Kama inavyojulikana vyema, saruji hutengenezwa kupitia mchakato wa “kusaga mara mbili na kuchoma mara moja” (unaji ghafi → klinka → saruji). Ubora wa saruji, yaani uimara wake, unategemea hali za kuchoma klinka na muundo wa madini ya klinka. Klinka kwa ujumla ina madini makuu manne: siliketi ya trikalisiamu (C₃S), siliketi ya dikalisiamu (C₂S), alumineiti ya trikalisiamu (C₃A), na aluminoferiti ya tetrakalisiamu (Ca₄AlFe). Miongoni mwa hizi, C₃S na C₃A huchangia katika uimara wa awali wa saruji, wakati C₂S, Ca₄AlFe, na C₃S huchangia katika uimara wa baadaye.

C₃S ni madini kuu katika klinka ya saruji (inachangia takriban 40%–60%).

Kutumia mabaki ya madini kutengeneza saruji kunamaanisha kutumia vipengele vidogo vilivyomo katika mabaki hayo kuathiri uundaji wa klinka na muundo wa madini. Kiasi kikubwa cha mabaki huongezwa kwenye mchanganyiko ghafi wa saruji, na saruji hutengenezwa kwa kufuata mchakato wa kawaida wa utengenezaji wa saruji ili kukidhi viwango vya kitaifa. Kwa kuwa mabaki kwa kawaida tayari yamesagwa hadi unene fulani, mchakato unaweza kutofautiana kidogo na mchakato wa kawaida wa uzalishaji. Mtiririko mmoja wa mchakato unaowezekana unaonyeshwa katika Mchoro 5-7.

Mchoro 5-7 Mchoro wa mtiririko wa mchakato wa kuzalisha saruji kutoka kwa mabaki

Kwa ujumla, mabaki yenye silika kidogo yanafaa zaidi kwa uzalishaji wa saruji, kwa sababu kiwango kikubwa cha kuarzi kingehitaji kiasi kikubwa cha vifaa vya kurekebisha, na hivyo kupoteza lengo la kutumia kiasi kikubwa cha mabaki. Aina ya saruji inayotengenezwa kutokana na mabaki inategemea sifa za muundo wa mabaki na masharti ya mchakato.

Uzalishaji wa saruji kutokana na mabaki ya madini ya chuma

Kwenye mstari mpya wa uzalishaji wa klinka kwa mchakato kavu wa tani 2500 kwa siku wa Kikundi cha Saruji cha Liaoning Gongyuan, mabaki ya madini ya chuma yanatumika kama malighafi yenye silika, yakitumia takriban tani 100,000 za mabaki ya madini ya chuma kwa mwaka. Mwishoni mwa mwaka 2004, mstari mpya wa uzalishaji wa klinka kwa mchakato kavu wa t/d 2500 ulianza uzalishaji wa majaribio na ufungaji. Katika hatua ya awali, mchanganyiko wa malighafi ulibuniwa na vipengele vinne: mawe ya chokaa, mabaki ya madini ya chuma, majivu ya ndege, na cinder ya pyriti. Sehemu za malighafi na matumizi ya teolojia ya malighafi zinaonyeshwa katika Jedwali 5-11. Wakati kiwango cha Fe₂O₃ katika mabaki ya chuma ni cha juu kiasi, nyenzo ya awali ya kurekebisha chuma (cinder ya pyrite) inaweza kuachwa, na mchanganyiko wa vijenzi vitatu wa mawe ya chokaa, mabaki ya chuma, na majivu ya kuruka unaweza kutumika. Majaribio yameonyesha kuwa kwa hatua zinazofaa, tanuri la precalciner linaweza kubadilisha kabisa vifaa vya jadi vya silika na vyenye madini ya chuma na kutumia mabaki ya madini ya chuma ili kuzalisha klinka ya ubora mzuri, na hivyo kuruhusu uzalishaji thabiti wa saruji ya daraja la juu kama vile saruji ya kawaida ya daraja la 52.5, huku ikipunguza kwa kiasi kikubwa gharama za malighafi. Wakati wa matumizi, ni lazima kuzingatia kiwango cha juu cha unyevu katika unga wa mabaki ya chuma – mfumo wa kulisha kwa nguvu unapaswa kutumika ili kuhakikisha mtiririko laini wa nyenzo. Ukusanyiko kidogo unaweza kutokea wakati wa mchanganyiko wa mabaki ya chuma; hatua za kuzuia kuziba zinapaswa kuimarishwa katika mfumo wa precalcining kwenye mlango wa tanuru, kanuni zaidi za hewa zinapaswa kusakinishwa, na mfumo wa uchomaji unapaswa kuimarishwa. Kutumia mabaki ya mawe ya chuma wakati wa baridi hutoa matokeo bora zaidi.

