المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11123 موضوعاً
علم الكيمياء
الكيمياء التحليلية
الكيمياء الحياتية
الكيمياء العضوية
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء اللاعضوية
مواضيع اخرى في الكيمياء
الكيمياء الصناعية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
تربية ماشية اللبن في البلاد الأفريقية
2024-11-06
تربية الماشية في جمهورية مصر العربية
2024-11-06
The structure of the tone-unit
2024-11-06
IIntonation The tone-unit
2024-11-06
Tones on other words
2024-11-06
Level _yes_ no
2024-11-06

رمي جمرة العقبة
19-9-2016
هل العزوبة فضيلة ؟
4-1-2020
الفعل الصحيح و الفعل المعتل
18-02-2015
Nicomachus,s Theorem
12-12-2020
Memory Metal
24-4-2019
Circle Map
30-8-2021


 اجراءات تصنيع الاسمنت  
  
5121   11:55 صباحاً   التاريخ: 25-8-2016
المؤلف : GEORGE T . AUSTIN
الكتاب أو المصدر : SHREV ‘ S CHEMICAL PROCESS INDUSTRIES
الجزء والصفحة : ص 297
القسم : علم الكيمياء / الكيمياء الصناعية / مواضيع عامة في الكيمياء الصناعية /

 اجراءات تصنيع الاسمنت :

نحتاج الى نموذجين من المواد لإنتاج الاسمنت ‏البورتلاندي : الأول غني بالكلسيوم (كلسي) ، كحجر الجير ، والطباشير ، الخ ، والآخر غني بالسليكا (طيني) كالطين .

‏كانت تصنع سابقاً كميات كبيرة من حجر الجير الطيني ، وعرف باسم الصخر الاسمنتي cemen trock ، ويوجد في نيوجرسي وبنسلفانيا . تستخدم بعض المصانع ، اضافة الى المواد الطبيعية ، خبث الافران العالية وراسب كربونات الكلسيوم كمنتج ثانوي من صناعة القلويات وسلفات الامونيوم . ويستخدم احياناً الرمل ، ونفاية البوكسيت ، وخامة الحديد بكميات صغيرة لتعديل تركيب المزيج كما تضاف نسبة 4‏- 5 % ‏من الجص لتعديل زمن تصلب الاسمنت .

تطحن المواد الخام المبينة في (الجدول 10-3) بشكل ناعم ، وتمزج ، وتسخن (تحرق) في فرن دوار لتشكيل أثناء التكلس . وتستخدم في صناعة الإسمنت رموزاً مختصرة لمركبات الخبث ، كما يلي :

CaO = C                   MgO = M                        CO2 = C
SiO2 = S                   SO3 = S                           H2O = H
Al2O3 = A                Na2O = N
Fe2O3 = F                 K2O = K

‏وهكذا يكون C3S = (3CaO.SiO2‏) Ca3SiO5

‏تحدث مختلف التفاعلات ، كتبخر الماء ، وتولد ثاني اكسيد الكربون ، والتفاعل بين الجير والطين اثناء الاحتراق ( الجدول 3‏-1). تحدت معظم هذه ‏التفاعلات في الطور الصلب ، ولكن يحدث الانصهار المهم عند نهاية المعالجة . ويبدأ تشكل السائل عند 1250 ‏مئوية وقد لا يحدث تشكل ملحوظ لـSCعند درجة حرارة أدنى من ذلك . و S3C هو المقوم الرئيسي الذي يسبب متانة الاسمنت وأثناء ‏تشكله ينخفض الجر الحر الموجود الى كمية ضئيلة . يحدث 20‏- 30 % ‏من ‏التفاعلات في الطور السائلي النهائي .

‏الجدول 1- 1 ‏. المواد الخام المستخدمة في انتاج الاسمنت البورتلاندي في الولايات المتحدة ( بآلاف الاطنان المترية)

المواد الخام

1979

1980

1981

كلسية

 

 

 

حجر الجير (يتضمن الأراغونيت aragonite ، والرخام ، والطباشير)

73725

71164

66380

الصخر الاسمنتي (يتضمن المارل marl)

28167

22717

24204

قواقع المحار oyster shell

3089

3080

2809

طينية

 

 

 

طين

6378

5654

5219

طين صفحي shale

3899

3811

3317

أخرى (تتضمن الستوروليت staurolite ، والبوكسيت ، وخبث الألومنيوم ، والخفاف pumice ، ومادة بركانية )

329

284

193

سليكونية

 

 

 

رمل

1934

1813

1631

حجر رملي ومرو

734

607

667

حديدية

 

 

 

خامة الحديد ، بيريتات pyrites ، قشرة مطحونة mill- scale  ومادة تأكل الحديد

966

1068

1040

أخرى

 

 

 

جبس وأنهيدريت anhydrite

3931

3508

3272

خبث الفرن العالي

439

120

86

رماد متطاير

463

546

688

أخرى

5

155

147

الإجمالي

124059

114529

109654

‏يجرى تصنع اسمنت الكلنكر بالطريقتين السائلة والجافة . ويفضل طريقة الدورة المغلقة بالطحن (closed- circuit) على طريقة الطحن بالدورة المفتوحة عند تحضير المواد الخام ، لأنه متم فصل الدقائق الناعمة المتشكلة في الطريقة الاولى ويعاد طحن الجسيمات الخشنة ، بينما تطحن هذه المواد في الدورة الثانية باستمرار حتى مبلغ متوسط نعومتها الى القيمة المرغوبة (انظر الصورة 10-2 ‏من اجل بعض تصاميم الطحن) . ويقدم برى تفاصيلاً اكثر عن الدوائر العملة للطحن مع احتياجات الطاقة . لقد استبدلت المعالجة السائلة ، رغم انها هي الطريقة الاصلية ، بالمعالجة الجافة ، وخصوصاً في المصانع الحديثة ، نظرا لتوفر الحرارة ، ودقة التحكم ، وما تقدمه من مزج للمزيج الخام . انتجت مصانع المعالجة الجافة ، عام ١980 ‏حوالي 45 % من اجمالي الطاقة الانتاجية للإسمنت ، لكنها استخدمت فقط 40 % من اجمالي استهلاك الطاقة في المصانع . وقد اوضحنا هذه المعالجات في مخطط الانتاج العام في الصورة 1 ‏- 1 ‏.

‏الجدول 2 ‏- 1 ‏. مركبات الكلنكر .

الصيغة

الاسم

الاختصار

2CaO.SiO2

سليكات ثنائي الكلسيوم

C2S

3CaO.SiO2

سليكات ثلاثي الكلسيوم

C3S

3CaO.Al2O3

ألومينات ثلاثي الكلسيوم

C3A

4CaO.Al2O3.Fe2O3

ألومينوفريت رباعي الكلسيوم

C4AF

MgO

أكسيد المغنزيوم في الحالة الطليقة

M

‏وفي الطريقة السائلة ، يتم تحويل المادة الصلبة ، بعد السحن الجاف ، الى حالة تجزئة ناعمة في انبوب سائل او في مطاحن الكريات وتمر على شكل روبة عبر مصنفات او مصاف حوضية . تضخ الروبة الى صهاريج تصحيح ، حيث تقوم اذرع ‏دوارة بمجانسة المزيج وتسمح بإجراء التعديل النهائي على التركيب ، في بعض المصانع ترشح الروبة بمرشح دوار مستمر وتلقم الى الفرن .

‏الجدول 3-1 ‏. التفاعلات اثناء تشكل الكلنكر .

درجة الحرارة

(مئوية)

التفاعل

تبدل الحرارة

100

تبخر الماء الحر

ماص للحرارة

500 وما فوق

نشوء الماء المتحد من الطين

ماص للحرارة

900 وما فوق

تبلر النواتج اللامتبلرة المزالة الماء

ناشر للحرارة

900 وما فوق

نشوء ثاني أكسيد الكربون من كربونات الكلسيوم

ناشر للحرارة

900-1200

تفاعل رئيسي بين الجير والطين

ناشر للحرارة

1250-1280

بدء تشكل السائل

ماص للحرارة

1280 وما فوق

تشكل إضافي للسائل واكتمال تشكل مركبات الإسمنت

قد يكون ماصاً

للحرارة عند التوازن

‏يمكن تطبيق الطريقة الجافة خصوصاً على صخر الاسمنت الطبيعي وعلى مزيج الحجر الجيري والطين ، او الطين الصفحي ، او الاردواز slate . في هذه الطريقة قد تجرش المواد ، وتعبر جهازاً دوامياً وكسارة ‏مطرقية ، تجفف وتصنف حسب الحجم ، ويعاد طحنها لمزيد من النعومة في مطاحن انبوبية ، تليها اجهزة    ‏فصل هوائية . وتشتمل هذه التسلسلات معدات التوزيع النسبي (proportioning equipment‏) .

‏قبل دخول الفرن ، يحدث مزج وخلط كاملين بواسطة الهواء او بوسائل اخرى . يلقم مسحوق المادة الجاف مباشرة الى الافران الدوارة ، حيث تحدث التفاعلات الكيميائية التي اتينا على ذكرها انفاً . تؤمن الحرارة عن طريق حرق النفط ، او الغاز ، او مسحوق الفحم ، باستخدام الهواء المسبق التسخين عن طريق تبريد الخبث .

ظهر ميل في السنوات الأخيرة لزيادة طول الفرن الدوار وبالتالي زيادة فعاليته الحرارية . وقد تكون أفران المعالجة الجافة قصيرة بحيث تبلغ 45 م طولاً ،

الصورة 10-1 مخطط إيزومتري للإنتاج الإسمنت البورتلاندي بالطريقتين الجافة والسائلة .

ولكن الأفران بطول 90-180 م ليست نادرة في المعالجة الرطبة . يبلغ القطر الداخلي للفرن عادة 2.5-6 م . يجري تدوير الأفران من 1 / 2 – 2 دورة / د حسب الحجم . وتكون الأفران مائلة قليلاً ، بحيث ترحل المواد الملقمة في الطرف العلوي ببطء الى طرف الإشعال السفلي ، وتستغرق في هذه الرحلة 1-3 ساعات . وللحصول على وفر اكبر في الحرارة ، يزال جزء من الماء من روبة المعالجة السائلة . وتستخدم بعض الطرق المتبعة مرشحات الروبة ومثخنات دور Dorr thickensrs .

يفترض في الافران اليوم ان تستخدم ، لكبح تلوث الهواء بشكل فعال ، معدات المرشحات الكيسية او اجهزة الترسيب الالكتروستاتية . تستخدم احيانا مراجل التسخين بالحرارة المهدورة لحفظ الحرارة ، وهي اقتصادية خصوصا من اجل اسمنت المعالجة الجافة ، لان الغاز المهدور من الافران اعلى حرارة من غاز المعالجة السائلة وقد تصل حرارته الى 800 ‏مئوية .

‏وبما ان بطانة الفرن يجب ان تصمد لشدة التآكل والهجوم الكيميائي بدرجات الحرارة العالية في منطقة التنظيف الدوري للفرن ، لذلك يصعب اختيار بطانة مقاومة للصهر . ولهذا الغرض يستخدم طوب الالومينا العالية وطوب المغنسيا العالية على نطاق واسع . وتستخدم اجهزة الحاسوب اليوم لتحسين التحكم بالأفران .

‏يتألف الناتج النهائي المتشكل من كتل حبيبية صلبة بحجم 3-20 ‏مم ، تدعى الكلنكر clinker . يفرّغ الكلنكر من الفرن الدوار الى اجهزة تبريد بالهواء ، فتنخفض حرارته بسرعة الى 100 ‏- 200 ‏تقريبا . تعمل اجهزة التبريد في الوقت نفسه على تسخين هواء الاحتراق مسبقاً . وتكتمل العملية بالسحن ، يليه الطحن الناعم بمطاحن الكريات والتعبئة الالية . تضاف اثناء الطحن الناعم ، مثبطات التصليب setting retarders ، كالجبس ، او الجص ، او ليغنوسلفونات الكلسيوم  calcium lignosulfonate وعوامل سحب الهواء والانتشار ، والتصميد للماء (water  Proofing ) . يطحن الخبث جافاً في مختلف التصاميم ، كما نرى في الصورة 2- 1 ‏وعند بيري .

الصورة 2- 1 ‏. تصاميم معدات طحن سائلة وجافة. (a) مطحنة بسيطة ذات حجرتين في الدارة المفتوحة ، (b) مطحنة ذات حجرتين مغلقة الدارة مع جهاز فصل هوائي ، (c) نظام المرحلتين مع حجرة رئيسية مغلقة الدائرة ، (d) دائرة فعالة مغلقة ذات حجرة او حجرتين وغربال وجهاز فصل هوائي ، (e) جهاز المراحل الثلاث الفعال والدائرة المغلقة في كل مرحلة ، (f‏) مطحنة المرحلة الواحدة والدائرة المغلقة مع جهاز تصنيف هزاز ، (g) دائرة حديثة ذات مرحلتين تستخدم لمختلف نماذج معدات الفصل .

تجري مراقبة معالجة الاسمنت بالكامل بأجهزة اشعة x الموصولة بحاسبات يمكن برمجتها لاختبار عينات الناتج باستمرار ، فتعدل اليا عملية التلقيم الخام للمطحنة للحصول على الناتج المرغوب .

‏صناعة الاسمنت هي اكبر سادس مستهلك للطاقة الوطنية في الولايات المتحدة. ففي عام 980 ‏( ، استهلك انتاج 61.75 ‏× 610 ‏طناً من الكلنكر ما مقداره 11 × 610 ‏ طناً من الفحم ، و 500 ‏× 10 م3 من النفط و 1.78×610 م3 من الغاز الطبيعي.

‏ولهذا السبب ، بذلت جهود كبيرة لاختراع تقنيات للطاقة اكثر فعالية . ويوصي احد الاقتراحات باستخدام عوامل مساعدة للصهر تحتوي على الفلوريد لخفض درجة الحرارة الضرورية لتشكل الكلنكر .




هي أحد فروع علم الكيمياء. ويدرس بنية وخواص وتفاعلات المركبات والمواد العضوية، أي المواد التي تحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والاوكسجين والنتروجين واحيانا الكبريت (كل ما يحتويه تركيب جسم الكائن الحي مثلا البروتين يحوي تلك العناصر). وكذلك دراسة البنية تتضمن استخدام المطيافية (مثل رنين مغناطيسي نووي) ومطيافية الكتلة والطرق الفيزيائية والكيميائية الأخرى لتحديد التركيب الكيميائي والصيغة الكيميائية للمركبات العضوية. إلى عناصر أخرى و تشمل:- كيمياء عضوية فلزية و كيمياء عضوية لا فلزية.


إن هذا العلم متشعب و متفرع و له علاقة بعلوم أخرى كثيرة ويعرف بكيمياء الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة .


علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد .