Производство цемента сырье: СЫРЬЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА

СЫРЬЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА

Основные материалы, которые используются при производстве цемента – минералы, содержащие   оксид кальция,  кремнезем, глинозем и оксид железа.

Эти компоненты редко встречаются в одном виде сырья, поэтому для производства цемента  подбирают сырьевую смесь по следующим компонентам:

КАРБОНАТНЫЙ КОМПОНЕНТ (богатый известью) содержится в сырьевой смеси в кол-ве 76-80%:

• Известняк. Твердость по шкале Мооса 1,8-3,0. Чем древнее геологическая фракция, тем тверже. Одна из разновидностей известкового шпата – мрамор.
• Мел. В отличие от известняка имеет более рыхлую, землистую структуру, поэтому относится к сырью специально предназначенному для мокрого способа производства. Мел – мягкое сырье, не требует дробления.
• Мергель – известняк с примесями кремнезема и глинистых веществ, а также оксида железа, это переходная ступень к глинам. Твердость мергеля ниже твердости известняка, чем больше глинистых веществ, тем ниже его твердость. Это прекрасное сырье для производства цемента.

Каждый из этих материалов имеет различный коэффициент размалываемости.  Чем выше значение данного коэффициента, тем легче этот материал подвержен измельчению. Ниже в таблице приведены коэффициенты размалываемости для основных материалов для производства цемента.

ГЛИНИСТЫЙ КОМПОНЕНТ (бедный известью)

Глинистые минералы имеют тонкозернистую структуру,  размеры зерен не превышают 2 мкм.

КОРРЕКТИРУЮЩИЕ ДОБАВКИ

Добавляют в тех случаях, когда химический  состав сырьевой смеси не отвечает установленным требованиям. Например, для повышения кремнезема применяют песок, трепел. При недостатке оксида железа для снижения температуры спекаемости клинкера и увеличения коэффициента насыщения добавляют колчеданные огарки, железную руду. Это приводит к экономии газа при обжиге. Для необходимого обеспечения содержания СаСО3 используют карбонатный и глинистый компоненты, которые имеют разные карбонатные составляющие СаСО3 (титр). Карбонатный компонент содержит до 97% СаСО3, глины около 10%. Необходимо добиться, например, титра 80%. Поэтому на цементных заводах имеются шламобассейны с высоким и низким содержанием титра, шлам из которых смешивается в определённых пропорциях.

В связи с этим, каждый завод по производству цемента имеет собственный, уникальный состав сырья для производства готовой продукции.   Приведем, для примера, смеси материалов, которые используются некоторыми цементными заводами Украины:
– известняк, глина, шлак;
– мергель, мел; огарки 2.5%;
– известняк, глина+суглинки, корректирующие добавки;
– известняк-ракушечник; краснобурая глина;
– углемоечная порода, кек,  огарки;
– мергель, суглинки, пиритные огарки.

Выбор состава смеси материалов с полезными компонентами, в большинстве случаев, обусловливается географическим расположением  завода и легкостью поставки исходного сырья.

Единственное, что общее на всех заводах по производству цемента – это сложность измельчения исходного материала, так как материал достаточно тверд по своим физическим характеристикам и имеет высокие показатели абразивности. Поэтому в данной отрасли строительной промышленности при измельчении материала в трубных мельницах использует высококачественные помольные шары с повышенной твердостью по всему сечению. Компания Энергостил на протяжении десяти лет поставляет помольные шары цементным заводам, которые расположены не только на территории Украины, но и за ее пределами.

Технология производства цемента: сырье, способы, оборудование

Время на чтение:
6 минут

5748

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.

Содержание

• 1 Состав цемента
• 2 Производство цемента на заводах
  • 2.1 Сухой способ
  • 2.2 Мокрый способ
  • 2.3 Комбинированные способы
• 3 Как делают белый цемент

Состав цемента

Цементная смесь получается в результате смешивания ряда компонентов:

1. 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.

2. Гипса

   . Используется для регулирования процесса твердения цемента. Вводится в состав в количестве не более 5%.

3. 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:

1. Препятствовать проникновению влаги в конструкцию.
2. Уменьшение времени затвердевания.
3. Увеличение прочности.
4. Стойкость к колебаниям температур, влиянию агрессивных сред.

