ألومينات الكالسيوم

غالبًا ما تُستخدم ألومينات الكالسيوم في الخرسانة حيث تكون القوة المطلوبة سريعة النمو وكذلك لأغراض مقاومة التآكل والتآكل والحرارة.

يتم تصنيع مواد التجليد المتخصصة من هذه المادة للاستخدام في كيمياء البناء والحراريات وأعمال البناء. وهي تُظهر مقاومة ممتازة للتآكل (خاصةً هجوم الكبريتات) والتآكل ودرجات الحرارة المرتفعة مع توفير خصائص التثبيت السريع.

الاستخدامات

يعد الكالسيوم مكونًا أساسيًا في العديد من المنتجات الكيميائية الصناعية والإنشائية، بدءًا من إنتاج ملاط البناء والأسمنت إلى إنتاج منتجات كيمياء البناء والحراريات. يُظهر الكالسيوم أيضًا خصائص فريدة من نوعها عند استخدامه كمادة رابطة متخصصة في تطبيقات محددة - مقاومة التآكل والتآكل والحرارة جنبًا إلى جنب مع أوقات التثبيت السريع تجعل الكالسيوم مكونًا استثنائيًا في نواحٍ عديدة.

إن أسمنت ألومينات الكالسيوم المطورة خصيصًا للاستخدام في تطبيقات مياه الصرف الصحي هي مثال على المواد عالية الأداء التي تستخدمها هذه المادة. تتطلب هذه التطبيقات عادةً خرسانة يمكنها تحمل توليد الأحماض (بسبب النشاط البكتيري) ومقاومة التآكل.

يمكن صنع أسمنت ألومينات الكالسيوم باستخدام تقنيات خلط مختلفة. وتتكون إحدى وصفات صنع خليط أسمنت ألومينات الكالسيوم من خلط الأسمنت البورتلاندي والخبث والمواد الكلسية الخفيفة والمواد المضافة معاً لمدة 24 ساعة، مما ينتج عنه طريقة إصلاح اقتصادية ذات قدرات بناء سريعة في بناء القوة.

بالإضافة إلى ذلك، يوفر الأسمنت المتخصص مزايا أخرى عند استخدامه في البيئات ذات درجات الحرارة العالية حيث يتحلل الأسمنت العادي بسرعة. ويحدد محتواها من الألومينات قدرتها على تحمل مثل هذه البيئات؛ فالمنتجات التي تحتوي على 40% ألومينا على الأقل (Isidac40 أو Recipro50، على سبيل المثال) أثبتت ثباتها حتى درجات حرارة تصل إلى 1450 درجة مئوية.

يحتوي الأسمنت البورتلاندي من النوع V على تركيز منخفض من ألومينات الكالسيوم لزيادة مقاومته لهجوم الكبريتات، مما يجعله مفيداً بشكل خاص عند استخدامه كمادة تراكب لسطح الجسر المعرض لظروف المرور أو التحميل الثقيلة.

لاحظ أنه يجب معالجة الأسمنت المتخصص بشكل صحيح للحصول على الأداء الأمثل، باستخدام تقنيات معالجة مختلفة مثل رذاذ الماء/الضباب/المياه الراكدة/الخيش الرطب. وعلاوةً على ذلك، يجب صب الخرسانة وتسويتها بشكل مماثل للخرسانة الأسمنتية البورتلاندية واهتزازها ميكانيكياً لمدة 10 دقائق على الأقل لضمان التماسك المتساوي والأداء المرضي.

الخصائص

تتباين خصائص أسمنت ألومينات الكالسيوم تبايناً كبيراً بناءً على مستوى محتوى الألومينا. المنتجات التي تحتوي على كمية أكبر من الألومينا غالباً ما تظهر مقاومة أكبر للتآكل من المنتجات التي تحتوي على كمية أقل. يحسن المحتوى العالي أيضاً من قوة الاحتفاظ في درجات الحرارة العالية. ومع ذلك، يجب أن تبقى أي إضافة إضافية للألومينا عند الحد الأدنى المطلق لأن الكميات الزائدة قد تؤثر على سرعة تشكل أكسيد الكالسيوم (CaO) أثناء عمليات الإماهة.

تتميز ألومينات الكالسيوم، المعروفة باسم ألومينات الكالسيوم، ببنية قلوية وبالتالي فهي تتحمل الحموضة بشكل جيد، مما يجعلها مناسبة للاستخدام كبطانات أنابيب وطلاءات في أنظمة الصرف الصحي. علاوة على ذلك، غالبًا ما يُستخدم كملاط للإصلاح في المناطق المعرضة للبيئات الحمضية مثل مزارع الدجاج ومصانع الجلود والمواقع الصناعية الأخرى.

تأتي ألومينات الكالسيوم في أشكال مختلفة، من المسحوق والحبيبات إلى شكل مسحوق. يتوفر لدى شركة American Elements ألومينات الكالسيوم في هذه الأشكال كجزء من درجاتها القياسية لأغراض التصنيع عند الاقتضاء: درجة مواصفات Mil Spec/ACS Reagent والدرجة التقنية، ودرجة الأغذية/ الزراعة/المستحضرات الصيدلانية وكذلك USP/EPBP (دستور الأدوية الأوروبي/دستور الأدوية البريطاني).

وعادةً ما يستخدم إنتاج ألومينات الكالسيوم عمليتين رئيسيتين للتصنيع: التلبيد والدمج. وغالباً ما تعتمد تطبيقات مياه الصرف الصحي على أسمنت ألومينات الكالسيوم الذي يتم تصنيعه عن طريق العملية الأخيرة؛ حيث يتم تلقيم المواد الخام بشكل متناسب في فرن قبل أن يتم صهرها معاً لتشكيل الكلنكر الذي سيتم طحنه لاحقاً إلى مستويات تدرجات ركامية مختلفة.

ثم يتم دمج الكلنكر مع مواد خام أخرى لتكوين منتجات خرسانية قائمة على ألومينات الكالسيوم، والأكثر شيوعًا هي تلك التي تحتوي على نسبة 40 في المائة على الأقل من الألومينا؛ أما المنتجات التي تحتوي على مستويات أقل، مثل 20 في المائة، فقد لا توفر مقاومة فعالة للتآكل ومعدلات تطوير القوة الأولية.

تتميز هذه المنتجات بمحتويات عالية من الألومينا التي تسمح بحدوث عمليات ترطيب ألومينات الكالسيوم بسرعة، بحيث يمكن استخدام المواد بسرعة بعد تصنيعها. يمكن أن تكون هذه الميزة مفيدة بشكل خاص في تطبيقات مثل الخلطات الطينية والأشكال مسبقة الصب حيث يمكن أن يكون اكتساب القوة في وقت مبكر أمرًا بالغ الأهمية لنجاح المشروع.

التطبيقات

تُستخدم أسمنت ألومينات الكالسيوم عادةً كمواد رابطة متخصصة في التطبيقات التي تتضمن الحراريات وكيمياء البناء والإنشاءات التي تتطلب مقاومة ضد التآكل والتآكل والحرارة. كما يمكن خلطها مع تركيبات الخرسانة لتحقيق أوقات ضبط سريعة وتطوير القوة في وقت مبكر.

يتم إنتاج الأسمنت عن طريق التفاعل في درجة حرارة عالية مع مزيج من الحجر الجيري أو البوكسيت أو الجير والألومينا حسب مستوى نقاوتها، لتكوين كلنكر ألومينات الكالسيوم الذي يتم طحنه إلى مسحوق ناعم قبل خلطه بالماء في تفاعل ترطيب سريع للغاية يؤدي إلى قوة مبكرة قوية - يتم الوصول إلى القوة النهائية في غضون 24 ساعة بعد الخلط.

وبالإضافة إلى توفير قوة مبكرة سريعة، يتميز الأسمنت بموصلية حرارية منخفضة للغاية - وهو مثالي للبيئات التي قد تزداد فيها درجات الحرارة بمرور الوقت، مثل أفران صناعة الصلب أو غيرها من العمليات ذات درجات الحرارة العالية.

يمكن استخدام الأسمنت أيضًا كمادة تبطين أو مادة إصلاح في البنى التحتية لمياه الصرف الصحي، وتحديدًا ضد تآكل الكبريتيد الحيوي المنشأ - وهي مشكلة منتشرة بشكل متزايد في شبكات الصرف الصحي. يمكن تبطين أنابيب حديد الدكتايل المستخدمة في توصيل مياه الصرف الصحي والأنابيب الخرسانية المستخدمة في شبكات الصرف الصحي بالأسمنت من أجل تحسين المقاومة ضد التآكل والتآكل الحمضي وتآكل الكبريتيد الحيوي.

يمكن وضع هذه البطانات على أنابيب حديد الدكتايل والأنابيب الخرسانية الجديدة أو القائمة من حديد الدكتايل والخرسانة وغرف التفتيش وغيرها من مكونات البنية التحتية لمياه الصرف الصحي لتوفير حماية طويلة الأجل ودائمة ضد تكون H2S الناتج عن البكتيريا الهوائية التي تكسر الكبريتيد في النفايات السائلة. كما أنها تحمي من الإصلاحات المحتملة لأجزاء الأنابيب التي تتكون فيها H2S.

تقوم شركة بيسلي بتوزيع أسمنت ألومينات الكالسيوم كالوسيم (CAC)، الذي تصنعه ثاني أكبر منتج لألومينات الكالسيوم المنصهرة والحراريات في العالم، لاستخدامه في مختلف منتجات البناء بما في ذلك قدد التسوية الذاتية والجص عالي القوة وحلول تبطين الأنابيب وملاط إعادة التأهيل وملاط إعادة التأهيل. يمكن استخدامها إما بمفردها أو كجزء من أنظمة ثنائية أو ثلاثية.

الإنتاج

يتطلب إنتاج أسمنت ألومينات الكالسيوم صهر مصادر المواد الخام مثل البوكسيت المكلس والحجر الجيري تحت درجات حرارة عالية في فرن اللهب الدوار من أجل تكوين الكلنكر الذي يمكن طحنه فيما بعد حتى يصبح ناعماً قبل استخدامه في تطبيقات مختلفة.

هناك تطبيقان بارزان يوضحان هذه النقطة هما بطانات أنابيب الصرف الصحي، حيث تولد البكتيريا حمض الكبريتيك، والسدود الهيدروليكية حيث تكون مقاومة التآكل أساسية. يوضح كلا التطبيقين كيف أن المتانة لا يمكن تعميمها من القوة ولكن يجب بدلاً من ذلك أن تكون مصممة خصيصًا لظروف الاستخدام.

تتطلب مثل هذه التطبيقات أسمنتًا مستقرًا ومتحكمًا في تفاعله على حدٍ سواء، حيث يعد ترطيب المراحل المختلفة أمرًا أساسيًا. في هذه الدراسة، تم توصيف هيدرات CA وC12A7 وC12A7 باستخدام SEM وحيود الأشعة السينية باستخدام الأسمنت التجاري كمرجع قبل إجراء اختبارات الشد الانقسامي على المعاجين المصنوعة منها.

يلعب حجم جسيمات الألومينات وشكلها دورًا أساسيًا في تحديد تفاعليتها مع المركبات المحتوية على الماء، كما يتضح من الصور المجهرية SEM في الشكل 1. ويؤدي اختلاف درجات حرارة المعالجة الحرارية إلى اختلافات كبيرة في شكلها؛ فتناقص أحجام الجسيمات مع زيادة المساحات السطحية يزيد من قدرة ترطيب الماء بينما يؤدي تناقص أحجام الجسيمات في الوقت نفسه إلى تقليل سرعة التفاعل مع المواد المائية الأخرى مثل الحديد.

توفر أسمنت ألومينات الكالسيوم خواص ميكانيكية فائقة بالإضافة إلى مقاومة جيدة للتآكل والكبريتات، مما يجعلها خياراً جذاباً عندما تكون هناك حاجة إلى خصائص محددة مثل هذه الخصائص في التطبيقات. في هذه التطبيقات، يتم دمج الألومينات مع الأسمنت البورتلاندي في العديد من منتجات كيمياء البناء مثل المواد اللاصقة للبلاط والجص وقشور الأرضيات السريعة لتشكيل حلول كيمياء البناء. تستخدم الإنشاءات الحرارية الألومينات مع مواد حرارية أخرى مثل الرماد المتطاير والخبث والمواد الجيرية الخفيفة لإنتاج أسمنت مستقر في درجات الحرارة العالية مع خصائص ممتازة للتفاعل ومقاومة التآكل ومقاومة الكبريتات. وعلاوة على ذلك، تُعد هذه الأسمنتات مواد ترميم لبية رائعة بسبب عملها كحواجز كيميائية وميكانيكية ضد التسرب الدقيق للبكتيريا إلى القنوات اللبية.