دراسة جدوى فنية واقتصادية وبيئية لانشاء مصنع للجبس

مجموعة تكنولاب البهاء جروب
مصر
قطاع الاستشارات العلمية ودراسات الجدوى
عقيد دكتور
بهاء بدر الدين
استشارى علمى

مقدمة توضيحية

تعريف الجبس:

يعد الجبس من الخامات الأرضية الشائعة ، وهو من أكثر معادن الكبريتات انتشارا في الطبيعة كمعدن
أو كصخر رسوبي ، ويتواجد عادة مع الحجر الجيري والدولوميت والطين ، كما أنة يتداخل مع معدن الأنهيدريت ـ كبريتات الكالسيوم اللامائية ـ ويكون لونه عادة أبيض أو رمادي ، وفى بعض الأحيان مائلا إلى الاحمرار، ويوجد الجبس في الطبيعة إما على سطح الأرض أو على أعماق متفاوتة قد تصل إلى أكثر من 200متر .

تاريخ الجبس ووجوده في الطبيعة:

يعود استخدام الجبس في البناء إلى العصور القديمة في مصر وروما ، أي إلى أكثر من 6000سنة قبل الميلاد ، وتعد الأهرامات أكبر شاهد على ذلك .

وللدلالة على الأهمية التي كان يتمتع بها الجبس في عهد الرومان فقد صدرت تشريعات خاصة تحتم على أصحاب المباني تلييس الجدران بمادة الجبس المقاومة للحريق ، وذلك تلافيا لانتشارالحرائق ، وهذا يدل على أن الأقدمين عرفوا الخواص التي يتمتع بها الجبس وخاصة مقاومة الحريق ، كما يعرفها و يدركها المختصون والمهتمون بمواد البناء في عصرنا الحاضر .
ومن المعلوم أن مدينة باريس تقوم على مساحات شاسعة من خامات الجبس ذات اللون الأبيض ، وقد عرف الفرنسيون منذ القدم طريقة استخراج هذه الخامات و تصنيعها واستعمالها في تلييس الجدران وأطلق عليها اسم جص باريس ( plaster of paris) ، ولا يزال يعرف الجبس عالميا بهذا الاسم .

كانت طرق تصنيع الجبس قديما بدائية ، حيث تحرق الخامات في أفران مفتوحة وبدون ضبط لدرجات الحرارة ، مما كان ينتج عنة جبس قليل الجودة الأمر الذي قلل من انتشار إستخدامه ، ومع التقدم العلمي والتقني أكُتشفت في أواخر القرن التاسع عشر طرقاً جديدة لتصنيع الجبس ، حيث بدأ الجبس عهداً تجارياً جديداً و انتشر بسرعة في جميع أنحاء العالم ، وأصبحت صناعته من الصناعات الرئيسة في العال .

ترسب الجبس طبيعياً نتيجة تبخر السوائل الغنية بأيونات الكالسيوم Ca وأيونات الكبريتاتSO4 حيث يتواجد في الطبيعة بعدة أشكال مثل الجبس البلوري والإبري والكتلي .

الاسم الكيميائي للجبس : كبريتات الكالسيوم المائية

الصيغة الكيميائية : CaSO4.2H2O

خصائص ومميزات الجبس

تتمتع مادة الجبس بخصائص ومميزات تجعلها دائماً في طليعة المواد الأساسية المستعملة في صناعة البناء , ومن أهم تلك المميزات ما يلي : مقاومة الحريق , امتصاص وعزل الصوت , عزل الحرارة , خصائص ميك****ية جيدة إذ تتراوح قوة الانحناء ما بين 40-60 كجم/سم2 , وذلك حسب نوع الجبس المستعمل , ونسبة الماء فيه , كما يمكن تحسين هذه الخصائص , وخاصة زيادة قساوة سطحه , وزيادة قوة الانحناء بخلط الجبس بمواد أخرى مثل الصوف الزجاجي , إعطاء درجة نقاوة جيدة ومختلفة للأسطح , لون أبيض جميل يمكن طلاؤه بأي لون من الدهان , طول البقاء لمدة طويلة خاصة إذا استعمل بشكل فني , سهولة استعماله وتشكيله في دقائق بسبب سرعة تصلبه , زهادة الثمن حيث يعد أرخص مواد البناء الرئيسة .

الجبس الطبيعي

يوجد الجبس الطبيعي في تكوينات مع الصخر الملحي (Halite) علي هيئة رواسب سميكة واسعة الامتداد على شكل أجسام عدسية ـ بلورات أحادية طويلة ذات شكل منشوري ـ أو أجسام مسطحة أو كتل ليفية تتطابق مع الحجر الجيري أو الطفل أو الحجر الرملي أو الطين على امتداد العمود الجيولوجي ، خصوصاً في البيئات الجيولوجية المنخفضة .

يستخدم الجبس الطبيعي (غير المكلسن) في الاغراض التالية:

1. صناعة الإسمنت.
2. سماد لزيادة خصوبة التربة.
3. عامل مساعد لتفكيك التربة الصلصالية وزيادة نفاذيتها.
4. صناعة الزجاج.
5. مادة حاملة للمبيدات الحشرية لأنه يتمتع بقدرة كبيرة على الامتصاص.
6. مادة حاملة للمبيدات الحشرية لأنه يتمتع بقدرة كبيرة على الامتصاص.
7. مادة مالئة في كل من الصناعات التالية: الخشب، النسيج، الورق والدهانات .
8. لإزالة الكبريت من غاز المداخن.
9. صناعة سائل الحفر الخاص بآبار النفط .

عوامل ترسيب الجبس الطبيعي : تتطلب عملية ترسيب الجبس ضمن تكوينات الصخور الملحية عدة عوامل هي:ـ

 وجود ذراع محدود من بحر ، أو بحيرة ، أو حوض مائي

 تبخر مياه ضحلة في بيئة جافة .

 إعادة حقن الحوض بالماء .

 إنخساف أو غوص متدرج لقاع الحوض .

 ترسب الأنهيدريت (CaSO4) أولاً من المحاليل المشبعة من جراء عملية التبخر

ونتيجة لعمليات التجوية والتميؤ يتكون الجبس الذي يتواجد دائماً فوق الأنهيدريت في التتابع الصخري ويدل على ذلك وجود بقايا متآكلة من بلورات الأنهيدريت ، كما أن التشققات الموجودة في الأنهيدريت تكون معبأة بالجبس .

صور الجبس في الطبيعة : يوجد خام الجبس في الطبيعة في عدة أشكال أهمها :

جبسيت (Gypsite)

وهو راسب أرضي دقيق الحبيبات غيرنقي ومصحوب بالطين والرمل أو بالطبقات الحمراء .

سيلينايت (Selenite)

و يعد أجود أنواع الجبس وهو عبارة عن بلورات أحادية شفافة كاملة و متشققة .

المرمر (Alabaster )

وهو عبارة عن كتل دقيقة الحبيبات يتهافت عليها النحاتون لسهولة قطعها وتشكيلها , حيث ينحت على شكل أوانِ للأزهار أو الزخارف .

جبس صخري ( Rocky Gypsum)

وهو نوع متماسك قشري أو محبب وعادة ما يكون غيرنقي .

ألياف متوازية (Satinspar )

وهي عبارة عن جبس كثير التشقق , يوجد على هيئة ألياف متنوعة تتميز بلمعة حريرية .

تمر صناعة الجبس الطبيعي بعدة مراحل هي :

1. التكسير:
تتم بتكسير الخامات المستخرجة ـ بواسطة كسارات ـ إلي قطع صغيرة على مرحلتين إحداهما تكسير أولي لإنقاص حجمه إلى قطع صغيرة بحجم كف اليد ، والأخرى تكسير ثانوي ليصل إلى حجم العدسات . ثم يخزن في مستودعات تمهيداً لإرساله إلى المحمصة .

2. الاستخراج :

يتم ذلك بغسل الجبس ثم غربلته ، وفصل الشوائب ، وأخيراً التجفيف

3. التحميص:
.
يتم إرسال الجبس المكسر بعد عملية الاستخلاص من مستودعات التخزين إلى أفران خاصة عند درجة حرارة 130درجة مئوية لتحميصه ، ويبقى بداخلها مدة كافية لطرد ثلاثة أرباع الماء الذي يحتوي عليه الجبس الخام فتصبح صيغته الكيميائية
CaSO4.1/2H2O .

