Печь для получения цемента

Обновлено: 01.05.2024

Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и известняки. Известняки были уже описаны на странице о производстве цемента, поэтому здесь мы ограничимся рассмотрением бокситов.

Бокситы представляют собой смесь какого-либо гидрата окиси алюминия (бемита y-Аl₂О₃*Н₂О; диаспора a-Аl₂О₃*Н₂О или гидраргиллита y-Аl₂ O ₃ -3Н₂О), являющегося главной составной частью, с глинистым веществом, кварцем, окислами железа и титана и т. д. Бокситы встречаются в ограниченном числе мест. Они служат также сырьем для производства глинозема, электрокорунда, огнеупоров.

По химическому составу бокситы неоднородны. Содержание в них отдельных окислов колеблется в довольно широких пределах; так, например, АI2О3 в них может быть 30-75%; S iO ₂ 2-20%; Fе₂ O ₃ 2-40%; TiO до 5% и связанной воды 10-25%. Для производства глиноземистого цемента необходимо, чтобы кремневый модуль или коэффициент качества (%Аl₂О₃/%Si O ₂) боксита был не меньше 2.

Известняк, используемый в производстве глиноземистого цемента, не должен содержать больше 1,5% S iO ₂ и 2% MgO.

Существуют два способа производства глиноземистого цемента. Первый из них основан на спекании сырьевой смеси, а второй — на ее плавлении. По первому способу тонкоизмельченная и тщательно перемешанная смесь боксита и известняка обжигается до спекания при температуре 1150-1250°С; полученный продукт обжига размалывается в тонкий порошок. Обжиг до спекания можно вести во вращающихся, шахтных, кольцевых, камерных, туннельных печах и на спекательной решетке. При обжиге не во вращающихся печах сырьевую шихту нужно брикетировать. Во вращающихся печах обжиг можно вести как по сухому, так и по мокрому способу производства. При обжиге шихты в печах, где возможна присадка золы, следует применять малозольное или беззольное топливо.

В процессе производства глиноземистого цемента методом спекания приходится сталкиваться с затруднениями, вызываемыми малым интервалом плавкости, т. е. малой разницей между температурами плавления и спекания. Чем больше этот интервал, тем удобнее вести обжиг сырьевой смеси до спекания, так как возможные местные перегревы в печи не вызывают расплавления или сваривания обжигаемого материала. Сырьевая смесь, содержащая повышенное количество окислов железа; имеет близкие температуры спекания и плавления (разница между ними не более 30-50 0С) и поэтому непригодна для получения глиноземистого цемента методом спекания. Следует отметить, что температура плавления цементного клинкера превышает температуру его спекания примерно на 300°С.

При обжиге глиноземистого цемента методом спекания требуются более чистые бокситы с небольшим содержанием кремнезема (до 8%) и окиси железа (до 10%). При получении глиноземистого цемента методом плавления можно, использовать сырье с большим количеством примесей и менее тонко размалывать сырьевую смесь. Указанные трудности препятствуют распространению метода спекания, несмотря на меньший расход топлива и более легкую размалываемость клинкера.

Глиноземистый цемент можно получать плавлением в вагранках, электрических, доменных печах, а также в конвертерах. Вагранки с водяным охлаждением применяют при небольшом объеме производства. Стенки ее сделаны из пустотелых металлических коробок, по которым циркулирует вода. На металлических стенках, с внутренней стороны, в процессе работы вагранки образуется обмазка, которая и служит огнеупорным футеровочным слоем. Сырьевую смесь подготавливают так же, как и при обжиге цемента в шахтных печах. Шихту в виде брикетов загружают через загрузочное отверстие вперемешку с коксом, откуда она поступает в цилиндрическую или коническую шахту. В нижнюю часть печи — горн — подается необходимый для горения воздух. Расплавленная при 1500-1600°C шихта собирается на дне горна и через определенные промежутки времени выпускается из печи сквозь выпускное отверстие. В процессе плавки кокс восстанавливает железо, содержащееся в шихте в окисной форме, до FeO и частично до металлического железа, причем высокоглиноземистый шлак вследствие меньшего удельного веса собирается над восстановленным железом, которое стекает в нижние слои расплава и может удаляться. Кремнезем в вагранке не восстанавливается, поэтому для такого производства требуются высокосортные бокситы с небольшим содержанием примесей. Потребляет эта печь довольно большое количество малозольного топлива — кокса (35-40% от веса цемента). Все это ограничило сферу распространения печей такого типа.

В электрических печах используется теплота, развиваемая током, проходящим через расплавленную шихту. Шихта обычно состоит из боксита, извести, металлических добавок (железная стружка, скрап) и кокса. Кокс является восстановителем кремнезема и окислов железа, а металлические добавки вводятся для связывания образующегося кремния в ферросилиций. В этих печах можно плавить шихту в сильно восстановительных условиях. Это необходимо при использовании сырья с высоким содержанием кремнезема. Восстановление кремнезема начинается при температуре 1150-1200°С и идет достаточно интенсивно при температуре 1800-2000 0 С при избытке углерода. Часть кремния (до 15%) при этом улетучивается, а остальное его количество растворяется в расплаве так же восстановленного железа и образует малокремнистый ферросилиций. Удельный вес его достигает 6,5, а удельный вес высокоглиноземистого шлака около 3,0.

