Сырье для производства цемента, из чего делают цемент
Сырьевыми материалами в производстве цемента служат в основном глинистые и карбонатные породы, а также иное природное сырье и некоторые типы промышленных отходов, шлаков и т.п.
Карбонатные породы — это известняк, известняк-ракушечник, мел, мергелистый известняк, мергель, метаморфические либо осадочные горные породы доломитового, карбонатно-глинистого и известнякового состава. Качество и ценность таких пород в качестве сырья для создания цемента определяется их структурой и физическими свойствами. Породы с кристаллической структурой хуже, по сравнению с породами аморфной структуры, взаимодействуют с другими элементами смеси при обжиге.
- Мел – легко растирающаяся мягкая осадочная горная порода, вид мажущего известняка. Он легко измельчается и является популярным сырьем для создания цемента.
- Мергель — осадочная порода, переходная от известняковых к глинистым. Может иметь твердую или рыхлую структуру, различную плотность и влажность в зависимости от процентной доли глинистых примесей. Строительные растворы на основе мергеля активно применяются при устройстве печей, каминов и т.п.
- Из известняков для производства цемента предпочтительны пористые и мергелистые виды с небольшим порогом прочности на сжатие и без содержания кремниевых включений.
- Из глинистых пород в производстве цемента применяют: суглинок, глину, лесс, глинистый сланец, а также лессовидные суглинки.
Глины, горные осадочные породы, состоят из разного рода минералов, при увлажнении приобретают пластичность и разбухают. В сухом способе производства цемента связующая способность и пластичность глины дает возможность гранулирования муки и брикетирования. Суглинком называется глина, в которой содержится высокое количество пылеватых и песчаных частиц.
Глинистые сланцы представляют собой плотные и твердые горные породы, способные легко расслаиваться на пластинки небольшой толщины. Относительно глины глинистые сланцы имеют более постоянный состав и меньшую влажность.
Лессом называется тонкозернистая горная порода, рыхлая и пористая, состоящая из тончайших частиц глинистых материалов, полевого шпата, кварца и иных силикатов. Лесс не отличается высокой пластичностью. Лессовидный суглинок – материал, по своим свойствам являющийся переходным между суглинком и лессом.
Кроме основного сырья в процессе производства активно используются различные виды корректирующих добавок в цемент, позволяющих изменить некоторые свойства конечного продукта. Это могут быть глиноземистые, кремнеземистые, глиносодержащие добавки, а также плавиковый шпат в качестве минерализаторов (кремнефтористый натрий, гипс, апатит, фосфогипс, флюорит)
Хотелось бы отметить, что сырьевой состав, как при сухом, так и при мокром способе производства цемента, может меняться в зависимости от местоположения цементного завода, от доступности того или иного вида сырья, от возможностей оборудования, спроса на те или иные виды продукции в этом регионе и многого-многого другого
www.avtobeton.ru
Сырьевые материалы для производства портландцемента.
Основными сырьевыми материалами для производства портландцемента являются широко распространенные в природе осадочные известняковые горные породы с высоким содержанием углекислого кальция (СаСО ) и глинистые породы с высоким содержанием кремнезёма (SiO ), глинозема (Al O )и окиси железа (Fe O ).
К известняковым породам, применяемым в цементной промышленности России, относятся известняки, мел, известковый туф, известняк-ракушечник и др. Все эти материалы представляют собой первый, так называемый известковый компонент сырьевой смеси.
К глинистым породам относится глина, глинистые сланцы, лёсс и др.; они составляют второй компонент сырьевой смеси – глинистый.
Решение вопроса о пригодности сырьевых материалов для изготовления портландцемента и о выборе способа производства принимается на основе всестороннего изучения химического и минералогического составов сырья и исследования его физико-механических свойств.
Наличие в известковом компоненте большого количества включений кварца или кремниевых прослоек осложняет и удорожает подготовку сырьевой смеси, а так же неблагоприятно отражается на процессе обжига и качества цемента. Известняки с крупными кремниевыми включениями требуют предварительного обогащения.
Сырьевые материалы с высоким содержанием гипса или пирита для производства портландцемента не применяются, так как серного ангидрида в сырьевой смеси должно быть не больше 2%, с тем чтобы его содержание в клинкере не превышало 3%. Превышение этого предела может привести к получению цемента с неравномерным изменением объема в процессе его твердения.