Jedwali 5-11 Uwiano wa malighafi na matumizi ya teori ya malighafi

Wang Jinzhong na wenzake walifanya utafiti wa majaribio juu ya kuchoma simenti ya kawaida ya Portland kwa kutumia mabaki ya madini ya chuma kama malighafi. Uchambuzi wao wa joto wa unga mchanganyiko wa chokaa ulionyesha kuwa kiasi kinachofaa cha mabaki ya madini ya chuma hupunguza joto la uharibifu wa kabonati kwa 10–30°C na hupunguza joto la kuanzisha uundaji wa kristali za madini ya klinka kwa 10–25°C. Matumizi ya pamoja ya kiasi kinachofaa cha mabaki ya madini ya chuma na kichochezi cha madini huruhusu joto la kuchoma kudhibitiwa katika kiwango cha 1300–1450°C.

Uzalishaji wa saruji kutoka kwa mabaki ya molybdenamu na chuma

Mwamba wa Molybdenum-Chuma wa Xianlinbu huko Hangzhou ulichunguza teknolojia ya uzalishaji wa saruji kwa kuchoma kwa kubadilisha kwa sehemu malighafi ya saruji na mabaki ya molybdenum-chuma. Jaribio la viwandani lililofanikiwa liliotekelezwa katika Kiwanda cha Saruji cha Hemu katika Kaunti ya Yuhang, na kuleta faida kubwa za kiuchumi. Kulingana na uzalishaji wa cement wa tani 35,000 kwa mwaka wa kiwanda hicho, akiba katika gharama za uzalishaji pekee inafikia RMB 248,000 kwa mwaka, wakati uzalishaji wa cement unaongezeka kwa zaidi ya tani 4,600 kila mwaka. Mbali na kiasi kikubwa cha oksidi kama vile SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃ na CaO, mabaki kutoka eneo hili pia yana elementi za nyongeza (k.m., Mo). Zikitumika kama malighafi kwa ajili ya uzalishaji wa saruji, hazibadilishi tu sehemu ya mawe ya chokaa, udongo, na malighafi yote ya madini ya chuma, bali pia elementi ya kiashiria molibdenamu husaidia katika uundaji wa klinka, na hivyo kufanikisha uokoaji wa nishati na kupunguza matumizi, na hivyo kutoa njia madhubuti ya matumizi kamili ya mabaki haya.

Mfumo ambao elementi ya nyongeza iliyotolewa molybdenum huchochea uundaji wa klinka ya saruji ni kama ifuatavyo: huchochea mtengano wa kalsiamu kabonati, ikipunguza joto la kuanzia mtengano na joto la kilele la mchakato wa endothermi kwa nyuzi joto 10°C na 20°C mtawalia; kwa kubadilisha kasi ya uhamaji wa chembe katika kioevu, huwezesha uundaji wa C₃A na mmenyuko ambapo C₂S hufyonza CaO huru kuunda C₃S, na hivyo kurahisisha uundaji wa klinka; haina athari mbaya kwenye muundo wa madini ya klinka, inaweza kupunguza CaO huru katika klinka, na huboresha uimara wa awali wa klinka.

