هسته‌های قهوه‌ای

خیلی‌ها با دیدن کلینکرهائی که رنگ آنها به قهوه‌ای گرائیده است نگران می‌شوند. اکثر تولیدکنندگان سیمان شنیده‌اند که کلینکر قهوه‌ای بیانگر شرایط پخت احیاء در کوره است و این حالت برای کیفیت کلینکر مضر است. بدون شک این مورد می‌تواند صحت داشته باشد اما نه هر نوع قهوه‌ای شدن کلینکر و به‌خصوص قهوه‌ای شدن هسته کلینکر که پدیده شایعی است. اکنون در زیر به توضیح آن می‌پردازیم.
قهوه‌ای شدن کلینکر به معنی وجود شرایط احیاء در کوره است خوانندگان مجله ICR به خاطر می‌آورند که در شماره ماه سپتامبر در بخش پرسش‌های فنی، مقاله‌ای تحت عنوان "Color Counts" به چاپ رسید و توضیح داده شد که خاکستری بودن رنگ کلینکر به خاطر میترال C۴AF در کلینکر است و در حقیقت به خاطر محلول جامد یون‌های Mg+۲ در میترال C۴AF است. این نکته نیز خاطرنشان شد که وجود شرایط احیاء در کوره منجر به احیاء شدن بخشی از Fe+۳ به Fe+۲ شده که ترجیحاً به‌صورت محلول جامد در C۴AF عمل می‌کند تا Mg+۲ که باعث خاکستری شدن رنگ C۴AF می‌گردد.
احیاء شدن De+۳ در کلینکر می‌تواند برای کیفیت کلینکر مضر باشد اما فقط در حالتی که کلینکر در اتمسفر احیاء به کمتر از ۱۲۵۰ درجه سانتی‌گراد خنک شود. در این حالت کریستالی شدن اده مذاب در حالتی شکل می‌گیرد که اتمسفر احیاء وجود دارد و کیفیت کلینکر به‌طور فزاینده‌ای رو به خراب شدن می‌گذارد. اولاً Fe+۲ احیاء شده وجود ندارد تا C۴AF تشکیل شدن می‌گذارد.
اولاً Fe+۲ احیاء شده وجود ندارد تا C۴AF تشکیل شود. زمان گیرش سیمان سریع‌تر می‌شود و گیرش ناگهانی غیرقابل کنترل می‌تواند به‌وجود آید. آلیت C۳S، توسط محلول جامد در جامد Fe+۲ بی‌ثبات می‌شود و تجزیه شدن به C۲S و آهک آزاد شدت می‌گیرد. به همراه آن مشکل احتمالی دوام بتن که در نتیجه وجود آهک ازاد بالا در سیمان است به‌وجود می‌آید. نهایتاً اینکه محلول جامد Fe۲+ در C۲S به‌صورت FeO، سرعت تبدیل B-C۲S به Y-C۲S غیرفعال از نظر هیدرولیکی و همچنین غبار شدن کلینکر را بیشتر می‌کند.
باید تأکید کرد که در کوره‌های صنعتی سیمان از وجود اندکی شرایط احیاء که اثرات مهمی بر کیفیت کلینکر ندارد اغماض می‌شود. کلینکر در حالت نرمال از زیر شعله عبور می‌کند و در اتمسفر اکسیداسیون خنک می‌شود. آن هم به خاطر هوای ثانویه که به داخل کوره و شعله از قسمت خنک‌کن کشیده می‌شود. خنک شدن کلینکر در کمتر از ۱۲۵۰ درجه سانتی‌گراد در شرایط احیاء اتفاق نمی‌افتد و کلینکر می‌تواند از nose ring، قبل از اینکه درجه حرارت به کمتر از ۱۲۵۰ درجه سانتی‌گراد برسد به داخل خنک‌کن ریخته شود. لذا کریستالی شدن مواد مذاب در شرایط احیاء صورت نمی‌گیرد و اثرات افت کیفیت خود را نشان نمی‌دهند.
● پس هسته قهوه‌ای در کلینکر چرا؟
خوب تصور این نیست که در شرایط پخت احیاء هیچ کاری نمی‌شود انجام داد. در درجه حرارت بالا در منطقه پخت کوره سیمان، مقداری از Fe+۲ ناچاراً پس از احیاء به صورت Fe+۲ درمی‌آید. این درجه حرارت بالای احیاء است و تنها در نقطه پیک درجه حرارت در منطقه پخت اتفاق می‌افتد که در C۳S از ترکیب C۲S و آهک آزاد تشکیل می‌شود. هر چه کوره داغ‌تر باشد این درجه حرارت بالای احیاء بیشتر اتفاق می‌افتد. از آنجائی که احیاء شدن خیلی دیر در این فرآیند اتفاق می‌افتد لذا اثرات منفی بر روی ساختار C۳S و C۲S خود را نشان نمی‌دهد. اکسیداسیون مجدد Fe+۲ به Fe+۳ بعد از اینکه کلینکر از زیر شعله عبور می‌کند اتفاق می‌افتد. اما این اکسیداسیون مجدد نمی‌تواند به قسمت هسته مرکزی کلینکر نفوذ کند. از این رو احتمال اینکه قسمت داخلی کلینکر همچنان قهوه‌ای باقی بماند قوت می‌گیرد.
به همین جهت نقطه اوج درجه حرارت در منطقه پخت، اندازه نودول‌های کلینکر و تخلخل این نودول‌ها، همگی بر قهوه‌ای شدن هسته یا قسمت داخلی کلینکر ت.ثیر می‌گذارند. در منطقه پخت که درجه حرارت بالا و اندازه کلینکرهای تشکیل شده بزرگ و دانسیته نودول‌های کلینکر بالا است احتمال تشکیل کلینکرهائی با هسته قهوه‌رنگ بیشتر است. بالا بودن مدول سیلیس احتمال تشکیل کلینکر با تخلخل بالاتر را افزایش می‌دهد.
به خاطر میزان فلاکس پائین‌تر، تغییرات در مدول آلومینا و میزان سولفات ارتباط به گرانولومتری کلینکر دارد اما این موضوعات شاید در اینده نزدیک و در بخش دیگری از پرسش‌ها و پاسخ‌ها به آن پرداخته شود. هدف اصلی پرسش و پاسخ این ماه این است که قهوه‌ای شدن هسته کلینکر غیرعادی است. علت این امر بالا بودن درجه حرارت احیاء Fe+۲ در منطقه پخت و عدم قابلیت نفوذ اکسیداسیون مجدد به قسمت‌های داخلی کلینکرهای درشت است و اینکه کیفیت کلینکر و سیمان به‌صورت نرمال بعد از اینکه C۲S تشکیل شد و پس از آن شرایط احیاء به‌وجود آمد، تأثیر منفی بر روی آنها به‌وجود نخواهد آورد.

مترجم: مجید محمودی
منبع: ICR. DECEMBER.۲۰۰۶

منبع : ماهنامه صنعت سیمان