До последнего времени известняки с высоким содержанием окиси магния для производства портландцемента не применялись. Согласно ГОСТ 10178-62 содержание MgO в клинкере не должно превышать 5%. Чтобы обеспечить это условие, суммарное содержание MgO в смеси должно быть не более 3-3.5%. Такое ограничение вызвано тем, что окись магния, находящаяся в клинкере в виде минерала периклаза, в процессе твердения цемента гидратируется медленно, с увеличением в объёме, что с течением времени при большом содержании MgO в цементе может привести к разрушению раствора и бетона.
В 1958г. Был введен в эксплуатацию Ангарский цементный завод, который в качестве известкового компонента использовал в первые годы его работы магнезиальный мраморовидный кристаллический известняк, в качестве глинистого компонента – золу газогенераторной станции химического завода и глинистые отходы, скопившиеся в террикониках при добыче черемховского угля. Из этого сырья получался клинкер с содержанием MgO, весьма жесткие автоклавные испытания цемента на равномерность изменения объема дали положительные результаты. Это первый завод в Советском Союзе, который выпускал в течение ряда лет портландцемент с повышенным содержанием MgO.
До последнего времени считалось, что содержание в клинкере фосфорного ангидрида PO не должно превышать одного процента, так как предполагалось, что он отрицательно влияет на прочностные характеристики цемента. Однако исследованиями русских ученых Н. А. Торопова, А.И. Борисенко, английского ученого Р.У. Нерса и других установлено, что при правильном подборе минералогического состава клинкера содержание P O в нем может достигать без ухудшения свойств цемента 2-2.5%, а при особенно благоприятных условиях — и более. Минералогический состав клинкера должен быть рассчитан таким образом, чтобы весь P O вошел в состав твердого раствора с C S. Необходимо добиться отсутствия в клинкере Р О в виде растворимых в воде фосфатов, сильно замедляющих процесс твердения цемента и снижающих его механическую прочность.
Источником щелочей в клинкере являются обычно глинистые материалы, содержащие остатки полевого шпата, слюды, иллиты, и др. Применение глинистых материалов с высоким содержанием щелочей не желательно, так как использование для изготовление бетона цемента с повышенном количеством щелочей (Na O и K O) в сочетании с заполнителями, имеющими аморфные видоизменения кремнезёма, может привести через известный период времени к разрушению бетонных сооружений.
К наиболее реакционноспособным горным породам и минералам относятся опал, халцедон, андезит, риолит, тридимит, а так же кристобалит, кварцевое стекло и некоторые филлиты. При использовании подобных заполнителей суммарное содержание щелочей в цементе ( в пересчете на Na O) не должно превышать 0.6%.
Повышенное содержание щелочей в сырье нарушает нормальное ведение технологического процесса, в особенности при сухом способе производства, о чем подробно говорится ниже.Кроме перечисленных выше природных сырьевых материалов, для изготовления портландцемента могут быть использованы отходы других отраслей промышленности: черной и цветной металлургии, газосланцевой промышленности, производства синтетического каучука и др. Так как эти отходы уже подвергались термической обработке, то применение их значительно улучшает технико-экономические показатели работы завода по сравнению с обычными сырьевыми материалами.
Крупными научными исследованиями, проведенными институтами БАМИ, Гипроцемент, Гипрохим и др., установлены возможность и условия использования следующих отходов:
нефелинового или белитового шлама – отхода, получаемого при производстве глинозема из нефелитовых концентратов;
кислого гранулированного доменного шлака, отхода черной металлургии;
сланцевого кокса – отхода газосланцевых заводов, перерабатывающих горючие сланцы на газ;
газогенераторной золы – отхода газогенераторной станции, перерабатывающей горючие сланцы на жидкие продукты перегонки;
газогенераторной золы – отхода газогенераторной станции, перерабатывающих твердое топливо на ряд химических продуктов.
Сырьевая смесь надлежащего химического состава может быть получена из двух компонентов – известкового и глинистого – лишь при особо благоприятном их составе и высокой однородности.
Последнее время в связи с повышением требований к качеству цемента и с увеличением удельного веса высокомарочных цементов заводы всё чаще работают с применением трехкомпанентной и даже четырехкомпанентной смеси. В этом случае сырьевую смесь для получения клинкера заданного минералогического состава вводят в так называемые корректирующие добавки.
