فرایند تولید سیمان و تکنولوژی آنdl.iran-mavad.com/pdf95/cement production...

هب انم خدا

22861343 - 22883306 :تلفن 4، واحد 3، بلوك 1000تهران، سید خندان، ساختمان : آدرسE-mail: [email protected] www.cementechnology.ir

1

یند تولید و تکنولوژي آنآفرسیمان،

مقدمه - 1گذرد و هم اکنون بصورت یکی از مهمترین مصالح ساختمانی سال از شروع مصرف انبوه سیمان پرتلند می165 بیش از

میلیارد2 رقم 2006 سال در مرز یک میلیارد تن گذشت و از1986تولید و مصرف جهانی این فرآورده در سال . درآمده استاین ارقام به مفهوم اینست که سیمان به عنوان یک کاالي صنعتی باالترین رقم تولید را در . ت سر خواهد گذاشتشتن را پ

سال پیش 126 اینکه سیمان اولین کاالي صنعتی استاندارد شده آن هم درمیان تمام کاالهاي صنعتی دیگر دار است و جالب .است

سیمان یعنی چسب و منظور از سیمان در مصالح ساختمانی چسبی است که در اثر گفته شد که کلمهتعریف سیمان در به . شوداست و پس از سفت و سخت شدن، در آب حل نمی) سنگدانه( ترکیب با آب قادر به چسباندن ذرات شن و ماسه

است و این اکسید با از اکسید کلسیم تشکیل شده و اساساًشودهمین خاطر به این سیمان، سیمان هیدرولیک گفته می .آوردشود و ترکیبات مینرالی یا فازهایی با خاصیت سیمانی را به وجود میاکسیدهاي سلیسم، آلومینیوم و آهن ترکیب می

آبی که هاي دارند، یا به عبارت دیگر مالت) میل ترکیبی با آب(صیت هیدرولیکی ها یا مصالحی که خاآشنایی بشر با مالتهاي علمی و سال پیش بود که بررسی210 سابقه چند هزار ساله دارد، اما از حدود ،شوندآب حل نمیپس از سخت شدن در

.شروع شد هاو عوامل اصلی سیمانی بودن آن ها مالتسیستماتیک روي اینگونهستقبال زیاد از این دلیل ا هشد و بپزي براي تولید سیمان استفاده میهاي آهکمشابه کوره هایی در ابتداي کار از کوره

شد و هم اکنون تکنولوژي به حدي است که با حداقل ممکن انرژي اعدهاي دوار ابکورهگر، در اواخر قرن نوزدهم کاالي معجزه .شود تن در روز عرضه می10000 مصرفی و نیروي انسانی کوره هایی با ظرفیت

)مواد اولیه براي تولید سیمان(ترکیبات سیمان -2-که در طبیعت به وفور یافت می) سیلس و آلومین( اصلی به منظور تولید سیمان عبارتند از سنگ آهک و خاك رس مواد

.ها استفاده نمودشوند ولی به شکلی نیستند که بتوان مستقیماٌ در تولید سیمان از آن- و خاكCaCO3 درصد40- 75هاي آهکی همراه با خاك رس بین و سنگCaCO3 درصد 75هاي آهکی بیش از سنگ

.توان مخلوط الزم را براي تهیه سیمان به دست آورد دارند و از مخلوط این مواد میCaCO3 درصد40هاي آهکی کمتر از

) CaO(آهک زنده یا اکسید کلسیم -کربناتکلسیم از پختن سنگ آهک یا ترین مواد مورد استفاده در ساخت سیمان است، اکسید آهک از مهمترین و اصلی

گیرد، بلکه در فرآیند این عمل به طور جداگانه صورت نمی. آیدکلسیم در حرارت حدود هزار درجه سانتیگراد به دست میدر حرارت حدود ) کربنات کلسیم(تولید سیمان و در موقع حرارت دادن پودر مخلوط آهک و خاك رس ابتدا ذرات آهک

www.Iran-mavad.com مرجع دانشجويان و مهندسين مواد

mailto:[email protected]

http://www.cementechnology.ir


2

در این گرما آب شیمیایی خاك رس نیز از . شودکسید کلسیم و یا آهک زنده میدرجه سانتیگراد پخته شده و تبدیل به ا1000با اکسیدهاي سیلسیم، ) آهک زنده( درجه سانتیگراد، اکسید کلسیم 1000در درجه حرارت بیشتر از . شودآن جدا می

.شوندآلومینیوم و آهن ترکیب شده و فازهاي سیمان تشکیل می

SiO2)(سیلیس

وقتی سیلیس . شود یکی از مواد اصلی در ساخت سیمان پرتلند استهاي طبیعی یافت می که در اغلب سنگاین ماده 1400پزي در حدود در کوره سیمان. آیدشود در ساختمان کریستالی آن یک سري تغییرات به وجود میحرارت داده می خاك رس معمولی داراي .شودم سیلیکات تشکیل میشود و دو کلسیم و سه کلسی سیلیس با آهک ترکیب میدرجه سانتیگراد

و چنانچه نتوان این مقادیر را با درصد وزن سیمان است26 تا 17میزان سیلیس مورد نیاز . مقادیر زیادي سیلیس است .توان آن را با استفاده از سایر منابع تامین کرد، مینمود فراهماستفاده از خاك رس معمولی

