توليد سيمان پرتلند (3)

آسياب كاري نهايي

آسياب كاري نهايي كلينكر، يك مرحله ي مهم در توليد سيمان پرتلند محسوب مي شود. در حقيقت، ميزان ريز بودن سيمان پرتلند، بر روي واكنش پذيري، ميزان فعاليت و رئولوژي سيمان پرتلند، اثر دارد. علاوه بر اين، آسياب كاري نهايي آخرين شانس براي توليد كننده ي سيمان است كه بتواند خواص آن را تنظيم كند.
آسياب كاري كلينكر و كلسيم سولفات به خودي خود فرايندي پيچيده نيست اما اين فرايند بايد به خوبي كنترل شود. زيرا ميزان ريز بودن ذرات سيمان به طور مستقيم بر روي خواص فني بتن، اثر دارد. سيمان با اندازه ي ريزتر، فعاليت بيشتري دارد و كنترل رئولوژي آن مشكل تر است،‌ سيمان با اندازه ي درشت تر نيز حرارت هيدراسيون اوليه ي بالاتري دارد و ميزان مواد قليايي بيشتري آزاد مي كند. همچنين در اين سيمان هاي درشت تر، نسبت استحكام دراز مدت سيمان به استحكام 28 روزه ي آن، به 1 نزديك تر است. اين بدين معناست كه بعد از 28 روز، اين سيمان استحكام فشاري بالاتري را بدست نخواهد آورد.
ميزان ريز بودن ذرات سيمان به سه روش مختلف كنترل مي شود. اين كار با اندازه گيري
تعداد ذرات باقيمانده بر روي الك با مش 45 ميكرون،
مساحت سطح ويژه ي Blaine (كه در حقيقت اندازه ي از نفوذپذيري يك لايه از سيمان پرتلند است)،
شيب منحني توزيع اندازه ي ذرات (كه به عنوان تابعي از عدد Rosin- Rammler است(شكل 1))
انجام مي شود.
يكي ديگر از فاكتورهاي مهم كه در طي آسياب كار نهايي مورد ارزيابي و بررسي قرار مي گيرد، دماي داخل آسياب گلوله اي است. ما قبلاً گفته بوديم كه بازده انرژي آسياب هاي گلوله اي، بسيار پايين است و تقريبا 95 % از انرژي وارد شده به آسياب، به حرارت و سروصدا تبديل مي شود. بنابراين، بايد اطمينان حاصل كنيم كه دماي داخل آسياب از يك حد مشخص بالاتر نرود. علت اين مسئله اين است كه با افزايش بيش از حد دما در داخل آسياب، گچ دهيدراته مي شود و همي هيدرات تشكيل مي شود. اين دهيدراسيون مي تواند فرايند گيرش را مختل كند.
وقتي دماي داخل آسياب گلوله اي تمايل به افزايش دارد، بخش خارجي آسياب گلوله اي مي تواند با آب يا هواي تازه، خنك شوند و يا مي توان مقداري آب بداخل آسياب وارد كرد. البته يك مقدار اندك از و هيدراته خواهد شد اما تجربه نشان مي دهد كه اين همي هيدرات است كه به طور ترجيحي اين آب را جذب مي كند. اين را بايد به ياد داشته باشيد كه گچ يك ماده ي بسيار نرم است و در آسياب زودتر از كلينكر، آسياب مي شود.
به دليل اينكه برخي از كلينكرها داراي بالاتر، همواره سريع تر وارد محلول نمي شوند، بنابراين ضروري است كه اين مسئله بواسطه ي دي هيدراسيون بخشي از گچ، جبران شود. علت اين مسئله اين است كه همي هيدرات يون هاي خود را سريع تر از گچ آزاد مي كند. براي رسيدن به تعادل مناسب در حلاليت يون هاي ، برخي از توليدكنندگان سيمان، از يك مخلوط انيدريت و گچ استفاده مي كنند و اجازه مي دهند تا حرارت اين مخلوط،‌ بالا رود به نحوي كه در انتهاي آسياب كاري، تقريبا تمام گچ بدون افزايش ريسك گيرش دروغين، دهيدراته مي شود. اين مفهوم در زماني كه با بتن هاي با مقدار سيمان و آب بالا كار مي كنيم، زياد بد نيست اما اين مسئله زماني كه از بتن هاي با بايندر و آب كم استفاده مي كنيم، مسائل رئولوژيك جدي ايجاد مي شود.
يكي از آخرين توسعه ها كه در آسياب كاري سيمان رخ مي دهد، استفاده از غلطك هاي پرسي براي كمك كردن به فرايند آسياب كاري است. اين توسعه بازده فرايند آسياب كاري را افزايش مي دهد و زمان باقيماندن سيمان در آسياب را كاهش مي دهد. وقتي يك غلطك پرسي به همراه يك جداسازي هوايي با بازده بالا مورد استفاده قرار گيرد، ذرات سيمان بيش از 2 يا 3 مرتبه در داخل آسياب وجود ندارد. اين سيمان هاي پرتلند، سيمان هاي آسياب شده ي سرد ناميده مي شوند و داراي توزيع اندازه ي ذره ي يكنواختي هستند. در يك چنين فرايند سردي، گچ شانس اندكي براي دهيدراته شدن دارد.
به دليل اينكه، كلينكر سخت تر از كلسيم سولفات است، بعد از آسياب كاري، اين ضروري است كه ذرات ريز را جداسازي كنيم. اين در حالي است كه فاز در بخش زبرتر سيمان قرار دارد. مساحت سطح ويژه ي يك سيمان مي تواند اصلاح گردد و بدين وسيله، واكنش پذيري كلينكر، تصحيح مي گردد. در نهايت، كمك آسياب كننده ها براي افزايش توان آسياب كاري، به آسياب افزوده مي شود.

