توليد سيمان پرتلند (2)
انتخاب نوع سوخت مورد استفاده، يك مسئله ي حياتي از نقطه نظر اقتصادي مي باشد. در واقع انتخاب سوخت بايد با توجه به هزينه هاي آن بر روي هزينه ي سيمان پرتلند، انجام شود (شكل 18 بخش اول اين مقاله). اين هزينه 24 %
مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع: راسخون
منبع: راسخون
سوخت هاي مورد استفاده
انتخاب نوع سوخت مورد استفاده، يك مسئله ي حياتي از نقطه نظر اقتصادي مي باشد. در واقع انتخاب سوخت بايد با توجه به هزينه هاي آن بر روي هزينه ي سيمان پرتلند، انجام شود (شكل 18 بخش اول اين مقاله). اين هزينه 24 % از هزينه ي كل توليد سيمان پرتلند را تشكيل مي دهد. بنابراين، انتخاب سوخت بايد با توجه به ملاحظات محلي در زمينه ي سوخت، انجام شود. زغال سنگ آسياب شده، سوخت هاي سنگين، گاز طبيعي، كك نفتي، ضايعات آلي يا يك مخلوط از چندين سوخت را مي توان در توليد سيمان، استفاده كرد. در برخي موارد، سوخت مورد استفاده در كارخانه هاي سيمان، مي تواند در زمان هاي مختلف سال، تغيير كند و به هر حال، در هر بخشي از سال، سوخت متداول تر، مورد استفاده قرار مي گيرد.در طي 10 الي 20 سال گذشته، كارخانه هاي سيمان توانسته اند زغال سنگ و سوخت هاي گوگرد دار را با قيمت هاي مناسب خريداري كنند، علت اين مسئله، اين حقيقت است كه صنعت سيمان يكي از معدود صنايعي است كه مي تواند سوخت هاي با درصد گوگرد بالا را بسوزاند بدون آنكه SO_3 توليد كند. علت اين مسئله اين است كه مواد قليايي موجود در مواد اوليه در كوره ي توليد سيمان، اين گوگرد را به شكل سولفات هاي قليايي در سيمان نگه مي دارد. اما استفاده از چنين سوخت هاي با گوگرد بالايي، داراي اثر زيادي بر روي خواص كلينكرهاي توليدي است.
زغال سنگ با مقادير بالاي خاكستر نيز مي تواند در توليد كلينكر، مورد استفاده قرار گيرد. در هنگام استفاده از اين سوخت ها تنها لازم است تا ورود اين مواد و اثر آنها بر روي تركيب شيميايي نهايي، در نظر گرفته شود.
تصوير شماتيك يك كوره ي سيمان
كوره ي توليد سيمان، يكي از بخش هاي كليدي در توليد اين محصول بشمار مي آيد. در واقع در اين بخش كارخانه است كه خوراك اوليه، به سيمان تبديل مي شود (شكل 14 بخش اول اين مقاله). در اين بخش، ما سه نوع كوره اي را كه در كارخانه هاي سيمان مدرن مشاهده مي شوند را، توصيف خواهيم كرد. اين كوره ها براي فرايند خشك طراحي شده اند. اين كوره ها عبارتند از:
يك كوره ي طويل مجهز به پيش گرم كننده
يك كوره ي كوتاه مجهز به پيش كلسينه كننده
يك كوره ي طويل مجهز به پيش كلسينه كننده
در اين شكل، مقياس افقي بيان كننده ي زمان باقيمانده در هر نقطه ي دمايي مخلتف است. اين مسئله از زمان ورود ماده به داخل كوره تا زمان خروج كلينكر، در نظر گرفته شده است. وقتي كوره در سرعت ثابت حركت كند، اين زمان مربوط به محل خاصي است كه ماده ي اوليه در داخل كوره به خود اختصاص داده است. بر روي محور y، دو مقياس مورد استفاده قرار گرفته است. بر روي يكي، تغيير جرم مواد در طي عبور از كوره نشان داده شده است و بر روي ديگري، پروفايل دمايي بيان شده است.
