مقدمه :

سیمان ها مواد چسبنده ای هستند که قابلیت چسباندن ذرات به یکدیگر و به وجود آوردن جسم یک پارچه از ذرات متشکله را دارند . در واقع سیمان یک نوع چسب ساختمانی است که اجزاء شن و ماسه را به یکدیگر می چسباند در اصل سیمان قدرت چندانی در برابر فشار ندارد بلکه هنگامی که به نسبت های معین با شن و ماسه مخلوط می شود ایجاد بتن کرده و بتن پس از سخت شدن با گذشت زمان محکم و محکم تر می شود و بعد از حدود یک ماه تقریبا به ماکزیمم قدرت خود می رسد . علت محکم شدن سیمان وجود اجزاء آن است . این اجزاء با آب ترکیب شده و ایجاد کریستال می کند در قدیم از حرارت دادن سنگ آهکی که مقداری خاک رس داشته است ترکیب سیمان را بدست اورده اند و از نظر شیمیایی را بدست اورده اند و از نظر شباهتی که این ترکیب با سنگ های جزیره پرتلند داشت آن را سیمان پرتلند خوانده اند .

مواد خاصی که در تهیه ی نقش دارند شامل :

۱- سنگ اهن یا کربنات کلسیم :

که در طبیعت به وفور یافت می شود سنگ آهک در تمام دوران زمین شناسی قابل استفاده برای ساخت سیمان می باشد . معمولا وزن مخصوص سنگ آهک عددی بین ۵٫۳-۳٫۶ می باشد و نوع مرغوب آن همان سنگ مرمر می باشد .

۲- خاک رس:

که این ترکیب ازسیکلات های الومنیم ابدار تشکیل گردیده است که دران سیلیس ۲تا۵ برابر اکسید الومنیم می باشد به طور اختصار فرمول شیمیایی  چنین است ۲H2O  و ۲Sio2  و Al2o3  که اگر به این ترکیب ۵۰۰الی ۶۰۰ درجه سانتی گراد حرارت دهد آب تبلور خودش  رااز دست داده و به Al2o3   و سیلیس غیر متبلور تجزیه می گردد.

این ترکیبات باناخالصی هایی همراه هستند که بیشتر آنها از ترکیبات آهن و کلسیم هستند و قرمز یا تیره رنگ بودن آنها درارتباط باآهن موجود در آنها می باشد .

۳-مارل :

مخلوط طبیعی سنگ آهک و خاک رس را به نام مارل می نامند .

اینکه از چه موقع مصرف سیمان درایران باب شده چندان مشخص نیست ولی آنچه مسلم است ورود سیمان به ایران توسط بیگانگان که از آن برای ساختن بناهایی نظیر کلیساها وسفارت خانه و تآسیسات بندری استفاده شده است. بنا به نیاز آن روز بودکه درسال ۱۳۱۲اولین کارخانه سیمان به نام سیمان ری شروع به کار کرد.

۴- سنگ آهن

تاریخچه ای از شرکت سیمان فارس

این شرکت درسال ۱۳۲۹ تاسیس شد وفعالیت خود را بااحداث کارخانه سیمان فارس در زمینی به مساحت ۱۴۰هکتار درابتدا جاده شیراز-بوشهر  وباظرفیت تولید ۲۰۰تن درروزآغازکرد.این کارخانه درسال ۱۳۳۴ رسماموردبهره برداری قرارگرفت ودر زمان خود دومین کارخانه سیمان درکشوربوددراین کارخانه برای نخستین بار درکشور ازروش کوره دوار وروش خشک برای تولید کلینکر استفاده گردیده.

مقدار سنگ آهک موجود درسیمان ۵۹%می باشد که از معدن ۷۰۰هکتاری درفاصله ۸۰۰متری کارخانه و خاک رس ۳۹%که از معادن همجوار بدست می آید و ۲%سنگ آهن گه درصد خلوص آن ۷۰ـ۸۰ درصد می باشد و از شهرهای اراک و سیرجان تآمین می شود و در شرکت سیمان فارس کلینکر از نوع تیپ دو و سیمان پرتلند یوز و لانی می باشد قسمت های مختلف کارخانه شامل:معدن ـآسیاب سنگ و آسیاب خاک ـآسیاب مواد خام ـ سیلوی مواد خام ـ پیش  گرم کن ـکوره ـ خنک کن, آسیاب سیمان ـسیلوی سیمان و قسمت بارگیری بصورت فله ای و کیسه ای آزمایشگاههای فیزیک و شیمی می باشد.

سوخت  مورد نیاز کارخانه  از محل گاز طبیعی یاهمان گاز شهر تامین می شود و همچنین آب کارخانه از چاههای احداثی در محوطه تامین و تصفیه شده و مورد استفاده قرار می گیرد و یک عدد الکترو فیلتر جهت کاهش میزان آلایندگی تعبیه شده که از نوع هیبرید می باشد و غبار خروجی را به کمتر از                ۵  می رساند کارخانه دارای سه شیفت کاری می باشد که حدود ۵۰۰نفر درآن مشغول می باشند.