При таком способе производства бокситы должны содержать не более 15-18% Si O ₂; 15-17% окислов железа, отношение АI₂О₃ к Si O ₂ должно быть не менее 3. В электрические печи сырье подают в виде кусков размером 20-40 мм, причем известняк обычно предварительно обжигают до удаления СО₂, боксит же сушат, а иногда и обжигают для обезвоживания. При загрузке в электрическую печь влажного боксита и необожженного известняка, они, попадая сразу в зону с высокой температурой, вызывают бурление расплава, выбросы и взрывы, а выделяющаяся из известняка углекислота, кроме того, реагирует с углеродом электрода, ускоряя его обгорание.

В нижней части печи скопляется ферросилиций, а в верхней — глиноземистый цемент, очищенный от кремнезема, что улучшает качество цемента. Оба материала при температуре 1550-1650°С периодически выпускают через летки в изложницы. Электроплавка дает возможность получать из низкосортных бокситов высококачественный глиноземистый цемент.

В электрических печах можно получать глиноземистый цемент и в окислительных условиях. При этом в шихту не вводят восстановитель и она должна содержать небольшое количество кремнезема.

При доменной плавке шихта состоит из железистого боксита, известняка, металлического лома и кокса. В доменной печи шихта подсушивается и декарбонизируется. Окислы железа восстанавливаются газами, содержащими СО, а также твердым углеродом. В горне печи образуется в верхней части высокоглиноземистый шлак, а в нижней чугун. Оба материала периодически выпускаются из домны, причем температура шлака составляет 1600-1700°C, а чугуна 1450-1550°С. Охлаждают высокоглиноземистый шлак в изложницах или же разливают его на площадках слоем 100-150 мм. Домна является агрегатом, производящим три ценных продукта: чугун, глиноземистый цемент и доменный газ. Содержание окислов железа при этом не ограничивается, так как они восстанавливаются и переходят в чугун. Кремнезем восстанавливается лишь в небольшой степени, и поэтому коэффициент качества (А1₂О₃/SiО₂) должен быть не менее 7.

Глиноземистый цемент можно получать и путем плавления в конвертере.

Расплавленная масса охлаждается медленно. Это повышает качество глиноземистого цемента, так как образующиеся при медленном охлаждении кристаллические алюминаты кальция обладают более высокими гидравлическими свойствами.

Дробление и помол получаемых при плавлении в домнах и других печах глиноземистых шлаков осуществляются в мощных дробилках и мельницах и связаны с большим, чем при производстве цемента, расходом энергии (80-110 квт-ч на 1 т цемента) вследствие высокой твердости шлаков (7,0-7,5 по шкале Мооса). Охлажденный шлак подвергается двухступенчатому дроблению на щековой и конусной дробилке, а затем измельчается в трубных мельницах. Глиноземистый цемент измельчается до прохождения сквозь сито № 008 не менее 90% подвергаемой просеиванию пробы (ГОСТ 969-41). В состав глиноземистого цемента при помоле можно вводить до 2% специальных добавок.

Цементный клинкер представляет собой продукт, который производят в процессе обжига до состояния плавления или спекания сырьевой смеси определенного состава. Клинкер является промежуточным продуктом в процессе производства цемента.

В специальных печах, при очень высокой температуре (выше 1000 градусов) нагревают смесь известняков и разных глин, в итоге получая спекшийся гранулированный материал. Химически это смесь алюмината и алюмоферрита кальция с силикатами. Для приготовления цемента клинкер измельчают, добавляют в него гипс и другие вещества.

Стоимость клинкера находится в достаточно широких пределах и напрямую зависит от сорта. Применяется в самых разных ремонтно-строительных работах.

Производство цемента

В процессе нагревания смеси, которую получают из известняка (до 75%), глины (до 25%) либо других похожих по составу и активности материалов, до температуры +1450С достигается состояние частичного плавления – таким образом образуются гранулы клинкера.

Чтобы в итоге получить цемент, клинкер смешивается с 2-5% гипса (точный объем зависит от содержания SO3 в самом клинкере и марки гипса), затем перемалывается в тончайшую пыль. Благодаря гипсу удается обеспечить быстрое схватывание материала. Хотя, в некоторых случаях его частично заменяют иными формами сульфата кальция. При помоле также допускается вводить другие добавки.

Виды цемента, который производят из клинкера:

Портландцемент – после обжига известняков, глинистых примесей, мергелей получают раствор цемента. Клинкер обычно смешивают с доменным шлаком, ракушечником и другими добавками. Портландцемент производят двумя способами: мокрым (когда компоненты смалывают и смешивают с водой, потом обжигают) и сухим (аналогичные действия, но без воды). Из портландцемента делают высокопрочные бетоны, облицовочные плитки, монолитные конструкции, даже искусственный мрамор и т.д.
Романцемент – создается посредством обжига известняков (содержание глинистых минимум 25%) при температуре свыше +1000С. Применяют для производства блоков, стеновых панелей, бетонных смесей низких марок.

Стандартный клинкер предполагает такой состав:

Трехкальциевый силикат (алит) – активный минерал, достаточно интенсивно набирает прочность и твердость с выделением тепла.
Двухкальциевый силикат (белит) – медленно твердеет в первоначальной стадии.
Трехкальциевый алюминат – обладает низким уровнем стойкости под воздействием серно-кислых соединений.
Четырехкальциевый алюмоферрит – намного медленнее твердеет в сравнении с алитом, но все равно быстрее белита. Прочность демонстрирует более низкую, чем у алита.

