علي :

أ‌.        تكسير وخلط المواد الخام

يتم تكسير المواد الخام بواسطة الكسارات من الحجر الجيري والسيلكات والطين والأتربة السطحية ، ثم بعد ذلك يتم نقلها لتخزن علي هيئة أكوام في مناطق مفتوحه أو مغطات .

ب‌.    الطحن

بعد نقل المواد الخام في طواحين المعلقات ، تخلط بالماء ويتم طحن حتي يصل إلي درجة النعومة المطلوبة ، ثم يتم نقل المعلق إلي صوامع التخزين ، حيث أنه يصبح أكثر تجانساً بعد الضبط النهائي لمكوناته ، ويتم أحذ عينات منه بشكل دوري لضمان مطابقة المواصفات القياسية ، ثم نقوم بنقله إلي أحواض المعلقات ، حيث تقوم الطواحين بطحنه بشكل متجانس .

ت‌.    الفرن والمبرد

يسحب المعلق من قاع الأحواض إلي الفتحة الموجودة في الفرن الدوار ( فرن أسطواني طويل ) ، مبطن من الداخل بطوب حراري ، ويدور ببطء يميل قليلا عن المستوي الأفقي ، هذا الميل يدفع محتويات الفرن إلي الأمام أثناء الدوران ، وتتولد من الطرف الأمامي للفرن غازات احتراق عالية الحرارة تندفع إلي الجزء الخلفي من الفرن عكس حركة محتويات الفرن المندفعة من الأسفل ، ثم بعد ذلك نقوم بتبريد الكلينكر بواسطة مبرد هوائي ، يكون طول الأفران في الطريقة الرطبة أطول من طول الأفران في الطريقة الجافة ، وذلك حتي يكتمل فيها عملية التجفيف للمعجون ، هذه العملية في الطريقة الجافة بالسيايكلونات التي وجودها يقلص من طول الفرن حوالي 50 % .

ث‌.    الطحن النهائي والتعبئة

في هذه المرحله يتم نقل الكلينكر إلي طواحين كور ، حيث يضاف إليها الجبس ويطحن ، ثم يعبأ في أكياس .

 

2.     الطريقة الجافة

لقد أخذ استخدام العمليات الجافة في الانتشار إلي أن حل محل العمليات الرطبة ، وذلك بسبب الوفرة في الطاقة التي تتميز بها العمليات الجافة ، وأيضا بسبب الدقة في التحكم وفي خلط المواد الخام ، دون إضافة الماء ، عمليات التشغيل الرئيسية في هذه الطريقة هي :

أ‌.        تكسير وخلط المواد الخام

يتم تكسير المواد الخام بواسطة الكسارات من الحجر الجيري والسيلكات والطين والأتربة السطحية ، ثم بعد ذلك يتم نقلها لتخزن علي هيئة أكوام في مناطق مفتوحه أو مغطات .

ب‌.    الطحن

في حالة إذا كانت الرطوبة زيادة عن نسبة معينة نقوم بإدخال المواد الخام في مجفف دوار ، حيث تجفف بواسطة الهواء الساخن الناتج من تشغيل الفرن ، ثم نقوم بطحن المواد الخام في صواميع المواد الخام ،وتنقل إلي صوامع تخزين ما قبل الخلط ، حيث تصبح متجانسة من خلال عملية الرص والسحب ، بعد ذلك تنقل إلي أماكن الخلط ، تتم عملية الخلط بنسبة 30 % طين و 70 % حجر جيري .

ت‌.    الفرن والمبرد

تسحب المواد الخام المتجانسة من قاع صوامع التخزين إلى فتحة التغذية برج التسخين الابتدائي ، وقد يصل ارتفاع البرج 120م ، نقوم باستخدام الغاز الطبيعي أو المازوت كمصدر للطاقة الحرارية ، كما نستخدم أيضا الهواء الساخن الناتج عن تبريد الكلنكر كمصدر إضافي للحرارة ، يميل الفرن قليلاً 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 .

ث‌.    الطحن النهائي والتعبئة

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

 

3.     الطريقة شبة الجافة

تعتبر الطريقة شبه الجافة 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 .

فيما يلي سوف نتحدث بشئ من التفصيل عن أنواع الأسمنت ومسماياته القديمة والحديثة و تجارب الأسمنت .

***********************

***********************