از اشكال 1 و 2 و 3 اين فهميده مي شود كه اين كوره 4 ناحيه زير تقسيم بندي شده است:
ناحيه ي كلسيناسيون
ناحيه ي انتقال
ناحيه ي پخت
ناحيه ي سرد شدن
كوره ي با يك پيش گرم كن (شكل 1)
براي توليد 2500 تن كلينكر با يك چنين كوره اي، كوره بايد داراي قطري برابر با 8/4 تا 5 متر باشد و طول آن نيز بين 67 تا 74 متر باشد. در اين حالت، نسبت طول به قطر اين كوره برابر با 14 است و سرعت چرخش كوره بايد 2 دور بر دقيقه باشد.در اين ناحيه است كه اولين كريستال هاي بلايت از طريق واكنش آهك توليدي با سيليس، ايجاد مي شود. همچنين در اين ناحيه است كه
وقتي تمام آهك كلسينه شود، دما در داخل ناحيه اي كه ناحيه ي انتقال ناميده مي شود، افزايش مي يابد. اين ناحيه دقيقاً در كنار ناحيه ي پخت قرار گرفته است. در طي 5 دقيقه، دماي مواد خام از 900 درجه به
وقتي مواد خام از ناحيه ي انتقال مي گذرند، اين مواد به گرمترين نقطه ي كوره مي رسند. در اين مكان دما برابر با
بعد از اين ناحيه، كلينكر كوئنچ مي شود به نحوي كه
در اين نوع كوره ها، كلينكر بعد از 45 دقيقه، از كوره خارج مي شود در حالي كه دماي كلينكر خروجي در حدود
كوره ي كوتاه مجهز به پيش كلسينه كننده (شكل 2)
براي توليد 2500 تن كلينكر در روز با استفاده از اين كوره، كوره بايد تنها 4 تا 4/4 متر قطر داشته باشد و طول آن نيز بايد بين 40 تا 50 متر باشد. يك چنين كوره ي كوتاهي نيازمند تنها دو پايه ي نگهدارنده است (برخلاف كوره ي قبلي كه نيازمند 3 پايه است). نسبت طول به قطر اين كوره در حدود 10 مي باشد و كوره با سرعت 5/3 دور بر دقيقه مي چرخد. زمان باقيماندن مواد خام در داخل اين كوره 20 دقيقه مي باشد (كوتاه تر از زمان باقيماندن در كوره ي قبلي).زمان باقيماندن در ناحيه ي سرد كردن، در حدود 2 دقيقه است (مشابه كوره ي قبلي).
زمان باقيماندن در ناحيه ي پخت حدود 10 دقيقه است (مشابه كوره ي قبلي).
زمان باقيماندن در ناحيه ي انتقال 6 دقيقه است (برخلاف كوره ي قبلي كه اين زمان، 5 دقيقه بود).
به هر حال، فرايند كلسيناسيون در اين كوره، تنها 2 دقيقه طول مي كشد.
آخرين نكته اين است كه تنها تفاوت اصلي اين كوره با كوره ي قبلي، فرآوري كلينكر است.
از نقطه نظر ميزان مصرف انرژي، مسائل مالي و مسائل فني، يك كوره ي كوتاه مجهز به پيش كلسينه كننده، كوره ي ايده آل است. به هر حال، ما اين نوع كوره نيز در زماني كه مواد اوليه داراي مقادير بالايي مواد قليايي باشند، داراي مشكلات فني زيادي است.
به عنوان نتيجه گيري بايد گفت، استفاده از پيش كلسينه كننده، موجب مي شود تا:
طول كوره كوچكتر باشد.
دما به سرعت در نقطه ي انتقال، افزايش يابد كه اين مسئله رشد كريستالي بلايت را كاهش مي دهد.
كريستال هاي الايت ريزتري توليد مي شود و فاز بين شبكه اي نيز متخلخل تر است از اين رو، آسياب كردن كلينكر ساده تر مي شود.
به دليل اينكه كوره كوتاه تر است، قطر آن مي تواند افزايش يابد. هم اكنون بزرگترين كوره از اين نوع، 10 متر قطر دارد و مي تواند 10 هزار تن سيمان را در يك روز توليد كند. در سال 1984، Gouadin پيش بيني كرد كه با استفاده از اين كوره ها، امكان توليد 10 هزار تن سيمان در روز امكان پذير است. يك چنين كوره اي مي تواند تنها در مكان هايي ساخته شود كه بازار مقادير قابل توجهي براي سيمان وجود داشته باشد.
كوره هاي طويل با سه پايه و مجهز به پيش كلسينه كننده (شكل 3)
براي توليد 2500 تن سيمان در روز، يك چنين كوره اي بايد قطري بين 4 تا 4/4 متر و طولي بين 56 تا 64 متر داشته باشد. در اين حالت، نسبت طول به قطر بايد برابر با 14 باشد و كوره بايد در هر دقيقه 3 دور بزند. در يك چنين كوره اي، ميزان دي كربونيزاسيون قبل از ورود مواد اوليه به داخل كوره، برابر با 95 % مي باشد.