5.2.3 Uzalishaji wa saruji kutoka kwa mabaki ya shaba na risasi-zinki

5.2.3.1 Utaratibu wa utendaji

Kuongeza mabaki ya shaba au risasi-zinki katika uchomaji wa saruji hutumia hasa vipengele vidogo vilivyomo kwenye mabaki hayo kuboresha hali za uundaji wa madini ya siliketi na madini ya kuyeyusha wakati wa uchomaji wa klinka, kuharakisha ukuaji wa fuwele za trikalisiamu siliketi, kuimarisha mabadiliko ya kimuundo ya fuwele ya β-dika ya dikalisiamu siliketi, hivyo basi kupunguza joto ambalo awamu ya kioevu hutengenezwa, kuunda kiasi kidogo cha madini ya nguvu za mapema, na kusababisha uboreshaji mkubwa wa ubora wa klinka, hasa nguvu za mapema.

5.2.3.2 Muundo wa madini ya mabaki

Kumekuwa na tafiti nyingi kitaifa na kimataifa kuhusu kuchoma simenti kwa kutumia mabaki ya risasi-zinki na mabaki ya shaba. Aina hizi mbili za mabaki haziwezi tu kuchukua nafasi ya baadhi ya malighafi za simenti bali pia hufanya kazi kama vichocheo vya madini, na hivyo kuongeza kwa ufanisi uzalishaji na ubora wa klinka huku zikipunguza matumizi ya makaa ya mawe. Vipengele vikuu vya mabaki ya risasi-zinki ni SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ na CaO, pamoja na vipengele vidogo kama Ba, Ti na Mn. Majaribio yanaonyesha kuwa kutumia mabaki ya risasi-zinki na fluorite kama kichocheo cha madini mchanganyiko kwa ajili ya kuchoma klinka ya saruji ni na ufanisi zaidi kuliko kutumia jipsamu na fluorite kama kichocheo cha madini mchanganyiko, kupunguza joto la awamu ya kioevu hadi takriban 1130°C na joto la uchomaji wa klinka hadi 1250–1300°C.

Kwa mabaki ya shaba na risasi-zinki, wakati kiwango cha CaO katika mabaki ni cha juu kiasi na kiwango cha MgO ni cha chini, yanaweza kutumika kama malighafi ya saruji. Mahitaji maalum ni:

• Wakati mabaki yanapotengenezwa hasa kwa kuwani na kalisaiti, na uwiano wa CaO/SiO₂ >0.5–0.7, CaO >18%–25%, Al₂O₃ >5%, MgO <3%, S <1.5%–3%, saruji ya kiwango cha chini inaweza kuzalishwa.
• Wakati kiwango cha CaO ni <18% na uwiano wa CaO/SiO₂ ni <0.5, unaweza kuongeza chokaa au mawe ya chokaa kutoka nje ili kurekebisha kiwango cha CaO katika unga mbichi na kukidhi mahitaji ya kiufundi yaliyo hapo juu.
• Fe₂O₃ katika mabaki ni kiungo cha manufaa kwa saruji; kiasi kinachofaa hupunguza joto la kuchoma klinka. Vipengele vya kemikali kama MgO, TiO₂, K₂O na Na₂O ni hatari katika malighafi za saruji; viwango vyao vinapaswa kudhibitiwa kuwa MgO <3%, TiO₂ <3%, K₂O+Na₂O <4%, S <1%.

Majaribio yameonyesha kwamba kwa mabaki yanayokidhi mahitaji ya kiufundi yaliyo hapo juu, yanapotumika kama kiambatanisho cha saruji, kipimo kinaweza kufikia 15%–55%. Wakati klinka ya matope 15% inaongezwa kama kiambatanisho cha saruji, daraja la saruji linafikia 600; kwa kuongeza 30%, daraja linafikia 500; kwa kuongeza 50%, daraja linafikia 400. Simenti inaonyesha utendaji mzuri, ikiwa na uimarishaji wa kawaida na uimara.

Kikundi cha Saruji cha Henan Xiangshan kilitumia slag ya mabaki ya risasi na zinki kutoka Kaunti ya Yichuan kuchukua nafasi ya cinder ya pyriti, na mabaki ya quartz yaliyochomwa kutoka karibu na kiwanda kuchukua nafasi ya udongo, kama malighafi za chuma na za silika mtawalia kwa unga mchanganyiko wa saruji, ili kuzalisha klinka ya saruji. Ili kukidhi mahitaji ya Al₂O₃ katika unga mchanganyiko wa malighafi, majivu ya kuruka yaliingizwa. Muundo wa kemikali wa malighafi umeonyeshwa katika Jedwali 5-12. Mpango wa uwiano ulikuwa: chokaa 90%, mabaki ya kwanza iliyookezwa 6.5%, slag ya mabaki ya risasi-zinki 2.0%, majivu ya kuruka 1.5%. Uzalishaji wa majaribio ulifanyika kwenye tanuru ndefu nusu-kavu ya φ3.6m × 70m yenye uzalishaji wa umeme kutokana na joto la taka, ikifuata mpango wa uwiano. Baada ya takriban siku 20 za uzalishaji wa majaribio, ilithibitishwa kuwa kutumia chokaa cha mabaki ya risasi-zinki badala ya majivu ya pyriti na mabaki ya kwanza iliyookezwa badala ya udongo kwa ajili ya uwiano kunaweza kuzalisha klinka inayokidhi mahitaji. Elemente za nyongeza kama vile Pb, Zn, n.k. katika majivu ya mabaki ya risasi na zinki hufanya kazi kama vichocheo wakati wa uchomaji wa klinka, na hivyo kukuza mmenyuko wa uchomaji; uzalishaji wa klinka uliongezeka kutoka tani 18.5 kwa saa hadi tani 19.5 kwa saa. Kubadilisha majivu ya pyriti na slag ya mabaki ya risasi-zinki pia kulitatua tatizo la kuziba kwa unga mchanganyiko wakati wa kulisha, na hivyo kuimarisha muundo wa unga mchanganyiko. Zaidi ya tani 20,000 za slag ya mabaki ya risasi-zinki hutumika kila mwaka; hili peke yake huokoa takriban RMB 35 kwa kila tani ya klinka katika gharama za vifaa. Mnamo mwaka 2003 pekee, akiba ya gharama za vifaa ilifikia karibu RMB 250,000, ikionyesha manufaa makubwa ya kiuchumi.

Jedwali 5-12 Muundo wa kemikali wa malighafi (sehemu ya uzito / %)

Baada ya kuchanganya na mabaki ya shaba 5.32%, Kiwanda Maalum cha Saruji cha Kaunti ya Changle katika Mkoa wa Shandong kilipata ubora ulioboreshwa wa klinka uliokidhi mahitaji ya uzalishaji wa saruji ya daraja la juu. Matumizi ya makaa ya mawe kwa tani ya klinka yalipungua kwa 15.7% ikilinganishwa na kiashiria cha lengo, na kwa kubadilisha mchanganyaji wa madini mchanganyiko, gharama za uzalishaji zilipunguzwa kwa 12%. Mfano mwingine mzuri wa matumizi ya mabaki ya risasi-zinki kuchukua nafasi ya sehemu ya malighafi kwa ajili ya uzalishaji wa saruji ni Kiwanda cha Saruji cha Misitu katika Jiji la Huludao, Mkoa wa Liaoning. Uzoefu wa uzalishaji umethibitisha kuwa matumizi ya mabaki ya risasi-zinki katika mchanganyiko huboresha kwa kiasi kikubwa uwezo wa kuchomwa wa unga wa malighafi, hupunguza matumizi ya joto kwa klinka, na huongeza uzalishaji wa tanuru ya shimoni. Kiwanda cha tanuru ya shafu cha tani 100,000 kwa mwaka kinaweza kutumia zaidi ya tani 10,000 za mabaki ya risasi-zinki kila mwaka, na hivyo kuleta faida za kiuchumi za zaidi ya RMB milioni 1.

