1. أسباب انخفاض نشاط مسحوق الخبث
تساهم عوامل عديدة في انخفاض فعالية مسحوق الخبث. وتُعدّ النسبة العالية للأطوار البلورية وبنية البلورة الكاملة من العوامل الرئيسية. علاوة على ذلك، فإنّ ارتفاع محتوى الأكاسيد الحمضية مثل ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) وانخفاض محتوى الأكاسيد القاعدية مثل أكسيد الكالسيوم (CaO) يُقلّلان من الفعالية. عند تحليل أسباب عدم كفاءة طحن مسحوق الخبث،, المواد الكيميائية التأليف هو العقبة الأولى.
ثانيًا، المساحة السطحية النوعية، وشكل الجسيمات، و حجم الجسيمات يلعب التوزيع دورًا حيويًا. تُعدّ مساحة السطح النوعية شرطًا أساسيًا للنشاط. مع ذلك، لا تعني مساحة السطح الأكبر بالضرورة نشاطًا أكبر. تؤثر معدات وعمليات الطحن على النشاط من خلال تغيير أشكال الجسيمات. وللحصول على قوة مثلى، يجب أن يتراوح حجم جسيمات الخبث من 80% إلى 85% بين 0 و12 ميكرومترًا. إضافةً إلى ذلك، يجب أن يكون حجم الجسيمات التي يزيد حجمها عن 95% أصغر من 30 ميكرومترًا.
2. معدات الطحن وعمليات الطحن
تتضمن معدات الطحن الرئيسية المستخدمة حاليًا في إنتاج مسحوق الخبث في الصين مطاحن الكرات ومطاحن الأسطوانات العمودية. وتؤثر معدات الطحن وعملياتها بشكل مباشر على نعومة مسحوق الخبث وشكل جزيئاته وتوزيع أحجامها. وفيما يلي تحليل أولي.
2.1 مطحنة الكرة
تنقسم عملية إنتاج مسحوق الخبث بواسطة الطحن الكروي إلى أنظمة طحن ذات دائرة مغلقة وأنظمة طحن ذات دائرة مفتوحة.
نظام طحن ذو دائرة مغلقة
استهلاك الطاقة لدائرة مغلقة مطحنة الكرة نظام طحن الخبث أقل كفاءة من نظام الدائرة المفتوحة. ورغم إمكانية التحكم بدقة عالية في نعومة المنتج، إلا أن جزيئات مسحوق الخبث الأكبر حجمًا لا تزال تُختار بسهولة في المنتج النهائي بفعل تدفق الهواء ذي الضغط السلبي. ونظرًا لتشابه أحجام جزيئات مسحوق الخبث، ينتج عن ذلك توزيع غير متجانس لأحجام الجزيئات. يعتمد مبدأ التصنيف على التصنيف بالجاذبية، أي يتم الاحتفاظ بالجزيئات أو إزالتها وفقًا لوزنها. يدخل عدد كبير نسبيًا من الجزيئات التي يزيد حجمها عن 30 ميكرومترًا إلى المنتج النهائي، وهذه الجزيئات لا تُسهم إلا بنسبة ضئيلة في زيادة قوة المنتج.
نظام طحن ذو دائرة مفتوحة
لا يزال معظم منتجي مسحوق الخبث المحليين يستخدمون مطاحن الكرات ذات أنظمة الطحن ذات الدائرة المفتوحة. يحتوي مسحوق الخبث المُعالَج بهذه المطاحن على نسبة عالية من الجزيئات الدقيقة ذات توزيع واسع في الحجم، ويكون مؤشر نشاطه مرتفعًا نسبيًا. عند طحن الخبث إلى 480 م²/كجم، ومع توزيع معقول لحجم الجزيئات، يتراوح حجم معظمها بين 0 و30 ميكرومترًا. بالنسبة للخبث ذي الجودة نفسها، ينتج عن الطحن باستخدام مطحنة كرات بنظام دائرة مفتوحة مؤشر نشاط أعلى نسبيًا.
في نظام الطحن الكروي ذي الدائرة المفتوحة، والذي لا يتضمن معدات تكسير مسبق، يكون استهلاك الطاقة مرتفعًا نسبيًا، حيث يتراوح عادةً بين 65 و95 كيلوواط ساعة/طن عندما تصل مساحة السطح إلى 420 مترًا مربعًا/كيلوغرام. يُعدّ الهيكل الداخلي للطاحون الكروي بالغ الأهمية، إذ تؤثر عوامل مثل توزيع طول حجرة الطحن وتكوين لوحة الحجاب الحاجز تأثيرًا مباشرًا على المنتج. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر تصنيف وسائط الطحن على مساحة السطح النوعية وتوزيع حجم الجسيمات. وتُحدد هذه العناصر مجتمعةً مؤشر النشاط النهائي لمسحوق الخبث.
