نحوه ساخت سیمان

یک عنصر کلیدی در بتن، سیمان است و خانه ها، پل ها گرفته تا پیاده روها و شبکه فاضلاب، استفاده می شود. بتن از اختلاط سیمان با سنگدانه ها (ماسه، شن و آب) ساخته می شود و خمیری را تشکیل می دهد که به مرور زمان سفت می شود. استفاده از سیمان برای خاصیت اتصال به بتن، لازم است، چرا که به آن اجازه می دهد تا به یک ماده قوی و بادوام تبدیل شود. فرآیند ساخت سیمان، فرآیندی پیچیده و شامل چندین مرحله است. هر مرحله از فرآیند نقش مهمی در کیفیت کلی محصول نهایی دارد. در این مقاله نحوه ساخت سیمان با شش مرحله ساخت سیمان را شرح خواهیم داد.

مراحل ساخت سیمان

مرحله 1: استخراج مواد خام معدن

مواد اولیه سیمان مورد نیاز برای ساخت سیمان عبارتند از سنگ آهک (کلسیم)، ماسه و خاک رس (سیلیکون، آلومینیوم، آهن)، شیل، خاکستر بادی و آسیاب است. سنگ های سنگ معدن استخراج می شود و به قطعات کوچکتر در حدود 6 اینچ خرد می شوند. سنگ شکن های ثانویه یا آسیاب های چکشی سپس آنها را به اندازه کوچکتر 3 اینچ کاهش دهید سپس از آن، مواد برای پردازش آماده می شوند.

مرحله 2: آسیاب، تناسب، و مخلوط کردن

مواد خام خرد می شوند و برای فرآیند ساخت سیمان در کوره با ترکیب آنها با مواد افزودنی و آسیاب کردن آنها برای اطمینان از یک مخلوط همگن خوب آماده می شوند. ترکیب سیمان در اینجا بسته به خواص مورد نظر سیمان متناسب است. به طور کلی، سنگ آهک 80٪ و 20٪ باقی مانده از خاک رس است. در کارخانه سیمان، مخلوط خام خشک می شود (رطوبت به کمتر از 1٪ کاهش می یابد). غلتک‌های چرخ‌دار سنگین و میزهای دوار مخلوط خام را با هم مخلوط می‌کنند و سپس غلتک آن را خرد می‌کند تا به پودر ریز تبدیل شود تا در سیلوها ذخیره شود و به کوره منتقل شود.

مرحله 3: مواد اولیه پیش گرمایش

یک محفظه پیش گرمایش شامل یک سری سیکلون است که از گازهای داغ تولید شده از کوره به منظور کاهش مصرف انرژی و سازگاری بیشتر با محیط زیست فرآیند ساخت سیمان استفاده می کند. مواد خام از اینجا عبور داده می شود و به اکسید تبدیل می شود تا در کوره سوزانده شود.

مرحله 4: فاز کوره

فاز کوره مرحله اصلی فرآیند ساخت سیمان است. در اینجا، کلینکر از مخلوط خام از طریق یک سری واکنش های شیمیایی بین ترکیبات کلسیم و دی اکسید سیلیکون تولید می شود. به طور کلی فرآیند تولید سیمان پیچیده است، رویدادهای تولید کلینکر را می توان به ترتیب زیر نوشت:

تبخیر آب آزاد

• کلسینه کردن کربنات کلسیم (CaCO3) به اکسید کلسیم (CaO).
• واکنش CaO با سیلیس برای تشکیل دی کلسیم سیلیکات.
• واکنش CaO با ترکیبات حاوی آلومینیوم و آهن، فاز مایع را تشکیل می دهد.
• تشکیل گلوله های کلینکر
• تبخیر ترکیبات فرار (مانند سدیم، پتاسیم، کلریدها و سولفات ها)
• واکنش CaO اضافی با سیلیکات دی کلسیم، سیلیکات تری کلسیم را تشکیل می دهد.

واکنش های فوق در فرآیند ساخت سیمان را می توان بر اساس تغییر دمای داخل کوره به چهار مرحله اصلی متراکم کرد:

• 100 درجه سانتیگراد (212 درجه فارنهایت): تبخیر آب آزاد
• 100 درجه سانتی گراد (212 درجه فارنهایت) – 430 درجه سانتی گراد (800 درجه فارنهایت): کم آبی و تشکیل اکسیدهای سیلیکون، آلومینیوم و آهن
• 900 درجه سانتی گراد (1650 درجه فارنهایت) -982 درجه سانتی گراد (1800 درجه فارنهایت): CO2 تکامل یافته و CaO از طریق تکلیس تولید می شود.
• 1510 درجه سانتیگراد (2750 درجه فارنهایت): کلینکر سیمانی تشکیل می شود

کوره 3 درجه نسبت به افقی زاویه دارد تا مواد در مدت 20 تا 30 دقیقه از آن عبور کنند. زمانی که مخلوط خام به قسمت پایینی کوره می رسد، کلینکر تشکیل شده و به صورت گره هایی به اندازه مرمر از کوره خارج می شود.