Shaanxi Yaobai Xiushan Cement Co., Ltd. ilitumia slag ya mabaki ya risasi na zinki kutengeneza saruji ya Portland yenye alkali ya chini na ubora wa juu. Viashiria vidogo kama risasi, zinki na shaba vilivyomo kwenye mabaki huwezesha mchakato wa kuchoma klinka, kupunguza joto la kuchoma na kupunguza kwa kiasi kikubwa matumizi ya makaa ya mawe kwa kila kitengo cha bidhaa. Akiba ya pamoja ya makaa ya mawe na umeme pekee inafikia zaidi ya RMB milioni 5 kwa mwaka kwa kampuni. Zaidi ya hayo, tani 120,000 za udongo huliwekwa akiba kila mwaka, sawa na zaidi ya mu 100 (takriban hekta 6.7) za ardhi ya kilimo. Uzoefu umethibitisha kuwa saruji inayotengenezwa kutokana na mabaki ya risasi-zinki ina uimara mkubwa, unyumbufu mzuri, ukinzani dhidi ya kutu, na uwezo mzuri wa kuzuia maji kupita. Pamoja na sifa zake za alkali ya chini, uaminifu na uimara wa zege huhakikishwa, jambo linaloipa bidhaa hiyo matarajio mapana ya soko. Uwekezaji wote kwa teknolojia hii ulikuwa milioni 25 za RMB, huku faida za kila mwaka zikifikia milioni 13 za RMB; kampuni ilirejesha uwekezaji huo ndani ya miaka miwili tu, na kupata faida kubwa. Kutumia mabaki kutengeneza saruji sio tu kwamba hupunguza upatikanaji wa ardhi na kuondoa hatari za kimazingira na usalama zinazosababishwa na mkusanyiko mkubwa wa mabaki, bali pia hubadilisha rasilimali taka kuwa vifaa vya thamani, na hivyo kuleta manufaa makubwa ya kiuchumi.

Xuan Qingqing na wenzake walichunguza uwezo wa kuchoma wa unga mchanganyiko wa saruji ya Portland yenye C₃S ya juu uliotayarishwa kwa mabaki ya risasi-zinki na shale, pamoja na sifa za klinker zilizotokana. Waliunda miundo 18 ya klinka na kuzichoma kwa joto la 1350°C, 1400°C, 1450°C na 1500°C. Klinka hizo zilitathminiwa kwa ajili ya chokaa huru na kwa kutumia difraksheni ya X-ray. Matokeo yalionyesha kwamba katika joto la 1500°C, klinka yenye kiwango cha C₃S cha 74.52% inaweza kuandaliwa; katika joto la kawaida la kuchoma la tanuru ya viwandani inayozunguka, klinka yenye kiwango cha C₃S cha 70.71% ilipatikana. Simenti iliyotengenezwa kwa kuongeza tani 41 za jipsamu kwenye baadhi ya klinka ilikidhi mahitaji ya simenti ya Portland ya 52.5R. Baada ya kuongeza unga wa matope ya mgodi wa 20%, mahitaji ya nguvu ya saruji ya kawaida ya 42.5R yalitimia; kwa unga wa matope ya mgodi wa 30%, saruji ilitimiza mahitaji ya nguvu ya saruji ya kawaida ya 32.5R.

5.2.4 Kutengeneza saruji kutokana na mabaki mengine

Matumizi ya mabaki mengine katika uzalishaji wa saruji pia yamevutia umakini mkubwa kutoka kwa watafiti. Kwa mfano, Shandong Yinan Leijin Co., Ltd. ilitumia mabaki ya dhahabu kutengeneza saruji ya barabara ya ubora wa juu inayopondwa na kandali ya mpira na saruji inayostahimili sulfate. Uzoefu unaonyesha kuwa mabaki ya madini ya dhahabu yenye chuma kingi na aluminiamu kidogo yanafaa sio tu kwa saruji ya kawaida ya Portland bali hasa kwa saruji ya barabara na saruji inayostahimili sulfate. Kulingana na majaribio, kiasi cha mabaki ya madini ya dhahabu kinachotumika kwa kila tani ya saruji ni kilo 360–400.