طرق صناعة الإسمنت البورتلاندي

المواد الخام وطرق التصنيع

تتمّ عملية


صناعة الأسمنت


البورتلاندي من خلال خلط كميّة من المواد الجيرية مع كميّة من المواد الطينية وذلك بعد طحنها أولاً، ثمّ يتمّ خلط المكونات بالطريقة الجافة أو الرطبة بنسب معينة غاية في الدقة لأي نوع من أنواع الأسمنت بعدها يدخل الخليط للفرن ويترك حتى يخرج من الخليط بخار

الماء

وثاني أكسيد الكربون، وتحدث تفاعلات كيميائية مع المكونات في أثناء الحرق ينتج مادة تُعرف بالأجر (


الكلينكر


)، بعدها يتم طحن الخليط مع كميّة من الجبس حتى يصل للدرجة المطلوبة من النعومة.

حساب

المواد الخام

قبل خلط المكونات يجب معرفة التحليل الكيميائي لجميع المكونات من كلاً من الطفلة والحجر الجيري وكافة المواد الإضافية مثل: الرمل، خام الحديد، الجبس والرخام.

تحضير الخلطة

لتحضير الخلط يجب تكسير المواد الخام في كسارات مثل الطاحونة المطرقية أو السمحاق الفلكي، ثمّ تنقل في الطاحونة المتكررة أوالأنبوبية للحصول على أعلى درجة من الطحن والنعومة المطلوبة بالطريقة الجافة أو الطريقة الرطبة.

الطريقة الجافة

يتمّ استخدام طريقة الطحن الجاف للمواد حيث تُعد الطريقة الأفضل التي تجعل المواد بالنعومة المطلوبة كما أنّها تعتبر الأفضل اقتصادياً لأنّها موفرة في استهلاك الطاقة.

الطريقة الرطبة

تستخدم هذه الطريقة عندما تحتوي المواد الخام على نسبة عالية من الرطوبة بعكس المواد الجافة، لذا فإنها تعتبر طريقة غير اقتصادية، حيث يتمّ إضافة كميّة من الماء تصل إلى 40 % للوصول إلى خليط متجانس، وتضخ المكونات إلى مضخات العجن.

الحرق

يتم ضخ الخليط الجاف أو العجين من خلال الفتحة العليا من الفرن، ويتراوح ارتفاع الفرن ما بين 30 إلى 150 متر بقطر يبدأ من 5 إلى 15 متر ويتم تثبيت الفرن على درجة ميل 2.5 بحيث يكون منحدر بزاوية ميل قليلة من الأسفل، وهذا الفرن مصنوع من الحديد الصلب مبطن من الداخل بالطوب الحراري حتى يتحمل درجة الحرارة العالية، ويتم تقليب المكونات مع حركة الفرن في اتجاه أسفل الفرن أو عند نهايته.

يعمل الفرن بالسولار أو الغاز الطبيعي وتصل درجة الحرارة إلى أعلى درجة ممكنة ويدخل اللهب من فتحة في أسفل الفرن وتزداد درجة الحرارة في أسفل الفرن وتقل تدريجيا إلى أعلى، حيثُ تصل درجة الحرارة في قاع الفرن إلى نحو 1450 درجة عند ضخ المواد الخام يبدأ بخار الماء في التصاعد نتيجة درجة الحرارة العالية وتعتبر هذه المرحلة مرحلة التجفيف وبعدها يتصاعد كلاً من المواد العضوية وثاني أكسيد الكربون، ويتصاعد كذلك بخار ماء الحجر الجيري من المنطقة الوسطى للفرن أو ما تعرف بمنطقة الكلسنة، بعدها تبدأ عملية تكسير الكبريتات وتصاعد كلاً من ثاني أكسيد الكبريت.

أما المناطق ذات الحرارة المرتفعة تعرف باسم منطقة الكلينكر حيث تتحول ما يقرب من 30 % من المكونات الصلبة للخليط الى مواد سائلة مع حدوث بعض التفاعلات الكيميائية ينتج مواد جديد وتختفي المكونات الأساسية وتعرف المادة الناتجة من عملية حرق المكونات الأساسية ( الكلينكر)، وهو عبارة عن حبيبات صغيرة الحجم يكون لونها

أسود

أو رمادي.

ولقد أثبتت التجارب والأبحاث أنّ الكلينكر يتكون من أربع معادن أساسية وهي كالتالي:

• 
  سليكات ثلاثي الكالسيوم ( الأليت ) C3S.
  
• 
  بيتا سليكات ثنائي الكالسيوم ( البليت ) C2S β-
  
• 
  الومينات ثلاثي الكالسيوم C3A.
  
• 
  الومينو فيرو رباعي الكالسيوم ( السليت )
  
  
  C4AF.
  

وتُعد مادة C3Sو -C2S β ماتين يصنعوا بعملية التماسك، أما




C3Aو C4AF




هما المسئولان عن

الشك


.

تبريد الكلينكر

يتعرض الكلينكر بعد خروجه مباشرةً للتبريد المفاجىء بالماء أو الهواء، حيث تتحد خواص الأسمنت الجيد على حسب سرعة تبريده.

• 
  سليكات ثلاثي الكالسيوم (الأليت) C3S:
  
  
  يتساوى هذا النوع مع الأسمنت البورتلاندي العادي في مستوى الشك حيثُ يعطي قوة وصلابة بعد أسبوع واحد فقط من الخلط بالماء وتصل نسبة الاليت في الأسمنت البورتلاندي العادي ما بين 35 إلى 50 %.
  