Для повышения содержания в сырьевой смеси окислов железа в неё вводят различные железосодержащие добавки: пиритные огарки (отходы сернокислого производства), колошниковую пыль (отход металлургического производства), железную руду и т. п. При получении клинкеров из отходов алюминиевой промышленности для повышения содержания окиси алюминия вводят бокситы.
Активность минеральных добавок чаще всего оценивается по их способности поглощать известь из водного известкового раствора и набухать при этом. В качестве активных добавок могут быть использованы основные и кислые доменные шлаки коксовой плавки литейного, передельных. В последние годы установлена возможность применения для этой цели так же доменных шлаков специальных марганцевых чугунов.
Пригодность доменного шлака для использования в качестве активной добавки определяется его химическим и минералогическим составом, структурой и гидравлическими свойствами. Обычно используют гранулированные доменные шлаки, то есть шлаки, полученные путем искусственного быстрого охлаждения шлакового расплава, выходящего из доменной печи. Быстрое охлаждение придает шлаку гидравлические свойства. В состав доменных шлаков обычно входят окислы KО, SiO , Al O , MgO и Fe O сернистые соединения CaS, MnS и FeS.
studfiles.net
Производство цемента — как делают портландцемент
Цемент широко применяется в строительстве. Все знают что это такое и для чего он нужен. Но мало кто из нас знает как же он производится и самое главное из чего.
В этой статье вы сможете узнать об изготовление цемента. Давайте рассмотрим его производство на примере самого распространенного вида цементов — портландцемент.
Портландцемент — представляет собой искусственное минеральное гидравлическое вяжущее, получаемое посредством тонкого измельчения клинкера, создаваемого посредством обжига сырьевой смеси до спекания.
Для производства цемента берут сырьевую смесь, состоящую из трех частей известняка (носитель основного окисла — окись кальция) с одной частью глины, содержащей окислы кремния, алюминия, железа.
Иногда такие смеси встречаются в природе — это так называемые известковые мергели-натуралы. Однако такие месторождения чрезвычайно редки. Гораздо чаще встречаются известняки, которые содержат большее или меньшее количество глины, чем это требуется.
Поэтому к ним приходится добавлять чистый известняк (например мел), либо глину.
На большинстве цементных заводов пользуются искусственными смесями. Иногда вместо глины используют диатомит, трепел, глинистые сланцы, мергелистую глину, лесс, а также доменные шлаки или золу горючих сланцев,которые близки по своему химическому составу к глине!
Производство портландцемента складывается из трех основных производственных процессов: приготовления смеси, ее обжига и размола обожженного продукта (клинкера) в порошок.
В настоящее время существуют два основных способа производства: мокрый и сухой. Мокрый — более применим. Приготовление по мокрому способу осуществляется измельчением и смешением исходного сырья с водой.
В результате получается сметанообразная жидкость — шлам с содержанием воды 32—45%. По сухому способу исходные материалы предварительно высушивают и смешивают. Полученный порошок называют сырьевой мукой.
Сырьевая смесь по мокрому способу обжигается во вращающихся печах, по сухому — как во вращающихся печах,так и в шахтных. Вращающаяся обжиговая печь представляет собой металлический цилиндр длиной около 150 м и около 4 м в диаметре.
Цилиндр установлен горизонтально, с небольшим наклоном в сторону от входного отверстия. С одной стороны в эту печь подается шлам (или сырьевая мука), с другой мощной форсункой, действующей сжатым воздухом, в печь (непрерывно подается топливо — нефть, угольная пыль или горючий газ.
Благодаря наклону и вращению печи смесь известняка и глины под действием своей тяжести непрерывно движется навстречу огню, все больше нагреваясь. При этом по мере продвижения вдоль печи смесь претерплевает следующие изменения. При 100 градусах (в зоне подсушивания) она теряет свободную влагу.
Когда она проходит через зону с температурой 450 — 500° (зону подогрева), из нее выгорают органические примеси — вещества органического или растительного происхождения, а также (удаляется химически связанная влага, содержащаяся в глине. При температуре около 900 градусов (в зоне кальцинирования) начинается разложение известняка.
