Сырьевая мука для производства цемента

Обновлено: 15.05.2024

Гидравлическую известь получают обжигом в шахтных печах не до спекания (900-1100°С) маргелистых известняков с содержанием глины 6-20%. Полученную известь размалывают и применяют в виде порошка либо гасят в пушонку. В процессе обжига мергелистых известняков после разложения углекислого кальция (900°С) часть образующейся СаО остается в свободном состоянии, а часть соединяется с оксидами Si02, А12СЬ и Fe203, входящими в состав глинистых материалов. При этом образуются низкоосновные силикаты (2CaOSi02) алюминаты (СаО-АЬОз) и ферриты (СаО-Ре2Оз) кальция, которые и придают извести гидравлические свойства. Гидравлическая известь начинает твердеть в воздухе (первые 7 сут) и продолжает твердеть и увеличивать свою прочность в воде. Предел прочности при сжатии после 28 сут комбинированного хранения образцов из раствора 1:3 по массе (7 сут во влажном воздухе и 21 суТ в воде) 2-5 МПа и выше. Гидравлическую известь применяют для изготовления строительных растворов, бетонов низких марок и бетонных камней. Ее хранят в закрытых помещениях, при перевозке предохраняют от увлажнения.

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80%). Портландцемент - продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой гипса (3-5%). Клинкер представляет собой зернистый материал ("горошек"), полученный обжигом до спекания (при 1450°С) сырьевой смеси, состоящей в основном из углекислого кальция (известняки различного вида) и алюмосиликатов (глины, мергеля, доменного шлака и др.). Небольшая добавка гипса регулирует сроки схватывания портландцемента.

Клинкерные минералы характеризуются следующими свойствами:

1. Алит – отличается высокой химической активностью, придаёт цементу свойства быстрого твердения и ранней высокой прочности.

2. Белит – менее активен. Твердеет медленно. Придаёт цементу среднюю прочность и повышенную стойкость.

3. Трёхкальциевый аммиакат и трехкальциевый алюминат. Быстро твердеют, выделяют много тепла. А первые трое суток твердение создаёт низкую прочность.

Сырьевыми материалами для производства клинкера служат известняки с высоким содержанием углекислого кальция (мел, плотный известняк, мергели и др.) и глинистые породы (глины, глинистые сланцы), содержащие Si02, AI203 и Fe203.

В среднем на 1 т цемента расходуется около 1,5 т минерального сырья; примерное соотношение между карбонатным и глинистым составляющими сырьевой смеси 3:1 (т.е. берется около 75% известняка и 25% глины). В сырьевую смесь вводят добавки, корректирующие химический состав, регулирующие температуру спекания смеси и кристаллизацию минералов клинкера.

Способы производства цемента:

1. Сухой способ заключается в измельчении и тесном смешении сухих (или предварительно высушенных) сырьевых материалов, поэтому сырьевая смесь получается в виде минерального порошка, называемого сырьевой мукой. Тонкое совместное измельчение известняка и глины осуществляют в трубных (шаровых) мельницах, в которых совмещаются помол и сушка сырьевых материалов до остаточной влажности 1-2%.

2. Мокрый способ приготовления сырьевой смеси применяют, если мягкое сырье имеет значительную влажность (мел, глины). Тонкое измельчение и смешение исходных материалов осуществляется в водной среде, поэтому сырьевая смесь получается в виде жидко-текучей массы - шлама с большим содержанием воды (35-45%).

3. Применение "комбинированного способа" дает возможность на 20-30% снизить расход топлива по сравнению с мокрым способом. Сущность этого способа заключается в том, что приготовленный шлам до поступления в печь обезвоживается на специальных установках. Однако при этом возрастает расход электроэнергии, т.е. энергоемкость производства в целом остается высокой.

Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах. Шахтные печи применяют иногда только при сухом способе производства. Вращающаяся печь представляет собой длинный, расположенный слегка наклонно цилиндр (барабан), сваренный из листовой стали с огнеупорной футеровкой внутри (рис.8.3). Длина печей 95-185-230 м, диаметр 5-7 м.

Помол клинкера в тонкий порошок производится преимущественно в шаровых изделиях. При помоле к клинкеру добавляют гипс, замедляющий схватывание портландцемента. Готовый портландцемент представляет собой тонкий порошок темно-серого и зеленовато-серого цвета.

Цемент — один из важнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляции и др.
Цемент представляет собой гидравлический вяжущий материал, который после смешения с водой и предварительного затвердения на воздухе продолжает сохранять и наращивать прочность в воде.

Содержание

Введение 5
1 Обзор литературных и патентных источников6
1.1 Сырьевые материалы для производства цемента 6
1.2 Общая характеристика технологических схем производства
портландцемента 9
1.3 Приготовление сырьевой смеси 11
1.4 Технология приготовления сырьевой муки из переувлажненного сырья 16
1.5 Процессы производства клинкера с использованием мела 17
1.6 Оборудование по переработке влажных сырьевых материалов 21
2 Расчет состава сырьевой смеси и материального баланса производства23
2.1 Методы расчёта сырьевой смеси23
2.2 Расчет состава сырьевой смеси24
2.3 Материальный баланс производства портландцементного клинкера по сухому способу производства из переувлажненного сырья 26
3 Характеристика готовой продукции и области ее применения29
Заключение 31
Список используемых источников 32

Работа содержит 1 файл

Сырьевая мука.docx

Усовершенствованный полумокрьм способ с мембранной фильтрацией трехступенчатым теплообменником (ж). Здесь вместо механического обезвоживания шлама «мел/глина» или «мел/глина/железная руда» (42-45% воды) до остаточной влажности 19-21% осуществляется при помощи мембранных фильтр-прессов. Затем корректирующий материал достаточно тонкого помола и фильтр-кек мела отдельно подаются в печную систему. Низкая остаточная влажность фильтр-кека позволит добавить к теплообменнику четвертую ступень. Данный процесс ж) будет иметь самый низкий расход тепла среди рассмотренных. Особенность процесса ж) состоит в том, что окончательная сырьевая смесь образуется только во флэш-сушилке, где смешиваются отдельные виды сырьевых потоков (мел, зола, руда тонкого помола и песок) [5].

1.6 Оборудование по переработке влажных сырьевых материалов

Липкие и влажные материалы, используемые в производстве цемента, являются источником трудностей с точки зрения требуемого оборудования. Высокотехнологичные и дорогие линии зачастую страдают от таких банальных проблем, как забивка бункеров и течек, зависание материала, что не позволяет подавать материал в оборудование, установленное дальше по технологической цепочке, или на ленточные конвейеры, которые могут остановиться из-за того, что их нельзя очистить должным образом. Даже для очень совершенного оборудования цементного производства возможны осложнения в работе [6].

Нужно сказать, что для переработки переувлажненного и липкого сырья используется пластинчатый питатель. Металлические пластины полотна изогнуты таким образом, чтобы позволить им совершить полный оборот вокруг приводного вала; в результате поверхность пластин очищается с помощью скребка, как это имеет место при работе ленточного конвейера. Закругленная форма пластин позволяет извлекать материал из бункера и не дает полотну проскальзывать под столбом материала.

Данная конструктивная конфигурация является альтернативой поперечным ребрам тех пластинчатых питателей, которые снабжены плоскими пластинами; такие ребра позволяют извлекать сырьевой материал, однако представляют собой потенциальные точки забивания и скопления материала, которые невозможно прочистить и откуда невозможно этот материал удалить.

Пластины полотна питателей также установлены на шарнирах и непосредственно прикреплены друг к другу, чтобы не допустить прохода материала по пластинам полотна.

Другой момент, который требует особого внимания при проектировании, это скорость движения полотна питателя. Она должна быть по возможности высокой и сочетаться с требуемой производительностью пластинчатого питателя; если полотно движется медленно, то липкий материал будет скапливаться в кучу на разгрузочной пластине, причем этот материал, из-за своей высокой влажности, будет не рассыпаться а падать целыми кусками, что не позволит поддерживать его равномерную подачу на оборудование, установленное после питателя. В значительной степени проблему можно решить с помощью лопастного вала, поскольку он способствует постоянному обрушению материала и таким образом обеспечивает более равномерную подачу материала.

Что касается дробилок, то для влажного и липкого материала могут применяться только двухвалковые дробилки .Ударные, молотковые или щековые дробилки не подходят для переработки липких материалов.

Зубья двухвалковых дробилок режут липкий материал, как лезвие: он заполняет канавки и остается в них, но специальные скребки, которые очищают ротор, удаляют весь застрявший в канавках материал.

Липкий и влажный материал нельзя разгружать при помощи лезвий скребков, поскольку они немедленно забьются [7]. Для разгрузки такого материала в качестве рабочего органа используют ковши, открытые в нижней части. Из них материал разгружается в тот момент, когда ковши поворачиваются вокруг вала привода. Липкий материал извлекают при помощи специальных лезвий, которые удаляют материал с внутренней поверхности наподобие лезвий бритвы. Такая система позволяет разгружать материалы любой влажности, избегая проблем с забиванием.

Существует два типа ковшовых реклаймеров. Поперечные реклаймеры не выполняют операцию предварительного усреднения. Фронтальные реклаймеры осуществляют предварительное усреднение материала путем одновременной разгрузки разных слоев материала.

2 Расчет состава сырьевой смеси и материального баланса производства

2.1 Методы расчёта сырьевой смеси

Цель расчета сырьевой смеси — определить такое соотношение между отдельными компонентами шихты, при котором бы получался клинкер с заданными свойствами.

Чтобы рассчитать сырьевую смесь, необходимо иметь данные химического анализа сырьевых компонентов и знать характеристику клинкера. Характеристика клинкера может быть модульной или минералогической. На большинстве заводов расчет шихты производят по модульной характеристике, а если выбран минералогический состав, то его чаще всего пересчитывают на модульный.

Хотя в настоящее время установлено, что цемент хорошего качества может быть получен из клинкера с разным химическим и фазовым составом, все же, с точки зрения технико-экономической целесообразности, вводятся определенные ограничения химических характеристик сырьевых смесей. При этом к рациональным можно отнести составы, которые: 1) обеспечивают необходимые технологические свойства обжигаемого материала, т. е. способны создавать на огнеупорной футеровке в зоне спекания хорошую обмазку, и обладают хорошей спекаемостью; 2) обеспечивают получение цемента высокого качества без усложнения процесса помола; 3) способствуют наиболее полному использованию сырьевых ресурсов заводов; 4) обеспечивают получение шлама с минимальной влажностью (при мокром способе производства).

Выбор определенных характеристик клинкера зависит не только от вида сырья и требуемых свойств цемента, но и от типа печного агрегата. Так, в печах большого диаметра, оборудованных колосниковыми холодильниками, температура в зоне спекания на 50-70 °С выше, чем в 150-метровых печах, что дает возможность несколько уменьшить количество минералов-плавней или повысить КН.

При этом модульная характеристика клинкера будет следующей:

КН = 0,90 ± 0,02; п = 2,2 ±0,3; р = 1,3 ±0,3.

При расчете химический состав сырья необходимо привести к 100 %.

Хотя для клинкера чаще всего задаются три характеристики (модуля), однако расчет начинают с двухкомпонентной шихты При этом определяют соотношение основных компонентов (известнякового (мелового) и глинистого) для получения заданного КН. КН характеризует лишь соотношение С₃S/С₂S и определяет суммарное содер

жание СаО в клинкере. Поэтому для установления необходимости введения третьего и четвертого компонентов рассчитывают пир для двухкомпонентной шихты. При этом теоретически может возникнуть пять случаев:

где п₃ и р₃ — заданные значения модулей; п и р — значения модулей для двухкомпонентной шихты.

Первый случай встречается на практике очень редко, хотя с технологической и экономической точки зрения двухкомпонентная шихта наиболее рациональна.

Во втором случае (оба модуля больше требуемых), который наиболее распространен на практике, приходится вводить железистую добавку, что одновременно снижает оба модуля: и кремнеземистый, и глинозмистый. Количество добавки должно быть таким, чтобы оба модуля сохранились в приемлемых границах.

В третьем случае (оба модуля меньше требуемых), что наблюдается при применении низкокремнеземистого маложелезистого сырья, необходимо вводить две добавки — кремнеземистую и глиноземистую. Такие случаи на практике встречаются относительно редко.

В четвертом случае повысить глиноземистый и снизить силикатный модули можно введением глиноземистой добавки, что на практике делают очень редко.

В пятом случае необходимо одновременно вводить кремнеземистую и железистую добавки.

После установления, какую добавку следует вводить, приступают к расчету трех- или четырехкомпонентной шихты.

Такие расчеты выполняют по методам Кинда — Окорокова, Когана или графически. Наиболее распространен первый метод. При выводе расчетных формул исходят из того, что на х массовых частей первого, у массовых частей второго, г массовых частей третьего компонента приходится одна часть четвертого компонента. Затем, используя формулы смешивания, определяют содержание СаО (С₀), SiO₂ (S₀), А1₂0₃ (А₀) и Fе₂0₃ (F₀) в шихте, полученные значения подставляют в формулы; КН — для двухкомпонентной шихты, КН и одного из модулей – для трехкомпонентной шихты, КН и обоих модулей — для четырехкомпонентной шихты. Решив уравнения, находят значения х, у и г, т. е. массовые части сырьевых компонентов.

Возможность получения шихты из двух компонентов можно определить в большинстве случаев и без предварительного расчета. Если шихта состоит из известняка и глины, то решающее влияние на кремнеземистый и глиноземистый модули оказывает глинистый компонент, так как в известковом компоненте содержится мало SiO₂, А1₂0₃ и Fе₂0₃. Поэтому, определив кремнеземистый и глиноземистый модули для глины, можно сразу сказать, нужно ли вводить третий и четвертый компоненты [3].

2.2 Расчет состава сырьевой смеси

Для производства цемента могут применяться как природные вещества, так и промышленные продукты. Исходными материалами служат минералы, содержащие главные составные части цемента: оксид кальция, кремнезем, глинозем и оксид железа. Эти компоненты редко содержатся в нужном соотношении в каком-либо одном виде сырья. Поэтому часто приходится подбирать сырьевую смесь по расчету из составляющей, богатой известью (карбонатный компонент), и составляющей, бедной известью, но содержащей кремнезем, глинозем и оксид железа (глинистый компонент). Двумя основными компонентами сырьевой смеси, как правило, служат мел и глина, известняки глина или известняк и мергель.

Пусть нам требуется рассчитать сырьевую смесь при КН = 0,85 с использованием сырьевых компонентов, химический состав которых приведен в таблице 2.1.

Содержание

Работа содержит 1 файл

Сырьевая мука.docx

1 Обзор литературных и патентных источников6

1.1 Сырьевые материалы для производства цемента 6

1.2 Общая характеристика технологических схем производства

1.3 Приготовление сырьевой смеси 11

1.4 Технология приготовления сырьевой муки из переувлажненного сырья 16

1.5 Процессы производства клинкера с использованием мела 17

1.6 Оборудование по переработке влажных сырьевых материалов 21

2 Расчет состава сырьевой смеси и материального баланса производства23

2.1 Методы расчёта сырьевой смеси23

2.2 Расчет состава сырьевой смеси2 4

2.3 Материальный баланс производства портландцементного клинкера по сухому способу производства из переувлажненного сырья 26

3 Характеристика готовой продукции и области ее применения29

Список используемых источников 32

Цемент — один из важнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляции и др.

Цемент представляет собой гидравлический вяжущий материал, который после смешения с водой и предварительного затвердения на воздухе продолжает сохранять и наращивать прочность в воде.

Наряду с расширением ассортимента видов цемента развивается и культура производства портландцемента, совершенствуется оборудование цементных заводов, увеличивается объем производства.

Цементная промышленность в настоящее время вступила в такой этап развития, когда техническое совершенствование производства, рост выпуска цемента, повышение технико-экономических показателей отрасли должно в основном осуществляться путем реконструкции и технического перевооружении действующих цементных заводов.

Цементная промышленность в настоящее время высокомеханизированная отрасль народного хозяйства. На многих заводах непрерывно модернизируется технологическое оборудование, возрастает единичная мощность производственных агрегатов и заводов в целом, внедряются автоматизированные системы управления технологическими процессами [1]. Большинство заводов-производителей цемента отдают предпочтение сухому способу производства.

Конечно специфика сырья, а именно его высокая карьерная влажность, достигающая 30-33%, может служить веским аргументом в пользу мокрого способа. Это как раз и характерно для Республики Беларусь, где среднегодовая влажность мелов составляет 26%, а глин примерно 20% [2].

Однако постоянный рост стоимости углеводородного топлива (природного газа) вызвал необходимость пересмотра технической политики в области цементного производства. Это касается в первую очередь перехода на сухой способ обжига цементного клинкера при использовании природного сырья повышенной влажности (до 30-33%), что еще совсем недавно считалось совершенно нерациональным. Из-за достоинств с теплотехнической точки зрения сухой способ (из сыревой муки) характеризуется также меньшим объемом печных газов (на 30-40%) при одинаковой производительности печи, что влечет за собой более низкие расходы на их обеспыливание [2].

1 Обзор литературных и патентных источников

Цемент – один из важнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляции и др.

Портландцементом (ГОСТ 10178 – 76) называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее как на воздухе, так и в воде, получаемое путем совместного тонкого помола портландцементного клинкера и гипса, вводимого в качестве регулятора сроков схватывания.

Клинкер - важнейший компонент цемента - получают путем обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из карбонатных (75-80%) и глинистых (25-20%) пород и обеспечивающей в клинкере преобладание высокоосновных силикатов кальция [2].

1.1 Сырьевые материалы для производства цемента

Для введения необходимых оксидов СаО, SiO₂, Al₂O₃ и Fe₂O₃ в состав цементного клинкера используют в основном природное минеральное сырье - известняки или мела, а также различные глины.

На сырье, используемое для производства цемента, стандартов не существует, есть только определенные ограничения по содержанию MgO и SO₃.

Карбонатные породы. Для производства портландцемента могут применяться все виды карбонатных пород, в том числе чистые известняки, мел, ракушечники, известковые туфы и природные смеси известняков с глинами — мергели. Содержание СаО в карбонатном сырье колеблется от 44 до 56, а в мергелях-натуралах – от 40 до 44 %. Наилучшим карбонатным сырьем для цементной промышленности являются мел, а также карбонатные породы с однородной аморфной или мелкокристаллической структурой. Нежелательно применять сильно доломитизированные и загипсованные известняки. Наименее желательны для цементной промышленности известняки с явно выраженной кристаллической структурой (мраморы), а также окремненные известняки.

При измельчении мрамора резко увеличивается расход электроэнергии, кроме того, ухудшается спекаемость клинкера. Кремнистые известняки, в которых карбонатные породы пропитаны водным кремнеземом, также имеют повышенную прочность и трудно поддаются измельчению из-за отдельных включений и прослоек, состоящих почти полностью из халцедона.

По физическим свойствам карбонатные породы делятся на мягкие, размучиваемые водой; мягкие и средней твердости, не размучиваемые водой; плотные.

К мягким, размучиваемым водой породам принадлежат мел, а также некоторые разновидности мергелей. Мел и мягкие мергели (в частности, подгоренские и

амвросиевские) имеют относительно большую карьерную влажность (от 15-20 до

30, а иногда и до 37 %), легко разрабатываются в карьерах, могут подаваться на завод гидротранспортом, не требуют для измельчения большого расхода электроэнергии, но вызывают повышенный расход топлива при обжиге. Недостатком этого вида сырья является и то, что в осенне-зимний период оно смерзается и залипает, затрудняя транспортировку всеми видами транспорта, за исключением гидравлического.

Ракушечники и туфы в воде, как правило, не распускаются, карьерная влажность их может в отдельных случаях достигать 10-15, а иногда и 18 %. Они легко разрабатываются и измельчаются.

Известняки с мажущимися включениями – маложелательное сырье, так как его переработка, особенно в осенне-зимний период, крайне затрудняется из-за смерзаемости и налипания. При измельчении такого сырья в результате различной размалываемости трудно добиться стабильности состава шихты. Обычно оно перерабатывается мокрым способом.

Плотные известняки имеют низкую карьерную влажность (от нескольких долей до 5-6 %), обладают различной твердостью и прочностью [3].

Диоксид кремния и оксид алюминия в сырьевую смесь вводят через глинистое сырье. В общем случае глина состоит из глинистой, неглинистой частей и органических включений. В свою очередь, глинистая часть, представляющая собой кристаллические гидросиликаты алюминия, подразделяется по преимущественному содержанию соответствующих минералов на следующие разновидности: каолинитовые, галлуазитовые, монтмориллонитовые и гидрослюдистые.

К каолинитовым глинам относятся глины, содержащие в основном каолинит Al₂O₃ · 2SiO₂ · 2H₂O, имеющий сложную структуру. Общая формула каолинитовой глины имеет вид Al₄(OH₄)₈[Si₂O₅]. Каолинит мало набухает и плохо диспергируется в воде. Удаление кристаллизационной воды протекает в одну стадию при температуре около 500°С. Удельная поверхность его находится в пределах 15 м 2 /г.

Галлуазитовые глины содержат в своем составе не только галлуазит Al₂O₃ · 2SiO₂ · 4H₂O, но и метагаллуазит и ферригаллуазит. В этих минералах каолинитовые слои расположены беспорядочно относительно друг друга. Кристаллизационная вода удаляется при термообработке в две стадии, о чем свидетельствуют два эндотермических эффекта на кривой ДТА. Первый эндоэффект с минимумом при 125°С, а второй, связанный с удалением остатков более прочно связанной воды, - при 580°С. Удельная поверхность такой глины более развитая, чем у предыдущей, и составляет порядка 40 м 2 /г.

К монтмориллонитовой группе относятся монтмориллонит Al₂O₃ · 4SiO₂ · пH₂O, бейделит, нонтронит. Кристаллизуется монтмориллонит в виде очень мелких частичек, образующих скопления с размытыми очертаниями. Такая дисперсность глинистых частичек обусловила и гораздо большую удельную поверхность природных алюмосиликатов, достигающую 800 м 2 /г. Данная удельная поверхность положительно скажется на скорости твердофазового взаимодействия в сырьевой смеси, но в то же время при мокром способе производства цемента это повлечет за собой повышенную влажность сырьевого шлама. Кроме того, высокая дисперсность глинистых частиц обуславливает наличие тонких пор и нахождение в них цеолитной воды, имеющей большую энергию связи с кристаллической решеткой алюмосиликата. В результате относительно слабосвязанная вода из монтмориллонита удаляется в две стадии при сравнительно низкой температуре - 160 и 210°С, а цеолитная - только при 750 и 780°С.

Гидрослюды представлены следующими глинистыми минералами: монотермитом, иллитом, глауконитом. Все они являются промежуточными соединениями между минералами каолинитовой группы и слюдами, т. е. они представляют собой продукты неполной каолинитизации слюд. Эти глинистые минералы не набухают, удельная поверхность их лежит в пределах 100 м 2 /г. Гидрослюды являются одними из самых подходящих для цементной промышленности по сравнению с другими мономинеральными природными алюмосиликатами.

Однако чаще всего глинистое сырье представляет собой смесь различных глинистых минералов. Нежелательны в глинах крупные зерна кварца, полевого шпата и слюд.

Кроме карбонатного и глинистого компонентов, на которые припадает свыше 90% сырьевой смеси, практически всегда используют и железосодержащие корректирующие добавки. Традиционными видами корректирующей добавки являются пиритные (колчеданные) огарки, колошниковая пыль, пыль газоочистки, характеризующиеся довольно высоким (не менее 75%) содержанием оксидов железа [2].

Для производства цемента используют в качестве сырья побочные продукты и отходы других отраслей промышленности. Причем их применяют как в виде основных компонентов, так и модифицирующих добавок. Наиболее широко используют доменные гранулированные, электротермофосфорные шлаки, топливные шлаки и золы, нефелиновый шлам, глиносодержащие отходы. На цементных заводах Беларуси из перечисленных отходов используют преимущественно доменные шлаки.

Доменные шлаки образуются при выплавке чугуна вследствие полного расплавления железной руды и флюса в восстановительной среде. Белорусские цементные заводы используют преимущественно доменный граншлак завода «Азовсталь» (Украина) следующего химического состава (мас. %): SiO₂ - 36,9; Al₂O₃ - 10,5; CaO - 45,9; MgO - 2,9; MnO - 2,07; S - 1,59. Температура плавления его лежит в пределах 1200-1400°С.

Доменные шлаки чаще всего используют в качестве активной минеральной добавки, при помоле цементного клинкера, а в ряде случаев и в виде сырьевого компонента вместо глины и части карбонатного компонента. В зависимости от режима охлаждения различают доменный гранулированный шлак, в котором преобладает стекловидная фаза, образующаяся вследствие резкого охлаждения расплава. При медленном охлаждении расплав застывает, образуя стеклокристаллический продукт, обладающий низкой гидравлической активностью.

Минералогический состав шлаков представлен в основном силикатами и алюмосиликатами кальция.

Гидравлическая активность доменного гранулированного шлака при содержании в нем MgO до 10% оценивается при помощи коэффициента качества (K), определяемого по формуле:

при содержании MgO более 10%:

В зависимости от величины коэффициента доменные гранулированные шлаки подразделяются на 3 сорта со значением K соответственно 1,65; 1,45 и 1,20.

Высокоосновные доменные гранулированные шлаки, содержащие преимущественно стеклофазу, гидратируются быстрее закристаллизованных медленноохлажденных. Высокая внутренняя химическая энергия стеклофазы обеспечивает такому шлаку повышенную растворимость и последующее образование кристаллогидратов.

Гранулированный шлак близок по составу портландцементной сырьевой смеси и в связи с тем, что он не содержит СаСО₃, требующий затраты большого количества тепловой энергии на разложение, его выгодно использовать в качестве сырьевого компонента. Это обусловлено и тем, что в качестве кристаллических фаз в шлаке присутствуют минералы, близкие по составу минералам цементного клинкера. К сожалению, доменный молотый шлак при мокром способе производства цемента вызывает загустевание сырьевого шлама.

Наряду с вышеуказанными побочными продуктами в ряде случаев эффективно применение специально вводимых добавок, которые либо обеспечивают интенсификацию процесса обжига сырьевой смеси, либо могут придавать определенные свойства цементам. В первом случае такие добавки называют минерализаторами, в качестве которых могут использоваться фторид кальция, гексафторсиликат натрия. Перспективным минерализатором может быть шлам станции нейтрализации ОАО «Гомельский химический завод», состоящий в основном из солей плавиковой, гексафторкремниевой и ортофосфорной кислот. Минерализаторы могут снизить температуру обжига клинкера на 100-150°С, что позволит увеличить компанию вращающейся печи [2].

1.2 Общая характеристика технологических схем производства портландцемента

Из чего и как делают цемент?

Цемент – широко распространенный материал, который применяют при любых видах работ, связанных с ремонтом, реставрацией, строительством. Цементная основа – вяжущие компоненты неорганического происхождения. Из цемента производятся бетонные, кладочные, штукатурные растворы, железобетонные изделия, используемые при строительстве промышленных объектов и частных построек.

Особенностью порошкообразной цементной массы, смешанной с водой, является способность постепенно твердеть, превращаясь в каменный массив. Процесс приобретения эксплуатационной прочности происходит как в воздушной среде, так и в воде. Главное условие твердения – избыточная влажность.

Все сталкивались с цементом, однако мало кто знает, из чего делают этот универсальный строительный материал, как его производят. Его основа – клинкер, специальные минеральные добавки и гипс. Рассмотрим подробно, как делают цемент, какое сырье для этого используется.

По-прежнему клинкер – это основной компонент, входящий в состав цемента

Сырьевые материалы

Производство цемента осуществляется на специальных заводах, расположенных близко к местам добычи исходного сырья для его изготовления. Главным исходным сырьем для цементного производства являются следующие естественные породы:

ископаемые карбонатного типа. Это ценное природное сырье, отличающееся особенностями кристаллической структуры, физическими характеристиками. Материал может иметь кристаллическую или аморфную структуру, определяющую эффективность его взаимодействия при обжиге с другими компонентами;
глинистые материалы, горные породы осадочного характера. Они имеют минеральную основу, становятся пластичными, объемно увеличиваются при избыточном увлажнении. Сырье характеризуется вязкостью, применяется при сухом методе производства.

Карбонатные породы

Остановимся на карбонатных породах, характерными представителями которых являются:

Мел, являющийся горной породой осадочного характера, которая легко перетирается, относится к разновидностям мажущего известняка. Он популярен при изготовлении цемента.
Мергель или мергелистый известняк – ископаемые осадочного типа, которые добываются в рыхлом или твердом состоянии, отличаются удельным весом, концентрацией влаги. Содержат примеси глины, что позволяет относить их к переходному сырью, имеющему много общего с известняковыми породами и ископаемыми на основе глины.

В состав входят активные минеральные добавки (15%) в соответствии со стандартами производства

Глинистое сырье

К глинистым породам относятся:

глина, содержащая минеральные включения, разбухающие при добавлении воды;
суглинки, являющиеся разновидностью глины, с повышенной концентрацией песчаной фракции и пылеобразных частиц;
сланцы на глинистой основе, относящиеся к горным породам с повышенной прочностью, которые при измельчении расслаиваются на пластинчатые частицы. Сырье характеризуется стабильным гранулометрическим составом, низкой концентрацией влаги.
лесс, представляющий рыхлую горную, непластичную породу, отличающуюся пористостью, мелкозернистостью. Содержит включения силиката, кварца.

Возможно применение отходов промышленного производства, других видов природных материалов и шлаков.

Корректирующие добавки

Цементный состав делают из минерального сырья с применением специальных пластификаторов, добавляемых при производстве.

Если увеличить количество добавок до 20%, то свойства цемента будут несколько изменены

Технология предусматривает использование добавок на базе ископаемых, содержащих:

Глинозем.
Кремнезем.
Глину.
Плавиковый шпат.
Апатиты.

Введение корректирующих добавок, с помощью которых делают цемент и улучшают его характеристики, предусмотрено технологией. Пластификаторы позволяют улучшить следующие свойства цементного состава:

стойкость к воздействию коррозионных процессов;
устойчивость к воздействию перепадов температуры, глубоким циклам замораживания;
прочностные характеристики;
продолжительность твердения;
подвижность цементного раствора, его эластичность;
степень проницаемости водой.

Состав

Задумывались ли вы, из чего сделан цемент? Его состав обусловлен особенностями сырья и конкретной маркой продукции. Так, пользующийся широкой популярностью портландцемент имеет следующий состав:

Кремниевый диоксид (кремниевая кислота или кварц) – 25 %.
Известь – 60 %.
Алюминий (глинозем) – 5 %.
Оксиды железа и гипс – 10 %.

Сегодня производится множество видов цемента

Процентное соотношение ингредиентов может изменяться, согласно особенностям технологии и марки цементной продукции. Отдельные виды цементов, в частности шлакопортландцемент, включают в свой состав шлак, представляющий уголь, полученный в результате обжига клинкера.

Независимо от рецептуры, основные ингредиенты при изготовлении цементного состава – глина и известняк. Концентрация известняка трехкратно превышает содержание глины, что обеспечивает необходимое качество клинкера для производства цементной продукции.

Основными компонентами, из которых производят цемент, являются:

клинкер, определяющий прочностные характеристики, получаемый при обжиге исходного сырья (известняка, глины). Клинкер является основой конечной продукции, используется в гранулированном виде диаметром 10-60 мм. Клинкер термообрабатывается при температуре порядка полторы тысячи градусов Цельсия. Он плавится с образованием массы с высоким содержанием кальциевого диоксида и кремнезема, которые определяют эксплуатационные характеристики цементных составов. Гранулы дробятся до пылеобразного состояния с последующим обжигом;
гипс, процентное содержание которого определяет период твердения. Базовая рецептура предусматривает использование до 6% чистого порошкообразного гипса или гипсового камня, содержащего примеси;
специальные добавки, вводимые для усиления имеющихся свойств или придания составу специальных характеристик, расширяющих сферу применения.

Очень часто цемент применяют в строительстве для создания бетона и армированных конструкций

Процесс изготовления

Производство цемента осуществляется поэтапно, предусматривает следующее технологические операции:

Предварительное смешивание ингредиентов для изготовления клинкера, который делают из известняка, вводимого в количестве 75%, и из глины, доля которой составляет 25%.
Высокотемпературный обжиг, после которого образуется клинкер. Он – результат процесса соединения глины и извести под воздействием повышенной до 1450 градусов Цельсия температуры.
Измельчение, осуществляемое с помощью шаровых мельниц. Они представляют горизонтально расположенные барабаны с находящимися внутри стальными шарами, обеспечивающими измельчение клинкера до порошкообразного состояния. С уменьшением фракции помола возрастают эксплуатационные характеристики и марка цементного состава.

Этапы производства

Особенности производства предусматривают изготовление цемента различными методами, что сказывается на особенностях применяемого сырья. Это обусловлено расположением цементного производства, спецификой применяемого оборудования, спросом на определённые марки продукции.

Все варианты технологий отличаются только особенностями подготовки исходного сырья, которые осуществляются:

мокрым путем. Мокрая технология предусматривает использование вместо извести мела, смешивание которого с необходимыми ингредиентами происходит одновременно с измельчением в горизонтальном барабане с обязательным добавлением воды. При этом образуется шихта с концентрацией влаги 30-50%. Шихтовый материал обжигается в печи, превращаясь в шарообразный клинкер, который затем измельчается;
сухим методом. Сухая технология характеризуется уменьшенной себестоимостью производства цемента, сокращением технологического цикла. Это связано с объединением технологических операций, позволяющих одновременно осуществлять помол и сушку компонентов в шаровой мельнице под воздействием поступающих горячих газов. Полученная шихта имеет порошкообразную консистенцию;
комбинированным способом. Комбинированный вариант объединяет особенности мокрого и сухого способа производства, но на разных предприятиях имеет определенные отличия. Один из вариантов обеспечивает возможность получение полусухого состава с влажностью до 18%, произведенного путем высушивания шихты, полученной по мокрой технологии. Второй метод предусматривает подготовку сухой смеси с последующим ею увлажнением до 14%, гранулированием, заключительным отжигом.

Заключение

Материал статьи предоставляет информацию о том, как делают цемент, какое сырье применяют, какие технологические особенности используют в процессе производства. Имеется множество технологических нюансов, которыми в совершенстве владеют специалисты, занимающиеся изготовление цемента.

Технология изготовления цемента

Сложно найти человека, который не знаком с таким востребованным строительным материалом, как цемент. Ни одна стадия возведения объекта, начиная с закладки фундамента и заканчивая отделочными работами, не обходится без применения этого вяжущего вещества. При промышленном и гражданском строительстве используются кирпич, фундаментные блоки, стеновые панели. Но как добиться того, чтобы эти составляющие образовали единую конструкцию, прочную, долговечную. Вот тут на помощь приходит цемент. На сегодняшний день – это единственное вещество, способное создать из любого набора материалов монолитное изделие, которое на протяжении десятков и сотен лет только увеличивает прочностные характеристики.

Но какой процент людей задавался вопросом, из чего получают цемент, какие компоненты делают этот материал незаменимым? Наверно, немногие. Попробуем вкратце разобраться с этим вопросом, опишем, как происходит изготовление цемента.

Общие сведения

Цемент относится к неорганическим веществам. Вяжущие свойства он приобретает при взаимодействии с водой или водными растворами солей. Отметим, что это единственный вяжущий материал, который повышает прочностные характеристики при влажных условиях. В этом его отличие от гипса, который твердеет на воздухе.

Сегодня большая часть многоэтажных зданий выстроена именно благодаря бетонным конструкциям и заливке цемента

Так, что же такое – цемент? Это измельченное минеральное сырье со специальными модифицирующими добавками. В зависимости от наполнителя, выделим следующие виды:

Портландцемент. Наиболее широко распространенный вид, включающий до 80% силиката кальция. Сфера применения не ограничена. Используется как при основных работах, так и при отделочных, поскольку возможно добавление красителей, повышающих декоративные свойства.
Глиноземистый. Отличительная черта – ускоренное твердение, что дает возможность применять на объектах, требующих срочной реставрации (ликвидация разрушений после аварий, пожаров, затоплений).
Магнезиальный. Главный элемент – оксид магния, добавляющий прочность, повышающий адгезионные свойства по отношению к древесине. К недостаткам относится повышенная вероятность коррозии, сужающая сферу применения.
Кислотоупорный. В качестве наполнителя выступает гидросиликат натрия, который затворяется жидким стеклом. Служит основой для кислотостойких бетонов, растворов. Актуален при обустройстве объектов химической отрасли.

Структура

Изготовление цемента осуществляется на базе следующих компонентов:

клинкера, основа которого – глина и известняк. Клинкер определяет прочность материала, производится при обжиге глиносодержащего и известнякового сырья. При нагреве плавится, образуя гранулированный состав с повышенной концентрацией кремнезёма, измельчается, повторно подвергается обжигу;

Цемент изготавливают на заводах, в промышленных масштабах

гипса, влияющего на продолжительность процесса твердения цементного состава. Вводится, согласно рецептуре, как камни или готовый порошок, концентрация которого не превышает 5%;
модифицирующих добавок, расширяющих область использования материала за счет приобретения специальных эксплуатационных свойств.

Используемое сырье

Массовое производство материала осуществляется на специализированных предприятиях. Можно попытаться изготовить цемент самостоятельно, так сказать, для личных нужд. Но работа эта неблагодарная, требующая специальных знаний технологии производства, точного соблюдения пропорций, чего сложно добиться в домашних условиях.

Лучше воспользоваться продуктом, изготовленным под наблюдением специалистов на высокопроизводительном оборудовании. Для изготовления цементного состава необходимы следующие специальные компоненты:

природное карбонатное сырье (известняк-ракушечник, известковый туф, мел). Доля в суммарном объеме продукта составляет 74-82%. Структура исходного материала определяет степень эффективности взаимодействия используемых ингредиентов при обжиге;
глинистые породы (глинистый сланец, суглинки, лесс). Процентное содержание глиносодержащей породы составляет 26-18%.

Для производства цемента применяют:смесь из известняка и глины – клинкер

Специальные добавки

При изготовлении применяются и другие компоненты (соли, окислы кальция, магния, фосфора), но их концентрация незначительна. Добавки вносятся для получения каких-либо определенных свойств – жаропрочности, кислотоустойчивости и пр. Чтобы получить возможность регулировать время схватывания цементного раствора, при изготовлении добавляют гипс.

Изготавливают материал с обязательным введением специальных добавок, повышающих эксплуатационные характеристики состава. Технология производства предусматривает применение следующих корректирующих компонентов:

Добавок на базе ископаемого сырья с высокой концентрацией глинозема.
Улучшителей, содержащих кремнезем.
Ингредиентов, полученных из глинистых пород.
Компонентов, полученных из апатитов и плавикового шпата.

Введение пластификаторов, предусмотренных спецификой технологического процесса, позволяет обеспечить следующие эксплуатационные характеристики состава:

способность оказывать сопротивление проникновению воды в массив;
сокращение продолжительности затвердевания состава;
повышенную прочность монолитного массива;
устойчивость к длительным, многократным стадиям замораживания с последующим оттаиванием;
стойкость к влиянию жидких, газообразных агрессивных сред;

При замешивании раствора своими руками необходимо строго соблюдать пропорции компонентов и позаботиться об их качестве

улучшенную адгезию с арматурой, надежно защищенной бетонным массивом от отрицательного воздействия коррозии;
вязкость и подвижность бетонного раствора, облегчающие выполнение кладки, заливку монолитных конструкций за счет эластичности смеси.

Особенности состава

Независимо от того, по какой технологии изготавливают цемент, клинкер включает следующие ингредиенты:

Силикаты кальция, играющие ключевую роль для обеспечения прочностных характеристик при изготовлении цементных составов. Согласно рецептуре, применяют в составе клинкера алит, доля которого составляет 50-70%, или белит с уменьшенной до 30% концентрацией.
Кальциевые алюминаты, быстро реагирующие с водой, влияющие на процесс твердения цементного состава. Их количество составляет от 5 до 10% общего объема клинкера.
Ферритные компоненты, в виде кальциевого алюмоферрита, вводимого в объеме 10-15% от общей массы.
Различные соединения кальциевых оксидов, сульфатов щелочного типа, концентрация которых незначительна.

Концентрация компонентов зависит от специфики технологического процесса, вида производимого материала. Основными составляющими при изготовлении цемента являются известняковые, глинистые материалы, определяющие качество клинкера, применяемого в процессе производства.

Наиболее сложно сделать цемент для кладки камня и штукатурных работ

Специфика производства

Изготовление цемента предусматривает выполнение следующих производственных стадий:

добычу сырья, содержащего гипс, глину, известняк;
дробление добытого известняка, обеспечение требуемой влажности полученного продукта;
измельчение известняковой массы, смешивание с глиной. Соотношение известняка и глины изменяется в зависимости от особенностей используемого сырья, ориентировочно соответствует пропорции 3:1. Результат – получение комбинированного, сухого или мокрого шлама;
обжиг сырьевой массы при температуре до 1,5 тысячи градусов Цельсия, при котором происходит спекание шлама. Состав при этом превращается в гранулированную фракцию, называемую клинкером;
измельчение до порошкообразной фракции клинкера с использованием специальных мельниц;
дозирование и смешивание ингредиентов согласно марке будущего цемента. Процесс смешивания предусматривает введение до 5% гипса и специальных минеральных добавок.

Нюансы технологии

В зависимости от особенностей используемого сырья, изготавливают цементный состав по проверенным технологиям, которые предусматривают различные способы подготовки исходных компонентов.

Применяемый шлам может быть получен следующим образом:

Сухим способом, значительно снижающим затраты на изготовление цемента. Особенностью сухого метода является сокращенный цикл производства, объединяющий ряд технологических стадий. Процесс измельчения и сушки ингредиентов осуществляется одновременно в специальной мельнице, куда подаются нагретые до высокой температуры газы. Полученная шихтовая фракция представляет порошкообразный состав необходимой влажности.
По мокрой технологии, согласно которой мел применяется вместо извести. Мел смешивается с предусмотренными рецептурой компонентами, измельчается во влажной среде. Результат – получение шихты, влажность которой составляет до 50%. Шихтовая масса подвергается обжигу с последующим измельчением полученного клинкера.
По комбинированной технологии, объединяющей элементы сухого и мокрого метода. Процесс предусматривает как увлажнение сухого состава, последующее гранулирование, отжиг, так и высушивание полусухого шихтового состава, произведенного мокрым способом.

Производственные предприятия осуществляют изготовление цемента с учетом особенностей имеющегося оборудования, близости к месту добычи сырья. При этом учитываются потребности на конкретные марки продукции.

Итоги

Материал статьи дает специальную информацию, как и из чего, осуществляется изготовление цемента, какие сырьевые материалы, технологические решения используют при изготовлении. Все тонкости знают профессионалы, работающие на предприятиях, производящих цемент.

Читайте также: