أسمنت بورتلاند الأبيض

يستمد اللون المميز للأسمنت البورتلاندي العادي، الذي يتراوح بين الرمادي المخضر والبني، من عدد من العناصر الانتقالية في تركيبه الكيميائي. وهذه العناصر، مرتبة تنازليًا حسب تأثيرها اللوني، هي: الكروم ، والمنغنيز ، والحديد ، والنحاس ، والفاناديوم ، والنيكل، والتيتانيوم . ويتم تقليل كمية هذه العناصر في الأسمنت الأبيض قدر الإمكان. في الكلنكر، تُحفظ نسبة Cr₂O₃ أقل من 0.003%، وMn₂O₃ _أقل من _0.03 % _، و _Fe₂O₃ أقل من 0.35% _{. أما} العناصر الأخرى ، فلا تُشكل عادةً مشكلة كبيرة. يُصنع الأسمنت البورتلاندي عادةً من مواد خام رخيصة تُستخرج من المحاجر، وتحتوي هذه المواد عادةً على كميات كبيرة من الكروم والمنغنيز والحديد. على سبيل المثال، تحتوي الأحجار الجيرية المستخدمة في صناعة الأسمنت عادةً على 0.3-1% من Fe₂O₃ _{، بينما} يُفضل أن تكون نسبة Fe₂O₃ فيها أقل من 0.1% عند استخدامها في صناعة الأسمنت الأبيض. قد تحتوي أنواع الطين الشائعة المستخدمة في الخلطات الخام للأسمنت الرمادي على نسبة تتراوح بين 5 و15% من أكسيد الحديد الثلاثي (Fe₂O₃ ) _{. يُفضّل} أن تكون النسبة أقل من 0.5%، وعادةً ما يُستبدل الطين التقليدي بالكاولين . يتميز الكاولين بانخفاض محتواه من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂ ₎ ، ولذلك تُضاف كمية كبيرة من الرمل إلى الخلطة. يتواجد الحديد والمنغنيز عادةً معًا في الطبيعة، لذا فإن اختيار مواد منخفضة الحديد يضمن عادةً انخفاض محتوى المنغنيز أيضًا، ولكن قد ينشأ الكروم من مصادر أخرى، لا سيما من تآكل معدات طحن الفولاذ الكرومي أثناء إنتاج الخلطة الخام. (انظر: مطحنة المواد الخام) . يتفاقم هذا التآكل بسبب ارتفاع نسبة الرمل في الخلطة، مما يجعلها شديدة الكشط. علاوة على ذلك، ولإنتاج خلطة خام قابلة للخلط، يجب طحن الرمل إلى قطر جسيمات أقل من 45 ميكرومتر. غالبًا ما يتم تحقيق ذلك بطحن الرمل بشكل منفصل، باستخدام وسائط طحن خزفية للحد من تلوث الكروم.

_{مع الكلنكر ذي اللون الأبيض المائل للصفرة، يكون مستوى أكسيد الحديد الثلاثي} ( _Fe₂O₃ ) المحسوب في الكلنكر أعلى (0.6-0.8%). يمكن استخدام الفحم (إذا كان الرماد يحتوي على كمية قليلة من أكسيد الحديد _{الثلاثي} أو _عناصر نزرة أخرى). يُعد رماد الفحم مفيدًا في التفاعل لأنه أنعم من المواد الخام المطحونة، ويصل إلى درجات حرارة أعلى وينصهر في اللهب. يوجد الكاولين أحيانًا مرتبطًا برواسب الفحم. قد يكون من الممكن استخدام مخلفات غسل الفحم، والصخر الزيتي ، ورماد الصخر الزيتي المستهلك . يحتوي الكلنكر ذو اللون الأبيض المائل للصفرة على نسبة محسوبة من ألومينات ثلاثي الكالسيوم (C₃A ₎ تتراوح بين 7 و9%. عند مزجه مع خبث أفران الصهر المحبب المطحون، فإنه يفي بمتطلبات مقاومة الكبريتات والحرارة المنخفضة.

بشكل عام، تُشغَّل الأفران الدوارة المستخدمة في المزج الكيميائي للمواد الخام عند درجة حرارة قصوى أعلى (1600 درجة مئوية) من تلك المطلوبة لتصنيع الكلنكر الرمادي (1450 درجة مئوية). يتطلب ذلك استهلاكًا أكبر للوقود (عادةً ما بين 20 و50% أكثر)، وينتج عنه انخفاض في إنتاجية الفرن (عادةً ما بين 20 و50% أقل) لنفس حجم الفرن. ويعود السبب في ذلك إلى الكمية الصغيرة نسبيًا من السائل المنصهر الناتج أثناء التلبيد ، نظرًا لانخفاض محتوى الحديد في الخليط. يتطلب التفاعل النهائي في الفرن، وهو تحويل البليت إلى الأليت ، السائل المنصهر كمذيب، ويكون أبطأ إذا كانت كمية المصهور قليلة. يمكن تعويض ذلك جزئيًا بإضافة مزيج من الكالسيوم والفلورايد إلى الخليط الخام على شكل فلوريد الكالسيوم أو الكريوليت المُعاد تدويره . يُخفِّض هذا المزيج درجة حرارة الانصهار . في الحالات التي تتجاوز فيها نسبة أكسيد الحديد الثلاثي ( _{Fe₂O₃ )} في الكلنكر 0.2% (وهو ما يحدث غالبًا)، تُستخدم عمليتا "التبييض" و"التبريد السريع". تتضمن عملية "التبييض" توجيه لهب ثانٍ (إضافةً إلى اللهب المستخدم لتسخين الفرن) إلى طبقة الكلنكر بالقرب من مخرج الفرن لاختزال الحديد الثلاثي (Fe³⁺) إلى الحديد الثنائي (Fe²⁺). يُتجنب هذا الاختزال تمامًا في إنتاج الأسمنت الرمادي، نظرًا لتأثيره الضار على جودة الكلنكر. أما في إنتاج الكلنكر الأبيض، حيث تكون نسبة الحديد منخفضة، فلا يُشكل ذلك مشكلة. بعد ذلك، ولمنع إعادة أكسدة الحديد، تُجرى عملية "التبريد السريع". تتضمن هذه العملية خفض درجة حرارة الكلنكر بسرعة من 1200 درجة مئوية إلى أقل من 600 درجة مئوية في غضون ثوانٍ معدودة، فور خروجه من الفرن. عادةً ما يتم ذلك بإسقاطه في الماء وإخراجه بسرعة باستخدام برغي أو تمريره عبر ستارة من رذاذ الماء. يساهم هذا في انخفاض كفاءة الطاقة النسبية للعملية، حيث لا يتم إعادة تدوير الحرارة المحسوسة للكلنكر كما هو الحال في مصنعي الكلنكر العاديين.

لا تكون درجة الحرارة في الفرن بالضرورة أعلى من درجة حرارة إنتاج الكلنكر الرمادي، ولكنها تبدو أعلى بسبب الانعكاس، خاصةً في الأفران التي تعمل بالغاز (والتي تتميز بدرجة حرارة لهب أعلى). مع الكلنكر الأبيض المائل للصفرة، يمكن استخدام الفحم كوقود، مما يوفر العديد من المزايا من حيث التكلفة والإنتاج. من المهم طحن الفحم جيدًا واستخدام موقد يُنتج لهبًا قصيرًا ساطعًا (سرعة عالية، هواء أولي منخفض) بحيث يمكن الحفاظ على نسبة الأكسجين الزائد منخفضة جدًا، قريبة من الصفر، مع احتمال وجود 0.1% من أول أكسيد الكربون. لا حاجة إلى لهب ثانٍ إذا كان الاحتراق في لهب الفحم سريعًا ومتحكمًا فيه. يتميز الكلنكر الأبيض المائل للصفرة بلون أخضر فاتح بسبب الحديد الثنائي. تواجه الأفران الدوارة قيودًا على الإنتاج بناءً على مساحة السطح المطلوبة لنقل الحرارة. لا تستطيع سوى قلة من عمليات الأفران القديمة الوصول إلى حدود مساحة السطح بسبب القيود المفروضة على المعدات المساعدة مثل مدخلات الوقود (مثل عدم وجود تكليس مسبق)، وطحن الفحم والمواد الخام، وسعة مروحة العادم، والتحكم الكيميائي في الخليط الخام، وجودة الموقد، والتحكم في الفرن، وما إلى ذلك. ومع تشغيل فرن إنتاج الكلنكر الأبيض المائل للصفرة بشكل جيد، يمكن أن يكون إنتاج الفرن أقل بنسبة قليلة فقط من إنتاج الكلنكر الرمادي.

يُطحن الكلنكر بعد ذلك إلى أسمنت (ربما بعد مرحلة تجفيف). تُضاف كبريتات الكالسيوم للتحكم في التصلب، على شكل جبس أو أنهيدريت عالي النقاوة . في بعض المواصفات (غير مواصفات الجمعية الأمريكية لاختبار المواد )، قد تُضاف كمية صغيرة من ثاني أكسيد التيتانيوم لتحسين الانعكاس. في جميع المراحل، يلزم توخي الحذر الشديد لتجنب التلوث بالمواد الملونة.