Затем при 1100 — 1200 начинается соединение окиси кальция с окислами кремния, алюминия, железа (происходят реакции в твердых фазах) с образованием кальциевых алюминатов и ферритов некоторых других соединений. Избыточная окись кальция при этом остается свободной. Эта реакция является экзотермической, поэтому участок печи называется экзотермической зоной.
Наконец, при 1400 — 1450° начинается спекание, т. е. частичное плавление сырьевой смеси, а также заканчивается соединением окиси кальция с другими окислами.
В этой зоне (зоне спекания) процесс спекания сопровождается частичным плавлением материала. По окончании обжига образуется спекшаяся твердая масса — клинкер, зерна зеленовато-серого или темно-серого цвета величиной с орех или горошину. Но это еще не цемент, а лишь его полуфабрикат. Далее клинкер охлаждают. Для этого рядом с печами устанавливают особые вращающиеся барабаны — холодильники.
В них клинкер охлаждается встречной струей воздуха. Пройдя холодильники, он поступает на склад,а оттуда на мельницу,где измельчается чугунными шарами в мелкий порошок. При помоле к клинкеру добавляют до 3% гипсового камня и до 5% гидравлических добавок. Эти добавки улучшают качество цемента и делают его производство дешевле.
P.S. В строительстве клинкером еще называется особый вид кирпича большой прочности. Его применение — главным образом для мощения дорог, улиц и полов в цехах промышленных зданий.
Посмотрите видео: Производство цемента
alina-sharapova.ru
Портландцемент. Сырье, принципы производства.
Портландцемент представляет собой гидравлический вяжущий продукт тонкого помола цементного клинкера, который получается путем обжига до спекания природного сырья или искусственной сырьевой смеси определенного состава. Сырье, пригодное для получения портландцемента должно иметь 75-78% карбоната кальция и 22-25% глины. Такое природное сырье встречается крайне редко, поэтому заводы производящие цемент отлично работают на искусственных смесях из карбонатных пород и глины. Спёкшаяся сырьевая смесь в виде зерен 40-50 мм называется клинкером.
Получение портландцемента хорошего качества зависит от содержания главнейших оксидов в клинкере, процент которых должен быть в пределах: CaO – 60-68%. SiO2 – 19-25%, оксида алюминия 4-8%, оксида железа 2-6%.
При содержании в портландцементе серного ангидрида SO3 более 3.5% или MgO более 4.5% наблюдается неравномерность изменения объема. Гидравлический модуль портландцемента 1.7 – 2.7. С целью увеличения содержания в портландцементе того или иного оксида в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки, т.е. вещества, содержащие значительное количество того или иного оксида. При помоле клинкера добавляют до 5% гипса для регулирования сроков схватывания.
Улучшение некоторых свойств портландцемента и снижение его стоимости возможно путем введения до 15% активной минеральной добавки при измельчении клинкера. Портландцемент с активными минеральными добавками маркируют следующим образом: ПЦ 500Д15. Без добавок: ПЦ 500Д.
Технология получения цемента
Основные технологические операции выполняющиеся для получения цемента:
Добыча сырья и приготовление сырьевой смеси.
Обжиг сырьевой смеси и получение цементного клинкера.
Помол цементного клинкера с добавкой
Добыча сырья
Добыча сырья является основной в ступени производства цемента. Сырьём для цемента служит слой известняка зеленовато – жёлтого цвета. Добыча ведётся открытым способом. Залегания цементного известняка располагается на глубину до 10 м. неравномерными слоями до 0,7 м. Из опыта геологоразведочных работ таких слоёв, как правило, четыре.
Первичная обработка
После добычи известняк транспортируют и производят специальную сушку и первичный помол с добавлением специальных добавок. В маркировке такого цемента добавляется обозначение Д20, например ПЦ500 Д0 обозначает 0% добавок, а ПЦ 400Д20 — 20% добавок. В конце прохождения этой стадии смеси подвергают обжигу – таким образом получается клинкер.
Конечная обработка
Далее полученный клинкер ещё раз размалывают и сушат с добавлением известкового камня и активными минеральными добавками. Полученный материал является готовым цементом с заданными свойствами.
Поскольку у каждого вида исходного сырья есть свои особенности: минеральный состав, влажность, прочность каждое производство имеет свою уникальную технологию, позволяющую добиться необходимых свойств цемента.