Четыре главные фазы клинкера

Цементный клинкер – это основной материал, который используется для производства цемента разных марок. То есть, проводится два действия: сначала производится клинкер в виде гранул, который получают путем нагревания глины и извести (с добавками) методом плавления, потом клинкер смалывается, в него добавляется гипс и получается цемент.

Разные способы обработки обуславливают то, что клинкер может быть с элементарным химическим или минералогическим составом. От того, какие объемы клинкерных материалов использовались при обжиге, зависят свойства цемента: он может быть быстросохнущим, созданным специально для использования при минусе, обладать другими свойствами.

Состав представляет собой систему нескольких клинкерных минералов, которые появляются в процессе плавки и обжига. Но заметить части отдельных составляющих клинкера невозможно, так как речь идет об аморфных и тонкозернистых кристаллических фазах.

Прежде, чем производить цемент, клинкер подбирают по составу. Обычно речь идет о четырех основных фазах, указанных ниже. Кроме них, в небольших объемах в веществе могут присутствовать другие фазы (оксид кальция, щелочные сульфаты).

Самая важная составляющая любого клинкера для цемента. В составе должно быть минимум 50-70% трехкальциевого силиката (обозначается 3СаO*SiО2 или сокращенно C3S). Структура и состав данной фазы модифицируются благодаря размещению в решетке инородных ионов (в особенности Аl3+, Mg2+, Fе3+). Алит стремительно реагирует с водой, в нормальных цементах имеет самое большое значение для обеспечения прочности. Особенно важен алит для обеспечения набора прочности цемента в течение 28 суток.

Белит

Когда производится клинкер цементный, содержание белита должно быть равно 15-30%. Двухкальциевый силикат обозначается как 2СаO*SiО2 (либо сокращенно C2S), модификация происходит за счет добавления в структуру инородных ионов, чаще всего большей частью либо полностью присутствует в формате β-модификации.

Белит с водой реагирует достаточно медленно, не оказывает воздействия на уровень прочности цемента на протяжении 28 суток. Но он влияет на прочность в значительно поздние сроки, что также немаловажно. Так, через год в идентичных условиях показатель прочности чистого белита и чистого алита примерно одинаков.

Алюминатная фаза

Алюминатная фаза в клинкере цементном составляет 5-10%. Трехкальциевый алюминат обозначается как 3СаO*Al2O3, меняется по составу и структуре в некоторых случаях благодаря инородным ионам (в особенности Nа+, Si4+, К+, Fe3+). Фаза мгновенно реагирует с водой, из-за чего становится причиной быстрого высыхания, если в состав не был введен контролирующий скорость схватывания реагент, в качестве которого выступает обычно гипс.

Алюмоферритная фаза

Ферритная фаза составляет около 5-15% цементного клинкера, обозначается как 4CaO*Al2O3*Fe2O3 (сокращенно CaAlFe). Четырехкальциевый алюмоферрит существенно меняет состав при изменениях пропорции Al/Fe и нахождении в структуре инородных ионов.

Скорость реакции базы с водой может быть разной из-за отличий в составе. Как правило, показатель достаточно высокий на первых этапах, в более поздние сроки средний между показателями алита и белита.

Сухой цемент представляет собой искусственное вещество, которое поставляется в формате порошка и используется в качестве вяжущего в процессе замешивания разного типа бетонных растворов. В момент смешивания с водой цемент провоцирует прохождение химической реакции с изменением структуры материала, который застывает и превращается в камень, обеспечивая монолиту должные характеристики прочности, стойкости, способности выдерживать механические нагрузки.

Состав цемента может быть разным, что напрямую зависит от вида вяжущего и возложенных на него функций, требуемых свойств материала. Классический цемент делают из клинкера (обожженные и спаянные в куски известняк и глина, взятые в определенной пропорции), смешанного с гипсом и различными минеральными добавками.

Известь (оксид кальция) – около 60%.
Кремниевый диоксид – до 20%.
Алюминий (глинозем) – 4%.
Гипс, оксиды железа – до 2%.
Магния оксид – 1%.

Данное процентное соотношение актуально для портландцемента – самого распространенного вида материала. Пропорции могут меняться, в соответствии с классном и технологией производства цемента. Ввиду существования большого числа марок и видов цемента точного рецепта его производства (и химической формулы) не существует – тут все зависит от показателей минералогического состава.

Производство цемента осуществляется из клинкера – продукта обжига глины и известняка, взятых в пропорции 1:3. Клинкер представляет собой полуфабрикат для создания цемента. После обжига при высокой температуре (до 1500 градусов) клинкер мелко измельчают до гранул величиной около 6 сантиметров. Потом клинкер измельчают до порошкообразного вида, вводя различные добавки.

Гипс, который регулирует длительность схватывания.
Корректирующие добавки для улучшения определенных характеристик цемента (присадки, пластификаторы и т.д.).

В качестве основного исходного сырья в производстве цемента используют различные горные породы – карбонатного типа (могут быть с кристаллической либо аморфной структурой, определяющей уровень эффективности взаимодействия материала с остальными компонентами состава в процессе обжига) и осадочного происхождения (глинистое сырье с минеральной базой, которое при сильном увлажнении разбухает и становится пластичным, увеличиваясь в объеме; материал вязкий, применяется при производстве сухим способом).