) Al2O3(آلومینا

ترین نوع خاك رس، خالص. خاك رس وجود دارد آلومینا، همان اکسید آلومینیوم خالص است که مقادیر زیادي از آن درآلومینا در . درصد وزن مولکولی کل این ماده را دارد40 است که در آن آلومینا حدود) Al2O3, 2SiO2, 2H2O(کائولینیت

از نظر شیمی سیمان، . دهد را کاهش مییمان، درجه حرارت پخت مواد خامپزي اثر کمک ذوب و در هنگام پخت سسیماندر وجود این اکسید مرکب . دهددر اثر حرارت داخل کوره دوار، با آهک ترکیب شده و تشکیل سه کلسیم آلومینات را می

. بیشتري ایجاد گرددشود سیمان زودگیرتر شود و در هنگام ترکیب سیمان با آب حرارتداخل سیمان تولیدي، باعث میدار مقاوم است سولفات در برابر آب دریا و سایر آب هاي،باشددرصد 5کمتر از مالت سیمانی که اکسید سه کلسیم آلومینات

.شودو تخریب نمی

)Fe2O3(اکسید آهن ت پخت مواد خام در پزي نقش کمک ذوب را دارد و باعث کاهش درجه حرار اکسید فریک نیز همانند آلومینا در سیمان

این اکسید در داخل کوره و در هنگام پخت، به همراه آلومینا با آهک ترکیب شده و تشکیل اکسید مرکب . شودداخل کوره می، به همین کنداکسید آهن زیاد گیرش سیمان را کندتر و رنگ سیمان را نیزه تیره می. دهدچهار کلسیم آلومینوفریت را می

ها اکسید آهن جزء اصلی تشکیل دهنده اغلب سنگ آهن. شودان سفید از این اکسید استفاده نمیدلیل براي ساخت سیمها خصوصاٌ خاك رس، و در اغلب مواد اولیه ساخت سیمان به طور است، از این رو، اکسید فریک کم و بیش در اغلب کانی

. کندآید که رنگ سیمان را تیره می به وجود می آندر سیمان پرتلند تولیدي نیز اکسید مرکب. اجتباب ناپذیر وجود داردمشکالتی را به وجود آورده و ) سیمان سفید(به عالوه تولید سیمان فاقد اکسید آهن . سیمان سفید فاقد اکسید آهن است

.یابدهزینه تولید افزایش می

)MgO(اکسید منیزیمبیشتر باشد، زیرا با سایر ) درصد5(د و نباید از مقدا معینی نمای این اکسید در فرآیند پخت، نقش کمک ذوب را ایفا می





3

پس از گرفتن MgOنظر به اینکه . ماندشود و آزاد در سیمان باقی میترکیبات سیمان ترکیب و وارد فازهاي سیمانی نمیدر . گرددیشود و این شکفتگی منجر به انبساط حجمی ممالت سیمان خیلی به کندي با آب ترکیب گشته و شکفته می

در MgOاز این رو . گرددشود که در طول زمان باعث تخریب آنها میدر مالت سیمان و بتن ایجاد میموئی هاينتیجه تركشایان ذکر است که کلینکرسیمان یک ماده هیدرولیکی است که حداقل دوسوم آن . وزنی آن باشد% 5سیمان نباید بیشتر از

و سایر ترکیبات ) 4CaO.Al2O3.Fe2O3(و ) 3CaO.Al2O3( وبقیه شامل 3CaO.SiO2 یا2CaO.SiO2از کلسیم سیلیکات . باشد2 باید حداقل SiO2 به CaO نسبت ضمناً. باشدمی

هاقلیائیگردد، ها در سیمان زیاد باشد، تنظیم گیرش مختل می، درسیمان نقش روانساز دارند، اگر مقدار آن)K (، پتاسیم)Na( سدیم

ها به جهت نقش تخریبی مقدار کلر در کلیه سیمان. وزن آن بیشتر گردد درصد1جموع این دو عنصر نباید از بدین جهت م .ها باشد درصد وزنی آن10/0آن در بتن، بایستی کمتر از

ان سطح اي و پوزوالنی بستگی به میزهاي روبارهدرسیمان پرتلند و در سیمان) SO3( مقدار قابل قبول انیدارید سولفوریک درصد وزنی سیمان 5/3 سانتیمتر مربع بر گرم باشد 4000 الی 2000اگر سطح مخصوص آنها بین . آنها دارد) بلین(مخصوص

ضمناٌ خاطر نشان . سانتیمتر مربع گردد، چهار درصد وزنی سیمان است4000بیش از هااست و اگر چنانچه سطح ویژه سیمان .گرددن کمک ذوب به مواد اولیه افزوده میبه عنوا) Fe2O3( که سنگ آهن گرددمی مشخصات شیمیائی و فیزیکی سیمان - 3

که از ترکیب و پختن و ) شن و ماسه( گفته شد سیمان پودري است جاذب آب و چسباننده خرده سنگ همانطور که قبالًبا توجه به این تعریف و . آیدبدست می... گداختن اکسید کلسیم با کسیدهائی نظیر اکسید آلومینیوم، سیلسیم، آهن، منیزیم و

گردد که انواع و اقسام ایجاد میتوجه به انتظارتی که از جنبه فیزیکی و کاربردي از سیمان و بتن حاصله مورد نیاز است، با در دربه عنوان مثال سیمان نوع یک یا سیمان معمولی داراي کارب. با خصوصیات کاربردي متفاوت ساخته شود هاسیمان