كنترل كيفيت

علارغم تمام تمهيداتي كه در زمان آماده سازي مواد اوليه، پخت و آسياب كاري كلينكر سيمان انجام مي شود، توليد كنندگان سيمان بايد به طور پيوسته ويژگي ها و كيفيت سيمان را كه آنها در سيلوها ذخيره سازي مي شوند، مورد بررسي قرار دهند. اين كنترل پيوسته ضروري است تا بدين وسيله از كيفيت سيمان اطمينان حاصل شود.
در اين بخش قصد نداريم تا جزئيات تمام استانداردهاي موجود در زمينه ي انواع مختلف سيمان پرتلند، را مورد بررسي قرار دهيم. در واقع قصد ما اين است تا در مورد آزمون هاي اصلي انجام شده بر روي سيمان، علت انجام اين آزمون ها و نحوه ي تحليل آزمون ها صحبت مي كنيم.

آناليز شيميايي

همانگونه كه مي دانيد ناحيه اي از دياگرام كه در آن فازهاي با هم موجود مي باشند، بسيار محدود است. بنابراين، اين بسيار مهم است كه تركيب شيميايي خوراك مواد اوليه، تركيب شيميايي كلينكر، و سيمان توليد شده، كنترل گردد. اين بسيار مهم است كه اطمينان حاصل كنيم، اين درصد مواد مختلف، به ميزان قابل توجهي از مقادير متوسط، متفاوت نباشند. البته، اين مسئله مسلم است كه هر سيمان پرتلند يا سيمان مخلوطي كه داراي تركيب شيميايي ثابت است، داراي خواص فني ثابتي نيست. وجود تركيب شيميايي ثابت براي توليد سيمان با كيفيت بالا، ضروري است اما كافي نيست.
از نتايج آناليز شيميايي اين فهميده مي شود كه تركيب فازي بالقوه مي تواند با استفاده از فرمول Bogue محاسبه شود. در كارخانه هاي سيمان مدرن كه فرايند به طور كامل تحت كنترل است، متوسط درصد فاز كه بين 60 تا 65 % است مي تواند با تلورانس 2 تا 3 % حفظ شود. همچنين فاز C_3 A نيز با تلورانس 1 تا 2 % حفظ مي گردد.
استانداردهاي مورد قبول در برخي اوقات، مقدار فاز را براي برخي از سيمان ها، در يك محدوده ي معين، قرار داده اند. براي مثال، در برخي كاربردها، سيمان هاي اروپايي نوع PM و ES بايد كمتر از 5 % داشته باشند.
استانداردهاي مورد قبول همچنين ميزان ماكزيمم موجود در سيمان هاي پرتلند را كمتر از 5/2 تا 5/3 % در نظر گرفته اند. اين درصد به نوع سيمان بستگي دارد. در برخي موارد، وقتي كمتر از 5 % است، ماكزيمم مقدار 3/2 % است. اين نكته بايد تذكر داده شود كه اين محدوديت ها، منشع اين را در نظر نمي گيرند.