• 
  بيتا سليكات ثنائي الكالسيوم (البليت)
  
  
  C2S β-:
  
  
  هذا المعدن يبدأ في الشك بعد عدّة أيام وهو أضعف في الصلابة في البداية ثمّ يقوي وتشتد صلابته بعد ذلك، كما يعتبر هذا المعدن معدن غير نقي حيث تتراوح نسبة نقائه ما بين 15 إلى 35 %.
  
• 
  
  
  الومينات ثلاثي الكالسيوم C3A :
  
  
  يتميز هذا النوع من المعدن بدرجة سريعة في الشك مع درجة حرارة مرتفعة وتصل نسبة الأسمنت في هذا النوع ما بين 15.7%، لذا يجب الحرص على ألا تزيد نسبته في الاسمنت عن 3.5%.
  
• 
  الومينو فيرو رباعي الكالسيوم ( السليت )
  
  
  C4AF :
  
  
  يتميز هذا النوع بمعدل شك عالي ولكن لا يتخطى معدن C3A، وتصل نسبته من الاسمنت مابين 5 إلى 10، كما يٌعد هذا النوع الأكثر مقاومة للكبريت.
  

أنواع الأسمنت

• 
  الأسمنت البورتلاندي العادي:
  
  
  يدخل هذا النوع في العديد من الأغراض ومنها الخرسانة على وجه الخصوص.
  
• 
  الأسمنت المقاوم للكبريتات:
  
  
  يُستعمل هذا النوع في المناطق التي تحتوي على نسبة مرتفعة من أملاح الكبريتات.
  
• 
  الأسمنت الأبيض:
  
  
  يتميز هذا النوع بأنّه سريع الشك، حيث يتشابه في التركيب الكيميائي مع الأسمنت البورتلاندى العادي، لذا فإنّه يعتبر نفس الكلينكر ولكن يتميز بدرجة عالية من النعومة ويتمّ استخدامه في الأغراض التي تحتاج سرعة شك عالية وخاصة في المناخ البارد وتحت سطح الماء أيضًا.
  
• 
  أسمنت منخفض الحرارة:
  
  
  يتكون هذا النوع من نسبة كبيرة من البليت الذي لا يتسبب في تصدع المباني لذا يٌعد أنسب نوع للمباني الكبيرة والعالية مثل الكباري والسدود لأنّها لا تتطلب خروج كميّة مرتفعة من درجة الحرارة.
  
• 
  الأسمنت التمددي:
  
  
  يتكون هذا النوع من الأسمنت البورتلاندي العادي حيث تم إنتاجه في دولىة
  
  
  
  فرنسا
  
  من عامل تمدد وعامل مثبت، ويستعمل هذا النوع في الأغراض التي تتطلب تغيير في الحجم حيث يتمدد هذا النوع بعد أسبوع من الخلط.
  
• 
  الأسمنت منخفض القلويات:
  
  
  يحتوي الركام على بعض المواد النشطة التي تقوم بحدوث تفاعلات مع القلويات ينتج سليكات الصوديوم أو البوتاسيوم مثل الاوبالين أو الشيرت جميع هذه المكونات موجودة داخل
  
  
  الزلط لذا يجب صنع أسمنت لا يحتوي على أكاسيد الصوديوم أو البوتاسيوم حتى لا يحدث تتفاعل مع الركام النشط.
  
• 
  أسمنت آبار
  
  البترول
  
  :
  
  
  تستعمل هذا النوع في تبطين آبار البترول و المكونات الصخرية ذات النفاذية العالية، لذا فإنّه يتم استخدامه تحت درجة حرارة مرتفعة وضغط عالي لذلك يجب أنّ يحتوي هذا النوع على كميّة كبيرة من البليت ليصبح أخشن من الأسمنت العادي.
  
• 
  أسمنت عالى الأمونيا:
  
  
  يتكون هذا النوع من خليط كلاً من الحجر الجيرى والبوكسيت وذلك بعد أنّ يتمّ حرقهم بواسطة استخدام بواتق، وتختلف درجة تحمل هذا النوع على حسب التكوين الأولى من مادة كربونات الكالسيوم و البوكسيت، حيث كلما ارتفعت نسبة البوكسيت كلما ارتفعت الخواص الحرارية، كما ينقسم الأسمنت الحراري إلى ثلاث أنواع كلاً منها يحتوي على نسبة مختلفة من أكسيد الألومنيوم.
  
• 
  الاسمنتات المخلوطة:
  
  
  يحضر هذا النوع من الأسمنت من خلال حرق الأسمنت البورتلاندى مع مجموعة من النفايات الصناعية مثل خبث الحديد،تراب السليكا، تراب سرس الأرز، الوزولانا الطبيعية أو المصنعة،
  
  
  ومن أهم الأمثلة على هذا النوع ما يلي:
  

الأسمنت الحديدي:


يحضر هذا النوع من خلال طحن كميّة من خبث الحديد التي تعرض للتبريد بطريقة مفاجئة


مع الكلينكر و الجبس، وتتراوح نسبة الخبث في هذا النوع إلى نحو 45 % من وزن الأسمنت، كما يمتلك هذا النوع نفس درجة النعومة ويتميز أيضًا بقدرته على التحمل التي تفوق قوة تحمل الأسمنت البورتلاندي العادي، وأكثر ما يميزه قدرته على مقاومة الكبريت أيضًا. [1][2]

أسمنت جيرى أو رملى ( الكرنك ):


يستخدم هذا النوع للعديد من الأغراض ويتم إنتاجه من مجموعة من المكونات المختلفة مثل طحن نسبة من الرمل و الحجر الجيري لذا يعد هذا النوع من الأسمنت من الأنواع الأقتصادية ذات التكلفة المنخفضة. [3]