کلینکر چیست؟ انواع کلینکر و نحوه تولید سیمان با کلینکر

مقدمه

کلینکر، ماده اصلی در تولید سیمان است و از حرارت دادن سنگ‌آهک و آلومینیوم سیلیکات که همان عنصر تشکیل‌دهندهٔ خاک رس است، به دست می‌آید. با ترکیب خشک یا تر کلینکر، می‌توان سیمان تولید کرد. در ادامه این مقاله به معرفی کامل کلینکر، مواد تشکیل‌دهنده آن، انواع آن و معرفی کارخانه‌های تولید کلینکر در ایران خواهیم پرداخت.

1. چیست؟

کلینکر یا تفاله‌ی کوره، ماده اصلی در ساخت سیمان است. به این دلیل به آن تفاله‌ی کوره می‌گویند که از حرارات دادن (۱۴۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه سانتی‌گراد) به سنگ‌آهک و آلومینیوم سیلیکات (خاک رس) در کوره به دست می آید. دانه‌های کلینکر به دست آمده قطری حدود ۳ تا ۲۵ میلی‌متر دارند و به رنگ خاکستری هستند.
کلینکر با سیمان تفاوت دارد و در اصل جزو مواد اولیه‌ی تولید آن به شمار می‌رود. بسیاری از کارخانجات سیمان که خودشان توانایی تولید کلینکر را ندارند، آن را از دیگر کارخانه‌ها خریداری می‌کنند. تولید این ماده آلودگی‌های زیست‌محیطی زیادی با خود دارد و به همین دلیل هم بسیار از کشورها ترجیح می‌دهند آن را به‌صورت آماده از دیگر کشورها خریداری کنند. ایران جزو بزرگ‌ترین صادرکنندگان کلینکر در خاورمیانه به شمار می‌روند.

2. موارد استفاده کلینکر

کلینکر به‌تنهایی کاربرد مستقیمی ندارد و عمدتاً به‌عنوان ماده اولیه در تولید سیمان استفاده می‌شود. اما در برخی موارد خاص، کلینکر ممکن است به‌صورت جداگانه استفاده شود. در ادامه، برخی از موارد استفاده کلینکر را بررسی می‌کنیم:

1. تهیه مواد اولیه سیمان:کلینکر به‌عنوان ماده اصلی برای تولید سیمان استفاده می‌شود. در فرایند تولید سیمان، مواد خام مانند سنگ‌آهک، خاک رس و سنگ‌آهن در دمای بالا با هم تفاعل کرده و به شکل گوگردی سختی به نام کلینکر تبدیل می‌شود. سپس کلینکر آسیاب می‌شود و با افزودن مواد افزودنی دیگر، سیمان نهایی تولید می‌شود.
2. تولید بتن:بتن یکی از استفاده‌های اصلی سیمان است. با افزودن آب به سیمان، رآکتور شیمیایی به وجود می‌آید که منجر به تشکیل ماتریس چسبنده بین مواد خرد شده مانند شن و ماسه می‌شود. این ماتریس چسبنده بتواند بتن را تقویت کند و به همچنین خواص مکانیکی و ساختاری به بتن ببخشد. در این فرایند، کلینکر به‌عنوان یکی از مواد اصلی در تهیه سیمان مورداستفاده قرار می‌گیرد.
3. تهیه ملات:ملات نوع دیگری از مصارف سیمان است. ملات به‌عنوان یک ماده باندی و روان‌کننده استفاده می‌شود و در کارهای ساختمانی مختلف، از جمله اتصالات بین قطعات سازه‌ها، پر کردن شکاف‌ها و ترمیم سطوح استفاده می‌شود. کلینکر، به‌عنوان یکی از مواد اصلی در ساخت ملات، می‌تواند به بستر مناسبی برای روان‌شدن ملات و ایجاد اتصالات قوی بین قطعات مختلف سازه‌ها کمک کند.
4. تولید مواد سازنده دیگر:کلینکر به‌عنوان یک ماده پایه، می‌تواند در تولید برخی از مواد سازنده دیگر نیز استفاده شود. به‌عنوان‌مثال، در تولید سیمان پرتلند که یکی از انواع سیمان است، از کلینکر پرتلند استفاده می‌شود که خاصیت آب‌گیری سریع‌تری نسبت به کلینکر معمولی دارتمامی توضیحات قبلی درباره کلینکر استفاده شد.

به طور خلاصه، کلینکر یک ماده میانی در فرایند تولید سیمان است که ترکیبات اصلی سیمان را شامل می‌شود. سیمان، کلینکر همراه با مواد افزودنی دیگر است که برای استفاده در صنعت ساختمان به کار می‌رود.

3. تولید سیمان با کلینکر

تولید سیمان با استفاده از کلینکر و فرایند هیدراتاسیون آن به‌صورت زیر است:

1. خرید و آماده‌سازی مواد اولیه: مواد اولیه برای تولید سیمان شامل سنگ‌آهک، خاک رس، آهک سنگ و سنگ گچ است. این مواد به مقادیر مشخص و طبق فرمولاسیون موردنیاز برای تولید کلینکر تهیه و آماده می‌شوند.
2. پیش تهیه مواد:مواد اولیه با استفاده از دستگاه‌های خردکننده (مانند سنگ‌شکن) و آسیاب‌ها به اندازه‌های کوچک‌تر خرد می‌شوند تا در فرایند بعدی به‌خوبی مخلوط شوند.
3. تهیه کلینکر: مواد اولیه خرد شده به ترتیب و با ترکیبات صحیح در کوره‌های سیمانی با دماهای بالا (تا حدود 1450 درجه سانتیگراد) قرار می‌گیرند. در این دما، مواد اولیه با ترکیباتی مانند سیلیکات‌ها، آلومینات‌ها و فرایند تشکیل کلینکر را طی می‌کنند.
4. خنک‌کنندگی کلینکر: پس از تشکیل کلینکر در کوره، کلینکر به‌صورت گرم به کیسه‌های خنک‌کننده منتقل می‌شود. در این مرحله، کلینکر با استفاده از هوا یا آب‌خنک می‌شود تا به دمای مناسب برای مراحل بعدی فرایند هیدراتاسیون برسد.
5. طحالب آسیاب: کلینکر خنک شده به طحالب آسیاب منتقل می‌شود. در این مرحله، کلینکر به همراه مواد افزودنی دیگر (مانند گچ یا آهک سنگ) در آسیاب پودری خرد می‌شود تا به‌اندازه ذرات کوچک‌تری برسد و توزیع یکنواختی داشته باشد.
6. تهیه سیمان: پودر کلینکر و مواد افزودنی دیگر به همراه مقدار مشخصی آب در دستگاهی به نام آسیاب سیمانی مخلوط می‌شوند. در این مرحله، روند هیدراتاسیون آغاز می‌شود و ترکیبات کلینکر با آب واکنش می‌کنند تا سیمان تشکیل شود.
7. بسته‌بندی و توزیع: سیمان تولید شده در این مرحله به بسته‌بندی‌های مناسب قرار داده می‌شود و آماده برای توزیع به بازار تولید سیمان با استفاده از کلینکر و فرایند هیدراتاسیون آن به‌صورت زیر است:
8. خرید و آماده‌سازی مواد اولیه:مواد اولیه برای تولید سیمان شامل سنگ‌آهک، خاک رس، آهک سنگ و سنگ گچ است. این مواد به مقادیر مشخص و طبق فرمولاسیون موردنیاز برای تولید کلینکر تهیه و آماده می‌شوند.

4. ترکیبات کلینکر

گفتیم که کلینکر از سنگ‌آهک و آلومینیوم سیلیکات به دست می‌آید. اما برای این که بتوانیم دیدگاه دقیق‌تری به ترکیبات موجود در آن داشته باشیم، می‌توانیم کلینکر را از منظر کانی‌شناسی و بر اساس ترکیبات شیمیایی و معدنی موجود در آن بررسی کنیم. برای شناسایی ترکیبات معدنی، از میکروسکوپ پتروگرافی و آنالیز پراش اشعه ایکس استفاده می‌کنند که آزمایش‌های انجام شده، ترکیبات معدنی زیر را در کلینکر نشان می‌دهند:

• تری کلسیم سیلیکات (آلیت): حدود ۶۵%
• دی کلسیم سیلیکات (بلیت): حدود ۱۵%
• آلومینو فریت تترا کلسیمی (فریت): حدود ۸%
• آلومینات تری کلسیم (آلومینات): حدود ۷%

درصد بسیار کمی از ترکیبات دیگر نیز در کلینکر یافت می‌شود که بر اساس نوع خاک رس و سنگ‌آهک، متفاوت هستند. برای شناسایی ترکیبات شیمیایی موجود در کلینکر، از دستگاه طف‌سنج فلورسانس اشعه ایکس استفاده می‌کنند که نتایج آن، ترکیبات شیمیایی زیر را در کلینکر نشان می‌دهد:

• کلسیم اکسید: حدود ۶۶.۶%
• سیلیسیم اکسید: حدود ۲۱.۵%
• آلومینیوم اکسید: حدود ۵.۲%
• آهن اکسید: حدود ۲.۸%
• منیزیم اکسید: حدود ۱%
• گوگرد تری اکسید: حدود ۱%
• پتاسیم اکسید: حدود ۰.۶%
• سدیم اکسید: حدود ۰.۲%

5. انواع کلینکر

بر اساس درصد ترکیبات مختلف و وجود مواد دیگر در ترکیبات آن، انواع مختلفی از کلینکر وجود دارد. انواع کلینکر عبارتند از:

نوع کلینکر	ترکیبات	توضیحات
کلینکر مقاوم به سولفات	۷۶% آلیت؛ ۱۶% آلومینو فریت تترا کلسیم؛ ۵% بلیت؛ ۲% آلومینیوم تری کلسیم؛ ۱% اکسید کلسیم آزاد	چون در روش‌های دیگر می‌توان به راحتی مقاومت سیمان در برابر سولفات‌هارا افزایش داد، تولید این نوع کلینکر کاهش یافته است
کلینکر با حرارت کم	۵۴% بلیت؛ ۲۹% آلیت؛ ۱۵% آلومینو فریت تترا کلسیم؛ ۲% آلومینات تری کلسیم؛ کمتر از ۱% آهک آزاد	چون سیمان تولیدشده با کلینکر معمولی و سرباره کوره بلند دانه‌بندی شده گرمای کمی تولید می‌کنند، این محصول دیگر تولید نمی‌شود
کلینکر سفید	۷۶% آلیت؛ ۱۵% بلیت؛ ۷% تری کلسیم آلومینات؛ ۲% آهک آزاد	از این محصول برای تولید سیمان سفید استفاده می‌شود
کلینکر کم قلیایی	آلومینای مخلوط خام با ماده دیگری به نام کامپوننت جایگزین می‌‌شود	چنین تغییری در ترکیبات کلینکر باعث کاهش اتلاف حرارتی و خاصیت قلیایی می‌شود
کلسیم سولفو آلومینات کلسیم بلایت	ترکیبات کلسیمی در این نوع کلینکر کاهش یافته و دمای سوخت آن را کمتر کرده است	نوع بسیار جدیدی از کلینکر که مصرف انرژی را ۱۵% و تولید کربن دی اکسید را ۳۰% کاهش می‌دهد

6. روش تولید کلینکر

برای تولید کلینکر، ابتدا باید سنگ‌آهک را استخراج کرد که برای این کار سنگ‌های آهک به‌وسیله دینامیت منفجر می‌شوند. سپس تکه‌های استخراج‌شدهٔ آن را با دستگاه‌های سنگ‌شکن به قطعات کوچک‌تری تبدیل می‌کنند و در آخر آن را پودر می‌کنند. پودر سنگ‌آهک و خاک رس که یکدست شده‌اند را به همراه مواد دیگر وارد یک کورهٔ دوار با حرارت بالا می‌کنند.
این مواد تحت‌تأثیر دمای بسیار بالا شروع به ذوب‌شدن می‌کنند و ترکیبات آن‌ها شروع به جوش‌خوردن به یکدیگر می‌کنند. اما زمانی که کوره به حداکثر دمای خود رسید، پیش از اینکه این مواد اولیه به‌کلی ذوب شوند، به یکباره دمای کوره کاهش پیدا می‌کند. این کاهش دمای ناگهانی باعث ایجاد کلوخه‌های کلینکر می‌شود.

7. تفاوت کلینکر با سیمان

کلینکر و سیمان دو ماده مرتبط در صنعت سیمان‌سازی هستند، اما با یکدیگر تفاوت‌هایی دارند:

1. ترکیب شیمیایی: کلینکر یک ماده میانی است که در فرایند تولید سیمان تشکیل می‌شود. ترکیبات اصلی کلینکر شامل سیلیکات‌ها، آلومینات‌ها، آهک و آهن است. درحالی‌که سیمان حاوی کلینکر است و می‌تواند شامل مواد افزودنی دیگر نیز باشد.
2. استفاده:کلینکر به‌تنهایی کاربرد مستقیمی ندارد و در فرایند تولید سیمان استفاده می‌شود. از طرفی، سیمان به‌عنوان ماده اصلی برای تهیه بتن، ملات و مصارف ساختمانی دیگر به کار می‌رود.
3. خواص فیزیکی:کلینکر به دلیل ترکیبات معدنی خود، خواص فیزیکی خاصی دارد. برخی از این خواص شامل مقاومت بالا در برابر حرارت، مقاومت مکانیکی بالا و خواص آبگیری سریع است. در عوض، خواص سیمان ممکن است توسط مواد افزودنی مختلف کنترل شوند و می‌تواند خواص متنوعی از جمله مقاومت، زمان تنش، خواص آبگیری و انعطاف‌پذیری را ارائه دهد.
4. فرایند تولید:کلینکر در فرایند پخت سیمان تولید می‌شود. در این فرایند، مواد خام مانند سنگ‌آهک، خاک رس و سنگ‌آهن در دمای بالا (حدود 1450 درجه سانتیگراد) با هم تفاعل می‌کنند و به شکل گوگردی سخت به نام کلینکر تبدیل می‌شوند. سپس کلینکر آسیاب می‌شود و با افزودن مواد افزودنی مناسب، سیمان نهایی تولید می‌شود.

8. مزایا و معایب کلینکر سیمان

1.8. مزایا

 مقاومت: سیمان حاصل از کلینکر دارای مقاومت بالا در برابر فشار و کشش است که آن را به یک ماده ایدئال برای استفاده در ساختمان‌ها و سازه‌های بنایی می‌کند.

چسبندگی: سیمان به‌خوبی با مواد دیگری نظیر شن و ماسه‌مخلوط می‌شود و در اثر فرایند تصلب، به‌صورت محکمی به آنها چسبیده و ترکیبی هموژن و متماسک ایجاد می‌کند.

 چند کاربردی: سیمان حاصل از کلینکر در مصارف مختلفی مانند ساختمانی، راه‌سازی، آبیاری، و… مورداستفاده قرار می‌گیرد که این چند کاربردی برای اقتصاد و کارایی مواد ساختمانی بسیار حیاتی است.

2.8. معایب

آلودگی محیط‌زیست: فرایند تولید کلینکر سیمان ممکن است باعث آلودگی هوا و محیط‌زیست شود. از جمله مشکلات زیست‌محیطی می‌توان به گسترش گازهای گلخانه‌ای و انتشار ذرات جامد معدنی اشاره کرد.

مصرف انرژی: فرایند تولید کلینکر سیمان نیازمند مصرف انرژی بالاست که در برخی موارد می‌تواند باعث افزایش گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی شود.

مصرف منابع طبیعی: تولید کلینکر سیمان نیازمند مواد اولیه طبیعی مانند سنگ‌آهک و خاک رس است که ممکن است باعث افزایش فرایند استخراج و مصرف منابع طبیعی شود.

با اینکه سیمان حاصل از کلینکر در بسیاری از صنایع و بخصوص ساخت‌وسازها بسیار مورداستفاده است، اما باید به دید متوازنی به مزایا و معایب آن نگاه کرد و به دنبال راهکارهایی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی و مصرف انرژی آن باشیم.

9. بزرگترین تولیدکنندگان آن در دنیا

کشور	توضیحات	شرکت
سوئیس و فرانسه	یکی از بزرگترین تولیدکنندگان سیمان و مواد ساختمانی در جهان.	LafargeHolcim
سوئیس	قبل از ادغام با Lafarge، یکی دیگر از بزرگترین شرکت‌های تولید سیمان بود.	Holcim
مکزیک	یکی از بزرگترین تولیدکنندگان سیمان در جهان با فعالیت‌های گسترده در بیش از ۵۰ کشور.	Cemex
سوئیس	پس از ادغام با Lafarge، هنوز یکی از بزرگترین شرکت‌های تولید سیمان در جهان است.	Holcim S.A.
چین	یکی از بزرگترین تولیدکنندگان سیمان در چین و جهان با فعالیت‌های گسترده.	Anhui Conch Cement
چین	یکی از بزرگترین تولیدکنندگان سیمان در چین با فعالیت‌های گسترده در داخل و خارج از کشور.	China Shanshui Cement Group

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

کلینکر ماده اصلی در تولید سیمان است و حاصل حرارت دادن سنگ آهک و خاک رس در کوره‌هایی با دمای بسیار بالا است. کلینکرها بر اساس درصد ترکیبات موجود در آن‌ها انواع مختلفی دارند و با استفاده از آن‌هامی‌توان انواع مختلفی از سیمان را نیز تولید کرد که مهم‌ترین آن‌ها، سیمان پرتلند است.کارخانجات تولید کلینکر و سیمان زیادی در ایران وجود دارند و ایران جزو بزرگ‌ترین صادرکنندگان کلینکر به شمار می‌رود.

جهت آشنایی کامل با  “انواع کلینکر و نحوه تولید سیمان با کلینکر” به جزوه “جزوه تکنولوژی بتن” و جهت آشنایی بیشتر با قوانین و ضوابط مربوط به این مقاله به “مبحث پنجم: مصالح و فرآورده‌های ساختمانی | ویرایش سال ۱۳۹۶” در پکیج “مباحث مقررات ملی ساختمان” در بخش گنجینه فایل وب‌سایت مراجعه فرمایید