طراحی کوره آهک و نحوه ساخت آن

آهک در طبیعت به شکل سنگ آهک و با فرمول شیمیایی CaCO3 (کلسیم کربنات) یافت می‌شود. برای استفاده از آهک به عنوان مصالح ساختمانی لازم است تا آهک استخراج شده از طبیعت در کوره آهک پخته شود. هنگامی که سنگ آهک در معرض دمای بالا در کوره آهک قرار می‌گیرد به کربن دی اکسید و آهک (CaO) تجزیه می‌شود. به آهک به دست آمده از این فرایند آهک زنده می‌گویند. در ادامه این مقاله شما را با نحوه تولید آهک زنده در کوره آهک، انواع کوره آهک پزی، نحوه ساخت کوره آهک و مدل‌های مختلف طراحی کوره آهک به طور مفصل آشنا می‌کنیم.

فرمول شیمیایی این فرایند که به آن کلسینه کردن سنگ آهک و یا تکلیس هم گفته می‌شود به شکل زیر است:

دمای لازم برای انجام این فرایند که در کوره آهک پزی تولید می‌شود، حدود 1000 درجه سانتی گراد است. تحت این دما سنگ آهک استخراج شده از طبیعت به کلسیم اکسید و کربن دی اکسید تجزیه می‌شود. از هر 100 گرم سنگ آهک حدود 56 گرم آهک زنده و حدود 44 گرم کربن دی اکسید به دست می‌آید.

طراحی کوره آهک و نحوه ساخت آن:

کوره آهک سازی یک ساختمان کوچک یا ابزار علمی است که در آن سنگ آهک به اکسید کلسیم یا آهک تبدیل می شود. آهک عنصری ضروری در ملات است که در ساخت و ساز بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین به طور معمول به عنوان کود استفاده می شود و می تواند به افزایش عملکرد در بسیاری از محصولات کشاورزی مختلف کمک کند. کوره‌های آهک‌پزی سنتی کلبه‌های آجری کوچکی بودند که در آن‌ها سنگ آهک را روی رنده می‌سوزانند.

سه نوع اصلی کوره آهک سازی وجود دارد: کوره انبوه، کوره دوره ای و کوره پیوسته. اکثر آهک موجود در بازار امروزه در کوره پیوسته تولید می شود. چنین کوره‌ای گران‌تر و پیچیده‌تر از کوره‌های کپه‌ای یا دوره‌ای است، اما محصول بهتری تولید می‌کند و نتایج قابل پیش‌بینی و کنترل‌شده‌تری تولید می‌کند. بیشتر آنها موقتی طراحی شده بودند و از نظر شکل بسیار ابتدایی بودند. سنگ ها معمولا روی یک رنده روی شعله باز قرار می گیرند و پس از خاموش شدن آتش آهک تمام شده از خاکستر خارج می شود. کوره های آهک سازی دوره ای بسیار رایج تر هستند. اینها سازه های دائمی هستند که به طور خاص برای برداشت آهک طراحی می شوند. تقریبا همه آنها از آجر ساخته شده اند که اغلب چندین لایه عمیق برای ایجاد عایق ساخته می شوند. در بالای آن، تکه های کوچک سنگ آهک به صورت گنبدی روی هم چیده می شوند. معمولا فضایی برای یک یا دو نفر وجود دارد که بایستند و از آتش مراقبت کنند و بر عملکرد کوره آهک‌سازی نظارت کنند، اگرچه هنگامی که شعله‌های آتش شروع می‌شود، اتاق معمولا برای ورود به آن خیلی داغ است. سوراخ کوچکی به نام چشم در پایه کوره قرار دارد و جایی است که آهک تمام شده در آن جمع می شود. کل فرآیند معمولا چندین روز طول می کشد. ابتدا سنگ باید گرم شود و سپس پردازش شود و آهک تشکیل شود. هنگامی که آهک جدا شد و به داخل چشم ریخته شد، قبل از اینکه بتوان آن را در دست گرفت و جمع کرد، باید خنک شود. اکثر کوره های صنعتی امروزه ابزارهای پیچیده ای برای جذب گرد و غبار و انتشار گازهای گلخانه ای دی اکسید کربن دارند تا ایمنی کاربر و سلامت محیط را ارتقاء دهند.

تعمیر کوره آهک:

بعد از طراحی کوره آهک، نوبت به تعمیر آن می رشد. تعمیر کوره آهک سالیانه برای نوسازی کوره و تعمیر تجهیزات و قطعات خراب شده و معیوب انجام می شود. قبل از تعمیر کوره آهک جلساتی برای برنامه ریزی پروژه برگزار می گرددد تا در موعد مقرر کلیه فعالیت ها انجام شود.