В зависимости от количества добавок выделяются несколько видов продукта:

1. 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.

2. Глиноземистый

   . Отличается ускоренным твердением. Благодаря этому свойству его используют на объектах, которым необходима срочная реставрация, например, устранение разрушений после аварий, пожаров.

3. Магнезиальный

   . Основной компонент — оксид магния, добавляет составу прочности, повышает адгезию к древесине. Однако из-за повышенной склонности к коррозии используется редко.

4. 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:

1. Добыча сырья, в состав которого входит гипс, глина, известняк.
2. Дробление известняка с приданием полученному продукту необходимой влажности.
3. 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.
4. Обжиг. Сырьевая масса отправляется в печь, разогретую до 1500 градусов, где спекается и превращается в гранулированную фракцию — клинкер.
5. Измельчение. Клинкер в специальных мельницах измельчается до порошкообразного состояния.
6. 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.

Сырье для производства цемента

Минералы природного происхождения, а также промышленные продукты/побочные продукты могут использоваться для производства цемента при условии, что основные компоненты цемента (CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3) присутствуют в требуемом соотношении при смешивании, а примеси или нежелательные компоненты, такие как щелочи, сера, хлориды, Mgo и т. д., находятся ниже допустимых уровней для обеспечения качества цемента и эксплуатационной стабильности. пропорции всех необходимых минералов к 2- или 5-компонентным смесям, включающим один или два сорта известняка, сланца или глины/силикатона, а также одну или несколько добавок для повышения уровня SiO2, Al2O3 или Fe2O3. Сырая мука обычно содержит 78-80% CaCO3, так что известняк может приближаться к этому уровню только в той степени, в которой он также содержит другие ингредиенты. Необходимо иметь достаточное количество флюса/жидкости (Al, Fe, Mg, F) ​​для обеспечения плавления в печи, но содержание MgO не должно превышать 4-5%, иначе цемент может расширяться. Избыток щелочей (K, Na) влияет как на работу печи (наросты), так и на качество продукта (щелочно-агрегатная реакционная способность). Избыток серы вызывает отложения в печи и ограничивает добавление гипса, что может привести к проблемам схватывания. Стехиометрическое отношение щелочей к сере обычно поддерживается в пределах 0,8-1,2. Избыток Cl   вызывает  серьезные  проблемы отложений в работе подогревателя. Помимо химического состава, способность к измельчению также является важным фактором при выборе сырья. В частности, добавки кремнезема, содержащие крупнозернистый кварц, очень трудно измельчить, что может привести к жесткому горению и высокому расходу топлива. Если используется кварцевый кремнезем, предпочтительно, чтобы он имел естественный размер зерен менее 50% мкм. Как правило, цементные заводы располагаются на месторождениях известняка, а сланца или глины достаточно для того, чтобы большинство заводов добывали их на месте. Добавки обычно вносятся в небольших количествах.
Примерный анализ сырьевой смеси на прокаленной основе или клинкера:

Известь Компонент
Известняк: Распространенными формами карбоната кальция, используемыми в качестве сырья для производства цемента, являются известняк и мел. Известняк имеет преимущественно мелкозернистую кристаллическую структуру, его твердость составляет от 1,8 до 3,0 по шкале Мооса. твердости и удельного веса 2. К 2.8. Известняк обычно содержит примеси глинистого вещества или соединений железа, что влияет на его цвет. Только самые чистые сорта известняка имеют белый цвет.
Мел: В отличие от известняка мел характеризуется мягкой землистой текстурой. Это осадочная порода, образовавшаяся в меловой период геологического времени, относительно молодая геологически. Для добычи мела не требуется взрывных работ, а процесс дробления также может быть исключен, что значительно снизит себестоимость производства цемента.
Мергели: Известняки с примесями кремнезема, глинистого вещества и оксида железа называются мергелями. Мергели образуют переходный элемент к глине. Из-за широкого распространения мергелей они часто используются в качестве сырья для производства цемента

Глинистый компонент
Вторым важным сырьем для производства цемента является глина. Основной компонент глины образован гидроалюмосиликатами. Химический состав глины может варьироваться от близкого к чистой глине, до содержащего значительное количество примесей в виде гидроксида железа, сульфида железа, песка, карбоната кальция и др. В качестве глинистого компонента сырьевой смеси используется глина.