خلال التحقيقات، تبيّن أن إحدى شركات مسحوق الخبث تستخدم مطحنة كروية مفتوحة الدائرة مزودة بمساعدات طحن، إلا أن نشاط مسحوق الخبث كان منخفضًا للغاية، ولم تتجاوز مساحة سطحه النوعية 450 مترًا مربعًا/كيلوغرام. تحتوي هذه المطحنة على ثلاث حجرات، وتستخدم الحجرة الثالثة قطعًا فولاذية مصغرة ذات بطانات محززة. تُعدّ الحجرة الثالثة حجرة الطحن، وهي بالغة الأهمية لزيادة مساحة السطح النوعية وتحسين النشاط. يُخالف استخدام القطع الفولاذية المصغرة ذات البطانات المحززة في هذه الحجرة الممارسات الشائعة. فكيف يُمكن، باستخدام طريقة الطحن هذه، زيادة مساحة السطح النوعية، وضمان توزيع مناسب لحجم الجسيمات، وتحسين نشاط مسحوق الخبث؟
2.2 مطحنة الأسطوانات العمودية
عند استخدام عمودي مطحنة الأسطوانة (VRM) لطحن مسحوق الخبث إلى مساحة سطحية محددة تبلغ حوالي 420 م²/كجم، يكون إنتاج المطحنة عاليًا واستهلاك الطاقة حوالي 40 كيلوواط ساعة/طن. استهلاك طاقة الطحن منخفض نسبيًا، مما يجعله شائعًا بين المستخدمين.
أثبتت التجارب أن مقاومة الضغط بعد ثلاثة أيام للأسمنت المُنتج في مطحنة عمودية، لنفس نوع الكلنكر ونفس مساحة السطح النوعية، تقل بنحو 3 ميجا باسكال عن تلك المُنتجة في مطحنة كروية. فهل يوجد العيب نفسه في مسحوق الخبث المطحون في مطحنة عمودية؟
على غرار نظام مطحنة الكرات ذات الدائرة المغلقة، تُجهز المطحنة العمودية بمصنف لجمع المساحيق الناعمة. في حال التشغيل غير السليم أو عدم التحكم الأمثل في معايير النظام، قد يتم جمع عدد كبير من الجسيمات التي يزيد حجمها عن 30 ميكرومتر كمنتج نهائي. ينتج عن ذلك نطاق توزيع ضيق لحجم الجسيمات، مما يقلل من فعالية مسحوق الخبث. ثانيًا، تعتمد آلية الطحن في المطحنة العمودية على القص، كما يؤثر شكل الجسيمات على تطور القوة، وبالتالي يقلل من مؤشر الفعالية.
من المسائل الأخرى التي غالباً ما يتم تجاهلها عملية تجفيف الخبث مباشرةً داخل المطحنة باستخدام غاز عالي الحرارة. بعبارة أخرى، يجب أن تمر جزيئات الخبث الدقيقة التي يتراوح حجمها بين 0 و12 ميكرومتر عبر غاز عالي الحرارة عند حوالي 250 درجة مئوية قبل دخولها إلى صومعة المنتج النهائي. وهذا يُعادل تعريض الخبث المُبرّد بالماء لمعالجة حرارية عالية الحرارة مرة أخرى، مما يُعزز نمو البلورات ويُقلل من العيوب في الخبث، وبالتالي يُخفض من نشاطه.
إذا تم التحكم في تشغيل وإدارة المطحنة العمودية بشكل جيد، مع تنظيم معقول لدرجة الحرارة وضغط الهواء ومعدل تدفق الهواء، يمكن تقليل انخفاض نشاط مسحوق الخبث إلى الحد الأدنى نسبيًا. ومع ذلك، فإن سوء التحكم سيزيد من تفاقم انخفاض النشاط.
2.3 مطحنة أسطوانية أفقية
تتميز مطحنة الأسطوانات الأفقية بعملية بسيطة وبنية داخلية فعّالة، مع تقليل العوامل التي تُقلل من نشاط مسحوق الخبث. بعد الطحن، تُظهر المادة شكلاً مثالياً للجسيمات وتوزيعاً مثالياً لحجمها، كما أن جودة المنتج موثوقة. يتميز الأسمنت المطحون بواسطة مطحنة الأسطوانات الأفقية بقوة عالية نسبياً. عند طحن مسحوق خبث الصلب إلى مساحة سطحية محددة تبلغ حوالي 460 م²/كجم، يبلغ استهلاك الطاقة للمحرك الرئيسي 33-35 كيلوواط ساعة/طن، مما يجعلها من المعدات المفضلة لطحن مسحوق الخبث.
إن شكل جزيئات الأسمنت التي تنتجها مطحنة الأسطوانات الأفقية يشبه إلى حد كبير الشكل الذي تنتجه مطحنة الكرات (انظر الشكل أدناه).
3. طرق لتحسين نشاط مسحوق الخبث
الأسباب الرئيسية لانخفاض نشاط مسحوق الخبث الدقيق
من خلال التحليل أعلاه، فإن الأسباب الرئيسية لانخفاض نشاط مسحوق الخبث الدقيق هي نتائج معالجة التبريد بالماء للخبث، بالإضافة إلى تركيبه الكيميائي، وشكل الجسيمات، وتوزيع حجم الجسيمات، والجوانب التشغيلية للعملية.
كيف يمكن اعتماد تدابير معالجة مناسبة بشكل معقول لتحسين نشاط مسحوق الخبث الدقيق؟
التأثير الشامل لمساحة السطح النوعية وخصائص الجسيمات على النشاط
نظريًا، يجب أن تصل مساحة سطح مسحوق الخبث المطحون إلى أكثر من 480 م²/كغ لتحقيق أقصى فعالية. مع ذلك، إذا كانت قاعدية الخبث حوالي 85%، فإن زيادة مساحة السطح قد لا تُجدي نفعًا. حتى عندما تصل مساحة السطح في مطحنة الكرات ذات الدائرة المفتوحة إلى أكثر من 500 م²/كغ، نادرًا ما تُظهر الفعالية تحسنًا ملحوظًا. يعود ذلك إلى أن مؤشر الفعالية لا يعتمد على مساحة السطح فقط، بل تشمل العوامل الحاسمة شكل الجسيمات وتجانس توزيع أحجامها. وتتأثر هذه العوامل مباشرةً بعملية الطحن والمعدات المستخدمة. لذا، يتطلب تحسين فعالية مسحوق الخبث الدقيق اتخاذ تدابير تقنية شاملة.
التنشيط المزدوج الفيزيائي والكيميائي هو المفتاح لتحسين النشاط
لتعزيز نشاط مسحوق الخبث الدقيق، من الضروري تعديل التركيب الكيميائي السطحي لمسحوق الخبث الدقيق تحت التأثير المزدوج للتنشيط الفيزيائي والكيميائي، وبالتالي زيادة نشاطه.
يمكن تحسين النشاط من خلال الجمع بين التعديلات الكيميائية والفيزيائية. أولًا، يجب تعديل مسحوق الخبث الحمضي الدقيق ليصبح قلويًا ضعيفًا أو قلويًا. ثانيًا، يجب طحن المادة بشكل مناسب للحصول على جزيئات أدق. تُوسّع هذه العملية نطاق التوزيع الأمثل للجزيئات. باتباع هذه الخطوات، يمكن تحقيق هدف تحسين نشاط مسحوق الخبث الدقيق بشكل ملحوظ.
ممارسة تكنولوجيا المنشطات في شركة سيبينغ للأسمنت
أجرت شركة سيبينغ للأسمنت أبحاثًا حول سبل معالجة انخفاض النشاط في الخبث الحمضي. كما ركزت على المشكلات الناجمة عن عمليات طحن مسحوق الخبث غير السليمة. ولتحسين النشاط، طبقت الشركة مزيجًا من المنشطات السائلة الخارجية والمنشطات المسحوقة، بالإضافة إلى استخدام طرق التنشيط المركبة الفيزيائية والكيميائية. وقد حققت هذه الاستراتيجيات المدمجة نجاحًا مبدئيًا في تحسين أداء مسحوق الخبث الدقيق.
عند إضافة المنشطات أثناء طحن مسحوق الخبث، تحدث تغييرات طفيفة في التركيب الكيميائي لمسحوق الخبث الدقيق الناتج (انظر الجدول 1).
| طريقة الإثارة | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | عالي | أكسيد المغنيسيوم | قيمة الرقم الهيدروجيني | عامل الجودة |
| الخبث (بدون مُنشِّط) | 39.18 | 14.02 | 1.39 | 39.23 | 6.75 | 0.86 | 1.53 |
| مُنشِّط سائل | 37.26 | 12.02 | 1.92 | 40.71 | 6.35 | 0.95 | 1.58 |
| مُنشِّط سائل + مُنشِّط مسحوق | 35.14 | 10.42 | 1.32 | 40.24 | 7.23 | 1.04 | 1.65 |
الجدول 1: تغييرات طفيفة في التركيب الكيميائي لمسحوق الخبث المطحون مع المنشطات (%).
(ملاحظة: النص الأصلي لا يقدم بيانات جدولية محددة؛ هذا النص يحتفظ بالوصف الأصلي.)
تتميز الخبث الحمضي بشكل أساسي بمحتوى عالٍ من SiO₂، مما يؤدي إلى أداء هيكلي مستقر وهو العامل الرئيسي الذي يساهم في انخفاض معامل الجودة.
تأثيرات المنشطات على تحسين التركيب الكيميائي والقاعدية
باستخدام 0.1% منشط سائل ممزوج بالخبث لطحن مسحوق الخبث، كان التركيب الكيميائي الأصلي للخبث يحتوي على SiO₂ عند 39.18%، والذي انخفض إلى 37.26% في مسحوق الخبث الدقيق الناتج، وزادت القاعدية من 0.86 إلى 0.95.
عندما تم استخدام كل من المنشط السائل والمنشط المسحوق في وقت واحد أثناء طحن مسحوق الخبث، انخفضت نسبة SiO₂ الأصلية من 39.18% إلى 35.14% في مسحوق الخبث الدقيق، مما أدى إلى رفع القاعدية إلى 1.04 وتعديلها لتلبية مؤشرات الخبث القلوي.
هذا "الخبث القلوي"، عند طحنه إلى مساحة سطحية محددة معينة من خلال طحن مسحوق الخبث المناسب وبتوزيع معقول نسبيًا لحجم الجسيمات، سيظهر مؤشر نشاط محسّن.
بيانات فعلية حول تحسين مؤشر النشاط
بالنسبة للخبث الحمضي مع إضافة 0.1% منشط سائل للخبث أثناء طحن مسحوق الخبث في مطحنة الكرات، ارتفع مؤشر النشاط لمدة 7 أيام من 67.4% إلى 88.8%، أي بتحسن قدره 31.75%؛ وارتفع مؤشر النشاط لمدة 28 يومًا من 89.5% إلى 110.7%، أي بتحسن قدره 23.7%.
اعتمادًا على الاختلافات في المواد الخام المحلية وعمليات الإنتاج، يمكن لطرق التنشيط الكيميائي أن تزيد بشكل فردي من مؤشر نشاط مسحوق الخبث الدقيق بحوالي 15-25%، بينما يمكن لطرق التنشيط المركبة أن تزيده بحوالي 50%.
باستخدام التدابير التقنية المذكورة أعلاه، يمكن رفع مستوى مسحوق الخبث الدقيق ذي مؤشر النشاط الأصلي لمدة 7 أيام والذي يبلغ حوالي 55% إلى أكثر من 75%؛ ويمكن رفع مستوى مسحوق الخبث الدقيق ذي مؤشر النشاط الأصلي لمدة 7 أيام والذي يبلغ حوالي 70% إلى أكثر من 95%.
توصيات التطبيق العملي
لحل مشكلة انخفاض النشاط في مسحوق الخبث الدقيق، يُعدّ اتباع نهج مُخصّص أمرًا ضروريًا. يجب على المهندسين وضع عدة مخططات تقنية بناءً على المعدات والمواد الخام المتوفرة في الموقع. كما يجب مراعاة الظروف المحلية الأخرى خلال مرحلة التخطيط هذه. تُشكّل الاختبارات المعملية خطوةً حاسمةً تالية. لا يُمكن اختيار المخطط التقني الأمثل إلا بعد الحصول على نتائج الاختبارات بعد 7 أيام و28 يومًا. تضمن عملية الاختيار هذه تحسينًا كبيرًا في مؤشر النشاط، وفي الوقت نفسه، تُساعد على خفض تكاليف الإنتاج والاستثمار الرأسمالي.
شكرًا لقراءتكم. آمل أن يكون مقالي مفيدًا. يُرجى ترك تعليق أدناه. يمكنكم أيضًا التواصل مع ممثل خدمة عملاء زيلدا عبر الإنترنت لأي استفسارات أخرى.
— نشر بواسطة إميلي تشين