کوره پخت آهک:

برای تولید آهک خام از طریق کلسینه کردن سنگ آهک (کربنات کلسیم) از کوره آهک ‌سازی استفاده می‌شود. این واکنش در دمای 900 درجه سانتیگراد اتفاق می افتد، اما به طور معمول دمایی حدود 1000 درجه سانتیگراد برای انجام واکنش اولیه بر آهک خام استفاده می شود. آهک خام برای ساختن گچ و ملات در ساخت و ساز ساختمان به کار گرفته می شد. با افزودن ماسه به مخلوط، پیوند بین ماسه و آهک منجر به محصول سخت شده (اعم از ملات یا سیمان) می شود که شکل خود را در طول زمان حفظ می کند. یکی دیگر از محصولات مبتنی بر آهک بود Whitewash که آهک زنده اشباع شده بود با آب، و سپس با چسب مخلوط می شود. پس از پردازش، محصولات به دست آمده از سنگ آهک دارای توانایی منحصر به فردی هستند  که به شکل شیمیایی اولیه خود باز می گردند. چرخه آهک شامل اولین سوزاندن سنگ آهک برای تشکیل آهک خام است. سپس امکان تولید آهک هیدراته با افزودن آب به آهک خام وجود دارد. در این مرحله، دی اکسید کربن در اتمسفر یا از فرآیندهای صنعتی با آهک هیدراته برای تبدیل آن به سنگ آهک واکنش نشان می دهد. این چرخه، چرخه آهک نامیده می شود. سنگ آهک یک سنگ رسوبی طبیعی و فراوان است که از سطوح بالای کربنات کلسیم و/ یا منیزیم و/ یا دولومیت (کربنات کلسیم و منیزیم) به همراه مقادیر کمی از مواد معدنی دیگر تشکیل می شود.

بررسی فرآیند تولید آهک:

بعد از طراحی کوره آهک، به بررسی فرایند تولید آهک می پردازیم. فرآیندهای اساسی در تولید آهک عبارتند از:

(1) استخراج سنگ آهک خام

(2) تهیه سنگ آهک برای کوره ها با خرد کردن و سایزبندی

(3) کلسینه کردن سنگ آهک  

(4) پردازش آهک بیشتر با هیدراته کردن و

(5) عملیات متفرقه انتقال، ذخیره سازی و جابجایی

انواع کوره آهک پزی

در طراحی کوره آهک، دو نوع اصلی کوره آهک سازی وجود دارد. کوره های مشعل و کوره های آختن یا همان کوره خشک کن دوار و کوره های جاری. کوره های آهک در SNP مشعل هستند. هر دو نوع کوره، دارای ساختاری مشابه و به طور معمول یک دودکش عریض هستند که اغلب در کنار یک تپه قرار می گیرند. کوره را از قسمت بالا (سمت تپه) بارگیری می کنند و از سمت پایین آتش می زنند، جایی که آهک نیز از آن جدا می شود. کوره های مشعل با یک بار شارژ سنگ آهک بارگیری می شوند.

ابتدا طاقی از بلوک های سنگ آهک بر فراز کوره ساخته می شود، که در بالای آن بقیه سنگ آهک روی هم چیده می شود. آتش روشن می شود و به مدت چند روز تا زمانی که به اتمام برسد، روشن نگه داشته می شود و سنگ آهک کلسینه می شود. سپس کوره تخلیه می گردد، آهک به گودال های خاموش فرستاده می شود و این فرآیند با دسته بعدی سنگ آهک تکرار می‌شود. تعیین دمای صحیح در کوره به جای علم یک هنر است و به اندازه سنگ آهک و همچنین نوع کوره و نوع سوخت مصرفی بستگی دارد. اپراتور یا پردازشگر کوره لازم است برای تعیین دمای دقیق سنگ آهک با اندازه خاص کاربردی آن مورد آزمایش قرار گیرد. به گفته یکی از کشاورزان محلی و کاربر کوره آهک‌سازی، فرانک اسکالانته، برای تولید و پخت یک دسته آهک، لازم است که یک کوره به مدت 4 روز و 4 شب مشتعل باشد و برای هر پخت بین 10 الی 15 طناب چوب نیاز است.

1. کوره افقی یا دوار

در طراحی کوره دوار، کوره دوار یک دستگاه فرآیند حرارتی است که برای بالا بردن مواد به دمای بالا (کلسینه کردن) در یک فرآیند مداوم مورد استفاده قرار می گیرد. مواد تولید شده با استفاده از کوره های دوار عبارتند از:

• کوره دوارسیمان
• کوره دوارآهک
• کوره دوار دیرگدازها
• کوره دوار متاکائولین
• کوره دوار دی اکسید تیتانیوم
• کوره دوار آلومینا
• کوره دوار ورمیکولیت
• گلوله های (گندله) سنگ آهن

آنها همچنین برای بو دادن طیف گسترده ای از سنگ معدن سولفید قبل از استخراج فلز استفاده می شود.

2. کوره قائم یا شفت

یک کوره شفت عمودی که در آن بار در پایه کوره با یک فضای حلقوی باز که مواد باردار را در داخل کوره احاطه کرده است، یک یا چند لوله که به صورت زاویه ای یا مماس به سمت پایین قرار گرفته اند برای وارد کردن هوای از پیش گرم شده، با افزودن یا بدون افزودن، پشتیبانی می شود. سوخت، به فضای حلقوی، یک خط بای پس که به پایه متصل می شود تا فضای حلقوی باز را تخلیه کند و در نتیجه درجه حرارت و محل گرمایش بار یا شارژ را با توجه به موقعیت آن در داخل کوره عمودی کنترل می کند. خط بای پس شامل وسیله سوپاپ برای کنترل جریان خروجی از طریق خط بای پس است که مطابق با شرایط غالب عملیات، یک برخاست میانی در کوره شفت عمودی برای حذف مواد فرّار و فرآورده های گازی در فشارهای زیر اتمسفر برای پردازش یا تصفیه بعدی، و وسیله دریچه ای برای وارد کردن شار یا سایر مواد افزودنی به فضای حلقوی در اجاق گاز کنترل شده یا اندازه گیری شده پایه مستمر است.

اینها برای ذوب، گداختن و کلسینه کردن یا برشته کردن مورد استفاده قرار می گیرند. آنها یا محورهای استوانه ای یا مستطیلی هستند که از طریق آنها بار جامد تحت تأثیر گرانش به فضایی جریان می یابد که با تخلیه جامدات یا مایعات یا با گاز شدن بخشی از بار تخلیه می شود. به طور معمول سوخت (کک) در شارژ گنجانده می شود و در هنگام فرود توسط جریان صعودی گاز داغ (CO + N2)  از قبل گرم می شود. هوای احتراق که ممکن است از قبل گرم شود، از طریق لوله‌هایی که در سرتاسر انتهای پایینی شفت قرار می‌گیرند، در فاصله کوتاهی بالای کوره یا بوته در کوره‌های ذوب وارد می‌شود.

مقایسه عملکرد انواع کوره های پخت آهک

کوره های پخت آهک که شامل کوره های دوار و شفت هستند، براساس عواملی از قبیل: قابلیت تولید آهک با مشخصات مورد نیاز، توان و نوع سرمایه گذاری، راندمان تولید، میزان مصرف انرژی و ... فرآیند پخت آهک را انجام می دهند.

انواع کوره های شفت

کوره های شفت براساس نوع کاربرد و مواد به سه دسته تقسیم می شوند:

1.    کوره های شفت با تکنولوژی ابتدایی

کوره های با تکنولوژی ابتدایی دارای دو بخش گرم کن و بخش پخت آهک هستند. مشعل های کوره در محیط کوره نصب می شوند و سنگ های آهک را با افزایش دما حرارت می دهند و می پزند. فشار موجود در فضای کوره، فشاری اتمسفریک است و امکان افزایش آن وجود ندارد.

2.    کوره های سینگل شفت فیوژن

این کوره ها، کوره های شفت هستند که دارای تکنولوژی فیوژن می باشند. این کوره ها به دلیل مصرف انرژی پایین و هزینه های کمتر برای تعمیر و نگهداری رایج تر و مرغوب تر هستند. شکل ظاهری آنها ایستاده و ارتفاع آها حدود 35 سانتی متر است. قسمت بالایی کوره ها برای شارژ سنگ آهک  مورد استفاده قرار می گیرد. سنگ ها از بالا به قسمت ورودی کوره منتقل می شوند و حدود 24 ساعت در دمای 800 الی 200 درجه سانتیگراد گرمادیده می شوند و بعد از آن به منطقه کلسیته شدن می رسند و گرمای موردنظر را دریافت می کنند. سپس در قسمت خنک کننده، دمای آنها کاهش می یابد و خنک می شوند و از سیستم تخلیه خارج می گردند.

3.    کوره های دبل شفت

همان طور که از اسم آن پیداست، برای تولید آهک در دو برابر ظرفیت کوره شفت معمولی و با ظرفیت 1000 تن است. اما استهلاک، میزان مصرف انرژی و هزینه این کوره ها نسبت به کوره های دیگر بیشتر است و به این خاطر کمتر رایج است و فقط در صورت نیاز بالای تولید آهک مورد استفاده قرار می گیرد.

اجزای کوره آهک

واکنش شیمیایی اصلی در کوره آهک، کلسینه کردن، تبدیل کربنات کلسیم است. اجزای اصلی کوره آهک که در انواع کوره آهک مشترک است عبارتند از:

·       اسکلت فلزی

این قسمت شامل بدنه کوره، دهانه ورودی برای شارژ سنگ آهک، قسمت تخلیه، دودکش و لوله های هوارسانی است.

·       لایه نسوز

لایه نسوز که دور بدنه کوره را فرا می گیرد، از مواد نسوز و عایق حرارتی ساخته می شود که از اتلاف حرارت و انرژی خودداری نماید. لازم است که این لایه نسوز از مواد مقاوم ساخته شود که قادر باشد کوره را در برابر حرارت بالا که منجر به سایش و تغییرات مکانیکی می شود، مصون بدارد.

·       تاسیسات

تاسیسات کوره آهک شامل لوله ها، اتصالات و شیرآلاتی است که رسانندگی، فرآیند آهک سازی، کلسینه کردن و تخلیه مواد را بر عهده دارد.