فعاليت CaO به طور قابل ملاحظه اي كاهش مي يابد زيرا كريستال هاي بلايت، رشد مي كنند.
تشكيل ذرات كلينكر مشكل تر مي شود و نياز است تا دماي كلينكر از 1420 درجه به
ساختاركلينكر درشت تر مي شود، تخلخل هاي آن كمتر شده و آسياب كردن آن مشكل تر مي شود.
فعاليت و واكنش پذيري كلينكر توليد شده، نسبت به كلينكر توليد شده در دو كوره ي ديگر، كمتر است. در نتيجه، علاقه اي در زمينه ي نصب پيش كليسينه كننده در اين نوع كوره ها، وجود ندارد.
جريان مواد فرار در كوره
در طي پخت، عناصر شيميايي K، Na، S و Cl به طور كامل يا جزئي تبخير مي شوند، به دليل همراه شدن اين بخارات با گازهاي حاصل از احتراق، اين عناصر به سردترين بخش كوره مي رسند و در آنجا مايع مي شوند. اين مسئله مي تواند به عملكرد كوره آسيب برساند.تصعيد مواد فرار از دمايي در حدود
سيكل مواد كلردار
به دليل داشتن فشار بخار بالا، مواد كلردار نسبت به مواد گوگرد دار، فرارترند. پتاسيم كلريد در بين مواد كلردار با سهولت بيشتري تبخير مي شود. به دليل پديد آمدن سيكل، ميزان مواد كلردار موجود در كوره مي تواند بيشتر از ميزاني باشد كه در مواد اوليه و سوخت وجود دارد.سيكل گوگرد و مواد قليايي
زمان باقيماندن طولاني و همچنين افزايش دما، تبخيراكسيدهاي قليايي
به دليل فشار بخار پايين، بخشي از سولفات هاي مواد قليايي در داخل كلوخه هاي كلينكر، به دام مي افتند. در تصاوير SEM، آنها به صورت كريستال هاي و يا رسوبات كوچكي ديده مي شوند كه بر روي فازهاي الايت و بلايت، رسوب كرده اند.
مسئله ي اصلي از نقطه نظر توليد، مسدود شدن كوره است كه اين مسدود شدن بايد با استفاده از تفنگ هاي هوايي از بين برود. براي جلوگيري از تشكيل اين مسدود شدگي ها، يك مسير فرعي ايجاد شده است كه اجازه ي خارج كردن سولفات مواد قليايي را فراهم مي آورد. البته اين بخش ها موجب پديد آمدن اتلاف حرارت مي شود. در برخي از كارخانجات سيمان، اين مسئله به حدي بحراني است كه گرد و غبار كوره نمي تواند وارد فرايند شود.
بررسي هاي ميكروسكوپي بر روي برخي از كلينكرهاي صنعتي
بررسي مرفولوژي هاي مختلف كلينكرهاي توليد شده در كوره هاي سيمان، از جمله بخش هاي اين مقاله نمي باشد. هدف از اين بخش بيان اين نكته است كه تنوع زيادي در مورفولوژي كلينكرها وجود دارد. اين مسئله حتي در زماني كه تركيب شيميايي دو كلينكر به هم نزديك است، مشاهده مي شود. اين بخش به شما كمك مي كند تا بفميد چرا سيمان پرتلند ماده ي منحصر بفرد هستند. در ادامه، ما تصاوير SEM بدست آمده از سطح شكست برخي از كلينكرهاي صنعتي را نشان داده ايم.بررسي شكل 5
بخش بالايي شكل نشاندهنده ي يك كلينكر است كه از كريستال هاي كوچك الايت تشكيل شده است. اين كريستال ها داراي اندازه ي متوسطي برابر با 10 تا 20 ميكرومتر است. در اين تصوير، تنها يك كريستال الايت درشت تر از 40 ميكرون است. كريستال هاي الايت چند گوشه اي هستند و به طور مناسب مجزا شده اند. در واقع اين كريستال به خوبي به اطراف خود متصل نشده است. اين كلينكر، نسبتا متخلخل است و بنابراين، آسياب كاري آن آسان است.بررسي شكل 6
تصوير بالا نشان دهنده ي كريستال هاي مدور بلايت است كه داراي بافت لايه لايه است. اين كلينكر متخلخل است و به آساني آسياب مي شود. تصوير پايين، يك دانه ي بلايت را در مقياس بزرگتر نشان مي دهد. ساختار لايه لايه اي بلايت بر اين دلالت دارد كه اشكال پليمرفي متنوعي براي بلايت وجود دارد. اين كلينكر نيز متخلخل است.بررسي تصوير 7
تصوير بالا يك بخش از فاز بين شبكه اي را در مقياس بزرگتر نشان مي دهد. اين بخش در اطراف يك كريستال درشت بلايت واقع شده است. طبيعت متخلخل فاز بين شبكه اي كاملا واضح است. احتمالا اين فاز بين شبكه اي از كريستال هاي توخاليبررسي شكل 8
دو تصوير در اين شكل وجود دارد كه بيان كننده ي كريستال هاي چند وجهي و درشت الايت است كه بر روي آنها رسوبات سولفات مواد قليايي، وجود دارد. تصوير پايين، نشاندهنده ي بلايت ثانويه اي است كه از طريق تجزيه يبررسي شكل 9
در يكي از اين تصاوير مي توانيد بلايت ثانويه را مشاهده كنيد كه به صورت يك برآمدگي بر روي كريستال هاي الايت، قابل مشاهده است. اين نوع از مورفولوژي در سرد كردن آهسته، بوجود مي آيد.بررسي شكل 10
اين تصوير يك بخش بلايتي را نشان مي دهد كه بوسيله ي يك خوشه ي از كريستال هاي كوچك بلايت، تشكيل شده است. حضور اين ساختار بلايتي در كلينكر معمولا به دليل حضور ذرات كوارتز درشت تر در مواد اوليه، ايجاد مي شود. اين ناحيه ي غني از سيليس، اجازه ي استحاله ي كريستال هاي بلايت به الايت را به دليل عدم وجود آهك در اين ناحيه، نمي دهد.بررسي شكل 11
اين شكل يك خوشه از آهك آزاد را نشان مي دهد كه نشاندهنده ي وجود سنگ آهك اضافي نسبت سيليس، در اين ناحيه بوده است. غلظت آهك بالاتر موجب تشكيل خوشه اي از آهك آزاد مي شود. كلينكرها معمولا داراي 5/0 تا 2 % آهك آزاد هستند.ذخيره سازي كلينكر
كلينكر معمولاً در اتاق هاي بزرگ يا در سيلوهاي ويژه، ذخيره سازي مي شوند تا فعاليت آنها حفظ شود (شكل 12). وقتي يك كلينكر در فضاي باز ذخيره سازي شود، اين ضروري است كه در آسياب تا اندازه هاي كوچكتري ريز شود تا بدين وسيله استحكام بالقوه و رئولوژي آن حفظ گردد به نحوي كه اين سيمان بتواند استانداردهاي لازم را كسب كند.افزودن كلسيم سولفات
هيدراسيوندر حدود سال1900 بود كه Giron يك شيميدان فرانسوي، سعي كرد تا تكنولوژي كوره هاي دوار سيمان در آمريكا را بهبود دهد. او اين ايده را مطرح كرد كه با افزودن مقادير اندك از گچ به كلينكر در حال آسياب، مي توان گيرش و سخت شدن اوليه آن را كنترل كرد. بعدها، le Chatelier و Candlot به طور علمي واكنش هاي شيميايي ايجاد شده در اين فرايند را توصيف كردند.
كنترل مقدار كلسيم سولفات در زماني كه صنعت سيمان شروع به استفاده از سوخت هاي با درصد گوگرد بالا كرد، پيچيده تر شد. در طي چند سال، مقدار متوسط
اين مشكل حتي در زماني كه در برخي كشورها، سولفات آهن و پيريت (pyrite) به خاطر برخي مسائل، وارد خوراك خام كوره ي سيمان مي شود، نيز بيشتر مي شود.
در كنار اين فرضيه در مورد مقدار
/ج
مقالات مرتبط
تازه های مقالات
ارسال نظر
در ارسال نظر شما خطایی رخ داده است
کاربر گرامی، ضمن تشکر از شما نظر شما با موفقیت ثبت گردید. و پس از تائید در فهرست نظرات نمایش داده می شود
نام :
ایمیل :
نظرات کاربران
{{Fullname}} {{Creationdate}}
{{Body}}