Корректирующие ингредиенты
Если первичные компоненты, необходимые в цементной сырьевой смеси, не присутствуют в требуемом процентном соотношении, корректирующие материалы используются в качестве добавок. Например, для увеличения содержания SiO2 в качестве добавки используется песок, глина с высоким содержанием кремнезема и т.д. Аналогично, для увеличения содержания глинозема в сырьевой смеси используются бокситы или богатая глиноземом глина, а для увеличения содержания железного компонента в качестве добавок используются железная руда, пиритные огарки и т. д.

Вспомогательные компоненты
Здесь обсуждаются некоторые из наиболее важных вспомогательных компонентов, количество которых в цементе ограничено либо стандартными спецификациями, либо производственным опытом.
Оксид магния (MgO) 0-5%:
MgO соединяется с клинкерной фазой в количестве до 2% по весу, а сверх этого он появляется в виде свободного MgO (периклаз). Созревший кристаллический периклаз реагирует с водой с образованием Mg(OH)2, но эта реакция протекает медленно, в то время как другие реакции отверждения уже завершены. Поскольку Mg(OH)2 занимает больший объем, чем MgO, и образуется в том же месте, где находится частица периклаза, он может расщепить связку затвердевшего цементного теста, что приведет к трещинам расширения. Быстрое охлаждение клинкера (закалка) в холодильнике помогает заморозить MgO в стеклообразной форме, которая остается такой, какая она есть, и не гидратируется, что создает проблемы с расширением в цементном тесте.
Щелочи:
Некоторое количество Na2O (оксида натрия) и K2O (оксида калия) входит в состав клинкерных примесей C3A, C4AF и C4AF. Большинство оставшихся остается водорастворимыми. Повышенный процент щелочей, особенно водорастворимых щелочей, отрицательно влияет на прочность (28 сут). Низкощелочные цементы должны иметь Na-эквивалент ниже 0,6% по весу. Если щелочи не уравновешены сульфатами, они останутся высоколетучими и могут накапливаться в циркуляции между печью и подогревателем, увеличивая проблемы с входом в печь, покрытиями стояков печи. Основными источниками щелочей являются сырье и уголь.
Сера (SO3):
Сульфаты могут присутствовать в клинкере примерно до 3%. Сера в сырье увеличивает выбросы SOx и вызывает отложения в подогревателе. Сульфат может образовывать стабильное соединение с калием (K2SO4) и, в меньшей степени, с натрием (Na2SO4). Сульфаты в клинкере поступают из сырья и топлива. Сульфаты должны быть уравновешены щелочами, иначе избыток или недостаток сульфатов по отношению к щелочам усилит явления циркуляции летучих.
Cl Хлориды:
Хлориды образуют стабильные соединения со щелочами и более летучи, чем сульфаты. Около 1% в горячем блюде считается максимальным для бесперебойной работы. Клинкер может содержать примерно от 0,012 до 0,023% хлора. Байпас, обычно известный как щелочной байпас, может потребоваться для удаления хлоридов из системы печи.

Производство портландцемента – материалы и процесс

🕑 Время чтения: 1 минута

Производство цемента включает в себя различные виды сырья и процессы. Каждый процесс объясняется химическими реакциями для производства портландцемента.
Цемент представляет собой порошок зеленовато-серого цвета, изготовленный из прокаленных смесей глины и известняка. При смешивании с водой становится твердым и прочным строительным материалом.

История цемента восходит к Римской империи. Современный цемент. То есть портландцемент впервые был произведен британским каменщиком Джозефом Аспдином в 1824 году, который варил цемент на своей кухне. Он нагрел смесь известняка и глиняного порошка на своей кухне и измельчил смесь в порошок, создав цемент, который затвердевает при смешивании с водой. Название Портленд было дано изобретателем, так как оно напоминает камень, добытый на острове Портленд.
Первое использование современного портландцемента было при строительстве туннеля на реке Темзе в 1828 году.

Состав:

• Процесс производства цемента
  • 1. Смешивание сырья
  • Сравнение сухого и мокрого процессов производства цемента
  • 2. Обжиг сырья

  4.0 9 2 Измельчение 2 клинкеров

  • Хранение и упаковка

Процедуры производства портландцемента описаны ниже.

1. Смешивание сырья
2. Сжигание
3. Шлифовка
4. Хранение и упаковка

1. Смешивание сырья

Основным сырьем, используемым в производстве цемента, являются кальций, кремний, железо и алюминий. Эти полезные ископаемые используются в различной форме согласно доступности полезных ископаемых.
В таблице представлено сырье для производства портландцемента.

Процедура смешивания при производстве цемента осуществляется 2 методами,

• Сухой процесс
• Мокрый процесс

а) Сухой процесс

Как известняковое, так и глинистое сырье сначала измельчают в гирационных дробилках, чтобы получить отдельные куски размером 2-5 см. Измельченные материалы снова измельчают, чтобы получить мелкие частицы в шаровой или трубчатой ​​мельнице.
Каждый мелкоизмельченный материал хранится в бункере после просеивания. Теперь эти порошкообразные минералы смешиваются в необходимой пропорции, чтобы получить сухую сырьевую смесь, которая затем хранится в силосах и готовится к отправке во вращающуюся печь. Теперь сырье смешивают в определенных пропорциях, чтобы средний состав конечного продукта сохранялся должным образом.

Рис. Производство цемента сухим способом

b) Мокрый способ

Сырье сначала измельчают, превращают в порошок и хранят в силосах. Затем глину промывают в промывочных мельницах для удаления прилипших органических веществ, содержащихся в глине.
Порошкообразный известняк и промытая водой глина направляются в каналы и передаются в мельницы, где они полностью смешиваются и образуется паста, т. е. известная как шлам.
Процесс измельчения может осуществляться в шаровой или трубчатой ​​мельнице или даже в обеих. Затем суспензия направляется в сборный бассейн, где можно регулировать состав. Шлам содержит около 38-40% воды, которая хранится в резервуарах для хранения и хранится готовой к отправке во вращающуюся печь.

Рис. Производство цемента мокрым способом

Сравнение сухого и мокрого способов производства цемента

2.

Сжигание сырья

Процесс обжига осуществляется во вращающейся печи, при этом сырье вращается со скоростью 1-2 об/мин вокруг своей продольной оси. Вращающаяся печь состоит из стальных труб диаметром 2,5-3,0 метра и длиной от 90 до 120 метров. Внутренняя сторона печи облицована огнеупорным кирпичом.
Печь опирается на колонны из каменной кладки или бетона и опирается на подшипник качения в слегка наклонном положении с уклоном от 1:25 до 1:30. верхний конец. Печь нагревается с помощью порошкообразного угля или масла или горячих газов из нижнего конца печи, так что образуется длинное горячее пламя.
Поскольку положение печи наклонно и она медленно вращается, материал, загружаемый с верхнего конца, перемещается к нижнему концу со скоростью 15 м/ч. В верхней части вода или влага из материала испаряется при температуре 400°C, поэтому этот процесс известен как зона сушки.
Центральная часть, т.е. зона прокаливания, температура около 10000С, где происходит разложение известняка. Остальной материал находится в форме небольших комочков, известных как узелки после CO ₂ освобожден.

CaCO ₃ = CaO + CO ₂

Нижняя часть (зона спекания) имеет температуру 1500-17000°С, где известь и глина реагируют с образованием алюминатов кальция и силикатов кальция. Эти алюминаты и силикаты кальция сплавляются, образуя мелкие и твердые камни, известные как клинкеры. Размер клинкера варьируется от 5 до 10 мм.
Нижняя часть, т.е. зона клинкера, имеет температуру около 1500-1700°С. В этом районе известь и глина реагируют с образованием алюминатов кальция и силикатов кальция. Эти продукты алюминатов и силикатов кальция сплавляются вместе, образуя твердые и мелкие камни, известные как клинкеры. Размер мелких и твердых клинкеров варьируется от 5 до 10 мм.

2CAO + SIO ₂ = CA2SIO ₄ (DECKEAM SILICET (C ₂ S)

3CAO + SIO ₂ = CA3SIO ₅ (TRALICE 3CAO + AL ₂ O ₃ = CA ₃ AL ₂ O ₆ (DICALCIUM ALUMINIT O ₃ = Ca ₄ Al ₂ Fe ₂ O ₁₀ (алюмоферрит тетракальция (C ₄ AF))

Клинкер, поступающий из зоны обжига, очень горячий.