Мокрая технология производства цемента

Потом на завод доставляют глину из карьера, ее обрабатывают в вальцевых дробилках до тех пор, пока размер кусков не будет равен максимум 100 миллиметрам. Измельченную смесь глины отмачивают в болтушках до момента получения глиняного шлама влажностью в пределах 70%. Потом шлам отправляют в мельницу, где его смешивают и размалывают вместе с известняком.

Далее шлам, влажность которого находится уже на уровне 40%, отправляют в вертикальный бассейн, где осуществляется окончательный процесс корректировки. Данная операция чрезвычайно важна, так как именно тут формируется и обеспечивается правильная химическая формула состава шлама.

В случае, когда производство цемента предполагает использование сырья с неизменным химическим составом, корректирование состава шлама выполняется в горизонтальном бассейне.

Далее шлам отправляют на обжиг в печь, где он превращается в клинкер. Клинкерная основа, полученная в итоге, отправляется в промышленный холодильник и там охлаждается. Потом клинкер дробят, подают в емкости мельниц, повторно измельчают до состояния порошка.

В случае, когда процесс обжига шлама требует применения твердого топлива, необходимо позаботиться о строительстве дополнительного помещения (где будет храниться, готовиться уголь). Если технологическая схема производства цемента требует применения газообразного/жидкого топлива, процесс обжига клинкера упрощается.

На завершающем этапе производства цемент из бункеров мельниц направляют в специальные помещения, где он хранится. Здесь лаборанты исследуют качество продукции, определяют марку. Только по завершении проверки цемент может отправляться на упаковочные аппараты.

Преимущества

Рассматривая мокрый способ производства цемента, стоит учитывать его плюсы и минусы. Как и любой технологический процесс, данный обладает своими особенностями.

Понижение технологических затрат на измельчение сырьевой базы – глина и мел прекрасно намокают в воде в бассейне при первичной обработке, в связи с чем измельчаются легче и проще.
Транспортировка, усреднение, корректировка шлама осуществляются проще, безопаснее с точки зрения экологии, особенно в сравнении с аналогичными процессами при производстве цемента сухим способом.
Намного меньше образуется пыли.
Печи обжига по конструкции простые, надежные, обладают высоким коэффициентом использования пространства (варьируется в пределах 0.89-0.91).
Есть возможность использовать в производстве компоненты с достаточно «пестрым» (разным) химическим составом, а также обеспечена хорошая гомогенизация шлама.

Недостатки

Недостатков в мокром методе производства цемента мало, но они есть и не учитывать их нельзя.

Высокий удельный расход тепловой энергии в процессе обжига сырья. Сырье, которое поступает для обжига, обладает в среднем влажностью до 45%. И для испарения влаги, правильного прогрева компонентов необходимо до 6800 кДж/кг тепловой энергии либо 35% тепловой мощности печи. В связи с такими расчетами часть обжиговой печи функционирует в качестве сушильного агрегата с последующими сложностями.
Высокий уровень материалоемкости печей для обжига наряду с не очень большой производительностью.

Указанные недостатки приводят к достаточно низкой производительности труда, существенным эксплуатационным и технологическим расходам, что обуславливает высокую стоимость всего производства.

Сухая технология производства

Сухой способ производства цемента использует другую технологическую схему. Известняк и глина, которые добывают из карьера, дробятся и отправляются в сепараторную мельницу. Тут они смалываются, смешиваются, сушатся. Полученную смесь доставляют в смесительные аппараты, окончательно перемешивают с использованием сжатого воздуха. Сейчас же корректируется и химический состав цемента.

При применении глинистого компонента сырье подают для смешивания в шнеки, где частично увлажняют водой. Создаются прочные гранулы со влажностью максимум 14%, потом они поступают для обжига в печь.

Обжиг сырья при сухом методе может осуществляться в разных печах – в данном случае особое внимание обращают на приготовление сырья. А дальнейшие этапы производства сходны с мокрым методом.

Плюсы технологии

В сравнении с мокрым, сухой метод обладает некоторыми преимуществами, которые обязательно нужно учитывать при расчетах (когда планируется организовать бизнес по производству цемента, к примеру).

Сравнительно невысокий удельный расход энергии тепла на обжиг клинкера – в пределах 2900-3700 кДж/кг.
Объем печных газов меньше на 30-40%, их можно вторично применять для сушки сырья и значительно снизить энергозатраты на создание клинкера, уменьшить затраты на обеспыливание.
Значительно меньшая металлоемкость печей для обжига при повышенной производительности в сравнении с мокрой технологией. Мощность печей при «сухом» методе составляет 3000-5000 тонн в сутки, что больше в 1-2 раза аналогичного оборудования мокрого метода.
Нет необходимости в мощных источниках воды.

Минусы технологии

Несмотря на явные преимущества, есть у технологии и свои минусы.

Значительно больше выделяется пыли, что усложняет соблюдение санитарных норм, правил охраны окружающего пространства.
Сложность конструкции печей для обжига и их требовательность в плане колебаний химического состава сырья, его степени влажности, дисперсности.
Сравнительно низкий коэффициент использования печей – где-то 0.7-0.8.

Отличия мокрой технологии производства от сухой

Обе технологии производства цемента обладают своими нюансами, плюсами и минусами. Но есть ключевые особенности, которые необходимо учитывать в первую очередь при планировании бизнеса и просчете расходов, прибыли. Главный недостаток мокрого метода производства цемента – существенная энергоемкость всего процесса, которая отражается соответствующим образом на цене конечного продукта в сторону повышения.