مرحله 5: خنک کردن و آسیاب نهایی

پس از خروج از کوره، کلینکر با عبور هوا از روی آن به سرعت از 2000 درجه سانتیگراد به 100 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد خنک می شود. در این مرحله افزودنی های مختلف با کلینکر ترکیب می شود تا محصول نهایی یعنی سیمان تولید شود. گچ اضافه شده و آسیاب شده با کلینکر زمان گیرش را تنظیم می کند و مهمترین خاصیت سیمان یعنی مقاومت فشاری را می دهد. همچنین از تجمع و پوشش پودر در سطح گلوله ها و دیواره های آسیاب جلوگیری می کند. برخی از مواد آلی، مانند تری اتانول آمین (با 0.1 درصد وزنی استفاده می شود)، به عنوان کمک آسیاب برای جلوگیری از تجمع پودر اضافه می شود. سایر مواد افزودنی که گاهی اوقات مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از اتیلن گلیکول، اسید اولئیک و دودسیل بنزن سولفونات.

گرمای تولید شده توسط کلینکر برای صرفه جویی در انرژی به کوره بازگردانده می شود. آخرین مرحله ساخت سیمان، فرآیند آسیاب نهایی است. در کارخانه سیمان، درام های دوار مجهز به توپ های فولادی وجود دارد. کلینکر پس از سرد شدن به این بشکه های چرخان منتقل می شود و به پودر ریز تبدیل می شود.

مرحله 6: بسته بندی و حمل و نقل

سیمان را از آسیاب های آسیاب به سیلوها (مخازن ذخیره سازی بزرگ) منتقل می کنند و در کیسه های 20-40 کیلوگرمی بسته بندی می کنند. اغلب محصول به صورت عمده و با کامیون ارسال می شود.

برای ساخت سیمان، کارگران مواد اولیه را با هم مخلوط می کنند، سپس آنها را گرم و سرد می کنند. فرآیندهای شیمیایی، سنگدانه هایی به اندازه سنگ مرمر به نام کلینکر را ایجاد می کنند که دستگاه آنها را آسیاب کرده و با گچ و سایر مواد افزودنی مخلوط می کند تا پودر سیمان نهایی را ایجاد کند.

برای چیدن بلوک های بتنی کوچک، ریختن سدهای عظیم، سیمان برای پروژه های ساختمانی دنیای مدرن بسیار مهم است. در واقع، بیشتر مناطق دارای پیاده روهای بتنی، دیوارهای ساختمان، پل ها یا سازه های دیگری هستند که به سیمان نیاز دارند.

آشنایی گام به گام با نحوه ساخت سیمان

1. استخراج مواد خام
2. ایجاد غذای خام
3. تولید کلینکر
4. آسیاب و آماده سازی سیمان
5. بسته بندی، ذخیره سازی و حمل و نقل

آینده صنعت سیمان

امروزه صنعت سیمان یکی از بزرگترین صنایع در دنیای مدرن است. در واقع، ساختمان‌ها و زیرساخت‌های مدرن، سیمان را به دومین ماده پرمصرف روی زمین پس از آب تبدیل کرده‌اند. در فرآیند ساخت سیمان از سنگ آهک استفاده می شود و 50٪ از CO2 تشکیل شده است، متأسفانه این صنعت نیز مقادیر زیادی کربن تولید می کند. آینده سیمان خواستار شیوه‌های پایدارتر است.

ساخت سیمان چگونه است؟

مرحله 1: استخراج مواد خام

اولین قدم در ساخت سیمان استخراج مواد اولیه است. برخی از مواد مانند سنگ آهک، شیل و مارن از معادن به دست می آیند. در آنجا، کارگران از انفجار یا ماشین آلات سنگین برای شل کردن و انتقال مواد از زمین استفاده می کنند. مواد دیگر مانند سنگ آهن و گچ از معادن به دست می آیند.

در طول فرآیند ساخت سیمان، این مواد خام دستخوش دگرگونی های شیمیایی می شوند که در نهایت منجر به تشکیل ترکیبات اصلی سیمان می شود. به عنوان مثال، شیل حاوی سیلیس و آلومینا است. سنگ آهک اکسید کلسیم (آهک) را فراهم می کند.

مرحله 2: ایجاد غذای خام

پس از استخراج مواد اولیه، تجهیزات سنگین آنها را برای پردازش به دستگاهی به نام سنگ شکن منتقل می کنند. سنگ شکن مواد را به اندازه شن خرد می کند. پس از خرد کردن، مواد به محل اختلاط می روند و در آنجا به یک ترکیب یکنواخت تبدیل می شوند.

کارشناسان کنترل کیفیت مخلوط را برای اطمینان از داشتن نسبت صحیح هر ماده خام آزمایش می کنند. پس از گذراندن کنترل کیفیت، این مخلوط که اکنون کنجاله خام نامیده می شود، آماده حرکت به مرحله بعدی در فرآیند ساخت سیمان است.

مرحله 3: تولید کلینکر در ساخت سیمان

کامیون‌ها غذای خام را به یک کارخانه تولیدی منتقل می‌کنند که در آن در کوره گرم می‌شود. دما می تواند از 2642 درجه فارنهایت (1450 درجه سانتیگراد) فراتر رود – گرمتر از اکثر گدازه ها. در این دماها، مواد خام مایع می شوند و تحت واکنش های شیمیایی پیچیده ای قرار می گیرند. پس از خنک شدن، نتیجه یک سنگدانه سنگ مرمر مانند به نام کلینکر است. کلینکر تازه تشکیل شده دارای خواص شیمیایی منحصر به فردی است که بر استحکام سیمان و سایر خواص کلیدی تاثیر می گذارد.

مرحله 4: آسیاب و آماده سازی سیمان

بعد از تولید کلینکر مرحله بعدی تهیه پودر سیمان است. آسیاب ها کلینکر را به پودر ریز تجزیه می کنند. سپس کارگران گچ را به پودر کلینکر اضافه می کنند که به کنترل سرعت گیرش سیمان کمک می کند. بسته به این که کارگران می خواهند سیمان چه کیفیتی داشته باشد، ممکن است از افزودنی های دیگری مانند خاکستر بادی، سرباره یا پوزوولانا نیز استفاده کنند. مخلوط تحت دورهای بیشتری از آزمایش کنترل کیفیت قرار می گیرد. مخلوط تمام شده پس از عبور پودر سیمان نهایی، آماده بسته بندی، نگهداری و حمل است.

مرحله 5: بسته بندی، ذخیره سازی و حمل و نقل

در ساخت سیمان، سیلوها مقدار زیادی پودر سیمان نهایی را تا زمانی که برای فرآوری آماده شود ذخیره می کنند. در کارخانه های فرآوری، ماشین آلات پودر سیمان را در کیسه های کاغذی بزرگ بسته بندی می کنند. سپس کارگران کیسه‌ها را روی پالت‌هایی دسته‌بندی می‌کنند که برای محافظت در برابر آب و هوا بسته می‌شوند. این پالت‌ها می‌توانند هر زمان که سفارشی دریافت کنند، به سایت‌های ساختمانی ارسال شوند.

پرسش‌های متداول درباره نحوه ساخت سیمان

چه تفاوتی بین سیمان و بتن وجود دارد؟

مردم گاهی اغلب سیمان و بتن را یکی می دانند، اما آنها یکی نیستند. سیمان عامل چسبنده ای است که با سنگدانه هایی مانند ماسه و سنگ برای ایجاد بتن مخلوط می شود. بنابراین، اگر بتن مانند نان باشد، سیمان خواهد بود.

ساخت سیمان پرتلند چگونه است؟

سیمان پرتلند پرمصرف ترین جزء اساسی بتن است. این سیمان بعد از گرم کردن و خنک کردن مواد خام به سنگدانه ای به اندازه سنگ مرمر به نام کلینکر ساخته می شود. در مرحله بعد، ماشین آلات کلینکر را آسیاب می کنند و به گرد و غبار تبدیل می کنند و سپس با گچ مخلوط می شوند.

چه کسی سیمان را اختراع کرد؟

سیمان پرتلند امروزی در سال 1824 توسط جوزف آسپدین، یک آجرپز بریتانیایی اختراع شد. آسپدین سنگ آهک و خاک رس را حرارت داد تا مخلوط کلسینه شود و سپس آن را آسیاب کرد تا گرد و غبار شود. این تا حد زیادی همان فرآیندی است که کارخانه‌های سیمان امروزه از آن استفاده می‌کنند.

در حالی که سیمان پرتلند تا سال 1824 به وجود نیامد، تاریخچه بتن روش های دیگر پیش ساز مورد استفاده در سازه های باستانی را نشان می دهد. به عنوان مثال، دیوار بزرگ چین با استفاده از ملات برنج چسبنده ساخته شد.