باشند، ها که هر آن مورد تهاجم امالح موجود در آب میدر ساختمان سدهاي عظیم واسکه. سازي معمولی استساختمان. شودسیمان مصلحت نیست و از این رو از سیمان مخصوص یا سیمان داراي مقاومت شیمیایی باال استفاده میمصرف این نوع

ها و مواد قلیائی ها داراي مشخصه مقاومت شیمیایی در مقابل سولفاتی سیماناین سیمان عالوه بر دارا بودن مشخصات عمومبا ذکر مجدد این که انواع گوناگون سیمان وجود دارد، به نوعی دیگر که به نام سیمان چاه . ود در آب و خاك نیز می باشدموج

هاي ن سیمان عالوه بر دارا بودن مشخصهای. شودهاي نفت دارد، اشاره مینفت معروف است و مورد کاربرد در حفاري چاهها داراي خصوصیات الزم جهت کاربرد در اعماق زمین که درجه ها و قلیائیها و مقاومت الزم در مقابل سولفاتعمومی سیمان

ان، با توجه به قدمت هقتاد و پنج ساله صنعت سیمان در ایرخوشبختانه. باشدحرارت و فشار بیش از حد متعارف است نیز می .ها هستندهم اکنون کارخانجات سیمان ایران داراي قابلیت و تجربه الزم براي ساخت انواع سیمان

اجزاء اصلی تشکیل دهنده ترکیب سیمان عبارتند از اکسید کلسیم، اکسید سیلسیم، اکسید آلومینیوم، اکسید آهن همچنین، وجود دارند که مجموعاٌ درصد وزنی این اکسیدهاي فرعی کمتر از اکسید منیزیم، اکسید پتاسیم و اکسید سدیم نیز در سیمان

آیند و در به خاطر وجود درجات حرارت باال در منطقه پخت کوره، بخشی از این مواد به صورت مذاب در می. درصد است5





4

که موسوم به ) چند اکسیدي(نتیجه در چنین محیطی اکسیدهاي مذکور با یکدیگر ترکیب میگردند و ترکیبات چند تائی .آید سیمان هستند پدید میمینرال یا فازهاي

باشد و اجزاء مینرال تشکیل شود جسم تیره رنگ دانه دانه ایست که موسوم به کیلنکر می که از کوره خارج می البته آنچه :دهنده آن عبارتند از

)Alite( یا آلیت 3CaO.SiO2سه کلسم سیلیکات .1

)Belit( یا بلیت 2CaO.SiO2 دو کلسیم سیلیکات .2

)Aluminate(یا آلومینات 3CaO.Al2O3سه کلسیم آلومینات .3

)Ferrite( یا فریت 4CaO.Al2O3.Fe2O3 آلومینو فریت چهار کلسیم .4

برخی اکسیدهاي دیگر به مقدار K2O و Na2O و MgO و TiO2هاي اصلی فوق ترکیبات دیگري نظیر همراه با مینرال

ناشی نخواص سیما. اندفوق جاي گرفته) فازهاي (ها صورت محلول جامد در شبکه کریستالی مینرالجزئی وجود دارند که به عمده خواص آن مربوط به ترکیب موسوم به آلیت یا سه کلسیم سیلیکات ولیاز ترکیب خواص اجزاء تشکیل دهنده آنست،

زیم و امثال آن، غالباٌ منشا اثرات منفی روي خواص منیها، آهک ترکیب نشده، اکسیدوجود ترکیباتی نظیر قلیائی. باشدمیشود که نقطه ذوب و پخت مواد خام سیمان پائین بیاید ودر نتیجه از جهتی وجود اینگونهترکیبات باعث می. سیمان هستند

حجم پیدا از جهت دیگر، اینگونه ترکیبات داراي میل ترکیبی زیاد با آب افزایش . عمل پختن با سهولت بیشتري صورت گیرددر سطور بعد برخی خواص فازهاي . گرددباعث پائین آمدن مقاومت شیمیائی سیمان می هابهمین خاطر وجود آن. کنندمی

سیمان ذکر این نکته الزم است که به خاطر اختصار و سهولت بیان و نوشتن، اکسیدها و فازهاي تشکیل دهنده سیمان را .دهند نمایش می1بصورت جدول

CaO = C SiO2 = S Al2O3 = A Fe2O3 = Fe

ترکیبات اصلی سیمان پرتلند-1 جدول

عالمت اختصاري اکسیدهاي ترکیب نام ترکیب 3CaO.SiO2 C3S سه کلسیم سیلیکات 2CaO.SiO2 C2S دو کلسیم سلیکات 3CaO.Al2O3 C3A سه کلسیم آلومینات

4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF چهار کلسیم آلومینوفریت ازهاي موجود در سیمانف -4

):C3S(آلیت ، TiO2معموالٌ این ترکیب بصورت خالص در کلینکر وجود ندارد و اغلب همراه با ناخالصی متشکل از اکسیدهایی نظیر

Al2O3 ،MgO3 ،Fe2O3ها در دمقادیر هر یک از این اکسی. درصد است2 باشند که درصد آنها در فاز آلیت جمعاٌ حدود میوجود این اکسیدها باعث تغییر خواص . ، درجه حرارت پخت و نحوه سرد کردن کلینکر دارد بستگی به ترکیب کلینکرفاز آلیت