CaSO4. 2 H2O + heat = CaSO4.½ H2O + 1.5 H2O

وينتج عن ذلك نوعين من الجبس ، هما : جبس ألفا نصف مائي و جبس بيتا نصف مائي ، و يتشابه النوعان في التبلور، لكن الأول أقل قابلية للتفاعل والذوبان ، وبالتالي يتطلب كمية كبيرة من الماء وفترة أطول للتصلب ، وهوالأكثر إنتاجاً واستخداماً .

4. الطحن :

يرسل الجبس بعد تحميصه إلى المطاحن لطحنه ، ويمكن معايرة هذه المطاحن للحصول على النعومة المطلوبة .

5. التعبئة :

يرسل الجبس المطحون إلى مستودعات خاصة تمهيداً لتعبئه في الأكياس . ويتم قبل تعبئته في الأكياس أخذ عينات منه لإجراء عدد من الاختبارات لمعرفة مدة التصلب ، والنقاوة ، وقوة السحق والإنحناء ، و نوع الشوائب ونسبة كل منها ليتم تصنيفه على ضوء تلك النتائج

كيفية استخراج الجبس

يستخرج خام الجبس الطبيعي من أماكن تواجده في الأرض آلياً أو باستعمال المتفجرات بعدة طرق منها

1. التعدين السطحي

ويستخدم فيها طريقة الحفرة المفتوحة (Open pit) ، وذلك بعد إزالة الغطاء السطحي (Overburden) ولتجنب تدميرالطبقات يراعى ثبات المنحدر، وصغرالمسافة الرأسية في الحفرة المفتوحة ، وعمل ضوابط أثناء التقليع، وتحليل عينات من الجبس عند كل مستوي

2. التعدين تحت السطحي

وتعد طريقة الغرف والدعائم (Rooms and Pillars) هي الأكثر شيوعاً في التعدين تحت السطحي , ويتطلب التعدين التحت سطحي توفر متطلبات أساسية مثل وفرة الاحتياطي من الخام ، وأن يكون ذا جودة عالية ، و قريباً من الأسواق المستهلكة ، وتوفر وحدة معالجة الكلس ، والقدرة على منافسة المنتجات البديلة ، و رخص وسائل النقل .

الجبس الصناعي

يمكن الحصول على الجبس الصناعي بكميات متفاوتة بعدة طرق صناعية منها :

1. صناعة وتنقية الأحماض العضوية

حيث تتشكل كميات قليلة من كبريتات الكالسيوم اللا مائية كمنتج ثانوي لعملية تنقية الأحماض مثل حامض الستريك , والأوكساليك , والطرطريك . ومثال ذلك تحضير الجبس الصناعي من تفاعل الأملاح لحامض الأوكساليك مع الماء وحامض الكبريتيك وفقاً للمعادلة التالية :

CaC2SO4 + 2H2O + H2SO4 -------> CaSO4.2H2O + H2C2O4

2. الغازات الناتجة عن عمليات نزع الكبريت

ويتم ذلك بامتصاص غاز ثاني أكسيد الكبريت ( SO2 ) - المرافق لغاز المداخن – في الماء ، وترسيبه بواسطة هيدروكسيد الكالسيوم ، ثم أكسدة الناتج للحصول على الجبس الصناعي ، وفقاً للتفاعلين التاليين :

x2SO2 + 2Ca(OH)2 -------> 2CaSO3.1/2H2O + H2O
x3H2O + 2CaSO3.1/2H2O + O2 -------> 2CaSO4.2H2O

3. صناعة حمض الفسفور

ويتم الحصول منها على كميات كبيرة من الجبس الصناعي وذلك عند تفاعل الفوسفات الطبيعية مع حمض الكبريت وفقاً للتفاعل التالي :

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O --------> 3H2PO4 +5CaSO4.H2O + HF

يصعب استخدام الجبس الصناعي الناتج من صناعة حمض الفسفور – مقارنة بالطريقتين السابقتين – نظراً لاحتوائه على بعض الشوائب التي تشتمل على مواد عضوية ، وقلويات ذوابة وأملاح مغنيسيوم ، وأملاح قليلة الذوبان مثل سداسي فلورسيليكات الصوديوم ( Na2SiF6) وفوسفات وفلوريدات

صناعة الجبس طريقة التصنيع )

لا بدّ من المروربأربع خطوات هي :

1. تحضير المواد الأولية :

يؤخذ الجص من مقالعه على شكل كتلة كبيرة نسبيا ً لا يمكن شيّها دون تكسيرها و طحنها وعملية التكسير ليست بتلك العملية الصعبة ، و يعقب تكسيرها عملية الطحن أيضا ً فغربلة ليكون الجص و الحالة هذه جاهزا ً لعملية الشي .

2. التحميص :

تحميص الجص للحصول على الجبس نوع SH – B ))

وهناك طرق لعملية التحميص هذه هي :

أ – طريقة الحوض المفتوح .
ب – طريقة المرجل المتقطع .
جـ - الطريقة اللولبية المتعاقبة و المستمرة .
ء – طريقة السير الناقل .
ه – طريقة المرجل الأفقي الدوار .
و – طريقة الفرن الدوار المستمر ذي التيار المتعاكس .

تحميص الجص للحصول على الجبس SH – a :

و كذلك هناك طرق هي :
أ – طريقة القاطرات .
ب – طريقة الدلو .

3. الطحن :

غالبا ً ما تجري عملية الطحن للجبس الناتج عن عمليات التحميص و بخاصة الجبصين SH – a الذي يخرج بحبيبات كبيرة الحجم نسبيا ً تستوجب طحنه

4. التخزين :

لا يمكن استخدام الجبس الناتج عن عملية التحميص فالطحن المباشر إذ يكون عندها غير ناضج ، لذا فإنه غالبا ً ما يترك في المستودعات فترة قصيرة نسبيا ً ينضج خلالها إمتصاص الجبصين للماء متحولا ً بذلك إلى الجبس و محققا ً قدرا ً أكبر من التجانس

نلاحظ أن الجبس يتصلب بتميهه وعودته إلى الشكل الأصلي .

أنواع الافران

هناك انواع عديدة من الافران لطهي الجبس :

1. الفرن الشبكي

صنع جبس مطهر بشدة وجاف بسبب تبخر الماء ودرجة حرارة هذا هو فرن مختص بطهي الجبس الذي حبيباته تتراوح اقطارها ما بين 7- 80مم حيث يقوم هذا الفرن 17 طن في الساعة وتصل درجة حرارته 1000 درجة مما يؤدي إلى الفرن كافية لطهي الجزيئات الكبيرة من الجبس

الفرن الدوار

هو فرن مختص بطهي الجبس الذي قطر حبيباته 7 مم ودرجة حرارته تقدر ب 150 درجة وهذا ما يؤدي إلى انتاج جبس نصف مميه (CaSO 1/2H2O) ومن ثم يمرر الجبس بالسحق والغربلة قبل التخزين في خزانات سعتها 800 طن ويقوم بطهي 15طن في الساعة عملية الطهي ترافقها عملية الغربلة للتحصل على جزيئات متجانسة تمر عبر غرابيل ذات اقطار اقل من 1,25 مم اما بالنسبة للعناصر التي تمر تعاد إلى السحق مرة اخرى من اجل الاقتصاد وعدم اضاعة الجبس تنتج من عملية الطهي حبيبات جبس متعطشة اي تحتاج إلى جزيئات الماء ترتبط مع بعضها البعض هذا ما يساعد في عملية التصلب حيث انه بمجرد اضافة الماء إلى الجبس تتم عملية التفاعل و بالتالي نصل إلى الغرض الذي نبحث عنه في عملية البناء

انواع الماكينات المستخدمة

أنواع: سلك الإنتاح للوحة الجبس
ما تصنع بآلة الناقلة بسيرة المطاط وهو جزء الأول من تصميم لوحة الجبس, وينتهي تصميمه في غرفة التجفيف.

آلة الناقلة بدرفير خالي ينقل اللوحة إلي سير الناقلة سريعا.

سير الناقلة ينقل اللوحة من آلة الناقلة بدرفير خالي إلي غرفة التجفيف.

تعمل معدات فصل الصفائح في غرفة التجفيف.

نافخ هوائي ينفخ الهواء الحر إلي غرفة التجفيف لتجفيف لوحة الجبس.

