Как делают цемент: технология производства и состав смеси
Цемент входит в число основных строительных материалов. Он используется при создании связующих строительных растворов, цемент используют при изготовлении бетонных и железобетонных изделий. От качества данного материала зависит, насколько прочное и долговечное будет здание, или железобетонная конструкция.
История цемента началась в Англии, где в 1824 году был зарегистрирован патент на его изобретение. В то время для изготовления цемента использовалась известковая пыль, смешанная с глиной. Полученная смесь подвергалась воздействию высокой температуры, при которой она спекалась.
Обожжённый полуфабрикат цемента называется клинкер. Цементом он становится после перемалывания клинкера до порошкообразного состояния.
В строительстве используется основное свойство цемента – при смешивании с водой он постепенно твердеет, а затем превращается в прочный камень. Характерную для готового изделия прочность материал может приобрести даже в воздушной среде, если присутствует избыточная влажность.
Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления
Сегодня процесс изготовления цемента изменился. Изготовляют его несколькими способами, да и компоненты, входящие в его состав, тоже отличаются от использовавшихся две сотни лет назад.
Чтобы было понятно, из чего делают цемент и как происходит его производство, необходимо знать, какие виды сырья используют сегодня производители этого важного строительного материала.
Так как сырьём для производства цемента гост31108 2003, гост 30515 2013 служат естественные породы, то и предприятия, занимающиеся его изготовления, чаще всего размещают поблизости от мест добычи этих пород.
Все ископаемые, из которых делается цемент, делятся на два вида:
- Карбонатные ископаемые, отличающиеся характеристиками и особенностью структуры. Именно структура породы обеспечивает эффективное её взаимодействие с остальными ингредиентами состава продукта.
- Глинистые и горные породы, имеющие осадочное происхождение. Имея минеральную основу, при увлажнении они приобретают пластичность и увеличиваются в объёме. Так как для данного вида сырья характерна вязкость, то их можно использовать, производя цемент сухим способом.
Теперь следует назвать конкретно, какие ископаемые относятся к каждому из видов сырья, используемых при производстве цемента.
К карбонатным породам относят следующие виды природного сырья:
- мел, представляющий разновидность известняка. Обладает способностью легко измельчаться;
- мергелистый известняк, в природе встречается как в рыхлом, так и в твёрдом состоянии. В породе могут содержаться примеси глины, поэтому данный вид известняка считается сырьём переходным, обладающим свойствами, характерными и для известняков, и для глины;
- известняки – ракушечники, не имеющие включений кремния. Порода имеет пористую, легко разрушающуюся при сжатии структуру;
- доломитовые породы и другие ископаемые осадочного происхождения. Они содержат карбонаты, придающие породе ценные свойства.
Глинистые породы включают следующие виды ископаемых:
- глина с минеральными включениями, набухающими при контакте с водой;
- суглинки, содержащие повышенную концентрацию частиц песка;
- сланцы, имеющие глинистую основу. Данное сырьё относят к горным породам, повышенной прочности. При механическом воздействии разделяется на пластинчатые пластины. Характеризуется стабильным составом и низким содержанием влаги;
- лесс, пористая порода, с включениями частиц кварца и силиката.
Кроме данных видов сырья, что изготавливать цементную смесь на заводе используют некоторые виды производственных отходов. Для улучшения качества в его состав добавляют добавки, предусмотренные технологическим процессом: глинозём и кремнезём, плавиковый шпат и апатиты.
Применение песка просто необходимо при проведении самых разных ремонтных и строительных работ. Тут все о применении карьерного песка.
При проведении отделочных работ на кухне, в ванной или в любом другом помещении необходимо знать время высыхания плиточного клея. Здесь можно узнать, сколько сохнет плиточный клей.
В настоящее время декоративная штукатурка по праву является самым популярным и прогрессивным методом отделки. Перейдя по ссылке ознакомитесь с самостоятельным ее приготовлением.
Все добавки, называемые пластификаторами, также природного происхождения. Они влияют в лучшую сторону на следующие качества цемента:
- увеличивают стойкость к изменениям температуры;
- усиливают прочность;
- подвижность и эластичность продукта;
- уменьшает проникновение воды в готовое изделие.
В зависимости от свойств, добавленных в состав цемента пластификаторов, его раствор будет застывать быстрее, или же медленнее.
Состав, из которого производят цемент
Часть людей работающих в сфере строительства не знают, из чего делается цемент.
Состав цемента может быть различным в зависимости от марки и предназначения.
Однако вне зависимости от вида цемента, то есть рецепта, использованного при его производстве, основой для него служат два компонента – известняк с добавлением глины.
Количество известняка в три раза превышает количество глины. Такие пропорции необходимы для получения качественного клинкера, являющегося полуфабрикатом для производства цемента.
Теперь можно назвать основные компоненты состава, чтобы каждому было ясно, из чего делают цемент:
- клинкер, основа конечной продукции, определяющая её характеристики прочности. Используется в виде гранул диаметром до 60 мм. Его термообработка выполняется при температуре, доходящей до 1500°. При плавлении клинкера образуется масса, для которой характерно высокое содержание кремнезёма и кальциевого диоксида;
- данные компоненты влияют на эксплуатационные характеристики конечного продукта. Перед обжигом гранулы клинкера измельчаются до пылеобразного состояния;
- гипс, определяющий скорость затвердевания цемента. В базовых рецептах предусмотрено добавление в состав чистого гипса до 6 % от общего количества компонентов;
- специальные добавки (пластификаторы, морозостойкие присадки, жидкое мыло и т.д.), усиливающие свойства, уже имеющиеся у продукции, или же придающие ей специальные характеристики, способные расширить область применения цемента.
Производство – как изготавливают цемент, процесс получения на заводе
Изготовление материала выполняется в определённом порядке, поэтапно. В технологии его производства предусмотрены следующие операции:
- Ингредиенты, предназначенные для изготовления клинкера, предварительно смешиваются. Обязательно необходимо точное соблюдение пропорций состава – 25 % глины и 75% известняка.
- Полученный состав обжигается при высокой температуре. При высокотемпературном обжиге глина и известь соединяются, образуя клинкер.
- Готовый продукт измельчается шаровыми мельницами, состоящими из барабанов, расположенных в горизонтальном положении, внутри которых размещены стальные шары. Помещённый в них клинкер размельчается до состояния порошка.
- Чем мельче полученные фракции цемента, тем лучшие эксплуатационные характеристики он будет иметь.
Существует несколько методов изготовления данного строительного материала. Их выбор обусловлен многими факторами, основными из которых является специфика имеющегося на предприятии оборудования и спрос на определённые марки цемента.
Разработанные технологии имеют отличие в способах подготовки сырья, используемого при производстве состава. Порядок его изготовления остаётся прежним.
Разработаны следующие методы:
- Мокрая технология, предусматривающая замену извести мелом. В процессе смешивания компонентов состава происходит измельчение их в шаровой мельнице. Это процесс выполняется с добавлением воды. В результате образуется шихта, имеющая концентрацию влаги до 50%.
- Полученный материал затем обжигается в печи. После обжига он уже становится клинкером. Затем его измельчают.
- Сухая технология значительно уменьшает себестоимость производства, так как она объединяет несколько технологических операций в единый процесс. При использовании данной технологии компоненты, поступающие в шаровую мельницу, одновременно размалываются и сушатся.
- Для сушки используется воздействие горячих газов. Готовая шихтная масса имеет консистенцию порошка.
- Комбинированная технология объединяет особенности вышеописанных способов производства. В зависимости от оборудования, используемого на предприятии, может быть получен полусухой состав, имеющий влажность до 18%.
- Во втором варианте первоначально подготавливается сухая смесь, затем увлажнённая до 14 %. В обоих вариантах подготовленный состав затем отжигается и перемалывается.
Подробнее о производстве цемента смотрите на видео:
Классификация цементных смесей
Существует много разновидностей и различных марок данного строительного материала. Различают их по основному составу и добавкам, придающим каждому виду особые свойства.