5

درجه سانتیگراد، ممکن است سه 1250 از حرارت تردر پایین. برندگردد و معموالٌ مقاومت فشاري آن را باال میآلیت میآید که عمل سرد کردن به آهستگی این اتفاق در صورتی پیش می. ودکلسیم سیلیکات به آهک دو کلسیم سیلیکات تجزیه ش

درصد (چه از نظر مقدار . گیرد تجزیه فوق سریعتر صورت میFe+2خصوصاٌ در شرایط احیاء کننده و وجود . صورت گیردر بارز این ترکیب خصوصاٌ اث. باشدو چه از نظر تاثیر روي خواص سیمان، فاز آلیت داراي بیشترین سهم می) تشکیل دهنده

در منطقه ) Sinteringزینتر شدن، (براي بوجود آمدن این ترکیب بایستی حالت گداختی . تاثیر روي مقاومت سیمان است . قرار داردCaO-SiO2 این فاز در دیاگرام فازي. پخت ایجاد شود

)C2S(بلیت

این ترکیب در ضمن پختن . باشدز سایر اکسیدها میشود و همراه با مقادیري ابلیت خاص در کلینکر سیمان یافت نمی باالست، مقادیر خیلی کمی از این ترکیب ) LSF(در مواقعی که ضریب اشباع آهک . گرددکلینکر و در حالت جامد تشکیل می

. رسد میت تقریباٌ به مقاومت آلیتمت بلیت آهسته است، اما در درازمدگسترش و افزایش مقاو. در کلینکر وجود خواهد داشتدر ابتدا بلیت بتا در مقایسه با نوع گاما . دهددهد و از فرم معروف به بتا به فرم معروف به گاما تغییر شکل میکریستالی می

. باشدپایدارتر است تغییر شکل کریستالی گاما به مقدار زیادي در کلینکر وجود دارد و نوع گاما داراي خاصیت هیدرولیکی نمیاین از هم گسیختگی سریع کلینکر به نام افت کلینکر . درصد افزایش حجمی کلینکر است10مراه با هاین تغییر شکل

)Falling (هاي خارجی و یا تسریع در سرد کردن توان با اضافه کردن یوناز این تبدیل و افت کیفیت کلینکر می. موسوم است .د در صنعت سیکان عمالٌ مشکل افت کلینکر حذف شده استدر حال حاضر با توجه به تکنولوژي موجو. کلینکر جلوگیري کرد

)C3A(فاز آلومینات

در این فاز، اکسیدهاي سدیم و پتاسیم قادرند تا حد . باشد فاز آلومینات نیز مشابه دو فاز دیگر به همراه عناصر خارجی میو با حضور اکسیدهاي قلیایی این میل ترکیبی باشد خاصیت ترکیبی فاز آلومینات بسیار باال می. درصد وزنی جاي گیرند5

.گردیده استشدیدتر می) سولفات کلسیم( بدلیل میل ترکیبی شدید فاز آلومینات با آب و براي جلوگیري از گیرش سریع سیمان، مقداري سنگ گچ

و باشدآلومینات بسیار باال میگرماي هیدراتاسیون فاز . شودبعنوان عامل بازدارنده و کند کننده گیرش به سیمان افزوده میولی خود به تنهایی داراي خواص . گرددوجود آن در سیمان به همراه آلیت وبلیت باعث افزایش مقاومت اولیه کلینکر می

.باشد و روي مقاومت نهائی تاثیر چندانی نداردهیدرولیکی چندانی نمی

)C4AF(فاز فریت این فاز در . د و ترکیب آن بستگی به مقدار آلومینیم و آهن موجود در کلینکر داردباش ترکیب مشخصی نمی فاز فریت داراي

حدوداٌ ترکیب فاز . باشد C6A2F و C4AF و C6AFتواند شامل هر یک از ترکیبات قرار دارد و میC2F و C2Aمحدوده بین . استC6AFفریت در کلینکر سیمان پرتلند نزدیک به

خالص داراي C2(AF). باشدیگر نیز وجود دارد و رنگ سیمان وابسته به این فاز و مقدار آن می در این فاز اکسید عناصر داین فاز میل ترکیبی کمی دارد و نقش . باشد داراي رنگ خاکستري سیر یا سبز میMgO به همراه C2(AF)اي، رنگ قهوه





6

.هیدرولیکی چندانی در سیمان ندارد

ترکیبات فرعیاز جمله هاقلیائی. باشدو امثال آن می هاها، اکسید منیزیم، سولفاتقلیائی: مل انواعی از اکسیدها نظیر این ترکیبات شا

در ضمن عمل پخت، . گردندو لذا از طریق مواد خام وارد فقازهاي کلینکر می. باشدترکیبات فراوان و پراکنده در طبیعت می درصد است که3/1 تا 5ِ/0فاصلهها در سیمان در درصد قلیائی. شوندارج میها از سیستم پخت خمقدار قابل توجهی از قلیائی

اکسید سدیم . درصد باشد6/0ئی پایین مقدار قلیائی کل بر مبناي معادل اکسید سدیم باید کمتر از در سیمانهاي داراي قلیا CaOFree و MgO و K2O همچنین .شوند میC3S درصد وارد شبکه کریستالی 3/0به صورت محلول جامد و به مقدار حدود

.شوند میC2S و C3S وارد شبکه کریستالی Na2Oنیز همانند ) آهک آزاد(ترکیبات گوگرد ممکن است به صورت . گردندو سوخت وارد فازهاي کلینکر می) خاك رس(ها از طریق مواد اولیه سولفات

در فازهاي کلینکر و به صورت 2.CaSO4(CaO.SiO2)2 ویا CaSO4.(CaO.Al2O)3سولفات قلیائی و یا ترکیبات نظیر - نمیC3Sهاي فسفات باعهث تجزیه هاي سولفات بر خالف یونیون. وجود داشته باشند) Solid Solution(محلول جامد

در سیمان باعث خنثی کردن اثر آلومینا MgOوجود . شود بتا میC3Sشوند، ولی وجود سولفات به همراه آلومینا باعث تجزیه .گردد میC3Sو سولفات روي تجزیه

در سیمان آلومینائی مقدار آن باالتر . هاي پرتلند وجود دارددر تمام سیمان) درصد3/0 تا 2/0( اکسید تیتان به مقدار جزئی 5/4در حد( شود و مقادیر باالي آن میوجود مقادیر کم این اکسید باعث افزایش مقاومت سیمان). درصد2 تا 5/1(است . وجود داردC3T2اکسید تیتان در کلینکی ئسرد شده سیمان پرتلند به صورت . گردد باعث افت فشار می)درصد

وجود اکسید فسفر در سیمان باعث تجزیه . هاي پرتلند وجود دارد در سیمانP2O5 درصد پنتا کسید فسفر 2/0 در حدود C3S و تولید C2Sباعث افت مقاومت ) درصد5/2 در حدود(از این رو مقادیر باالي پنتاکسید فسفر . گردد و آهک آزاد، می ،

. سیمان خواهد شدهاي کریستال پریکالز درشت باشد و در صورتیکه دانه. هاي ریز و پراکنده پریکالز داراي اثر تخریبی کمتري هستند کریستال

بیشتري در ) انبساط حجمی(جمع شده باشند، داراي اثر تخریبی ) Pockets(هایی الیا اینکه به صورت مجتمع در گود .نکته فوق در مورد آهک آزاد نیز صادق است. باشد ریز و پراکنده میهايمشابه کریستال) وزنی(مقایسه با مقدار

شکیل هیدروکسیبد کلسیم انبساط حجمی آهک آزاد ناشی از آهسته شکفته شدن آن است که همان تکیب آهک با آب ت Ca(OH)2بطور مشابه انبساط حجمی . این ترکیب داراي حجمی معادل ده برابر آهک تشکیل دهنده آن است. باشد می

فعل و انفعال شکفته شدن آهک آزاد و منیزي در سیمان معرف ناسالم بوئن و . باشدمنیزي نیز ناشی از ترکیب آن با آب می .گویندمی) Unsoundness(اٌ بدان حاست که اصطال) انبساط مالت یا بتنمیزان (معیمب بودن سیمان

غالباٌ . در جدول زیر درصد وزنی هر یک از اکسیدهاي موجود در فازها و مشخصات عمومی فازهاي کلینکر ذکر شده است :دیکی از عوامل زیر باشدتواند به علت وجووجود آهک می. باشد ترکیب نشده میCaOکلینکر سیمان حاوي آهک آزاد و یا

.مواد یا زبر است یا اینکه خوب مهگن نشده است: آماده سازي موادخوب انجام نشده باشد .1

. تجزیه شده باشندC2S یا C3Sدر نتیجه مقداري از : سرعت سرد کردن در خنک کن کوره پایین باشد .2

)L.St III< 100(باال باشد ) تیتراسیون(درصد آهک .3





7

.آهک فرصت ترکیب با سایر اکسیدها را نداشته است: ده باشد پخته نشمواد خوب .4

درصد وزنی هر یک از اکسیدهاي موجود در فازها و مشخصات عمومی فازهاي کلینکر -2جدول

فاز فریت فاز آلومینات فاز بلیت فاز آلیت اکسید

CaO 7/69 2/63 5/59 4/51

SiO2 9/24 5/31 21/4 28/2

Al2O3 12/1 84/1 52/27 6/19

Fe2O3 64/0 96/0 76/5 52/22

MgO 89/0 48/0 85/0 18/3

K2O 19/0 75/0 66/0 -

Na2O 06/0 19/0 25/0 -

TiO2 16/0 24/0 48/0 6/1

P2O5 - 28/0 - -

ناسالم (حضور آن باعث انبساط حجمی . درصد باشد5/2وجود آهک آزاد در سیمان مطلوب نیست و مقدار آن بایستی کمتر از

.شودبتن و مالت می) بودن سیماناین ترکیب معموالٌ به صورت محلول جامد وارد . نیز وجود دارد) پریکالز–اکسید منیزیم (MgO همچنین در کلینکر ترکیب

درصد است و باالتر از این ارقام، مترادف با % 5 در کلینکر کمتر از MgOدرصد مجاز . شودشبکه کریستالی سایر فازها مینسبت اکسید منزیم ترکیب شده با سایر فازها، به اکسید منیزیم حل شده بستگی به ترکیب . الم بودن سیمان استناس

مالت ) Magnesia Expansion(وجود پریکالز در سیمان باعث ناسالم بودن سیمان و انبساط حجمی . شیمیایی کلینکر دارد .گرددن میو بت

سنگ گچ

این فاز داراي میل . است) C3A(هاي موجود در کلینکر سیمان، فاز سه کلسیم آلومینات ز مینرالبطوریکه بیان گردید، یکی ا :بدین صورت. باشد با آب و آهک هیدراته میترکیبی شدیدي