Сухая же технология менее экологична и опасна для окружающей среды, в связи с чем требует значительных расходов на устранение этого фактора. При этом, сам процесс производства обходится дешевле по всем пунктам, позволяет понизить цену конечного продукта.

Особенности полусухого способа

Полусухой метод производства цемента достаточно схож с сухим, но предполагает некоторые отличия. Фракция сырья, что проходит стадию гранулирования, равна примерно 10-20 миллиметрам, уровень влажности 11-16%. Сначала сырье обжигают в печах Леполь, потом создавшиеся гранулы отправляют в конвейерный кальцинатор.

Из печи выходят газы, проходящие сквозь гранулы, находящиеся на решетке. Таким образом сырье нагревается до 900 градусов, полностью высушиваясь в процессе. Такая термообработка способствует декарбонизации смеси примерно на 25-30%, что нужно для производства. После сырье отправляют в печь – это завершающий этап производства цемента.

Гранулированный цемент может обжигаться и в шахтных печах – в таком случае гранулирование осуществляется с частицами угля, после чего цемент уходит на хранение.

Комбинированный метод производства

Данный способ базируется на подготовке компонентов сырья по мокрому методу, а вот их обжиг осуществляется по схеме полусухого метода. Шлам, полученный в сырьевой мельнице, обладает влажностью в диапазоне 30-45%, он отправляется в фильтр: тут обезвоживается до уровня влажности в 15-20%, потом сырье смешивают с пылью, влажность доводят до показателя в 12-14%.

На следующем этапе смесь отправляется на обжиг, который осуществляется в печах полусухого способа изготовления цемента. Все остальные операции ничем не отличаются от аналогичных этапов мокрого метода производства.

Подходящий метод производства цемента выбирают в соответствии с технологическими и технико-экономическими факторами – качеством и типом сырья, влажностью и однородностью смеси, наличием соответствующего оборудования, возможностей и т.д. В Москве заводы работают по всем трем схемам и поставляют на рынок цемент высокого качества.

Цемент возможно приобрести в любом строительном магазине, но пользователей Интернета интересует вопрос самостоятельного изготовления материала. Схема производства цемента в промышленных условиях подразумевает выполнение значительного количества этапов и работ. Весь производственный процесс сводится к измельчению, перемешиванию, нагреванию природных материалов. В результате осуществляется выпуск качественной продукции с высокими техническими характеристиками, предназначенной для выполнения серьезных строительных работ. Но для проведения несложных работ в домашних условиях подойдет материал самостоятельного приготовления.

Виды смесей

Прежде чем приступить к описанию производства цемента своими руками, необходимо определиться с понятиями. Различают цементные и бетонные смеси. Два данных раствора отличаются разным составом, но оба они вяжущие, из-за чего материал получается прочным. Цемент представляет собой материал порошкообразной формы, для самостоятельного изготовления которого потребуется малое количество компонентов.

Бетон является многокомпонентным материалом, для приготовления которого потребуются следующие компоненты: цемент, вода, песок, крупный заполнитель: щебень или гравий, может использоваться отсев. Кроме этого, растворы различаются и способом применения. Цементная смесь используется для обустройства тонкой стяжки, заполнения трещин и для выравнивания поверхностей. Бетон применяется при строительстве сооружений значительной толщины: дорожные полотна, фундаменты, ступени.

Разновидности раствора, рецепт, из чего делают

Основными компонентами для изготовления строительного материала служат глинистые и карбонатные породы. В составе цемента обязательно должны присутствовать породы из каждой категории. И карбонатные, и осадочные породы примерно схожи по химическому составу. Но иногда используют другое сырье, например, шлаки.

Карбонатные породы для изготовления

В соответствии с названием состоят в основном из карбонатов, солей угольной кислоты. К карбонатным породам относятся мел, мергелистый известняк (мергель), метаморфические или осадочные породы доломитового, известнякового и карбонатно-глинистого состава. Ценность пород в качестве сырья для изготовления цемента определяется прежде всего их структурой. Породы с кристаллической структурой хуже в сравнении с породами аморфной взаимодействуют с другими элементами смеси при обжиге.

Мел — вид мажущего известняка, легко растирающаяся мягкая порода, что особенно важно при самостоятельном изготовлении в отсутствии специального оборудования. Легко измельчается, поэтому является популярным сырьем.

Мергель — порода, включающая некоторое количество глины, поэтому является переходной от известняковых к глинистым. Может иметь твердую и рыхлую структуру, разную плотность и влажность в зависимости от количества глинистых примесей, которое измеряется в процентах. Растворы на основе мергеля используются при устройстве печей, каминов и т.д.

Ракушечник — пористая порода, легко крошится.

Из известняков для производства цемента предпочтительны пористые и мергелистые виды с небольшим порогом прочности на сжатие и без содержания кремниевых включений.

Глинистые породы

Глинистые породы впитывают воду, увеличиваясь в объемах, обеспечивают цементу необходимую эластичность, содержат оксиды железа, алюминия и кремния. Из глинистых пород в производстве применяется суглинок, глина, лесс, глинистый сланец, лессовидные суглинки.

Суглинок — глина с высоким содержанием пылеватых и песчаных частиц.

Глинистые сланцы — плотные и твердые, самые прочные породы, имеют постоянный состав, не гироскопичны, механическая нагрузка приводит к расслаиванию породы на пластинки.