Среди основных типов выделяют:
- портландцемент, с которого начиналось производство популярного в строительстве продукта. Для изготовления связующих растворов его не используют. Он применяется для создания бетонных изделий высокой прочности, штукатурке и отделочных работах;
- часто используют при возведении фундаментов. Для этого необходимо знать, как разводить цемент с песком;
- шлаковый цемент, при изготовлении которого используется доменный шлак и активные присадки. Используется для изготовления бетона и строительных растворов;
- глинозёмистый цемент, отличается устойчивостью к воздействию влаги, быстрым затвердеванием;
- кислотоупорный цемент, в котором используется кварцевый песок и кремнефтористый натрий. Материал устойчив к воздействию кислот, но недолговечен.
Приобретая любой из видов цемента, следует знать, что его состав активно взаимодействует с окружающей средой, при долгом хранении теряя свою прочность.
Даже если он хранится в сухом помещении, то спустя несколько месяцев его марка изменится в меньшую сторону. Поэтому, при его приобретении, следует обращать внимание на дату изготовления. Так же можете ознакомиться с нашей статьёй о технических характеристиках цемента м400.
7. Технология производства портландцемента
Производство портландцемента включает ряд технологических операций, которые можно разделить на две основные группы. Первая — это операции по производству клинкера, вторая — измельчение клинкера совместно с гипсом, а в ряде случаев и с другими добавками, т. е. приготовление портландцемента. Получение клинкера — наиболее сложный и энергоемкий процесс, требующий больших капитальных и эксплуатационных затрат. Доля клинкера в стоимости портландцемента достигает 70—80 %. Производство клинкера состоит из добычи сырьевых материалов, дробления, помола и смешивания их в определенном соотношении, обжига сырьевой смеси и магазинирования клинкера.
Комплекс операций по получению из клинкера портландцемента включает следующие технологические процессы: дробление клинкера, сушку минеральных добавок, дробление гипсового камня, тонкое измельчение клинкера совместно с активными минеральными добавками и гипсом, складирование, упаковку и отправку цемента потребителю.
Даже в пределах одного месторождения химико-минералогический состав сырья меняется в широких пределах. Поэтому получение сырьевой смеси постоянного состава — сложная задача. С другой стороны, перерабатываемое цементной промышленностью сырье отличается не только составом, но и физико-техническими свойствами (влажностью, прочностью и т. д.). Для каждого вида сырья должен быть выбран такой способ подготовки, который обеспечивал бы тонкое измельчение и равномерное перемешивание компонентов шихты с минимальными энергетическими затратами. Это послужило причиной появления в цементной промышленности трех способов производства, отличающихся технологическими приемами подготовки сырьевых смесей: мокрого, сухого и комбинированного При мокром способе тонкое измельчение сырьевой смеси производят в водной среде с получением шихты в виде водной суспензии — шлама влажностью 30—50%. При сухом способе сырьевую шихту готовят в виде тонкоизмельченного сухого порошка, поэтому перед помолом или в процессе его сырьевые материалы высушивают. Комбинированный способ может базироваться как на мокром, так и на сухом способе приготовления шихты. В первом случае сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, а затем обезвоживают на фильтрах до влажности 16—18 % и подают на обжиг в печи в виде полусухой массы. Во втором варианте сырьевую смесь готовят по сухому способу, а затем гранулируют с добавкой 10—14 % воды и подают на обжиг в виде гранул диаметром 10—15 мм. Каждый способ производства может быть реализован в виде нескольких технологических схем, отличающихся как последовательностью операций, так и видом используемого оборудования. Выбор конкретной технологической схемы, определяется свойствами перерабатываемого сырья (твердостью, однородностью, влажностью).
Мокрый способ производства.На отечественных цементных предприятиях при подготовке сырьевой смеси по мокрому способу в большинстве случаев используют твердый карбонатный (известняк) и мягкий глинистый (глина) компоненты. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента представлена на схеме 1.
Известняк как более твердый материал предварительно подвергается дроблению, а пластичная глина измельчается в присутствии воды в специальных аппаратах (болтушках или мельницах-мешалках). Окончательное тонкое измельчение с получением однородной смеси известняка, глиняного шлама и корректирующих добавок происходит в шаровых трубных мельницах. Хотя компоненты дозируют в мельницы в заданном соотношении, из-за колебаний их химико-минералогических характеристик не удается получить в мельнице шлам состава, отвечающего установленным параметрам. Поэтому необходима специальная технологическая операция по корректировке его состава. После проверки соответствия состава шлама заданным показателям его подают на обжиг во вращающуюся печь, где завершаются химические реакции, приводящие к получению клинкера. Затем клинкер охлаждается в холодильнике и поступает на склад, где также хранятся гипс и активные минеральные добавки. Эти компоненты предварительно должны быть подготовлены к помолу. Активные минеральные добавки высушивают до влажности не более 1 %, гипс подвергают дроблению. Совместный тонкий размол клинкера, гипса и активных минеральных добавок в шаровых трубных мельницах обеспечивает получение цемента высокого качества. Из мельниц цемент поступает в склады силосного типа. Отгружают его либо навалом (в автомобильных и железнодорожных цементовозах), либо упакованным в многослойные бумажные мешки.
При приготовлении шлама из двух мягких (мела и глины) и двух твердых компонентов (известняка и глинистого мергеля) последовательность основных технологических операций не меняется. Однако особенности свойств измельченного сырья и стремление к выбору наименее энергоемких технических решений обусловливают существенные отличия способов измельчения компонентов. При использовании двух мягких компонентов принципиальная технологическая схема будет такой, которая показана на схеме 2.
Такая технологическая схема позволяет эффективно использовать способность мягкого сырья распускаться в воде. Применение мощного современного оборудования для предварительного измельчения сырья (например, мельниц «Гидрофол») позволяет отказаться от его дробления. Однако на стадии предварительного измельчения часть сырья остается недоизмельченной, и получение шлама также должно завершаться в шаровой трубной мельнице.
При использовании двух твердых компонентов принципиальная технологическая схема приобретает новый вид (см. схему 3).
В данной технологической схеме повышенная твердость глинистого сырья обусловливает необходимость его предварительного дробления. Тонкое измельчение всех компонентов происходит в одну стадию в шаровой мельнице. Очевидно, что этот вариант технологической схемы связан с большими трудностями получения однородной тонкодисперсной смеси и большим расходом энергии.
В водной среде облегчается измельчение материалов и улучшается их перемешивание. В результате снижается расход электроэнергии (при мягком сырье экономия может достигать 36 МДж/т сырья) и получается более однородная шихта, что, в конечном счете, приводит к росту марки цемента. Кроме того, при мокром способе упрощается транспортировка шлама и улучшаются санитарно-гигиенические условия труда. Сравнительная простота мокрого способа и возможность получения высокомарочной продукции на сырье пониженного качества обусловили его широкое распространение в цементной промышленности нашей страны. В настоящее время этим способом выпускается около 85 % клинкера.
В то же время введение в шлам значительного количества воды (30—50 % массы шлама) обусловливает резкое повышение расхода теплоты на ее испарение. В результате расход теплоты, при мокром способе (5,8— 6,7 МДж/кг) на 30—40 % выше, чем при сухом способе. Кроме того, при мокром способе возрастают габариты и соответственно металлоемкость печей. Исходя из этого в нашей стране принято решение прекратить проектирование и дальнейшее наращивание мощностей по выпуску портландцемента мокрым способом.
Сухой способ производства.Последовательность технологических операций производства портландцемента сухим способом такая же, как и при мокром, однако при подготовке сырьевых смесей имеются существенные отличия, зависящие от влажности и твердости сырья. При переработке сырья повышенной твердости и умеренной влажности принципиальная технологическая схема имеет вид, представленный на схеме 4.
Высокая твердость измельчаемых материалов требует предварительного их дробления. Тонкое измельчение материалов может производиться при влажности не более 1 %. В природе такое сырье практически не встречается, поэтому обязательная операция сухого способа производства — сушка. Желательно совмещать ее с размолом сырьевых компонентов. На большинстве новых предприятий, работающих по сухому способу производства, в шаровой трубной мельнице совмещаются процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания всех компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка — сырьевой муки. В железобетонных силосах производятся корректировка ее состава до заданных параметров и гомогенизация перемешиванием сжатым воздухом. Готовая сырьевая смесь поступает на обжиг. Вращающиеся печи сухого способа производства оборудованы запечными теплообменными устройствами (циклонными теплообменниками). В них за несколько десятков секунд сырьевая смесь нагревается до 700—800°С, дегидратируется и частично декарбонизируется. Завершается обжиг клинкера во вращающейся печи.
Необходимость экономии расхода топлива вынуждает перерабатывать по сухому способу материалы со все более высокой влажностью. Технологическая схема производства портландцемента из такого сырья выглядит следующим образом (см. схему 5).
Предварительное измельчение материалов повышенной влажности при сухом способе целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения типа «Аэрофол», позволяющих перерабатывать сырье с влажностью до 25 %. Однако полностью высушиться сырье при этом не успевает и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой смеси производится ее досушка.
Приготовление сырьевой смеси в виде порошка усложняет технологическую схему. Увеличивается число энергоемкого оборудования, более «капризного» при эксплуатации. Сложнее при сухом способе обеспечить санитарные условия и охрану окружающей среды. Но решающим его преимуществом является снижение расхода теплоты на обжиг клинкера до 3,4—4,2 МДж/кг. Кроме того, на 35—40 % уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и дает больше возможностей по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья.
Важнейшее преимущество сухого способа — более высокий съем клинкера с 1 м 3 печного агрегата. Это позволяет проектировать и строить печи по сухому способу в 2—3 раза более мощные, чем по мокрому. В целом по технико-экономическим показателям сухой способ превосходит мокрый. При использовании мощных печей он обеспечивает снижение удельного расхода топлива на обжиг клинкера примерно вдвое, рост годовой выработки на одного рабочего примерно на 40 % и уменьшение себестоимости продукции на 10 % и сокращение капиталовложений при строительстве предприятий на 50 %. Это обусловило интенсивное его распространение в мировой цементной промышленности. Широкое внедрение сухого способа производства — важнейшая задача, стоящая перед цементной промышленностью нашей страны. Доля прироста мощностей сухого способа в отрасли за период 1986—1990 гг. составит около 80 %.
Однако надо учитывать, что возможности применения сухого способа ограничены влажностью перерабатываемого сырья. Переработка сырья с влажностью более 20—25 % по сухому способу связана с высокими расходами теплоты на сушку, и этот способ становится неэкономичным.
Комбинированный способ производства.Наиболее перспективна технологическая схема комбинированного способа производства, представленная на схеме 6.
Такая схема позволяет использовать преимущества подготовки сырьевой смеси по мокрому способу и одновременно снизить расход теплоты на обжиг. При этом почти на 30 % уменьшается расход топлива и примерно на 10% — капитальные затраты по сравнению с мокрым способом, но на 15—20 % повышается расход электроэнергии. Такая схема — наиболее реальный путь снижения расхода топлива предприятиями, работающими на сырье высокой влажности. В настоящее время в стране ведутся работы по переводу предприятий с мокрого способа производства на комбинированный. Наиболее сложным при этом является создание и внедрение надежных и высокопроизводительных аппаратов для фильтрации шлама. При базировании комбинированного способа производства на приготовлении сырьевой смеси сухим способом технологическая схема будет такой, которая показана на схеме 7.
Принципиальное отличие этой схемы от схемы сухого способа — это появление дополнительной технологической операции — грануляции сырьевой смеси, осуществляемой с добавкой 10—14 % воды в специальных аппаратах — тарельчатых грануляторах. Гранулированную смесь с размером зерен 10—15 мм обжигают в шахтных печах или печах с конвейерными кальцинаторами. Этот способ требует несколько большего, чем сухой, расхода теплоты, необходимой на испарение введенной при грануляции воды; не всякая сырьевая смесь способна давать прочные гранулы, не разрушающиеся при обжиге; сложна конструкция используемых печных агрегатов. В то же время обжиг гранулированного сырья позволяет стабилизировать режим работы печей, улучшить теплообмен, повысить качество клинкера.
Таким образом, каждый способ производства портландцемента имеет свои достоинства и недостатки. Преобладание того или иного способа в разных странах определяется технико-экономическими особенностями развития цементной промышленности.
Технология производства цемента (процесс изготовления): сырье, основные способы, оборудование
Для проведения строительных или ремонтных работ используют различные материалы, в том числе цемент разных видов и марок. Его используют для подготовки бетонных, кладочных, штукатурных растворов, для производства железобетонных изделий. Но при этом редко кто знаком с технологией производства цемента.
Состав цемента
При изготовлении продукции могут быть использованы другие добавки, например, окислы кальция, магния, фосфора, соли. Но они используются в небольших количествах. Их вносят для того, чтобы получить установленные характеристики — жаропрочность, кислотоустойчивость и пр.
Если технологический процесс позволяет, то в состав могут быть введены пластификаторы.
- Препятствовать проникновению влаги в конструкцию.
- Уменьшение времени затвердевания.
- Увеличение прочности.
- Стойкость к колебаниям температур, влиянию агрессивных сред.
Производство цемента на заводах
Выпуском цементной смеси занимаются специализированные предприятия. Чтобы получить качественный продукт требуется специальное оборудование и знание технологии. От мощности предприятия и качества сырья зависит выбор способа производства цемента.
- Добыча сырья, в состав которого входит гипс, глина, известняк.
- Дробление известняка с приданием полученному продукту необходимой влажности.
- Измельчение известняка. Смешивание его с глиной. Концентрация компонентов может меняться. Все зависит от характеристик используемого сырья. В основном соотношение составляет 3:1. В результате получается комбинированный, сухой или мокрый шлам.
- Обжиг. Сырьевая масса отправляется в печь, разогретую до 1500 градусов, где спекается и превращается в гранулированную фракцию — клинкер.
- Измельчение. Клинкер в специальных мельницах измельчается до порошкообразного состояния.
- Подготовленные ингредиенты смешиваются в соответствии с рецептурой марки будущего цемента. В процессе смешивания добавляется гипс и специальные минеральные добавки.
Цементные составы изготавливаются по проверенным технологиям. В зависимости от состава и качества используемого сырья применяются разные методы подготовки исходных материалов.
Сухой способ
При производстве не используется вода. Основные материалы — глина и известняк, дробятся на специальном оборудовании. Сушатся, перемалываются в муку. Смешиваются при помощи пневматического инструмента и подаются на обжиг.
Клинкер, что образовался после обжига, измельчается до установленной фракции, фасуется в подготовленную тару и перевозится на склад. Производство цемента сухим способом позволяет снижать производственные затраты. Но требует повышенной однородности основных материалов. К тому же является опасным, с точки зрения экологии.
Мокрый способ
Преимуществом данного метода изготовления цемента является возможность точно подобрать необходимый состав шлама, несмотря на неоднородность исходного сырья. Шлам при таком способе приобретает жидкую консистенцию. В нем содержится около 40% жидкости.
Прежде чем сделать конечный продукт, шлам помещается в специальные технологические бассейны для корректировки состава. Затем отправляется во вращающиеся печи для обжига.
Температура обжига превышает 1000 градусов, поэтому изготовление цемента мокрым способом требует больших энергозатрат. Но дает возможность получать продукт высокого качества.
Комбинированные способы
Технология предполагает объединение сухого и мокрого способов производства цемента. Один из них может быть взят за основу, а второй — выступать в качестве дополнения. На разных предприятиях эти способы имеют различия. Все зависит от особенностей имеющегося оборудования для производства цемента, близости к месту добычи сырья, а также от потребностей на установленные марки продукта.
Если за основу взят мокрый метод, то сырье вначале смешивается, а затем обезвоживается в специальных сушилках с фильтрами почти до сухого состояния. Только после этой процедуры отправляется в печь. Такая технология позволяет уменьшать теплозатраты, поскольку в процессе обжига почти нет испарений.
Когда в основе лежит сухой способ, в процессе гранулирования готовой смеси используется вода. В обоих случаях влажность клинкера, отправляющегося в печь, около 10-18%.
Как делают белый цемент
Белый цемент, производство которого несколько отличается от технологии выпуска серого продукта, может выпускаться как мокрым, так и сухим способом. Отличается технология тем, что исходное сырье обжигается при высокой температуре и затем быстро охлаждается водой.
Клинкер этого вида продукции складывается из минеральных добавок, известняка, гипса, соли и других компонентов. Исходное сырье готовится из карбонатной и глинистой породы: известняка, каолиновой глины, отходов обогащения, кварцевого песка.
Основным достоинством и отличительной чертой белого цемента является его белоснежность. Но его производство обходится намного дороже по сравнению с серым продуктом.
Технология производства цемента
Один завод по производству цемента производит обработку порядка 10-20 тысяч тонн сырьевого материала за 24 часа. В производстве в основном используются мел, известь, мергель, сланец и глина, который транспортируются с карьера, который, как правило, локализуется в непосредственной близости к заводскому предприятию или входит в его структуру.
Добыча материала осуществляется горным и карьерным методами и зачастую – открыто. В процессе выполняются буровые работы, подрывные, экскавационные, производится транспортировка и дробление. Дробление может осуществляться в более чем 1 этап. Сразу после первого этапа дробления сырье направляется на предприятие для буферизации и последующей обработки. Прочие материалы (железные руды, шлаки, песок, боксит) доставляются из соседних регионов или производств.
Сырье подбирается таким образом, чтобы их химический состав мог гарантировать качество клинкера и возможность обжига.
В состав сырьевой смеси для производства портландцементного клинкера входят карбонатный, алюмосиликатный и корректирующий компоненты. Основа карбонатсодержащего компонента – мел, известь, мергель, алюмосиликатного – клина, шлак и зола, а корректирующего – железные добавки – шлак сталеплавильный и пиритный огарок.
Самые популярные материалы:
Карбонатная составляющая оценивается по концентрации карбоната кальция, которая в норме составляет не менее 76 процентов. В извести и меле карбоната кальция более 95 процентов, вплоть до 100. В мергелистом известняке – до 95 процентов, а в известняковом мергеле – от 75 до 90 процентов. В мергеле – от 40 до 75 процентов.
Мергель-натурал – это мергель, в котором карбоната кальция содержится порядка 76 процентов, а если добавить в него оксид железа, то получится высокореакционная смесь. Такое сырье понижает температуру спекания клинкера до 50-100 градусов и гарантирует повышенное качество, экономность, а также минимизирует объемы выброса в окружающую атмосферу токсичных газов.
Оценка алюмосиликатного компонента производится по трем критериям:
- Соотношение диоксида кремния и оксида алюминия
- Присутствие крупнокристаллического кварца
- Примеси
Показательное соотношение диоксида кремния и оксида алюминия находится в пределах 3,5-3,8. В случае, если этот показатель более 4, то для того, чтобы оптимизировать состав сырья, вводятся добавки с алюминием, когда этот параметр менее 3 – добавки с кремнеземом.
Железная добавка оценивается по соотношению оксида железа и диоксида кремния, а также по соотношению оксида железа и оксида алюминия. Эти параметры в норме составляют 0,4 и 2 соответственно.
Глина представляется глиняными минералами, кварцем. Содержатся щелочные минералы. Присутствие крупных кристаллов кварца – важная качественная характеристика глины, потому как повышение определенных величин нужна более высокая температура спекания клинкера, что повышает затраты топлива и объемы вредных выбросов в окружающую атмосферу. Соответственно, с целью избежать таких последствий, нужно снижать уровень крупнокристаллического кварца в сырье.
Доменный шлак – это стекло. В силу того, что шлак содержит большое количество оксида кальция, их использование приводит к снижению концентрации карбоната кальция в сырьевом материале, а значит, траты тепловой энергии для декарбонизации и эффекта клинкерообразования. Это также снижает объемы выброса продуктов горения и углекислоты в атмосферу. Соответственно, чем большее количество некарбонатного известняка в шлаках, тем более эффективны экономия топлива и минимизация загрязнения атмосферы.
Дополнительного эффекта в плане экологической безопасности можно добиться за счет применения белитового шлама как компонента, содержащего кальций.
При производстве белого цемента используется сырье высокой очистки, которое содержит оксид кальция, оксид кремния и оксид алюминия. Для этой цели подбирается сырье, содержащее минимальное количество железа, марганца и титана. Это, например, известь, белая глина, каолин, кварцевый песок, шпат. Оксид металла оказывает влияние на белизну цемента и определяет выбор в качестве сырья. Для повышения белизны клинкера для белого цемента применяют минерализаторы в небольшом объеме – до 3 процентов.
Описанные свойства сырья определяют картину технологических процессов во время производства, качество производства и влияние на окружающую атмосферу. Если соотношение диоксида кремния и оксида алюминия составляет 3,5-3,8, а содержание крупных кристаллов кварца ограничено, то создаются оптимальные условия для производства цемента высокого качества, а значит, для экономии топлива и огнеупоров.
Более всего примеси содержатся в алюмосиликатных компонентах сырья. Большинство из них – минерализаторы, которые повышают качественные характеристики клинкера. Прочие примеси, такие как калий, сера, натрий, хлор или кремний, влияют негативно на процессы обжига и снижают качество клинкера.
Ангидрид серной кислоты должен быть ограничен до 0,8 процента, потому как такие соединения при воздействии высоких температур улетучиваются, накапливаясь в печных зонах, а затем происходит их конденсация. Благодаря рециркуляции такие эти соединения увеличиваются более чем в два раза.
Щелочь и хлор, как правило, присутствуют во многих сырьевых продуктах, а затем перенаправляются и в клинкер. Как и сернистые или хлорные соединения, щелочная сырьевая смесь во время обжига также испаряет щелочные продукты, накапливая их в потоках газов и материала. Щелочь отрицательно влияет на процессы обжига клинкера, за счет изменения последовательности минераллообразования, ускоряется образование белита, меняются характеристики расплава и алитообразование замедляется.
Присутствие щелочи и серных соединений приводит к поломке процессов гранулообразования клинкера, вызывая клинкерное пыление и снижение его активности. Нарушение гранулирования клинкера приводит к неэффективному охлаждению в холодильном оборудовании, что приводит к увеличению топливных расходов. Также, щелочь в некоторых случаях может стать причиной нестабильности сроков схватывания при гидратации продукта, что приводит к выцвету и трещинам в бетоне.
В сырьевую массу вместе с известью и глиной имеет возможность попадать и оксид магния, в форме примесей доломита или магнезита. Наличие этих веществ может снижать вязкость клинкера. После обезвоживания оксида магния увеличивается объем, из-за чего прочность продукта снижается и часто приводит к разрушению. Для того, чтобы это предотвратить, концентрация оксида магния в сырье ограничена 3 процентами.
В форме родохрозита в глине и мергеле находится марганец. Этот компонент благоприятно сказывается на процессе минераообразования, ускоряя его. В результате снижается вязкость и улучшается кристаллизация. Наличие оксида марганца улучшает активность гидратации цемента.
Ангидрид фосфора иногда содержится в сырье только в виде случайной примеси и в самых малых количествах. Его наличие положительно влияет на активацию белитовой фазы. Повышение содержания фосфорного ангидрида в клинкере приводит к замедлению процессов затвердевания цемента.
Титановая двуокись обнаруживается в глине и мергеле в процентом соотношении до 0,5, часто в форме минерала рутила, ильменитов или перовскитов, попадая далее в клинкер. Присутствие титановой двуокиси в малом количестве достаточно полезно – это улучшает минеральную кристаллизацию клинкера. Стандартное количество двуокиси титана – не более 0,3 процента.
Оксид стронция присутствует в форме целестна и стронцианита, в качестве примесей извести, доломита, мергеля и глины. Находясь в сырье, это вещество может ускорять образование клинкера, понижать температуру образования расплава клинкера, а также регулировать активность гидратации цемента. Чем больше оксида стронция содержится, тем меньше прочность продукта.
Одним из самых нежелательных оксидов в сырье считается хромовый оксид. Это вещество является аллергеном. Наиболее вероятные источники – глина, мергель, боксит, огарок.
Сырье измельчается в мельницах или специальном дробильном оборудовании. Чаще всего используемое оборудование основывается на принципе давления или удара.
Виды цемента
Портланцемент быстрого затвердевания — цемент с добавками минералов, обладает молниеносным увеличением прочности за первый период затвердевания. Прочность такого цемента нормируется еще и в трех-суточном возрасте. Этот продукт используется при возведении железобетонных конструкций и производства изделий в условиях завода, а также быстрого строительства.
Портландцемент сульфатостойкий – такая характеристика обеспечена благодаря сниженному содержанию в клинкере кальция.
Цемент с поверхностными активными добавками – это цемент, в который для улучшения определнных качеств и свойств вводятся во время помола ПАДы, доля которых от всего цемента – 0,3. После абсорбции добавка организует защитную пленку, которая устраняет сцепку зерен. Такой бетон обладает интенсифицированной подвижностью.
Белый портландцемент – выделяется своим цветом. Сырье для того цемента, как правило, глина и известь, которые содержат минимум красящего оксида.
Цветной портландцемент – в этот цемент добавляются пигменты, количество которого находится в пределах: минеральный пигмент – до 10 процентов, органический – до 0,3 процента.
Портландцемент тампонажный – предназначен для осуществления тампонажа нефтяной и газовой скважин. Такой цемент должен быть текучим, независим от температур и давления, строго нормированный срок схватывания, прочность.
Портландцемент пуццолановый – получен путем помола портландцементого клинкера, обладающего минеральным, гипсовым составом. Сульфатоустойчив, устойчив в пресной воде. Недостаток этого продукта – низкая устойчивость к неблагоприятным температурным условиям, непригодность для низких температур.
Шлакопортландцемент – получен путем местного помола портрандцементоного клинкера, гипса и шлака. Доля шлаков – от 21 до 60 процентов. Такой цемент используется в строительстве гидротехнического плана, а также портов.
Известковошлаковый цемент – получен в ходе помола доменного шлака и извести (30 процентов от объема). Возможна гипсовая добавка и добавка портландцемента. Этот цемент долго твердеет и очень медленно схватывается. Устойчив в воде, однако на воздухе его качество снижается.
Глиноземистый цемент – не содержит гипсовых и минеральных добавок. Его качество прямо пропорционально концентрации оксида алюминия, который гарантирует стремительное затвердевание. Хорошо устойчив против сульфатов, хлора, углекислоты и прочих.
Технология производства серого цемента
В процессе производства цемента чаще сего применяются мокрый, сухой и комбинированный методы. Эти способы отличаются подходом к приготовлению сырья и методом обжига.
Cухой способ. Этот метод разработан в 1830 году и основное его преимущество – минимальные топливные расходы при производстве клинкера. До девяностых годов этот метод угнетался ввиду выраженного пылевого фактора. К концу 20 века в ходе модернизации оборудования для помола сырьевого материала с одномоментной сушкой, а также агрегатов, улавливающих пыль, этот способ распространился более широко как наиболее эффективный.
Мокрый способ. Эта технология существует еще с начала 20 века, а развитие ее производилось сугубо с применением модернизации технического оснащения. Этот метод подразумевает измельчение шлама до тонкости 85-90 процентов частиц с размером до 80 микрометров. Для того, чтобы минимизировать траты на электрическую энергию, добавляется вода. После помола сырье с влажностью до 42 процентов направляется в печь, где шлам сушится, производится декарбонизация, спекание и охлаждение. Теплоноситель – газ, температура факела до 2000 по Цельсию. Продукты горения направляются противотоком напротив движения материала.
Существует также полусухой способ. При этом методе сырье с влажностью до 18 процентов сушилось в специальных барабанах до уровня влажности менее 5 процентов, далее перемалывалось в мельницах шарового принципа и одновременно сушилось. Далее сырье идет на гранулирующее оборудование, куда происходит впрыск воды для выхода гранул, влажность которых должна составлять примерно 8 процентов. Полученные гранулы досушиваются, нагреваются и декарбонизируются, а затем осуществляется обжиг. Недостаток метода – значительные требования к прочности гранул.
Комбинированный способ. При комбинированном способе ход помола и гомогенизации сырьевого материала производится также, как и при мокром способе. Шлам направляется в прессфильтр, там он частично дегидратируется механическим способом до влажности не более 22 процентов. Затем производится агломерация в специальных грануляторах или сушильном оборудовании, где придается размер и форма для дальнейшего обжига.
Технология производства белого цемента
Сырьевой материал при производстве белого цемента – известь, глина и песок с минимумом примесей. Обжиг сырья происходит на мазуте или газу. Чтобы облегчить обжиг в сырье добавляется минерализатор.
Для исключения попадания железа в продукт клинкер размалывается в мельнице, фарфоровыми или кремниевыми плитками. Смесь размалывается как можно тоньше. Также, в смесь вводятся вещества, улучшающие процесс обжига, а печи футеруются тальковым кирпичом.
Чтобы продукт был более отбеленным, клинкер отбеливается при быстром водяном охлаждении до 500 градусов по Цельсию. Затем его ограничивают от воды и сушат.
Отбеливание достигается еще и за счет отбеливания клинкера в специализированном отбеливателе. Здесь он подвергается действию бескислородной газовой среды и температуры до 1000 градусов, после чего он охлаждается до 200 градусов.
Еще один момент, благодаря которому достигается белизна – добавка в сырье хлористой соли. При ее соединении с окисью железа образуется летучее хлорное железо, которое удаляется вместе с газами.
Современные технологии производства качественного цемента
Какими бы шагами не шагал прогресс в различных отраслях производства и технологий, в строительстве лидирующие позиции стабильно принадлежат хорошо всем известному цементу. И хотя производство цемента – процесс трудоемкий, энергоемкий и затратный, окупаемость цементных заводов очень высокая.
Цемент для замешивания раствора
С целью сокращения расходов данные предприятия, как правило, ставятся там же, где добывается сырье.
1 Основные способы производства цемента
Основой производства цемента является обожженная масса, именуемая «клинкер». Состав клинкера может быть разнообразным, поэтому о нем мы поговорим позже.
Весь технологический процесс производства цемента можно разделить на два основных этапа:
- получение клинкера – наиболее затратный и трудоемкий процесс;
- дробление клинкера до получения порошкообразной массы.
Само изготовление клинкера делится еще на четыре этапа:
- сырье, из чего будет готовиться клинкер, добывается и доставляется к месту переработки;
- сырье измельчается;
- подготавливается сырьевая смесь в нужных пропорциях;
- готовая смесь обжигается под воздействием высоких температур.
1.1 Способы получения цемента подразделяются на три основных группы:
- мокрый;
- сухой;
- комбинированный.
Выбор одного из них зависит от тепловой мощности предприятия и качества сырья.
1.2 Мокрый способ
Главное достоинство такого способа заключается в том, что, из чего бы ни делался клинкер, на сколько бы неоднородное сырье не бралось изначально, мокрый способ позволяет точно подобрать нужный состав шлама.
Схема производства цемента сухим и мокрым способом
Шлам, в данном случае, представляет собой жидковатую киселеобразную массу с содержанием до 40% воды. Его состав корректируют в специальных бассейнах, а затем обжигают во вращающихся печах при температуре выше 1000 ºC .
Мокрый способ требует большего расхода тепловой энергии, однако позволяет изготавливать цемент высшего качества, благодаря отсутствию влияния неоднородности шлама на конечный продукт.
2 Сухой способ
Сухой способ требует, чтобы любое сырье обрабатывалось без использования воды. В данном случае глину, известняк и прочие компоненты дробят, затем перемалывают до состояния пыли и смешивают с помощью подачи воздуха в закрытых боксах.
При изготовлении цемента сухим способом, в печи на обжиг попадает уже готовое сырье, не имеющее, к тому же, водяных испарений. Следовательно, после термической обработки, мы получаем готовый цемент, не требующий дробления.
Сухой способ значительно уменьшает затраты времени, тепловой энергии и других ресурсах. Он очень выгоден и эффективен при высокой однородности шлама.
2.1 Комбинированный
В основу производства может быть положен мокрый способ и дополнен сухим, или сухой, дополненный мокрым.
В тех случаях, когда в основе лежит мокрый способ, сырье после смешивания обезвоживают специальными сушилками с фильтрами и отправляют в печь почти сухим. Это позволяет уменьшить затраты тепловой энергии, так как значительно уменьшает испарение в процессе обжига. Если в основе производства клинкера лежит сухой способ, готовую смесь гранулируют с добавлением воды.
Территория цементного завода
В обоих случаях клинкер попадает в печь с влажностью от 10 до 18%.
2.2 Бесклинкерный способ производства
Кроме перечисленных выше традиционных способов, производство цемента может происходить бесклинкерным способом. В данном случае сырье представляет собой доменный или гидравлический шлак, который соединяют с дополнительными компонентами и активаторами. На выходе получается шлако-щелочная смесь, которую дробят и перетирают до нужной консистенции.
Бесклинкерная технология производства цемента обладает следующими положительными качествами:
- конечный продукт устойчив к любым условиям окружающей среды;
- значительно сокращаются затраты тепловой энергии и прочие энергозатраты;
- отходы металлургической промышленности используются как сырье для качественного производства цемента, что положительно влияет на чистоту окружающей среды;
- дает возможность производить конечный продукт с различными свойствами и в разных цветах без изменения способа производства.
2.3 Производство цемента (видео)
2.4 Оборудование для производства цемента
Поскольку весь процесс производства делится на этапы, которые по своей сути сильно отличаются друг от друга, то и оборудование для получения цемента требуется разнопрофильное. Его можно разделить на следующие подгруппы:
- техника для добычи и транспортировки сырья;
- для дробления и складирования;
- печи для обжига;
- станки для измельчения и смешивания клинкера;
- станки для фасовки готового цемента.
Поскольку производство цемента производится разными способами, и сырье используется разное, оборудование на заводах так же может быть разным.
В последнее время большой популярностью пользуются частные мини заводы по производству цемента. Иногда его даже изготавливают в домашних условиях, но об этом мы поговорим позже.
Линия по производству цемента
Все дело в том, что оборудование для таких заводов стоит не очень дорого, устанавливаться они могут на относительно небольших площадях, а окупают себя поразительно быстро.
К тому же сборка, разборка и транспортировка производственной линии не вызывает трудностей. Поэтому устанавливать частный завод можно на любом неперспективном сырьевом месторождении, а, выработав его, перевозить в другое место. Такой вариант освободит производителя от задачи транспортировать сырье, что позволит значительно экономить.
2.5 Из чего состоит производственная линия?
- Шнековые дробилки. Предназначены для грубого дробления и измельчения сырья.
- Молотковые дробилки.
- Грохоты или вибрационное сито. Нужно для просеивания дробленого материала.
- Устройство подачи материала на первый этап.
- Транспортеры. Выполняют функцию подачи сырья к следующему этапу.
- Машина для сортировки.
- Молотильная и молотильно-дозировочная машины.
- Мельница с жерновами.
- Станок для смешивания шлама.
- Вращающаяся барабанная печь.
- Сушильная установка.
- Холодильная установка.
- Мельница для клинкера.
- Ковшевой элеватор с подающими шнеками.
- Весовое и упаковывающее оборудование.
3 Изготовление качественного цемента в домашних условиях
В некоторых случаях, когда нужно делать бетонную стяжку, а за цементом ехать далеко, народные умельцы берутся изготавливать цемент в домашних условиях. Отметим сразу, что процесс изготовления цемента в домашних условиях – процесс очень трудоемкий и требует серьезного оборудования и навыков.
Обжиговая печь для производства цемента в домашних условиях
Не надейтесь, что качественный продукт получится у вас с первого раза. До получения настоящего цемента вам придется испортить не один десяток килограммов материала.
Обязательным так же является наличие специального оборудования. Как минимум, вам понадобится дробилка, способная превратить сырье в муку консистенции цемента. А так же доменная печь для обжига при температуре 1400 ºC .
Сырье, используемое для изготовления цемента в домашних условиях, может быть разным, как и технология его производства. Для примера рассмотрим изготовление строительного материала на основе смолы и серы.
Конечный продукт, если его правильно изготовить, прекрасно выдерживает перепады температур, влажности и других атмосферных условий.
Производство цемента своими руками
Его можно применять для кладки кирпича и плитки, а так же для цементной стяжки.
3.1 Порядок выполнения работ
- Берем килограмм смолы и растапливаем ее в металлической емкости.
- В другой огнеупорной емкости растапливаем килограмм серы.
- После того, как оба указанных выше компонента будут доведены до жидкого состояния, их нужно соединить и тщательно размешать до однородности. Чтобы этот состав не застыл, его лучше постоянно подогревать.
- В жидкую смесь смолы и серы добавляем два килограмма песка (песок должен быть просеянным, однородным) и три килограмма свинцового глета (оксида свинца).
- Заготовку для клинкера нужно долгое время размешивать при высокой температуре, пока масса не станет абсолютно однородной. Для этого нужно сделать высокотемпературную вращающуюся печь.
- После обжига клинкеру нужно дать хорошо отстояться.
Такой цемент, приготовленный в домашних условиях, имеет довольно высокое качество и прочностные характеристики.
Данный продукт ни в коем случае нельзя использовать на влажных поверхностях. Так же поверхность, перед нанесением такого домашнего цемента, нужно промазать олифой.
Современные технологии производства цемента
Цемент – материал, который участвует в строительстве каждого объекта. На сегодняшний день существует три основных метода производства портландцемента – мокрый, сухой и комбинированный. Компании – производители выбирают способ исходя из технологических, технических и экономических факторов.
Технологический процесс производства цемента состоит из трех основных стадий:
- Механические процессы по добыче и переработке сырьевых материалов (измельчение, перемешивание, корректировка) с получением сырьевой смеси для ее последующего обжига.
- Термический процесс обжига сырьевой смеси в печных агрегатах с получением клинкера – основного компонента для производства цемента.
- Механический процесс совместного измельчения (или раздельного измельчения и последующего смешивания) клинкера, гипсосодержащего материала и минеральных добавок с получением различных типов цемента.
Известняк, его модификации (мел, мергель) и глина являются основой для производства цемента. В непосредственной близости от цементных заводов обычно расположены карьеры, где производитель добывает эти материалы. Для того, чтобы обеспечить требуемый химический состав сырья, используются также покупные материалы – песок, зола, бокситы, пирит и другие.
Сырьевая смесь состоит из четырех основных оксидов: кальция, алюминия, железа и кремния. Источниками этих оксидов служат:
- СаО – известняк, мел, мергель;
- Si2O3 – песок, глина, шлак, сланцы;
- Al2O3 – глина, бокситы, зола;
- Fe2O3 – пирит, железная руда.
Известняк добывается буровзрывным способом, более мягкие материалы (мел и мергель) – экскавацией. На современных цементных заводах дробление известняка происходит в карьере при помощи стационарных дробилок. Трубчатый транспортер протяженностью до 7 км при помощи ленточного конвейера доставляет материал на производственную площадку, где происходит его складирование штабелеукладчиком в различных направлениях с одновременным первичным усреднением. На выходе из карьера над транспортерной лентой установлен поточный анализатор, который определяет химический состав материала.
На современных производственных площадках высокая точность дозирования всех компонентов достигается весовым способом специализированными дозаторами.
На старых цементных заводах дробление известняка происходит на производственной площадке, куда его транспортируют автомобильный или железнодорожный транспорт. Для перемещения сырья в таких случаях используют грейферные краны, стоимость которых, а также затраты на эксплуатацию и обслуживание значительно выше, чем у ленточных конвейеров.
Следующий этап подготовки сырьевой смеси – помол. На современных заводов, работающих по сухому способу производства, помол осуществляется на вертикальных мельницах высокой производительности, которые состоят из двух частей. В нижней части, при помощи вращающегося стола и роликов под давлением, материал измельчается, а в верхней части расположен сепаратор, разделяющий материал на мелкую и грубую фракции. Грубая фракция направляется на дополнительный помол, а материал мелкой фракции считается готовым продуктом. Помимо измельчения, в сырьевой мельнице происходит сушка материала отходящими газами печи до влажности не более 0.5%.
Готовая к обжигу сырьевая смесь поступает и хранится в силосе, где также происходит усреднение смеси с помощью сжатого воздуха, поступающего через аэрационные окна, расположенные в нижней части.
На цементных заводах, мокрого и полумокрого способов производства, подготовка сырьевой смеси осуществляется в виде шлама с влажностью 35-40% с использованием гидрофола (мельницы самоизмельчения) и сырьевых мельниц. Готовый шлам различного качества поступает в вертикальные, а после, в горизонтальные шламовые бассейны, где корректируется до нужного химического состава. Усреднение готовой к обжигу смеси в горизонтальных шламовых бассейнах происходит за счет механического перемешивания и с помощью сжатого воздуха. Отличием полумокрого способа от мокрого является то, что перед обжигом происходит обезвоживание материала в пресс-фильтрах.
Качество сырьевой смеси играет важную роль и является определяющим для получения высококачественного клинкера и цемента. Основными показателями качества сырьевой смеси являются:
- силикатный модуль – это отношение оксида кремния к сумме оксидов алюминия и железа, с ростом силикатного модуля ухудшается обжигаемость сырьевой смеси по причине снижения содержания жидкой фазы, находится в пределах 2.2-2.8;
- алюминатный модуль – это отношение оксида алюминия к оксиду железа, определяет содержание жидкой фазы в процессе обжига, определяет соотношение минералов в клинкере, находится в пределах 1.5-2.5;
- коэффициент насыщения кремнезема известью – определяет соотношение минералов в клинкере, находится в пределах 0.92-0.98;
- коэффициент однородности сырьевой смеси – характеризует стабильность смеси по химическому составу, для сухого способа – не более 14, для мокрого – не более 10.
Обжиг сырьевой смеси в печных агрегатах является важнейшим этапом производства цемента, определяющим качество клинкера. Современные заводы, производящие цемент сухим методом, используют для обжига печной агрегат, состоящий из двух основных частей. В вертикальной части находятся циклонные теплообменники с декарбонизатором, в которых происходит подготовка сырьевой смеси (дегидратация, декарбонизация) перед непосредственным поступлением в печь. В горизонтальной части находится печь высокотемпературного обжига 1450 ºС, где из расплава формируются основные клинкерные минералы. Здесь же расположен холодильник, в котором, в результате резкого охлаждения, происходит стабилизация клинкерных фаз.
Для полумокрого способа изготовления цемента процесс обжига идентичен вышеописанному, который используют заводы работающие по сухому методу. На цементных заводах, работающих по мокрому способу производства, печной агрегат состоит из одной большой печи, длинной до 180 метров. Значительную часть такой печи занимает зона с цепной завесой. В ней происходит удаление из материала большого количества свободной влаги, которая характерна для мокрого способа производства. Цепная завеса увеличивает интенсивность теплообмена между окружающей газовой средой и материалом.
Энергопотребление печных агрегатов современных заводов сухого способа производства на 30-40% ниже, чем заводов мокрого способа, за счет отсутствия необходимости испарения большого количества свободной влаги сырьевого шлама.
Высокотемпературная зона печи футеруется изнутри огнеупорным кирпичом для уменьшения теплопотерь в атмосферу и снижения температурного воздействия на металлическую обечайку печи. Печной агрегат имеет небольшой угол наклона и вращается со скоростью 3-4 оборота в минуту, за счет чего происходит перемещение материала внутри печи.
Печной агрегат для производства цемента можно условно разделить на несколько зон:
- испарение свободной влаги (t 100 ºС) – характерна для печей мокрого способа производства;
- дегидратация (t 350-650 ºС) – глина теряет кристаллизационную влагу;
- декарбонизация (t 650-950 ºС) – процесс разложения карбоната кальция и магния с получением оксидов кальция и магния;
- клинкерообразование (t 1300-1450 ºС) – из расплава формируются основные клинкерные минералы, которые определяют свойства цемента;
- охлаждение (t 1250 ºС) – в результате резкого охлаждения происходит стабилизация клинкерных фаз.
Дальнейшее охлаждения клинкера до температуры 100 ºС происходит в колостниковом холодильнике, после чего он поступает на хранение в крытые силоса, которые защищают клинкер от атмосферных воздействий и сохраняют его высокое качество.
Для сжигания различных видов топлива в печи на цементных заводах используют многофункциональные горелки. Помимо природного топлива (газ, уголь, мазут) широко используются альтернативные виды топлива (бытовые отходы, материалы с очистных сооружений, резиновые покрышки и другие), доля которых с каждым годом увеличивается и в некоторых странах достигает 80%.
В результате процесса обжига сырьевой смеси формируются основные клинкерные минералы.
Клинкерные минералы определяют свойства цемента, а именно:
- трехкальциевый силикат (алит) С3S – главный компонент цемента, обеспечивает быструю кинетику набора прочности, высокую начальную и хорошую марочную прочность;
- двухкальциевый силикат (алит) С2S – обеспечивает медленную кинетику набора прочности, низкую начальную и хорошую прочность в длительные сроки твердения, трудноразмалываемый компонент;
- трехкальциевый алюминат С3А – обеспечивает быструю кинетику набора прочности, высокую начальную прочность, значительно влияет на свойства бетона (реология, коррозионная стойкость);
- четырехкальциевый алюмоферрит С4АF – практически не влияет на свойства, определяет цвет (чем больше его в составе цемента, тем темнее цвет).
Наряду с основными клинкерными минералами в составе клинкера также содержатся побочные компоненты, поступающие из сырьевых материалов (Mg, K, Na, Cl, SO3) или из топлива (Fe2O3, P2O5, K, Na, Cl, SO3). Их количество незначительно (3-6%), однако они влияют на:
- гранулометрический состав клинкера и образование колец в печи;
- блокировку проходимость циклонных теплообменников;
- состав пыли печей;
- выбросы в атмосферу;
- качество цемента.
Щелочные оксиды калия и натрия оказывают существенное влияние на кинетику набора прочности цемента, существенно ее увеличивая в начальные сроки и снижая в марочном возрасте – 28 дней.
Помол цемента – это механический процесс совместного измельчения (или раздельного измельчения и последующего смешивания) клинкера, гипсосодержащего материала и минеральных добавок с получением различных типов цемента. Помол цемента выполняется в цементных мельницах двух типов – вертикальной (подробная информация в разделе «Подготовка сырьевой смеси») и шаровой трубной мельнице. Шаровая мельница – это металлическая обечайка, футерованная изнутри бронеплитами для защиты корпуса мельницы от износа. Мельницы состоят из одной или двух камер.
Двухкамерные мельницы между собой разделены диафрагмой с регулируемой подачей материала. На выходе из мельницы также имеется диафрагма с ячейками оптимального размера. При использовании однокамерных мельниц дополнительно перед мельницей устанавливают роллер-пресс для предварительного измельчения материалов. Внутри мельницы находятся мелющие тела (шары разного диаметра), которые, при вращении мельницы, путем удара в первой камере и истирания во второй камере измельчают материал.
Бронеплиты, помимо защиты, также участвуют в процессе помола. В первой камере мельницы устанавливают бронеплиты-лифтеры, которые поднимают мелющие тела на определенную высоту. Также с помощью бронеплит происходит сортировка мелющих шаров по размеру за счет различной величины упругого отскока. Проходя по длине мельницы материал подвергается воздействию мелющих тел различного диаметра, за счет чего происходит его измельчение.
Если мельница работает по открытому циклу, без использования сепаратора, то материал, выходящий из мельницы, считается готовым продуктом и поступает на хранение в силос.
На современных цементных заводах все помольные установки работают по замкнутому циклу с использованием высокоэффективных сепараторов. Материал из мельницы поступает в сепаратор, который разделяет его на мелкую фракцию (готовый продукт) и грубую фракцию, которая направляется на дополнительный помол.
Замкнутый цикл помола позволяет получать цемент с оптимальным гранулометрическим составом, который повышает степень гидратации цемента и, как следствие, прочностные характеристики.
После сепаратора готовый цемент поступает на хранение в силос, где он находится до момента отгрузки потребителям. Конструкция современных силосов, а именно обратный конус в основании, позволяет избежать наличия большого количества мертвых остатков цемента, характерных для старых конструкций. Также современный силос имеет многосекционную структуру, что позволяет в одном силосе хранить большое количество различных типов цемента.
Обязательным компонентом при производстве цемента является гипс, который применяется для регулирования сроков схватывания цемента. Трехкальциевый алюминат С3А является очень активным компонентом и при взаимодействии с водой происходит структурообразование с быстрой потерей подвижности цемента. Для того, чтобы этого не происходило, гипс формирует защитный слой вокруг С3А и предотвращает быстрое схватывание цемента.
Есть несколько модификаций гипса, которые отличаются по своим свойствам, в частности по активности. Наиболее активной формой является полуводный гипс CaSO4•0.5H2O, далее следует двуводный гипс CaSO4•2H2O, наименее активная форма – ангидрит CaSO4. В процессе помола при повышенной температуре в мельнице, более 70 ºС, двуводная форма гипса переходит в полуводную форму с негативным влиянием на реологические характеристики цемента и, как следствие, бетона и раствора (увеличивается водопотребность, снижается сохраняемость подвижности).
Существуют понятия быстрого и ложного схватывания цемента. Быстрое схватывание цемента происходит в случае недостаточного количества гипса, когда плотный защитный слой вокруг С3А не может быть сформирован. Ложное схватывание цемента с потерей подвижности происходит в случае перехода двуводной формы гипса в полуводную форму при повышенной температуре в мельнице. После перемешивания в случае ложного схватывания подвижность восстанавливается. Если происходит быстрое схватывание цемента после перемешивания подвижность уже не восстанавливается.
Рассмотрев технологии и различия основных методов производства можно сказать, что сухой метод является самым современным. Цементные заводы LafargeHolcim ориентированы на производство сухим способом. Основным преимуществом этого метода является снижение расходов топлива, а также сокращение объема печных газов практически на 40 %, что в свою очередь снижает стоимость обеспыливания и предоставляет большие возможности по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. К плюсам сухого способа производства цемента также можно отнести и более высокий съем клинкера с 1 м³ печного агрегата. При обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды.
Первое заседание Общественного совета при промышленном кластере компании ЦЕМЕНТУМ в Воскресенске
В российском мостостроении впервые применили сверхпрочный фибробетон
Цементы будущего доступны уже сейчас!
Модули упругости грунтов
Сравнительный анализ показателей бетонов для дорожных покрытий: оценка влияния различных видов цемента и нерудных материалов на основные свойства бетона
Технология производства цемента (процесс изготовления): сырье, основные способы, оборудование
Для проведения строительных или ремонтных работ используют различные материалы, в том числе цемент разных видов и марок. Его используют для подготовки бетонных, кладочных, штукатурных растворов, для производства железобетонных изделий. Но при этом редко кто знаком с технологией производства цемента.
Состав цемента
Цементная смесь получается в результате смешивания ряда компонентов:
-
Клинкера. Вещество основано на глине и известняке, используется для определения прочности материала. Производится путем обжига глины и известняка. Под воздействием высоких температур плавится, преображаясь в гранулированную фракцию с высоким содержанием кремнезема. Затем обжигается повторно.
Гипса. Используется для регулирования процесса твердения цемента. Вводится в состав в количестве не более 5%.
Активных минеральных добавок. Они способствуют улучшению свойств цементного состава и расширению области его использования.
При изготовлении продукции могут быть использованы другие добавки, например, окислы кальция, магния, фосфора, соли. Но они используются в небольших количествах. Их вносят для того, чтобы получить установленные характеристики — жаропрочность, кислотоустойчивость и пр.
Если технологический процесс позволяет, то в состав могут быть введены пластификаторы.
Их использование помогает получить следующие эксплуатационные характеристики:
-
Препятствовать проникновению влаги в конструкцию.
Уменьшение времени затвердевания.
Увеличение прочности.
Стойкость к колебаниям температур, влиянию агрессивных сред.
В зависимости от количества добавок выделяются несколько видов продукта:
-
Портландцемент. Самая распространенная модификация, в составе которой около 80% силиката кальция. Используется при различных строительных работах. Добавление красящих веществ улучшает декоративные свойства цемента, позволяя использовать его для отделочных работ.
Глиноземистый. Отличается ускоренным твердением. Благодаря этому свойству его используют на объектах, которым необходима срочная реставрация, например, устранение разрушений после аварий, пожаров.
Магнезиальный. Основной компонент — оксид магния, добавляет составу прочности, повышает адгезию к древесине. Однако из-за повышенной склонности к коррозии используется редко.
Кислотоупорный. В процессе изготовления в состав вносится наполнитель — гидроксиликат натрия, затворяющийся жидким стеклом. Используется в кислотостойких бетонах и растворах.
Производство цемента на заводах
Выпуском цементной смеси занимаются специализированные предприятия. Чтобы получить качественный продукт требуется специальное оборудование и знание технологии. От мощности предприятия и качества сырья зависит выбор способа производства цемента.
Технологический процесс предполагает выполнение ряда производственных этапов:
-
Добыча сырья, в состав которого входит гипс, глина, известняк.
Дробление известняка с приданием полученному продукту необходимой влажности.
Измельчение известняка. Смешивание его с глиной. Концентрация компонентов может меняться. Все зависит от характеристик используемого сырья. В основном соотношение составляет 3:1. В результате получается комбинированный, сухой или мокрый шлам.
Обжиг. Сырьевая масса отправляется в печь, разогретую до 1500 градусов, где спекается и превращается в гранулированную фракцию — клинкер.
Измельчение. Клинкер в специальных мельницах измельчается до порошкообразного состояния.
Подготовленные ингредиенты смешиваются в соответствии с рецептурой марки будущего цемента. В процессе смешивания добавляется гипс и специальные минеральные добавки.
Цементные составы изготавливаются по проверенным технологиям. В зависимости от состава и качества используемого сырья применяются разные методы подготовки исходных материалов.
Сухой способ
При производстве не используется вода. Основные материалы — глина и известняк, дробятся на специальном оборудовании. Сушатся, перемалываются в муку. Смешиваются при помощи пневматического инструмента и подаются на обжиг.
Клинкер, что образовался после обжига, измельчается до установленной фракции, фасуется в подготовленную тару и перевозится на склад. Производство цемента сухим способом позволяет снижать производственные затраты. Но требует повышенной однородности основных материалов. К тому же является опасным, с точки зрения экологии.
Мокрый способ
Преимуществом данного метода изготовления цемента является возможность точно подобрать необходимый состав шлама, несмотря на неоднородность исходного сырья. Шлам при таком способе приобретает жидкую консистенцию. В нем содержится около 40% жидкости.
Прежде чем сделать конечный продукт, шлам помещается в специальные технологические бассейны для корректировки состава. Затем отправляется во вращающиеся печи для обжига.
Температура обжига превышает 1000 градусов, поэтому изготовление цемента мокрым способом требует больших энергозатрат. Но дает возможность получать продукт высокого качества.
Комбинированные способы
Технология предполагает объединение сухого и мокрого способов производства цемента. Один из них может быть взят за основу, а второй — выступать в качестве дополнения. На разных предприятиях эти способы имеют различия. Все зависит от особенностей имеющегося оборудования для производства цемента, близости к месту добычи сырья, а также от потребностей на установленные марки продукта.
Если за основу взят мокрый метод, то сырье вначале смешивается, а затем обезвоживается в специальных сушилках с фильтрами почти до сухого состояния. Только после этой процедуры отправляется в печь. Такая технология позволяет уменьшать теплозатраты, поскольку в процессе обжига почти нет испарений.
Когда в основе лежит сухой способ, в процессе гранулирования готовой смеси используется вода. В обоих случаях влажность клинкера, отправляющегося в печь, около 10-18%.
Как делают белый цемент
Белый цемент, производство которого несколько отличается от технологии выпуска серого продукта, может выпускаться как мокрым, так и сухим способом. Отличается технология тем, что исходное сырье обжигается при высокой температуре и затем быстро охлаждается водой.
Клинкер этого вида продукции складывается из минеральных добавок, известняка, гипса, соли и других компонентов. Исходное сырье готовится из карбонатной и глинистой породы: известняка, каолиновой глины, отходов обогащения, кварцевого песка.
Основным достоинством и отличительной чертой белого цемента является его белоснежность. Но его производство обходится намного дороже по сравнению с серым продуктом.
Источник