تست اتوكلاو براي بررسي پايداري حجمي سيمان مورد استفاده قرار مي گيرد. در حقيقت، در طي دهه ي 1930، اين مشاهده شد كه برخي از سيمان هاي توليد شده در Midwest ايالات متحده ي آمريكا در دراز مدت، تمايل به باد كردن دارند. يك مطالعه ي جزئي بر روي اين مسئله، نشان داده است كه اين بادكردن ها به دليل حضور پريكلاژ اضافي در داخل كلينكر بوده است. اين پريكلاژ پخته شده، در حضور آب، به بروسيت تبديل مي شود و اين بروسيت است كه عامل بادكردن بتن مي باشد. انبساط حجمي آهك هرگز خطرآفرين نمي باشد. زيرا اين انبساط وقتي اتفاق مي افتد كه بتن هنوز تازه است اما انبساط حجمي پريكلاژ پخته شده در زماني رخ مي دهد كه بتن سخت شده است. در زمان حرارت دهي يك مكعب كوچك از خمير سيمان يا ملات در اتوكلاو (حرارت با دماي ℃150 و 5/1 اتمسفر)، هيدراسيون پريكلاژ تسريع مي شود به نحوي كه ميزان باد كردن ايجاد شده بعد از 3 ساعت پخت در اتوكلاو، مي تواند براي مشخص كردن سلامت سيمان مورد استفاده قرار گيرد. اين آزمون مؤثر است زيرا از زمان انجام آن در كارخانجات سيمان، مشكل بادكردن، گزارش نشده است.

خواص فيزيكي

توليدكنندگان سيمان با استفاده از اندازه گيري اندازه ي ذرات با روش Blaine، مساحت سطح ويژه ي سيمان را بدست مي آورند. اين مساحت سطح ويژه به صورت متر مربع بر كيلوگرم يا سانتيمتر مربع بر گرم، گزارش مي شود.
بدبختانه، الزامات استاندارد معمولاً مقادير مينيمم را ارائه مي دهند. در واقع بايد ميزان ريزي ذرات سيمان را كنترل كرد زيرا فعاليت فيزيكي سيمان و خواص آن در حالت تازه، به ريزي ذرات سيمان بستگي دارد.
درحقيقت، اين تست، يك تست تراوايي است. در آمريكاي شمالي، اين كار با توجه به استاندارد ASTM C204 انجام مي شود. در اين روش، با استفاده از يك فرضيه مي توان نفوذپذيري هوا را به مساحت سطح ويژه ي آن مربوط ساخت. استانداردهاي مورد قبول همچنين مقدار ماكزيمم ذرات باقيمانده بر روي الك مش 45 ميكرون را نيز به عنوان يك شاخص در نظر مي گيرند.
تمام سيمان ها همچنين بايد الزامات مربوط به گيرش را با استفاده از سوزن هاي Vicat بدست آورند. يك چنين تستي كاملا تجربي است اما استفاده از آن متداول است. به صورت يك روش روتين، توليدكنندگان سيمان زمان هاي گيرش اوليه و نهايي را اندازه گيري مي كنند. اين تست همچنين براي تشخيص مشكلات گيرش سيمان مفيد مي باشد.

خواص مكانيكي

توليدكنندگان سيمان استحكام سيمان خود را با استفاده از اندازه گيري استحكام مكعب هاي سيماني كوچك، ارزيابي مي كنند. در اين مكعب ها نسبت آب/ بايندر برابر با 5/0 مي باشد. نحوه ي آماده سازي اين مكعب ها بر اساس استاندارد ASTM C150 تعيين مي شود. با توجه به نوع سيمان توليد شده، الزامات استحكامي مختلفي بايد برآورده شود. اندازه گيري استحكام در زمان هاي 24 ساعته، 3 روزه، 7 روزه و 28 روزه بدست مي آيد. بدبختانه در هر دوره، تنها يك مقدار مينيمم براي استحكام ذكر مي شود.
استحكام اوليه ملات هاي استاندارد كه داراي نسبت ثابتي از آب/ بايندر هستند، تابعي از مقدار و ي سيمان، ريزي ذرات سيمان و درصد كلسيم سولفات است. معمولاً مقدار كلسيم سولفات يك سيمان با افزايش استحكام فشاري (از طريق تشكيل اتريانجيت) آن بهينه سازي مي شود.
اين انتظار وجود دارد كه اهميت استفاده از استحكام مكعب هاي سيماني با گذر زمان كاهش يابد زيرا كنترل رئولوژي بتن هاي خاص اهميت بيشتري نسبت به اين فاكتور پيدا كرده است. اين مسئله همواره ساده است كه استحكام فشاري بتن را افزايش دهيم: براي اين كار تنها كافي است نسبت آب/ بايندر را كاهش دهيم. به طور عكس، افزايش ريزي ذرات سيمان و افزايش مقدار مي تواند موجب كاهش سريع در ماندگاري بتن شود. علت اين مسئله، به دليل تغيير رئولوژي بتن است .

بسته بندي و بارگيري

سيمان پرتلند در ابتدا در بشكه هاي 170، 230 يا 350 كيلوگرمي، بسته بندي مي شد. در انگليس و ايالات متحده ي آمريكا، يك بشكه سيمان 170 كيلوگرم وزن داشت. سپس سيمان در كيسه هاي كرباسي 50 كيلوگرمي بسته بندي شد. اين كيسه ها به كارخانه برگشت داده مي شد و در آن زمان كارگران زن، اين كيسه ها را تميز و تعمير مي كردند و دوباره مورد استفاده قرار مي گرفت. وقتي Bates ايده ي استفاده از كيسه هاي كاغذي در بسته بندي سيمان را مطرح كرد، سرعت بسته بندي سيمان افزايش يافت و به 1200 كيسه در ساعت رسيد. امروزه حتي سرعت بسته بندي بيشتر از اين مقدار شده است.
هم اكنون، سيمان پرتلند مي تواند به شكل هاي مختلف انتقال يابد. اولين شكل، بارگيري و انتقال كلينكر و سايش اين كلينكرها با مقدار مناسبي از كلسيم سولفات در محل تحويل، مي باشد. اين راه ايمن و ساده اي براي انتقال سيمان پرتلند، است و در جاهايي مورد استفاده قرار مي گيرد كه ميزان سيمان پرتلند ارسال شده، نتواند نيازهاي آن مكان را برآورده كند و همچنين ساخت كارخانه ي سيمان در آن منطقه نيز مقرون به صرفه نباشد. البته اين نكته بايد تذكر داده شود كه ساخت تأسيسات آسياب كاري محلي و همچنين احداث بخش كنترل كيفيت در اين مكان ها داراي هزينه هاي خاص خود مي باشد. البته اين كار مي تواند بوسيله ي شركت هاي سيمان بزرگ و براي رسيدن به يك بازار جديد، مورد استفاده قرار گيرد.
سيمان پرتلند مي تواند در كيسه انتقال يابد. اين كيسه ها معمولاً 40 يا 50 كيلو وزن دارند. در حمل و نقل هايي كه امكان نفوذ آب به داخل كيسه، وجود دارد، استفاده از كيسه هاي ضد آب مرسوم است. كيسه هاي سيمان پرتلند بر روي پالت هاي چوبي بسته بندي مي شوند. اين بسته هاي پالت دار داراي وزني برابر با 1 يا 2 تن هستند. در بيشتر موارد، پالت ها شرينك مي شوند و بدين وسيله از سيمان در برابر نفوذ آب محافظت مي شود. يك سيستم بسته بندي مدرن مي تواند در يك ساعت هزاران كيسه ي سيمان را بسته بندي كند (شكل 2).
سيمان پرتلند مي تواند در كيسه هاي بزرگ نيز انتقال يابد كه وزن اين كيسه هاي بزرگ معمولاً 5/1 تن مي باشد (شكل 2). در كشورهاي صنعتي، سيمان پرتلند و بايندرهاي هيدراته، اغلب به صورت توده اي و با استفاده از واگن هاي قطار مخصوص، انتقال مي يابد. بارگيري و تخليه ي اين وسايل با استفاده از سيستم هاي پنيوماتيك انجام مي شود. زمان تخليه ي سيمان در اين وسايل 1 يا 2 ساعت طول مي كشد. نسبت سيمان انتقال يافته به صورت توده اي و كيسه بندي، در كشورهاي مختلف،‌ متفاوت است. اين نسبت به طبيعت استفاده از بتن و همچنين ماهيت بازار مصرف محلي بتن،‌ بستگي دارد.
سيمان پرتلند مي تواند با استفاده از كشتي و قايق هاي مجهز به سيستم هاي تخليه ي پنيوماتيك، انتقال يابد. معمولاً اين قايق هاي خاص مي توانند با يك بار بارگيري، 5000 تا 20000 تن سيمان پرتلند را جابجا كنند.
براي مثال، در يك بازه ي زماني، كارخانه هاي توليد سيمان در نروژ و اسپانيا، با استفاده از اين تكنولوژي هاي انتقال، توانايي فروش سيمان خود به بازارهاي ايالت هاي بوستون و نيويورك را پيدا كردند.
اخيراً، كشتي هاي بزرگ تر ساخته شده اند كه در واقع مي توان آنها را سيلوهاي بزرگ سيمان ناميد. اين كشتي ها قادرند تا سيمان را به چندين مكان تحويل دهد. Dumez و Jeunemaitre درسال 2000 گزارش داده اند كه در اين سال تقريباً 90 ميليون تن سيمان از طريق كشتي جابجا شده است. موارد نادري رخ مي دهد كه سيمان بوسيله ي هواپيما يا هلي كوپتر جابجا شود.

ارزيابي شاخصه هاي سيمان پرتلند

سيمان پرتلند و بايندرهاي هيدروليكي كه امروزه توليد مي شوند، دقيقاً همان هايي نيستند كه 50 تا 100 سال پيش توليد مي شدند. تركيب شيميايي و فازي سيمان پرتلند در طي 100 سال گذشته، تغيير كرده است. از نقطه نظر تركيب شيميايي، سيمان هاي پرتلندي كه امروزه مورد استفاده قرار مي گيرند، از آلومينا و آهك غني ترند و در نتيجه، ميزان فاز و در آنها بيشتر است. اين دو فاز مسئول ايجاد استحكام اوليه در سيمان هستند. علاوه بر اين، مقدار موجود در كلينكرهاي مدرن، به طور قابل توجهي افزايش يافته است. اين مسئله با استفاده از سوخت هاي داراي گوگرد بالا بوسيله ي توليد كنندگان سيمان و همچنين وقوع بحران نفتي، بوجود آمده است.
شركت هاي نفتي و توليد كننده ي زغال سنگ، سوخت هاي غني از گوگرد را با قيمت ارزان به فروش مي رسانند زيرا صنايع اندكي هستند كه مي توانند به طور مستقيم اين سوخت ها را مورد استفاده قرار دهند. صنعت سيمان يكي از صنايع نادر است كه مي تواند به طور مستقيم از اين سوخت ها استفاده كند. علت اين مسئله اين است كه تري اكسيد گوگرد توليد شده در كوره ي سيمان در داخل كلينكر به دام مي افتد و از اين رو، به محيط زيست آسيب نمي رساند. در طي 50 سال گذشته، مقدار تري اكسيد نيتروژن كلينكر از 5/0 درصد افزايش يافته و به 5/1 % رسيده است. اين مقدار در هنگامي كه صنعت سيمان از زغال سنگ و كك با درصد گوگرد بالا استفاده مي كنند، حتي از اين مقدار نيز بيشتر مي شود.
به دليل اينكه ميزان ماكزيمم تري اكسيد گوگرد موجود در سيمان نبايد از حد استاندارد افزايش يابد (به دليل افزايش مقدارسولفونوآلومينات توليدي در طي هيدراسيون سيمان)، برخي از سيمان هاي مدرن داراي مقادير كلسيم سولفات كمتري هستند. در برخي موارد، مقدار يون هاي SO_4^(2-) به حد كافي نرسيده است و اين مسئله مي تواند مشكلاتي در زمينه ي عدم سازگاري بتن هاي با نسبت آب/ بايندر پايين، با سوپرپلاستسايزرهاي پلي سولفوناتي، ايجاد كند.
در نيتجه، اين بايد گفته شود كه شاخصه هاي اصلي سيمان پرتلند در طي 50 تا 02 سال گذشته، نمو داشته است. اين مسئله درحالتي ايجاد شده است كه حتي توليد بتن هاي با خواص ثابت و با پايداري مناسب، تسهيل نشده است.
روي هم رفته، اين مسئله قطعي است كه ميزان هماهنگي و سازگاري شاخصه هاي سيمان پرتلند، بهبود يافته است. در واقع، كارخانه هاي مدرن توليد سيمان داراي بازده بسيار خوبي هستند. فرايند ايجاد شده در اين كارخانه هاي كاملاً‌ تحت كنترل است و جهاني سازي نيز موجب ايجاد رقابت بين شركت هاي سيمان مختلف شده است. به هر حال فشارهاي اخير شركت هاي بتن سازي و صنعت پيش ساخته موجب شده تا شركت هاي توليد كننده ي سيمان ميزان ريزي ذرات سيمان و همچنين مقدار فازهاي و را افزايش دهند. اين مسئله موجب شده است تا ميزان دوام بتن حاصله از اين سيمان ها كاهش يابد .
وقتي صنعت بتن سازي، از سيمان هاي با اندازه ي ذرات ريز، و غني از فازهاي و استفاده مي كند، از لحاظ فني محدوديت هاي فراواني ايجاد مي شود زيرا اين سيمان ها مستعد ترك خوردن هستند. علت اين مسئله شرينكيج بيشتر آنها و همچنين حرارت هيدراسيون بالاتر آنهاست. از اين رو ديدگاه مطرح شده در بالا به نظر نادرست مي رسد.
يكي ديگر از اصلاحات پنهان در زمينه ي شاخصه هاي سيمان هاي پرتلند مدرن، به توزيع اندازه ي ذرات اين سيمان ها بر مي گردد. البته روش اندازه ي گيري توزيع ذرات Blaine هنوز هم متداول ترين روش مورد استفاده در ارزيابي ميزان ريز بودن ذرات سيمان است اما تغيير در شكل نمودار توزيع اندازه ي ذرات نيز يك عامل مهم مي باشد كه در اين روش در نظر گرفته نمي شود. امروزه با تغيير سيستم هاي آسياب از حالت مدار باز به مدار بسته، توزيع اندازه ي ذرات سيمان توليدي، بهبود يافته است. در واقع در سيستم هاي جديد، در صورتي ذره ي سيمان به بخش ذخيره سازي ارسال مي شود كه اندازه ي آن در يك حد مشخص قرار گرفته باشد. سيستم هاي آسياب كاري جديد افزايش قابل توجهي در ميزان توليد را به همراه داشته اند. در اين سيستم ها تنها ذراتي از سيمان به آسياب بازگرداني مي شوند كه داراي اندازه ي درشت هستند. در واقع سيستم هاي مدار بسته ي امروزي 20 % بيشتر نسبت به سيستم هاي مدار باز كه تا چند سال پيش مورد استفاده قرار مي گرفت، سيمان توليد مي كنند. تفاوت در توزيع اندازه ي ذرات مي تواند موجب ايجاد تفاوت در ميزان فعاليت سيمان و رفتار رئولوژيك آن ها شود. وقتي توزيع اندازه ي ذرات سيمان هاي پرتلند مدرن مورد بررسي قرار مي گيرد، اين فهميده مي شود كه عدد Rosin-Ramler كه معمولا از شيب بخش مياني نمودار توزيع اندازه ي ذرات بدست مي آيد، افزايش يافته است. به عنوان يك نتيجه، سيمان هاي مدرن نسبت به عرق كردن و جدايش نسبت به سيمان هاي ديروز، مقاوم تر هستند.
در نهايت، اين نكته بايد تذكر داده شود كه يكي ديگر از تغييرات در زمينه ي آسياب كاري سيمان هاي مدرن، اصلاح توزيع اندازه ي ذرات و مورفولوژي ذرات مي باشد. علت اين مسئله استفاده از غلطك هاي پرسي قبل از آسياب كاري با آسياب گلوله اي مي باشد. هم اكنون، زمان باقيماندن يك ذره ي سيمان در داخل آسياب مي تواند بسيار كوتاه باشد. علت اين مسئله اين است كه ذرات ريز به سرعت از سيستم آسياب خارج مي شوند.
توليدكنندگان بتن نيز توانسته اند ياد بگيرند كه با اين سيمان ها چگونه عمل كنند. در واقع اين غير ممكن است كه توليد كنندگان سيمان، به سيستم هاي قبلي سايش كلينكر، باز گردند. با در نظر گرفتن مزيت هاي اقتصادي اين تكنولوژي جديد براي توليد كنندگان سيمان، توليد كنندگان بتن بايد به سرعت ياد بگيرند كه چگونه از مزيت هاي اين سيمان ها استفاده كنند. آنها همچنين بايد ياد بگيرند كه چگونه مي توانند محدوديت هاي اين سيمان ها را نيز اصلاح كنند.

اثرات محيط زيستي توليد سيمان پرتلند

كلينكر سيمان داراي 60 تا 70 % آهك است. براي ساده سازي محاسبات، بياييد فرض كنيم كه اين درصد برابر 65 % است. به دليل اينكه منبع اصلي اين آهك در جهان، سنگ آهك است، اين ساده است كه بتوان ميزان دي اكسيد كربن خارج شده در طي دي كربونيزاسيون سنگ آهك مورد استفاده براي توليد سيمان را بدست آوريم:

براي توليد يك تن كلينكر، نياز است تا 65 % آهك داشته باشيم، بنابراين، ضروري است كه با مقدار تن سنگ آهك شروع كنيم. اين مقدار برابر با 16/1 تن سنگ آهك مي شود و ميزان دي اكسيد توليد شده در اين فرايند برابر مي شود با:

بنابراين براي توليد هر تن كلينكر، 51/0 تن دي اكسيد كربن توليد مي شود.
در كارخانجات مدرن، بسته به بازده انرژي فرايند، اين ضروري است تا بين 100 تا 200 كيلوگرم زغال سنگ براي توليد 1 تن كلينكر، مورد استفاده قرار گيرد.


بنابراين، مقدار توليد شده در طي فرايند توليد بين و تن دي اكسيد كربن متغير است .
در كل، مقدار در يك كارخانه ي سيمان مي تواند بين 9/0 تا 25/1 تن براي هر تن كلينكر باشد. در اين محاسبات، مقدار ايجاد شده در حين توليد برق مورد استفاده در فرايندهاي توليد سيمان، در نظر گرفته نشده است.
به طور كلي، بايد گفت كه توليد 1 تن كلينكر، 1 تن دي اكسيد كربن توليد مي كند. در حقيقت، وقتي محاسبات دقيق تر انجام شود، مي فهميم كه براي هر تن كلينكر، ميزان مصرف بين 8/0 تا 2/1 تن مي باشد .
به دليل اينكه در برخي كشورها مقادير اندكي سيمان هاي مخلوط نيز توليد مي شود، مقدار واقعي وارد شده به اتمسفر كمتر از اين مقدار است. بياييد فرض كنيم كه در سال 2002، با توليد سيمان مخلوط، 10 % ميزان مصرف كلينكر كاهش يافته باشد. اگر 5 % از اين سيمان نيز گچ باشد، بنابراين، مي توان تخمين زد كه 85 % از سيمان را كلينكر تشكيل داده است و بنابر اين از 5/1 ميليارد تن سيمان توليد شده، 1275 ميليارد تن دي اكسيد كربن وارد هوا شده است. اين مقدار يك مقدار قابل توجه است اما اين را بايد به ياد داشته باشيد كه اين مقدار از انتشار دي اكسيد كربن، تنها 6 تا 8 % از ميزان انتشار گازي دي اكسيد كربني است كه سالانه وارد هواكره مي شود. ولي در كل، كاهش ميزان انتشار دي اكسيد كربن يكي از چالش هاي روبرو با صنعت سيمان است.
همچنين اين مسئله بايد تذكر داده شود كه انتشار گردوغبار نيز يكي از چالش هاي كارخانجات توليد سيمان است. امروزه تقريبا هر گرد و غباري كه از كوره ي توليد سيمان بيرون مي آيد، بوسيله ي غبارگيرهاي الكترواستاتيك جمع آوري مي شوند. بيشتر اين گرد و غبار دوباره به كوره وارد مي شوند. وقتي درصد مواد قليايي موجود در اين گردوغبارها بالا باشد، نمي توان آنها را دوباره وارد فرايند كرد و توليد كنندگان سيمان مجبور به ذخيره سازي آنها مي شوند. اين ذخيره سازي مي تواند مسائل زيست محيطي فراواني بوجود آورد و منابع آبي را آلوده كند.

نتيجه گيري

صنعت سيمان درطي 100 سال گذشته پيشرفت قابل ملاحظه اي داشته است. اين فرايند امروزه با اتوماسيون فرايند توليد، به كمال خود نزديك شده است و امروزه كوره هاي مدرن توليد سيمان، توانايي توليد 10 هزار تن كلينكر در روز را دارا مي باشند.
اولين بحران نفتي جهان كه در ابتداي دهه ي 1970 رخ داد، موجب شد تا توليد كنندگان سيمان مجبور شوند راه هايي براي افزايش بازه فرايند توليد سيمان پرتلند، پيدا كنند. همچنين براي كاهش انتشار دي اكسيد كربن نيز، اين صنعت راهي جز استفاده از سيمان هاي مخلوط ندارد. اين سيمان هاي مخلوط از مخلوط كردن سيمان پرتلند با خاكستر بادي، سرباره، متاكائولن، دوده ي سيليسي توليد مي شوند. البته تلاش ها در زمينه ي توليد كلينكرهاي مينراليزه شده و اصلاح اساسي فرايند توليد سيمان (كاهش دماي فرايند) نيز در حال انجام مي باشد.
اين مسئله بايد تذكر داده شود كه صنعت سيمان هم اكنون توانسته است تلاش زيادي در زمينه ي كاهش مصرف انرژي انجام دهد. موفقيت اين صنعت در قرن 21، به ميزان سرعت اين صنعت در زمينه ي سازگاري با قوانين محيط زيستي، بستگي دارد.