سیمان به عنوان یکی از اصلی‌ترین مصالح ساختمانی، که در مراحل مختلف ساخت ساختمان کاربرد دارد، در این مقاله قصد داریم مواد تشکیل دهنده سیمان و فرایند تولید آن را شرح دهیم.
برای استعلام آنلاین قیمت روز سیمان می‌توانید به سایت سیوان لند مراجعه کنید.
مواد تشکیل دهنده سیمان
ترکیبات اصلی مواد تشکیل دهنده سیمان عبارت است از سنگ آهک، خاک رس که به شکل مستقیم در فرایند تولید سیمان استفاده نمی‌شود.
اکسید کلسیم(CaO)
آهک از جمله مهم‌ترین موا تشکیل دهنده سیمان است، اکسید کلسیم در فرایند گرما دادن به سنگ آهک در حدود هزار درجه سانتیگراد به دست می‌آید. البته اکسید کلسیم در فرایند تولید سیمان به وجود می‌آید و در مرحله‌ی جداگانه‌ای نیست. در ادامه به فرایند تولید سیمان می‌پردازیم.
سیلیس (Sio2)
سیلیس که یکی از مواد تشکیل دهنده سیمان است، اغلب در سنگ‌های طبیعی یافت می‌شود و یکی از مواد تشکیل دهنده‌ی اصلی در ساخت سیمان پرتلند است. به سیلیس در هنگام فرایند تولید سیمان گرما داده می‌شود و با آهک ترکیب می‌شود و دو کلسیم و سه کلسیم سیلیکات در نتیجه این واکنش به وجود می‌آید. سیلیس نزدیک به 17 تا 26 درصد وزن سیمان را تشکیل می‌دهد.
آلومینا(Al3O2)
بیشتر افراد این ماده تشکیل دهنده سیمان را با نام خاک رس می‌شناسند، وجود این اکسید مرکب در درون سیمان تولید شده، سبب جلوگیری از زودگیری سیمان می‌شود وهمچنین در هنگام ترکیب سیمان با آب حرارت بیشتری تولید می‌کند.
اکسید آهن (Fe3O2)
این ماده تشکیل دهنده سیمان مانند آلومینا در سیمان‌پزی نقش کمک ذوب را دارد و باعث می‌شود نقطه ذوب مواد خام کاهش پیدا کند. اکسید آهن زیاد سبب گیرش گندتر و هم چنین رنگ سیمان را کاهش می‌دهد، به همین جهت از این ماده برای ساخت سیمان سفید استفاده نمی‌کنند.
اکسید منیزیم (MgO)
این ماده نباید بیش از 5 درصد از ترکیبات تشکیل دهنده سیمان بیشتر شود، زیرا که ممکن است سبب جلوگیری از وارد واکنش شدن دیگر مواد تشکیل دهنده سیمان شود.
مواد اولیه معدنی سیمان
| آهن | آلومینیوم | سیلیسم | کلسیم |
| رس | رس | رس | سنگ آهک |
| سنگ آهن | شیل | مارل | مارل |
| Mill scale | خاکستر بادی | ماسه | کلسیت |
| شیل | آلومینیوم | شیل | آراگونیت |
| سرباره کوره آهن | خاکستربادی | شیل | |
| خاکستر پوست برنج | صدف دریا | ||
| سرباره | گرد کوره سیمان | ||
فرایند تولید سیمان
اگر بخواهیم فرایند تولید سیمان را از استخراج تا بسته بندی تقسیم کنیم، می‌توانیم آن‌را به شش بخش تقسیم کنیم. در ادامه به ترتیب تک تک این مراحل را بررسی می‌کنیم.
مرحله اول (استخراج مواد خام سیمان از معادن)
سیمان هم مانند تمامی مصالح ساختمانی دیگر برای تولید نیاز به مواد اولیه دارد، شاید برای‌تان جالب باشد که بدانید مواد اولیه سیمان از چه چیزی ساخته می‌شود؟ مواد تشکیل دهنده سیمان عبارت است از: سنگ آهک، ماسه یا رس ( سیلیسیم، آلومینیوم، آهن)، شیل، خاکستربادی، بوکسیت و … .
این مواد معدنی به شکل سنگ‌هایی هستند که باید پس از استخراج آن‌ها را به دستگاه‌های مخصوص سنگ‌شکن به قطعات تقریبا 15 سانتی‌متر تبدیل کرد. در مرحله بعدی، قطعات خرد شده برای رسیدن به ابعاد حدود 7سانتی‌متر وارد مرحله سنگ شکنی می‌شوند. سپس قطعات خرد شده برای فرآوری در مرحله بعد ارسال خواهد شد.
مرحله دوم (آسیاب، توزین و مخلوط کردن)
سپس برای درست کردن یک مخلوط یکدست‌تر، قطعه سنگ‌ها را آسیاب می‌کنند و یک سری از مواد شیمیایی و مواد افزودنی را به آن‌ها اضافه می‌کنند. مخلوط ذرات در این مرحله با توجه به خواص مورد نیاز است. معمولا 80درصد این مخلوط از سنگ آهک و 20 درصد دیگر از رس تشکیل می‌شود. سپس مخلوط به دست آمده را وارد فرایند خشک سازی می‌کنند تا رطوبت آن به زیر 1درصد برسد. در نهایت با مخلوط پودر حاصل شده از فرایند را به سمت کوره انتقال می‌دهند.
مرحله سوم (اعمال حرارت اولیه به مواد خام)
این مرحله که یک مرحله قبل از پخت اصلی است، در واقع در این مرحله مواد خام به محلی با چندین سیکلون برای حرارت اولیه انتقال داده می‌شود. در این مرحله مواد خام تبدیل به مواد اکسیدی می‌شوند و آماده رفتن به مرحله بعد یعنی پخت مواد خام هستند.
شاید برای‌تان سوال پیش بیاد که دلیل دادن حرارت اولیه چیست؟ یکی از هدف‌های اصلی این مرحله، کاهش مصرف انرژی در مرحله بعد برای پخت و کاهش آلودگی محیط زیست است.
مرحله چهارم (پخت مواد خام در کوره)
یکی از اصلی‌ترین مراحل در فرایند تولید سیمان، این مرحله است. در این مرحله چندتا از مواد تشکیل دهنده سیمان به وسیله گرمایی که به آن‌ها داده می‌شود با یکدیگر واکنش نشان می‌دهند، مانند واکنش بین ترکیبات کلسیم و سیلیسیم دی اکسید، که ماده‌ای به نام کلینکر را به وجود می آوردند.
اگر بخواهیم مراحل تولید کلینکر را به چند مورد خلاصه کنیم، می‌توان به مراحل زیر بسنده کرد:
- تبخیر آب آزاد
- تبخیر آب موجود در ترکیبات رسی
- تبدیل کربنات (caco3) به اکسید کلسیم (CaO) طی فرایند کلسیناسیون
- تشکیل دی کلسیم سیلیکات بر اثر واکنش CaO با سیلیسیوم
- تشکیل فاز مایع بر اثر واکنش CaO آلومینیوم و ترکیبات دارای آهن
- تشکیل دانه‌های کلینکر
- تبخیر مواد فرار (نظر سدیم، پتاسیم، کلریدها و سولفات‌ها)
- تشکیل تری کلسیم سیلیکات بر اثر واکنش CaO اضافی با دی کلسیم سیلیکات
تمامی مراحل بالا را اگر بخواهیم بر اساس تغییر دمای درون کوره بخواهیم تقسیم کنیم، می‌توان به چهار بخش تقسیم کرد:
1.دمای 100 درجه سانتی گراد: بخار آب آزاد
2. دمای 100 تا 430 درجه سانتی گراد: کاهش آب و تشکیل اکسیدهای سیلیسیوم، آلومینیوم و آهن
3.دمای 900 تا 982 درجه سانتی گراد: آزاد شدن CO2 و تشکیل CaO بر اثر کلسیناسیون
4.دمای 1510درجه سانتی گراد: تشکیل کلینکر
واکنش‌های شیمایی بین مواد خام تشکیل دهنده سیمان، بعد از بخارآب شروع می‌شود، واکنش‌های شیمایی به ترتیب عبارت است از:
- تجزیه رس
- تجزیه دولومیت
- تجزیه کلسیت در دمای پایین
- واکنش آلومینا و اکسیژن
- واکنش کلسیت باقی مانده
- سینترینگ یا تف جوشی
مرحله پنجم (خنک سازی وآسیاب نهایی)
زمانی که کلینکر از کوره خارج شود و در هوای آزاد قرار گیرد، دمای سریع از 2000درجه سانتی گراد به 100تا 200درجه سانتی گردا می رسد. سپس در این مرحله کلینکر را آسیاب می‌کنند و چندین ماده مختلف به ترکیب اضافه می شود تا سیمان را تشکیل دهد. همچنین از سنگ آهک در ترکیب به منظور کاهش در زمان گیرش، مقاوم سازی و جلوگیری از چسبیدن ترکیب به بدنه و گلوله‌های آسیاب جلوگیری می‌کند. سپس مواد دیگری مانند تری اتانول آمین به منظور ریز شدن موا و جلوگیری از گلوله شدن آن، به ترکیب مواد اولیه سیمان اضافه می شود.
پس از فرایند خنک‌سازی وارد مرحله آسیاب نهایی می‌شوند، بعد از آسیاب پودر ریزی به دست می آید که هر کیلوگرم از آن شامل 75 میلیون ذره است، این پودر سیمان است.
برای مطالعه مقاله سیمان نسوز می‌توانید به مقاله آن مراجعه کنید.
مرحله ششم (بسته بندی و انتقال به انبار)
در این مرحله اکثر سیمان‌های مورد نیاز به صورت تنی با کامیون، قطار یا هواپیما به محل‌های مورد نیاز منتقل می شود، باقی مانده سیمان را در کیسه‌های 20 تا 40 کیلوگرمی بسته بندی می‌کنند.
نتیجه گیری
سیمان بعنوان یکی از اصلی ترین مصالح ساختمانی از گذشته تا به کنون در این مقاله به شما گفتیم که سیمان از چی درست میشه و فرایند تولید سیمان را از مرحله استخراج تا بسته بندی و انتقال بیان کردیم. همچنین مواد اولیه سیمان به همراه وظایف هر کدامشان را توضیح دادیم. شما می‌توانید برای خرید سیمان آبیک، سیمان فارس، سیمان فارس نو، سیمان سپاهان و خرید سیمان تهران و دیگر سیمان‌های باکیفیت به سیوان لند مراجعه کنید.