3CaO.Al2O3+ 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O 3CaO.Al2O3+ Ca(OH)2+ 12H2O → 4CaO.Al2O3.13H2O

-بطوریکه مالحظه می. شود، حاصل می)آلیت وبلیت(هاي موجود در کلینکر یلیکاتآهک هیدارته از هیدراته شدن کلسیم س

به معنی جذب مقدار زیادي آب در فاصله زمانی کم است که نتیجه این جذب سریعغ سیمان C3Aگردد هیدراته شدن سریع





8

.مالت یابتن وجود نخواهد داشتباشد و در نتیجه در کارهاي بنتئی و ساختمان فرصت الزم براي کار با و سفت شدن آن میترین دلیل افزئدن گچ خام به کلینکر سیمان، کنترل گیرش سیمالن یا در حقیقت کنترل سرعت هیدراته شدن عمده

علت آن هم اینست . کنندبعبارت دیگر گچ خام نقش به تاخیر انداختن گیرش را بازي می. باشدآلومینات موجود در سیمان می : داراي میل ترکیبی با گچ خام است و در حضور گچ خام فعل و انفعال هیدراته به صورت استکه فاز آلومینات

3CaO.Al2O3+(CaSO4.2H2O)+26H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O

اوالٌ این کریستال . موسوم است) Ettringite-trisulfate(کریستال حاصله در فرمول فوق به نام سه سولفات یا اترینجیب برابر حجم آلومینات اولیه است، ثانیاٌ کریستالهاي آن در مقایسه با کریستالهاي آلومنیات، بسیار ریزتر و 8حجمی معادلداراي ثالثاٌ این کریستال نو ظهور به صورت قشر نازکی روي سایر ذرات موجود در سیمان را می پوشاند و براي باشند،تر میپراکنده

شود، در نتیجه از سفت شدن سیمان ، مانع از رسیدن سریع آب به سایر ذرات میچند ساعت اولیه عمل هیدراتاسیوناین خاصیت . کندنقش دیگر الیه نازك کریستال سه سولفات اینسشت که در برابر لغزش را تسریع می. گرددجلوگیري می

.دهد سیمان افزایش میبدین معنی است که شکل پذیري و خاصیت پالستیکی را دردر نتیجه از حالت . نمایدشروع به رشد می) ايرشته( شکل هاي اثرینجیت به صورت سوزنی راحل فوق کریستال پس از م

تماس آید و آب محصور شده در فاصله بین این غشاء و سایر ذرات سیمان، فرصتبیرون می) پوشش ذرات دیگر سیمان(غشاء از این مرحله به بعد است که گیرش . کنددن سایر ذرات را، پیدا میها و در نتیجه هیدراته کربا سایر ذرات و ترکیب با آن

.گردندهاي یک سولفات تبدیل میهاي سه سولفات نیز به کریستالبا گذشت زمان کریستال شودسیمان شروع می. ش مذکور باشدبایستی به سیمان افزوده شود، باید آنچنان باشد که جوابگوي مصرف واکنکه می) گچ خام( مقدار سولفاتی

حد مجاز بتن و مالت سیمان ها انبساط حجمی بیش از افزودن مقدار اضافی سولفات داراي عوارض سوئی است که از جمله آنمعموالٌ درصد . موجود در سیمان استC3A با مختلف مقدار گچ مصرفی متناسب روست که در استانداردهاي از این. باشدمی

. درصد است5 تا 3شود بینآسیاب سیمان مصرف میگچی که همراه با کلینکر در . الزم به ذکر است که سنگ گچ به منظور جلوگیري از گیرش سریع و فوري سیمان و کنترل زمان آن اضافه می شود

هاي تولید سیمانروش -5

اصوالٌ سه روش براي . شودبندي بین اللمللی، صنعت سیمان جزء گروه صنایع کانی غیر فلزي محسوب می براساس طبقه :تولید سیمان وجود دارد

ترروش -1

ترروش نیمه -2

روش خشک -3

مهمترین و . ها دارد خام ورودي به کوره از نظر غلظت و میزان آب اضافه شده به آنها بستگی به مواد نوع این روشان کشور ما نیز براین روش هاي سیمسیستم پخت اکثر کارخانه. پرکاربردترین روش تولید سیمان در جهان روش خشک است

.استوار استدر فرآیند تولید سیمان به . گرددمواد خام بطور مرطوب و به حالت دوغاب بداخل کوره تغذیه می) تر( در فرآیند نخست





9

ترمواد خام در فرآیند نیمه. شودصورت خشک، موادخام خشک، آسیاب شده و به صورت پودر خشک به درون کوره تغذیه می .شودهاي حاصل به درون کوره تغذیه میا به صورت خشک آسیاب شده و سپس گرانول یا گویچهابتد

در تولید سیمان به روش نخست مواد . یابدبندي سیمان خاتمه می خط تولید سیمان از معدن شروع و به بارگیرخانه و بسته سنگ آهن و سنگ سیلیس از معادن استخراج ، سنگ گچ،)خاك آهک دار(خام و اولیه نظیر سنگ آهک، خاك رس، مارل

زنی و ایجاد انفجار بوسیله است نیاز به چالدر استخراج موادي نظیر سنگ آهک، سنگ آهن و سنگ گچ ممکن. گردندمیزنی و انفجار ندارد و صرفاٌ از نیاز به چال) خاك آهک دار( موادي نظیر خاك رس و مارل . دینامیت و مواد منفجره باشد

.شودهاي مشابه جهت دپو کردن مواد استفاده میدوزرها و یا دستگاهبولتکنولوژي مورد استفاده براي تولید سیمان به مرور دستخوش . هاي مختلف وجود داردهاي مختلفی براي تولید سیمان روش

نگیز، با استفاده از روش اهاي اعجابهم اکنون صنعت سیمان با برخورداري از آخرین تکنیک. بوده است تحول و پیشرفت .باشد ساله تولید صنعتی خود می160هاي شگرف در طول تاریخخشک و به کمک سیستم هاي اتوماتیک، شاهد پیشرفت

):روش خشک(چهار مرحله اصلی در تولید سیمان وجود دارد

کردن و آسیاب کردن مواد خام خرد .1

ترکیب مواد به نسبت مناسب .2

)سیستم پخت(وره پخت مخلوط تهیه شده در ک .3

.معروف است" کلینکر"محصول پخته شده که به ) نرم کردن(آسیاب کردن .4

شرح مراحل تولید سیمان - 6

مواد اولیهیا در ( مواد اولیه مورد استفاده در صنعت سیمان معموالٌ سنگ آهک و خاك رس است که پس از استخراج بوسیله کامیون

خاك و سنگ آهک . شوندبه محل کارخانه و به قسمت سنگ شکن حمل می...) اله ومواردي بوسیله واگن، کشتی، نوار نق- در سنگ شکن که مخصوص خرد کردن سنگهاي تا ابعاد دو متر می. گرددبصورت جداگانه از خرد کن عبور کرده و خرد می

در . یابد سانتیمتر تقلیل می8شده و بستگی به نوع سنگ شکن و آسیاب مواد ابعاد آن به کمتر از ) شکسته(باشد، سنگ خرد در این مورد . گویندی آلوویوم یا مارل میعباشد که باین مخلوط طبیمواردي سنگ آهک بصورت قلوه سنگ همراه با خاك می

.نیز الزم است که مواد از سنگ شکن عبور نماید





10

معدن مواد اولیه سیمان





11

معدن مواد اولیه سیمانانفجار سینه کار در

ن موادسال

شوند و یا در دو سالن جداگانه پس از خرد شدن سنگ آهک و آماده شدن خاك، این دو در یک سالن با یکدیگر مخلوط میممکن است به مخلوط حاصله . گردندشوند و سپس به نسبت الزم قبل از ورود به آسیاب مواد با یکدیگر مخلوط میریخته می

منظور کمک ذوب یا سنگ سیلیس جهت تصحیح و تنظیم ترکیب شیمیائی مواد براي مواد اولیه دیگري نظیر سنگ آهن به تواند هم در سالن مواد صورت گیرد و هم اینکه مواد اولیه اصلی در ساخت سیمان ضد سولفات اضافه شود که این عمل می

.ها و سیستم توزین وارد آسیاب مواد شوندقیف

سالن تنظیم و هموژنیزاسیون مواد





12

سیاب موادآاصوالٌ در آسیاب مواد، مواد اولیه خرد . باشدمی ايآسیاب مواد انواع مختلفی دارد و در خط تولید مورد بحث از نوع گلوله

. گردندورود، از آسیاب خارج میشوند و سپس بصورت پودر، با رطوبت کمتر از موقع هاي الزم وارد آسیاب میشده به نسبتآسیاب مواد مجهز به کوره هواي گرم . شود بنام مواد خام یا خوراك کوره نیز موسوم استمواد خارج میآنچه که از آسیاب

این کوره براي . شود از گازهاي گرم خروجی از کوره براي این منظور استفاده میباشد، غالباًبراي گرفتن رطوبت مواد می .باشدمواردي است که کوره اصلی متوقف می

کیآسیاب غلت





13

داخل آسیاب مواد غلتکی

غبارگیر

این گازها از انتقال مواد از . شود بمنظور خشک کردن و جابجائی مواد در آسیاب مواد از گازهاي خروجی از کوره استفاده مییط مح(آسیاب موارد الکترو فیلتر گشته و ذرات مواد وگرد و غبار از آن جدا می گردد و سپس از طریق دود کش به خارج

.شودفرستاده می) اطراف

سیستم غبارگیري

سیلوهاي ذخیره موادگیري و آزمایشات شود و پس از نمونهسازي می شده پس از خروج از آسیاب، وارد سیلوهاي مخلوط کن و ذخیرهدر مواد پو

سپس به سیلوهاي گردد والزمه توسط آزمایشگاه و اطمینان از تنظیم بودن و متناسب بودن ترکیب مواد خام، هموژن می





14

تن منظور 25000در خط تولید مورد بحث فقط یک سیلو از نوع جریان پیوسته به ظرفیت. شودذخیره خوراك فرستاده می .باشددر این قسمت مواد ذخیره شدهخ آماده مصرف در کوره می. شده است

سیلوهاي ذخیره مواد سایش یافته

کوره و پیش گرمکن

شود و پس از عبور پیش گرم کن و کلساینر وارد کوره دوار قسمت باالي پیش گرم کن وارد سیستم پخت می مواد خام ازپیش گرم کن داراي . شودخشک، گرم و کلسینه می) ثانیه50در فاصله حدود( مواد خام در پیش گرم کن به مرور . گرددمی

.دو برج است که در یکی از آنها کلساینر داردپیش سیستم پخت متکشل از . گرددهاي کلینکر از کوره خارج می و نهایتاٌ بصورت دانهاز تکلیس واردت کوره شده مواد پس

در زیر ارقام و . باشدمی) کنارگذر(گرمکن، کلساینر، کانال هواي سوم، کوره دوار، خنک کن و دستگاه جداسازي قلیائی .باشندکیلوگرم می همگی بر مبناي یک... هوا، سوخت، کلینکر و ارائه شده است و مقادیر مواد، گاز، اصالعات زیادي

ها، شود و پس از طی مسیر سیکلون سانتیگراد وارد پیش گرمکن می درجه50 کیلوگرم مواد با درجه حرارت 68/1 مقدارمقدار هواي . شود سانتیگراد خارج می80کلساینر، کوره و خنک کن، بصورت کلینکر با وزن یک کیلوگرم و درجه حرارت

متر مکعب آن بعنوان هواي سوم 54/0 متر مکعب آن بعنوان هواي ثانویه، 36/0 متر مکعب است که 3/2 ورودي به خنک کن درصد سوخت مصرفی در مشعل 40. شود متر مکعب آن به صورت هواي اضافی ازخنک کن خارج می4/1و ) ثالیثه- میانی(

درجه حرارت کلینکر. درصد است90درصد تکلیس مواد در کلساینر . شود مصرف می درصد آن در کلساینر60اصلی کوره و ها درجه سانتیگراد، گازهاي خروجی از سیکلون1050 درجه سانتیگراد، گازهاي خروجی از کوره 1300خروجی از کوره

درصد است و حاوي مقدار 2 درصد اکسیژن گازهاي عقب کوره. باشند درجه سانتیگراد می350 و 550 و 750 و 870بترتیب





15

متر مکعب از گازهاي خروجی از کوره وارد دستگاه جداسازي مواد قلیائی یا 32/0مقدار. قابل توجهی مواد قلیائی هسنتد متر مکعب 54/0در این دستگاه . گردد کیلوگرم مواد قلیائی از آن جدا می02/0شده و مقدار ) Alkaly Bypass(کنارگذر

مقدار . شود پائین آوردنم درجه حرارت گازهاي خروجی از کوره و انجماد بخارات مواد قلیائی استفاده میهواي محیط براي درجه سانتیگراد حاوي 350 متر مکعب است و با درجه حرارت34/1 گازهاي خروجی از پیش گرمکن به سمت آسیاب مواد

.باشد کیلوگرم مواد برگشتی می1/0

سیکلونی پیش گرمکن کوره دوار با

هاي آنتکوره دوار با خنک کن ساتالیتی دران





16

مشعل کوره دوار سیمان

خنک کن کلینکر درجه سانتیگراد است و این مقدار حرارت موجود در کلینکر بوسیله 1300 درجه حرارت کلینکر خروجی از کوره حدود

. گرددراهی انبار کلینکر می) درجه سانتیگراد 100تا حدود(سپس کلینکر خنک شده . شودجریان هواي سرد بازیابی میشود و اکسیژن مورد رود و بخشی دیگر وارد کوره میبخشی از هواي گرم شده از طریق کانال هواي سوم بسمت کلساینر می

.کندنیاز سوخت را تامین می

گریتیرکلینک خنک کن

خرد کن و قیف سنگ کچ





17

قبالٌ سنگ . گردندشود و سپس در آسیاب سیمان پودر میصد سنگ گچ افزوده می در4 به کلینکر خروجی از کوره حدود . سانتیمتر خرد شده و سپس در قیف مربوطه ذخیره شده است4هاي کمتر از به اندازه ايدر خرد کن جداگانه) گچ خام(گچ

این ترکیب و گیرش سیمان سرعت ترکیب پودر کلینکر با آب بسیار شدید است و بهمین خاطر از سنگ گچ براي کنترل .شوداستفاده می

آسیاب سیمان

شوند و پس از اي می از طریق دو نوار تغذیه مجهز به سیستم توزین، سنگ گچ خرد شده و کلینکر وارد آسیاب سیمان گلوله-خیره سیمان فرستاده میبه سیلوهاي ذ) الواتور و ایرلیفت(اي و هوائی از طریق باالبر کاسه) سیمان(پودر شدن، پودر حاصله

- و تولید سیمان مرسوم شده است؛ از جمله در پروژهغلتکی براي پودر کردن کلینکرهاي در دهه اخیر استفاده از آسیاب. شود

.هاي غلتکی خریداري شده استسیمان تهران و فراز فیروزکوه براي دپارتمان آسیاب سیمان، آسیاب هاي

آسیاب سیمان گلوله اي

اي سیمان و بارگیرخانهسیلوه

سپس سیمان بکمک . شود با توجه به ظرفیت تولید کارخانه تعدادي سیلوي بتونی جهت ذخیره سیمان در نظر گرفته میوسیله حمل . گردددستگاههاي بارگیري سیمان فله یا بسته بندي و پر شدن در کیسه بارگیري شده و از کارخانه صادر می

چگونگی حمل بستگی به موقعیت کارخانه و محل مصرف . ند کامیون، واگن، قطار و یا کشتی باشدتواسیمان از کارخانه می .دارد





18

بارگیري کیسه

فلهبارگیري




فرایند تولید سیمان و تکنولوژی آنdl.iran-mavad.com/pdf95/cement production...

Documents