Лесс — тонкозернистая порода, рыхлая и пористая, содержит кварц или силикат, не отличается высокой пластичностью.

Лессовидный суглинок — материал, являющийся промежуточным между суглинком и лессом.

Технология приготовления в домашних условиях, как сделать самому, пропорции и так далее

Промышленное производство цемента возможно разделить на два этапа: изготовление клинкера и смешивание его с гипсом. Клинкер производится из карбонатных и осадочных пород, которые измельчаются и перемешиваются. Смесь нагревается при значительных температурах. Клинкер перемалывается и смешивается с гипсовым порошком. Правильное отношение — 5% от общей массы, что уменьшает время застывания цемента.

Необходимое оборудование

Для самостоятельного изготовления цемента потребуется мельница для измельчения клинкера и печь для обжига. Важно понимать, что в процессе работ исполнителю потребуется не только значительное количество трудовых ресурсов, но и достаточно много расходных материалов. Поэтому перед тем, как приступить к процессу по изготовлению цементу в домашних условиях, необходимо объективно оценить собственные технологичные возможности. Не стоит забывать и об экономическом аспекте. Необходимо определить целесообразность самостоятельного изготовления. Для мелких работ это нецелесообразно в любом случае, выгоднее купить готовую продукцию.

Подготовка

Первым этапом работ является подготовка. Данный этап является основополагающим. Исполнителю потребуется емкость для приготовления цемента. Важно помнить, что объем выбранной тары должен соответствовать объему, который исполнитель планирует получить. Кроме этого, рекомендуется выбирать устойчивую тару с прочными стенками. Не рекомендуется использовать емкость с тонкими и низкими стенками, т.к. они не позволяют приготовить материал высокого качества. Кроме этого, может потребоваться легкий и прочный инструмент для измельчения и смешивания.

Как приготовить

Для изготовления клинкера в домашних условиях возможно выбрать известняк и глину в пропорции 3 к 1. Материалы измельчают и тщательно перемешивают. Основная сложность состоит в нагреве смеси до нужной температуры. В соответствии с технологией она должна составлять 1400-1500 градусов по Цельсию. Поддерживать данный режим необходимо в течение 2-4 часа. У частных исполнителей нет подходящего оборудования для решения данной задачи. Неплохим вариантом является русская печка, в ней возможно выпекать клинкер. Если постараться, то в печи возможно поддерживать температуру примерно в 1000 градусов. Этого недостаточно, но за отсутствием лучшего решения подойдет и такой вариант. Для поддержания постоянной температура следует использовать дрова из бука или ясеня. Но необходимо выполнение и других условий: доступ кислорода и постоянное перемешивание. В промышленных условиях для этого используются барабанные печи.

Для производства цемента на постоянной основе возможно приобрести лабораторную печь для обжига, которой по силам создать температуры до 1600 градусов. Для облегчения задачи возможно купить и мельницу для измельчения, в которой перемалывается клинкер. Оборудование не отличается доступной стоимостью, но даже его применение не обеспечивает получение цемента, качество которого возможно сравнить с продукцией промышленного выпуска. При нагреве образуются силикаты кальция (белит и алит), алюминатная и алюмоферритная фазы. Сделать цемент самостоятельно не слишком просто. В завершении необходимо перемолоть клинкер и добавить гипсовый порошок.

Применение

Использовать цемент возможно для приготовления бетонных растворов, которые предполагается использовать для решения несложных и не масштабных работ. Применение допустимо для конструкций, которые не будут подвергаться повышенным нагрузкам. Следовательно для несущих конструкций материал не подходит, т.к. существует высокий риск разрушения.

Как приготовляют, качество

Даже при выполнении процедуры изготовления самодельный цемент невозможно сравнивать с заводским продуктом. Строительный материал промышленного производства отличают следующие свойства: стойкость к морозу, повышенная водонепроницаемость, пониженное теплоотделение, высокая прочность. В домашних условиях также возможно получить стройматериал для выполнения базовых задач, но он будет не таким качественным.

Видео

Цемент является практически незаменимым материалом при выполнении строительных и ремонтных работ. Он находит применение и при оформлении придомовой территории с помощью фигурок, поделок, вазонов и других изделий из цемента, созданных своими руками. Поэтому цемент является востребованным, а оттого привычным материалом. Несмотря на это многих интересует вопрос — из чего делают, получают цемент?

Формула

Цемент представляет собой вяжущее средство минерального происхождения. Т.е. для производства строительного материала используется минеральное сырье — горные породы. В сухом виде цемент — это сыпучая масса серого (или белого) цвета. При разведении водой приобретает пастообразную форму. Цемент — порошок, полученный в результате измельчения клинкера (промежуточного продукта производства цемента), в который введены наполнители и добавки. Таким образом, составляющими являются клинкер, модифицирующие добавки и гипс. Состав клинкера представляет собой смесь известняка и глины.

Несмотря на знание компонентов, присутствующих в цементе привести формулу проблематично, т.к. процентное количество составляющих отличается, в зависимости, прежде всего от вида. Но цемент одного и того же вида может иметь различный состав, т.к. производители используют неодинаковую рецептуру, в результате пропорции компонентов незначительно, но разнятся. Соответственно, возможно привести только составные части цемента.

Состоит, производят из материалов, что входит

Цемент производится на заводах, расположенных в непосредственной близости от месторождений, где выполняется разработка горных пород, которые являются исходным сырьем для выпуска строительного материала. Горные породы добывают открытым способом. К натуральному сырью для производства цемента относятся:

Карбонатные минералы, к которым принадлежат мел, ракушечник и другие известняки, доломиты, мергели и смеси данных пород. Большинство минералов образовано осадочным способом на дне морей и озер. Кристаллическая решетка различных видов карбонатных минералов обладает разной степенью устойчивости, что и определяет их способность сплавляться с другими компонентами при производстве цемента. В процессе промышленного производства цемента чаще всего используются известняковые породы, т.к. они позволяют повысить эффективность взаимодействия компонентов при обжиге.

Глинистые материалы, к которым относится глина и глинистые сланцы, суглинки и лесс. Мелкодисперсные породы образованы осадочным способом. Основными составляющим является глинистое вещество и большое количество примесей. Данное сырье используется для придания смеси пластичности, при добавлении воды оно увеличивается в объеме и становится вязким. Применяется в основном при производстве цемента сухим способом.

Гипс оказывает влияние на скорость твердения цемента, на его прочность и усадку, максимальное содержание составляет 6%.

Кроме этого, при производстве цемента используются добавки. Для получения продукции с определенными качествами, необходимо к основным компонентам добавить вещества, способные скорректировать свойства материала: глинозем, кремнезем, плавиковый шпат и апатиты.

Карбонатные породы, получение

К основным представителям карбонатных пород относятся:

Мел. Представляет собой мягкую горную породу, которая легко крошится и измельчается до состояния пыли. В составе цемента может присутствовать 20-25% мела, который улучшает сцепление цемента с песком в процессе приготовления бетонных растворов.

Мергель или мергелистый известняк представляет собой переходное сырье между известняком и глинистыми породами, т.к. в составе присутствует глина. Визуально мергель — это слоистая или монолитная порода, твердость которой зависит от процентного количества глины. Порода осадочного типа добывается в рыхлом или твердом состоянии.

Известняки, в составе которых отсутствует кремний. Чаще всего представлены в виде ракушечника — пористого и непрочного, легко разрушающегося при нажатии материала.

Доломиты обладают характеризуются исключительными свойствами, в частности, прочностью. Доломитовый цемент является продуктом высокого качества, быстротвердеющий и экологически чистый.

Содержание карбонатных пород в составе цемента чаще всего ограничивается 30%, но в некоторых случаях количество может достигать 60%.

Глинистое цементное сырье, добыча, где добывают

К глинистым породам относятся:

Чистая глина состоит из одного или нескольких минералов, разбухает при воздействии воды, обладает способностью сцеплять другие вещества друг с другом. Глина распространена повсеместно. Места добычи располагаются по берегам водоемов. Но нее все месторождения подходят для промышленной добычи. Самыми известными месторождениями являются Кыштымское, Астафьевское и Палевское.

Суглинки являются разновидностью глины, их отличает повышенная концентрация песка и пылеобразных частиц. Активная добыча осуществляется в Подмосковье.

Глинистые сланцы образованы наслоением ила и глины, относятся к породам повышенной прочностью, при измельчении расслаиваются на отдельные пластинчатые частицы, не растворяются в воде, характеризуются низкой концентрацией влаги и стабильным гранулометрическим составом. Крупные месторождения известны на Кавказе и Урале.

Лесс — рыхлая горная порода, непластичная, отличается пористостью, мелкозернистостью, легко впитывает воду и впоследствии приобретает текучесть, очень мягкая, ее возможно растереть в пыль руками, содержит включения силиката и кварца. Лесс распространен в Азии, Европе, Северной и Южной Америке. В России пласты залегают на юге и в юго-западных регионах.

При производстве в состав цемента предприятия могут включать отходы промышленности: шлак, зола, целлолоза и пр.

Добавки в содержании

Кроме перечисленных выше компонентов, являющиеся основой цемента, в состав вводятся специальные добавки — пластификаторы. Базой для их производства выступают натуральные ископаемые:

апатиты;
глина;
глинозем;
кремнезем;
плавиковый шпат.

Пластификаторы добавляют в цемент на этапе производства материала. Их использование позволяет улучшить характеристики цемента, применение предусмотрено технологией.

Существуют также жидкие пластификаторы, применяемые при замешивании на строительных площадках. Делают это для улучшения качества материала, придания ему дополнительных свойств: стойкость к коррозии и разрушению; сохранение прочности при перепадах температуры; повышенная прочность; увеличенный срок схватывания; пластичность и текучесть растворов; водонепроницаемость.

Химический состав в процентах, что нужно, из чего…

Разные виды цемента получают посредством изменения пропорций перечисленных компонентов, наличия различных минеральных добавок. Таким образом, разные виды обладают индивидуальным химическим составом.

сделан строительный, основа, оксид и не только

Под строительным цементом принято подразумевать наиболее распространенный вид — портландцемент, которые находит применение не только при возведении объектов различного назначения, но при осуществлении ремонтных и реставрационных работ. Компонентами портландцемента являются:

оксид кальция (CaO) или негашеная известь, минимальная доля которой в цементе составляет 62%;
диоксид кремния или кремнезем (SiO2) — не менее 20%;
оксид алюминия или глинозем (Аl2O3) — не менее 4%;
оксид железа (Fe2O3) — 2%;
оксид магния (MgO) — 1%.

На оставшиеся проценты приходится доля дополнительных присадок, вводимых в состав для достижения необходимых характеристик. Таким образом, предоставить точную химическую формулу предоставить не получится, т.к. существуют различные марки и сорта материала, отличающиеся друг от друга составом. Поэтому наиболее важной информацией является перечень минералов, входящих в состав.

изготавливается глиноземистый

Исходя из названия возможно понять, что состав данной разновидности отличает повышенное содержание глинозема, поэтому смесь быстро набирает прочность не только в воде, но и на воздухе. В готовом цементе преобладают низко-основные алюминаты кальция. Химический состав выглядит следующим образом: Аl2О3 в количестве 30-50%; CaO — 35-45%; SiO2 — 5-15%; Fе2O3 — 5-15%. Глиноземистый цемент используется при выполнении ремонтных работ, скоростного зимнего строительства.

производится шлаковый, составляющие

Основой цемента данного вида выступают гранулированные или негранулированные шлаки, измельчаемые вместе с клинкером и гипсом, что позволяет снизить цену материала примерно на 10%. Доменные шлаки состоят в основном из 3-х оксидов: CaO, SiO2 и Аl2O3. Содержание шлаков варьируется в пределах от 25 до 75%. Количество портландцементного клинкера различается в значительных пределах — от 10 до 70%. Натуральный гипс присутствует в составе в объеме 5-6%. Допускается присутствие фосфора, фтора и бора. Готовый состав хорошо переносит воздействие высоких температур, не боится воздействия воды.

Портландцемент со шлаком. Фото OBI

изготавливают кислотоупорный, основные компоненты

Относится к специальным цементам, представляет собой смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия (Na2SiF6), которая разводится силикатом натрия или калия (жидким стеклом). Т.е. состоит из компонентов, не поддающихся воздействию кислот. Используется в химической промышленности: для облицовки оборудования и изготовления резервуаров.

получают пластифицированный

Цемент производится с применением специальных веществ, которые замедляют схватывание раствора и делают его более текучим. Цемент получают посредством помола портландцементного клинкера (до 90%) и гипса, введения пластифицирующих добавок: концентрат сульфитно-спиртовой барды или кальциевой соли лигносульфоновой кислоты и прочих компонентов в количестве от 0,15 до 0,25 %.

откуда берутся прочие виды

Сульфатостойкий, содержание клинкера в котором не превышает 96%, а гипса — 3,5%, другие добавки отсутствуют. Состав клинкера включает СаО; SiO2; Al2O3; Fe2О3; MgO.

Пуццолановый имеет сходство с сульфатостойким, но содержит бОльшее количество добавок — до 35%, доля клинкера (СаО; SiO2; Al2O3; Fe2О3; MgO) не превышает 60%, присутствует и гипс, в количестве не более 3,5%.

Тампонажный и гидрофобный содержат в составе до 90% клинкера (СаО; SiO2; Al2O3; Fe2O3), гипс отсутствует. В качестве дополнительных добавок в первом случае используются мылонафт и олеиновые кислоты — до 0,05%, во втором: активная минеральная добавка — не более 25%, инертная минеральная добавка — до 10%; шлак – не превышает 15%; песок — до 10% и пластификаторы — 0,15.

Белый имеет следующие пропорции компонентов: клинкер (CaO; SiО2; Al2O3; Fe2О3) — 80-85%, диатомит — 6, инертная минеральная добавка — 10-15.

Как делается, процесс производства на заводе, сухой и другие способы

Основными компонентами в производстве цемента являются известняк и глина. Из двух данных составляющих специальным образом производится клинкер, впоследствии смешиваемый с гипсом и другими добавками, которые и определяют качество, марку и свойства. В природе клинкер присутствует в чистом виде — это мергель. Но небольшие запасы данного минерала не позволяют использовать его в промышленных масштабах, поэтому производители готовят клинкер из доступных и традиционных материалов. Производство цемента включает выполнение нескольких этапов:

подготовка клинкера подразумевает смешивание компонентов в специальных барабанах;
подготовленная смесь поступает в печь для обжига, результатом которого и становится клинкер;
зерна клинкера измельчаются для получения смеси порошкообразной формы;
в завершении в цемент вводятся добавки и присадки, продукция отправляется на фасовку.

Упакованный цемент. Фото Аксон

В зависимости от используемого способа: сухой, мокрый или комбинированный — технологический процесс может незначительно отличаться от представленного.

Изготовление в домашних условиях

Прежде всего следует понимать, что качественного продукта в домашних условиях получить не удастся. Даже при наличии необходимого оборудования и соответствующих навыков самодельный цемент будет значительно уступать продукции промышленного изготовления. В результате в большинстве случаев проще и легче приобрести готовый продукт.

Наиболее простым способом изготовить цемент своими руками является приготовление смеси из воды, водной извести и каменной золы. Данные вещества перемешиваются до получения однородной массы, которую нужно сразу же использовать. Другие варианты изготовления требуют применения высокотемпературной печи для обжига и мельниц для измельчения клинкера. Понадобится также мел и каолин в пропорциях 75% к 25%. Сырье измельчается в мельнице до получения однородного порошка, тщательно перемешивается и отправляется в печь. После обжига производится помол, добавляется 5% гипса. Продукт готов к применению.

Где купить

Купить цемент различных видов и марок возможно напрямую у производителей или через поставщиков. Контактные данные некоторых компаний представлены здесь. В отдельном разделе перечислены предприятия, предлагающие купить белый цемент.

Читайте также: