بخشی از مقاله
چکیده :
کمبود شدید سیمان درکشور تا دوسال پیش سبب گردید که کوشش بر ازدیاد میزان تولید متمرکز شود ودراین میان به کیفیت سیمان ومحیط زیست توجه کافی مبذول نگردید وخسارات زیادی را بوجود آورد. هم اکنون تولید سالیانه سیمان به ۴۲ میلیون تن رسیده است وبزودی این میزان به ۲۳ میلیون تن خواهد رسید. میزان تولید فعلی همراه با کند شدن آهنگ ساخت وساز جوابگوی میزان مصرف کنونی می باشد ولیکن برای توسعه ورشد کشور و نزدیک تر شدن به سطح زندگی کشورهای پیشرفته صنعتی لازم است مصرف سرانه سیمان کشور از سالیانه ۰۰۴ کیلوگرم فعلی به ۰۰۰۱ کیلوگرم برسد که این رشد نیاز به افزایش تولید دو برابر خواهد داشت .
مطالعات نشان داده است - ۱ - تولید سیمان پرتلند علاوه بر آنکه مقادیر معتنابهی از منابع طبیعی مانند سنک آهک وسوخت های فسیلی وغیره را از بین می برد بازاﺀ هر تن سیمان تولید شده حدود یک تن گاز دی اکسید کربن که یکی از گازهای گلخانه أی آلاینده محیط زیست می باشد نیز ایجاد می شود . در قطعنامه سال ۷۹۹۱ Kyoto سازمان ملل ، کلیه کشورهای جهان متعهد شده اند که سطح تولید گازهای کلخانه أی درجهان را به شدت کاهش دهند وبه کمتر از میزان تولید شده در سال ۰۹۹۱ برسانند. باتوجه به اینکه تخمین زده می شود حدود ۷ درصد از گازCO2 تولید شده درجهان توسط صنعت سیمان باشد لذا لازم است تولید کنندگان سیمان در این رابطه اقدام جدی صورت دهند. بنابراین امروزه تولید کنندگان سیمان با مسئله دو گانه أی مواجه اند.
از طرفی لازمست میزان تولید خود را به حدی افزایش دهند تا ساخت وساز کشور به سطح کشورهای پیشرفته نزدیک شود وازطرف دیگر باید منابع طبیعی را بی رویه هدر ندهند واز آلوده شدن محیط زیست وایجاد گازهائی که به شدت موجودیت آینده بشر درسطح کره زمین را تهدید می کنند جلوگیری نمایند. مسئله جدی دیگری که برسرراه صنعت سیمان وبتن قرار دارد آنستکه سیمان پرتلند با آنهمه مشکلات یاد شده تولید می گردد ولیکن درنهایت بتن حاوی آن از دوام کافی برخوردارنبوده و خود باعث تشدید مسائل فوق می گردد.
سیمان های امروزی گو اینکه نسبت به سیمان های پنجاه سال گذشته مقاومتی چندین برابر دارند ولیکن این بهبود در مقاومت همراه با اصلاح مشابهی در دوام بتن نبوده است . بنابراین در قرن حاضر باید سیمانهای با ترکیبات تکمیل شده توسعه یابند که بتوانند نه تنها با محیط زیست سازگار باشند بلکه مسائل کمتری دررابطه با دوام بتن ایجاد نمایند . دراین مقاله پیشنهاداتی برای نیل به این اهداف ارائه گردیده اند تا باشد که صنعت سیمان وبتن بتواند از توسعه أی پایدار برخوردارگردند.
١- روشهای کاهش گاز CO2 درصنعت سیمان
امکانات شناخته شده کاهش مقدار گاز CO2 ایجاد شده درفعالیت های مربوط به تولید سیمان را می توان به شرح زیر برشمرد :
١- ۱ - بکارگرفتن تولیدات جانبی صنعتی به عنوان جزیی از مواد خام مخلوط درکوره سیمان
به منظور کاهش روند ایجاد گاز CO2 به ازاﺀ هر واحد کلینکر تولید شده می توان از برخی از محصولات صنعتی که به صورت جزیی یا کلی کلسینه شده اند و یا از ضایعات حاوی آهک وسایر معدنی هایی که می توانند بخشی از آهک موجود در مواد خام برای تولید کلینکر سیمان را جایگزین نمایند استفاده نمود. نمونه أی از این روش ، استفاده موفقیت آمیز از خاکستربادی به عنوان جزیی از مواد خام درکوره سیمان بوده است . سایر محصولات صنعتی جانبی که می توانند برای این منظور بکارگرفته شوند شامل سرباره کوره آهن گدازی ، سرباره کوره مس وغیره می باشند از این مواد درکشور ﮊاپن استفاده شده است .
۱-۲- تولید کلینکر با درصد C3S کمتر
با تولید کلینکر حاوی درصد C3S کمتر که به سنگ آهک کمتری نیاز دارد می توان گاز CO2 ایجاد شده را کاهش داد . امتیاز دیگر این کار ، کاهش درمصرف سوخت کوره به دلیل نیاز به دمای کمتر تولید کلینکر می باشد که درنهایت منجربه کاهش گاز CO2 حاصل از سوخت کوره وهمچنین تولید کلینکر با هزینه کمتر می باشد. استفاده از سیمانهای با C3S کمتر درکاهش توسعه ترک درسازه های بتنی نیز کمک می نماید که میتواند منجر به دوام بیشتر سازه شود . ولیکن رویهمرفته میزان کاهش CO2 از این طریق قابل توجه نمی باشد .
۱-۳-اصلاح محصولات سیمانی
یکی از روشهای مهم کاهش ایجاد گاز CO2 درتولید سیمان ، استفاده از خاکستربادی پوزولانهای طبیعی ، سرباره کوره آهن گدازی وسایر مواد مشابه برای تولید سیمانهای آمیخته می باشد. تحقیقات گسترده أی درزمینه تولید وکاربرد سیمانهای آمیخته صورت گرفته وادامه دارد . امروزه به این نتیجه رسیده اند که خواص مهندسی سیمانهای آمیخته از بسیاری جهات نسبت به سیمان پرتلند معمولی ارجحیت دارد.
سیمانهای آمیخته با توام آسیاب نمودن کلینکر سیمان پرتلند با برخی مواد جامدی که دارای خواص هیدرولیکی باشند مانند خاک رس کلسینه شده ، خاکستر بادی ، پوزولان طبیعی وسرباره کوره آهن گدازی دانه وآسباب شده - سکادا - تولید می شوند. بسته به کیفیت کلینکر وخاکستربادی ، حد مجاز افزایش خاکستر بادی درسیمانهای آمیخته ۰۱ تا ۵۲ درصد می باشد . براساس استانداردهای بین المللی مقدار سکادا درسیمانهای آمیخته می تواند تا ۰۷% باشد.
طبق استاندارد ملی ایران میزان پوزولان طبیعی درسیمان پرتلند پوزولانی تا ۵۱ درصد تعیین گردیده ولی در استاندارد جدیدی که بزودی منتشر خواهد شد تا ۰۵ درصد پوزولان طبیعی مجاز دانسته شده است . بسته به مقدار انرﮊی الکتریکی یا حرارتی مصرف شده درکارخانجات سیمان ، به ازاﺀ هرتن از مواد پوزولانی یا هرگونه مواد ریز دانه و آسیاب شده همراه با کلینکر سیمان پرتلند معمولی حدود یک تن گاز خروجی CO2 در تولیدسیمان آمیخته کاهش می یابد. درسال ۲۹۹۱ میلادی حدود ۹۳ میلیون تن خاکستربادی درصنایع سیمان وبتن درسطح جهان مصرف شد که منجر به همین مقدار کاهش درمقدار گاز CO2 آزاد شده به اتمسفر گردید. تحقیقات نشان داده است - ۲ - که خواص سیمانهای آمیخته تقریبا" کلیه الزامات صنایع ساختمانی بتنی را برآورد می نماید.
بنابراین افزایش میزان تولید و کاربرد این نوع سیمان هم به حفظ محیط زیست کمک می کند وهم به توسعه پایدار فعالیتهای مربوط به صنعت سیمان منجر خواهد شد. خاکستر بادی عمدتا" در نیروگاههای حرارتی با سوخت ذغال سنگ ایجاد می شود ، ولی در کشور مابه دلیل استفاده از سوختهای نفتی درنیروگاهها ، خاکستربادی تولید نمی گردد. نشان داده شده است - ۳ - که مقادیر معتنا بهی از پوزولان طبیعی به صورت تراس یا خاک دیاتومه در ایران وجود دارند که منابع بالقوه أی برای استفاده درصنعت سیمان محسوب می گردند. از آنجا که پوزولانهای طبیعی موجود از کیفیت متغیری برخوردارند لازم است با بکارگیری فرآیندهای صنعتی مناسب این مواد برای مصرف دربتن آماده شوند .
برای تولید یک میلیارد تن سیمان آمیخته به حدود ۰۵۳ میلیون تن خاکستربادی یا پوزولان طبیعی نیاز می باشد. که منجر به همین مقدار - ۰۵۳ میلیون تن - کاهش گازC O 2 درسطح جهان می گردد . بنابراین افزایش مقدار مصرف پوزولانهای طبیعی و سکادا به منظور تولید سیمان های آمیخته باید بعنوان یکی ازا هداف اساسی درصنعت تولید سیمان درنظرگرفته شود تا توسعه صنعت سیمان بصورت توسعه أی پایدار درقرن بیست ویکم درآید .