مراحل لإزالة الشوائب
أ‌-الغسل لإزالة الشوائب القابلة للذوبان وإزالة الشوائب العضوية بالطفو على الماء.
ب‌-التجفيف بنزع الماء جزئياً .
ت‌-تبلور المزيج المكون من كبريتات الكالسيوم ثنائية الماء والنصف مائية وذلك لإيجاد شكل سهل لكي لايسبب صعوبات أثناء التصنيع .
ث‌-طحن المنتج إلى جسيمات بالحجم المراد إيجاده.
ل- والذوبان لذلك يتطلب كمية كبيرة من الماء وفترة زمنية أطول للتصلب وهو الأكثر رواجاً واستخداماً وإنتاجاً.
بعد التحميص يرسل الجبس إلى المطاحن ليتم طحنه حسب الطلب ويرسل إلى مستودعات خاصة لكي يتم تعبئته بأكياس خاصة ، وذلك بعد أن تؤخذ منه عينات وإجراء الاختبارات لمعرفة النقاوة وزمن التصلب وقوة الدق وأنواع الشوائب ونسبتها ليتم التصنيف

استخدامات الجبس
يدخل الجبس في العديد من الصناعات التي لها مساس بحياة الإنسان اليومية ، و في مجالات مختلفة من أهمها ما يلي :
البنـاء
يشكل الجبس المكلسن (جص باريس) حوالي 95% من استخدامات الجبس ، و تتراوح نقاوته مابين 85ـ95%، ويعتمد أساسا على تسخين الجبس إلى 130 درجة مئوية ، فيفقد الماء ذا الرابطة الضعيفة الداخلة في تركيبه فيتحول إلى جبس نصف مائي CaSO4.1/2H2O يعرف تجارياً باسم ستوكو (Stucco ) ، وتتمثل أكثر استخداماته في البناء مثل لاصقات الجدران ، والألواح اللاصقة ، والأسقف المعلقة ، وبطانة الجدران ، والقواطع ، وعوازل حرارية .

الزراعة
يتكون الجبس المستخدم في الزراعة من كبريتات الكالسيوم المائية بنسبة لا تقل عن 70% ، وكربونات الكالسيوم بنسبة تتراوح ما بين 10-15% ، وأكاسيد حديد وأكاسيد الومنيوم بنسبة 1.2 % وكلوريد صوديوم في حدود 0.5% .
يستخدم الجبس الزراعي في تحسين خواص التربة حيث يعوض نقص التربة من الكالسيوم والكبريت ، ومعالجة الأملاح الضارة والقلويات الموجودة في التربة .
ويتميز بأنه غيرمكلف ، وسهل الاستعمال ، فضلاً عن انخفاض آثاره السلبية على البيئة عند استعماله مقارنة بالمضافات الكيميائية الأخرى المستعملة في تحسين التربة .

الطب
تستخـدم النوعيات الممتازة من الجبس المكلسن في أغراض طبيـة لعمل جبائر كسـور العظام .

الصناعة
يدخل الجبس في العديد من الصناعات منها : الأسمنت البورتلندي حيث يضاف بنسبة 3-6 % بهدف تأخير سرعة تصلبه , صناعة الزجاج لتسهيل عملية طرد الغازات , صناعة البويات والصمغ ، كما يستخدم في صناعة حشو الورق ، وفي تركيب الطين المستخدم في عمليات حفر آبار النفط , صناعة الجير وحامض الكبريت ، وذلك عند تسخينه في أفران محدودة التهوية عند درجة حرارة 1093 درجة مئوية

» دراسة جدوى فنية واقتصادية وبيئية لانشاء مصنع البويات والدهانات فى مصر
» دراسة جدوى فنية واقتصادية وبيئية وتسويقية لانشاء مصنع انتاج مياه معدنية فى مصر
» دراسة فنية واقتصادية وبيئية لانشاء مصنع تصنيع الزجاج بانواعه
» دراسة فنية واقتصادية وبيئية لانشاء مصنع تصنيع كيماويات البناء الحديث
» دراسات جدوى فنيه واقتصادية وبيئية لانشاء مصنع تجميع وتصنيع انتاج سيارات سيدان و فور باى فور فى صفاقص-تونس