مراحل تولید سیمان

۱ـ معدن

معادن اولیه سیمان خصوصا سنگ آهک ,خاک رس ,مارل ,سنگ گچ ,و امثالهم بصورت  معادن رو باز می باشند. دراستخراج موادی نظیر سنگ  آهک وسنگ گچ نیاز به چال زنی و انجام انفجار به وسیله دینامیت می باشد. برای این منظور پس از خاکبرداری و روبرداری و جدا کردن باطله ها ,اقدام به چال زدن بادستگاهای پنوماتیک نظیر دریل واگن یاچکش دستی می شود. چال های چکش دستی به عمق ۱تا۳ متر و چالهای  دریل واگن به عمق ۳تا۱۵ متر می باشد.

پس از آتشکاری بااستفاده از وسایلی نظیر بولدوزر و اکساواتور اقدام به جابجا کردن وذخیره سازی مواد استخراج شده و پاک کردن سکوی کار برای چال زدن های بعدی می شود.

مواد اولیه نظیر خاک رس و مارل نیاز به چال زنی و انفجار ندارد و صرفا بولدوزر و یا دستگاههای  مشابه جهت دپو کردن مواد استفاده  می شود .

بارگیری مواد اولیه سیمان بوسیله لودر یا بیل مکانیکی صورت می گیرد و حمل این مواد بوسیله کامیون ، نوار نقاله ، واگن های زمینی یا هوایی انجام می شود استفاده از روش های مختلف استخراج – بارگیری و حمل مواد اولیه کارخانه بستگی به عوامل مختلف از جمله فاصله معدن تاکارخانه مسیر حمل  ،نوع معدن و عوامل  اقتصادی نظیر سرمایه گذاری روی نیروی انسانی یا ماشین آلات دارد .

در ابتدا مواد اولیه بایستی خرد شوند و به ابعادی تاحدود کمتراز۱۰سانتی متر برسند،سپس درصورت  ضرورت  و همچنین درصورتی که مقدار رطوبت بالاباشد ،می بایستی خشک شوند.پس از خرد شدن و خشک شدن ،در سیستم های مدرن ،مواد اولیه اصلی به نسبت های لازم بایکدیگر مخلوط مقدماتی شده وسپس راهی دستگاهای پودر ساز (آسیاب)می شوند.

۲_خرد کردن مواد اولیه

رقم عمده مواد اولیه مصرفی، مواد آهکی است که معمولا درایران، مواد آهکی بصورت سنگ آهک صخره ای ، لایه لایه و نسبتا سخت می باشد ،  بدلیل صخره ای بودن این ماده اولیه و همچنین مواد اولیه دیگری (مواد کمکی )  نظیر سنگ آهک و سنگ سیلیس ،وجود دستگاههای سنگ شکن یاخرد کن  درکارخانه  سیمان ،ازضروریات است. خاک رس معمولا به همراه مفداری کلوخه های درشت وخرده سنگ است. که برای خرد کردن جداگانه ویاازخردکردن مربوط به سنگ آهک استفاده می نمایند.

  الف ـ  سنگ شکن محرک

اصولا سنگ شکن ها یا درکنار کارخانه و یا در کنار معدن می باشند. درمواردی که سنگ شکن در معدن واقع شده است ، بدلیل عقب نشینی تدریجی معدن ( ناشی از مصرف روزانه )، برای صرفه جویی  درماشین آلات بارگیری و حمل اقدام به استفاده  از سنگ شکن های متحرک می شود. این سنگ شکن ، مجموعه متحرکی است که روی چرخ زنجیر یا تایر ویا سیستمهای هیدرولیک سوارشده است و قادر است همزمان باتغییر محل سکوی بارگیری مواد اولیه ، تغییر جابدهد. مواد خردشده توسط این سیستم ، بوسیله نوار نقاله یا کامیون به کارخانه فرستاده می شود. معمولادر صورتیکه فاصله کمتراز ۵کیلومتر باشد مقرون به صرفه است که ازنوار نقاله یا واگن هوائی استفاده می شود.

ب ـ  سنگ شکنهای ثابت

اصولا انتخاب نوع سنگ شکن بستگی به نوع جنس سنگ مصرفی وابعاد مورد نیاز سمگ خردشده رادارد. درمواردی جنس وسختی سنگ آنچنان که بایکبار خردکردن ،منظور برآورده می شود ،درمواردی سنگ مصرفی آنچنان سخت است که می بایستی عمل خرد کردن ، دریک یادویاسه مرحله صورت می گیرد. مواد خروجی ازسنگ شکنها بایستی دارای ابعاد محدودی باشند ،ازجمله اینکه در کارخانجاتی که دارای آسیاب مواد خام گلوله ای هستند ،اندازه خوراک ورودی به آسیاب  باید در فاصله بین صفر تا سی میلیمتر باشد. برای رسیدن به این ابعاد بایستی عوامل زیر درنظر گرفته شود.

باتوجه به نکات فوق اقدام به انتخاب نوع سنگ شکن می شود. ازجمله انواع مختلف سنگ شکن که درصنعت سیمان مورد مصرف دارند عبارتند از:

سنگ شکن فکی ،مخروطی،ضربه ای ،چکشی ، استوانه ای،که نوع کاربرد هریک بستگی به جنس مواد دارد.

سنگ شکنهای ثابت درابتدای خط تولید سیمان قرار دارند،مواد اولیه بوسیله کامیون یا واگن درداخل قیف این سنگ شکنها  تخلیه می گردند وپس از خردشدن از طریق نوار نقاله راهی سالن ذخیره می شوند.

۳- مخلوط کردن اولیه و ذخیره سازی

قبل از اینکه مواد خرد شده درسنگ شکن ، راهی آسیاب مواد جهت پودر شدن شوند ، بداخل سالنی ریخته می شوند تا بدینوسیله هم مقدمتا با یکدیگر مخلوط شوند و هم اینکه سالن نقش انبار و ذخیره سازی را داراست .

سالن مواد از جمله مهمترین قسمتهای خط تولید است که دارای نقشهای زیر می باشد .

۴- خشک کردن مواد اولیه

در برخی کارخانجات سیمان ، بدلیل موقعیت خاص جغرافیایی و باران خیز بودن منطقه برخی از مواد اولیه ( خصوصا) ، دارای آن میزان از رطوبت هستند که استفاده از آنها در سالن مواد ، امکان پذیر نیست .

ممکن است انواع مختلفی از خشک کن مورد استفاده قرار بگیرد که از جمله آنها خشک کن دوار است که شباهت زیادی به کوره سمیان دارد . این خشک کن ها می توانند رطوبت خاک را از ۲۵ درصد به ۳ درصد کاهش دهند . در این خشک کن ها جریان مواد مرطوب و گاز گرم هم جهت با یکدیگر است .

۵- پودر کردن مخلوط مواد خام

در روش خشک تولید سیمان ، ضرورت دارد که مواد خام قبل از ورود به کوره بصورت پودر در آیند . در ضمن برای جلوگیری از کلوخه شدن و همچنین پایین آوردن چسبندگی مواد ، می بایستی تا حد امکان قبل از فرستادن پودر مواد خام به سیلوهای ذخیره ، خشک و رطوبت گیری شود .

برای این منظور از سیستم های مختلف ، که به طور هم زمان خشک و پور می کنند ، استفاده می شود . از جمله معروف ترین این سیستم ها که در صنعت سیمان مورد کاربرد عام تری دارند ، اسیاب مواد گلوله ای ( بشکه ای ) و آسیاب مواد غلطکی می باشند.

الف – آسیاب مواد خام گلوله ای

این نوع آسیاب ، متشکل از یک بشکه استوانه ای شکل می باشد که سطح داخلی آن توسط زره های شکل دار پوشیده شده است . استوانه دارای حرکت دورانی معینی است و زره ها نقش حفاظت از بدنه و جهت دادن به حرکت مواد و گلوله های فولادی درداخل آسیاب را دارند .

داخل اسیاب به چند قسمت تقسیم شده که هر قسمت توسط صفحات مشبک به نام دیافراگم از یکدیگر جدا گشته اند .هر قسمت از داخل آسیاب بنام ” خانه ” موسوم است .

در خانه های آسیاب ، گلوله های فولادی به قطرهای ۲۰ تا ۱۰۰ میلیمتر ، به نسبت معین و وزن معین ریخته می شوند . از یک طرف آسیاب ، موادی که قرار است پودر شوند وارد می گردند . در اثر حرکت دورانی و وجود گلوله ها ، ترکیبی از فشار سایش – ضربه و برخورد ، باعث می شود که مواد ورودی ضمن طی مسیر آسیاب پودر شوند . با جریان دادن گاز گرم در آسیاب مواد خام عمل خشک کردن نیز صورت می گیرد .

ت- آسیاب های غلطکی

این نوع آسیابها نیز دارای طرحهای گوناگون هستند . در ابتدا از این نوع آسیابها برای پودر کردن ذغال سنگ ( سوخت ) مصرفی در کارخانه سیمان استفاده می شد . ولی بدلیل سادگی سیستم ، پایین بودن مصرف انرژی و قیمت ماشین آلات به مرور در قسمت پودر کردن مواد خام سیمان نیز از انها استفاده گردید .

این نوع آسیاب اساسا متشکل از یک صفحه گردان است که در روی آن تعدادی غلطک قراردارد . مواد ورودی به آسیاب در فاصله بین غلطکها و صفحه گردان قرار گرفته و بدلیل فشار هیدرولیک یا مکانیکی و وزن غلطک­ها ذرات خرد و پودر می گردند .

گازهای گرم خروجی از کوره یا مشعل کمکی ، در داخل آسیاب جریان می یابند . هم باعث خشک گردیدن مواد و هم وسیله برای جابجایی و انتقال ذرات ریز به بیرون از آسیاب و هدایت به سم تسیلوهای مواد خام ، میگردند .