دراین رابطه همکاری نزدیک بین شرکتهای خدماتی وکارخانجات سیمان به منظور توسعه تجهیزات زیربنایی کافی ومناسب برای گرد آوری ومصرف ضایعات صنعتی به صورت همساز با اکوسیستم عامل مهمی دربهره گیری از مقادیر زیادی از محصولات سیمانی آمیخته می باشد. گسترش تحقیقات در زمینه فعال کننده ها یا برخی از مواد فوق روان کننده برای توسعه مصرف مواد پوزولانی وسرباره کوره آهن گدازی برای تولید سیمانهای آمیخته با کیفیت عالی که نسبت به سیمان پرتلند معمولی ارجحیت دارند ومنجر به کاهش CO2 درسطح جهان می گردند ضرورتی اجتناب ناپذیر می نماید.
۱-۴- بالا بردن راندمان مصرف انرﮊی درصنعت سیمان
رابطه نزدیکی بین انرﮊی مصرف شده برای تولید یک محصول مانند سیمان پرتلند وآلودگی محیط زیست وجود دارد. انرﮊی مصرف شده در کارخانه سیمان به هردوصورت الکتریکی وحرارتی از سوختهای فسیلی حاوی مقادیر زیادی کربن بدست می آید . سوختهای مایع حاصل از نفت حاوی حدود ۴۸ درصد کربن می باشند و سوختهای گازی حدود ۵۷ درصد کربن دارند.بنابراین با احتراق سوختهای فسیلی به منظور تولید کلینکر درکوره یا در مراحل خشک کردن ویا تولید برق درکارخانه سیمان مقادیر زیادی دی اکسید کربن ایجاد خواهد شد.
هرکوششی به منظور بهبود راندمان انرﮊی مصرف شده مستقیما" به کاهش گازهای آلاینده بویژه دی اکسید کربن منجر می گردد وهمزمان باعث بالا رفتن بهره دهی کارخانه می شود . با تغییر روش تولید سیمان از روش تر به روش خشک وبکارگرفتن تجهیزات مدرن پیش گرم کن ، پیش کلسینه کن وسردکننده های جدید راندمان کوره های سیمان به میزان قابل توجهی افزایش یافته ومصرف انرﮊی برای تولید هر کیلوگرم سیمان به کمتراز نصف کاهش یافته است .
۱-۵- سوزاندن ضایعات قابل احتراق درکوره سیمان
کوره های سیمان به عنوان یکی از مناسبترین محلها برای سوزاندن ضایعات قابل احتراق به شمار می آیند و امروزه در کشورهای اروپایی وامریکا به عنوان روشی موثر برای از بین بردن ضایعات صنعتی خطرناک به شمار می آیند. سایر کشورها نیز به تدریج ازاین روش بهره می گیرند . با سوزاندن ضایعات صنعتی انرﮊی آنها با زیافت می شود واز این طریق صرفه جویی قابل ملاحظه أی درسوختهای فسیلی ایجاد می گردد. ودرنتیجه کاهش قابل ملاحظه أی درمیزان گاز CO2 ایجاد شده بوجود می آید.
۱-۶- تعبیه دستگاههای بازیافت حرارت تلف شده
امروزه در کوره های مدرن تولید سیمان حدود ۰۴ تا ۰۵ درصد حرارت ایجاد شده همراه گازهای خروجی از دستگاههای پیش گرم کن و توسط کلینکر داغ دردستگاههای سردکننده کلینکر به خارج راه می یابد وتلف می شود . دمای گاز های خروجی ازپیش گرم کن ها بین ۰۰۳ تا ۰۰۴ درجه سانتیگراد ودمای گازهای خروجی از سرد کننده های کلینکر بین ۰۰۲ تا ۰۰۳ درجه سانتیگراد است که حرارت قابل توجهی بهمراه دارد . علاوه بر اتلاف حرارت فوق مقادیر قابل توجهی گاز CO2 دراثرسوخت مواد قابل احتراق ایجاد می گردد که بدون آ،که هیچ گونه بهره دهی داشته باشد باعث آلودگی محیط زیست می شود.
ملاحظه می شود که گازهای خروجی از پیش گرم کن ها وسرد کنند ه ها ، منابع سوختی را از بین می برند گازهای کلخانه أی زیادی به اتمسفر انتقال می دهند بدون آنکه هیچ کارمفیدی در کارخانه سیمان صورت گرفته باشد. به منظور جلوگیری از این ضایعات دستگاههای بازیافت حرارت تلف شده درکارخانه های سیمان تعبیه می شوند که بخشی ازاین حرارت را به منظور تولید الکتریستیه بکار می برند . درحال حاضر هیچکدام از کارخانه های سیمان ایران از این دستگاهها بهره نگرفته اند وجای دارد که مطالعاتی دراین زمینه صورت گیرد.