В основном при производстве цемента на второй стадии используют одну из трёх отработанных технологий:
мокрый;
сухой;
комбинированный.
Мокрый способ
Применяется при производстве цемента из сырья состоящий из мела, глины, железосодержащих добавок. Требование к глине по влажности не более 20%, к мелу – не более 29%. Измельчение сырья производится в воде. Полученная шихта в виде суспензии влажностью до 50% поступает в печь для обжига. Диаметр печи может составлять 7 метров и длиной более 200 метров. В результате обжига получаются небольшие шарики – клинкеры, которые после тонкого помола станут готовым цементом.
Сухой способ
Основным отличием данного способа является то, что сырьё после или во время измельчения не увлажняется, а наоборот сушится. Таким образом, порошкообразная шихта поступает на обжиг уже в сухом виде. Данный вид обработки является наиболее экономически целесообразным, поскольку позволяет экономить не только сырьё, но и энергию, которая при мокром способе тратится на удаления воды из шихты.
Комбинированный способ
Данный способ производства совмещает в себе два способа и предполагает две разновидности технологий.
Мокрым способом готовят сырьевую смесь – шлам. После чего шлам пропускают через фильтры, осушая смесь до 16-18%, а затем отправляют на обжиг.
Химический и минеральный составы портландцементного клинкера.
Химический состав клинкера колеблется в сравнительно широких пределах.
Хим. Св-ва выражает содержание оксидов. Главные оксиды; CaO-63-67%
SiO2_20-24%, Al2O3_4-9%,Fe2O3_2-4% их сумма 95-97%. В небольших количествах могут входить оксиды:MgO. Для обозначения минералов приняты сокращенные написания оксидов CaO-C,SiO2-S
Влияние минералогического состава клинкера на свойства портландцемента.
Повышенное содержание окиси кальция (при условии обязательного связывания в химические соединения с кислотными окислами) обусловливает обычно повышенную скорость твердения портландцемента, его высокую конечную прочность, но несколько пониженную водостойкость.
Цементы с повышенным содержанием кремнезема в составе клинкерной части характеризуются пониженной скоростью твердения в начальные сроки при достаточно интенсивном нарастании прочности в длительные сроки; они отличаются повышенными водо- и сульфатостой-костью.
При повышенном количестве А1203, а следовательно, и алюминатов в составе цементов последние приобретают способность к ускоренному твердению в начальные сроки. Цемент при повышенном содержании глинозема характеризуется меньшими водостойкостью, сульфато-стойкостью и морозостойкостью.
14. Физико-механические свойства портландцемента.
1. Абсолютная плотность ρ = 3050 – 3200 кг/м3
2. Насыпная плотность (ρнц) = 900-1100 кг/м3 в рыхлом состоянии, 1400-1700 кг/м3 – в уплотненном состоянии.
3. Тонкость помола.Чем тоньше помол, тем выше скорость схватывания и быстрее нарастает прочность.
4. Влияние длительности хранения цемента на его свойства. При хранении портландцемента на него воздействуют пары воды и углекислый газ воздуха.
5. Водопотребность – количество воды в процентах к массе цемента, необходимой для получения теста нормальной густоты.
6. Связующая способность.Показывает возможность введения в цементное тесто большого количества заполнителей, что уменьшает усадку, увеличивает долговечность, уменьшает расход цемента.
7. Водоотделение и водоудерживающая способность.Водоотделение обусловлено процессами седиментации (осаждением твердых частиц под действием сил тяжести)
8. Сроки схватывания.Схватывание — процесс, при котором цементное тесто постепенно теряет свою подвижность без приобретения прочности, но с потерей удобоукладываемости. Определяют иглой прибора Вика на тесте нормальной густоты.
9. Усадка и набуханиеУсадка происходит при высыхании, а набухание при увлажнении цемента
10. Выделение тепла при твердении цемента.Наибольшее количество тепла и за короткие отрезки времени выделяют цементы с повышенным содержанием C3S и C3A и цементы высоких марок и более тонкого помола.
11. Равномерность измерения объема цемента.При твердении цементного теста иногда наблюдается искривление изделий, их растрескивание, или полное разрушение.
12. Прочность цемента (активность, марка и класс цемента)Прочностные свойства цемента при изгибе и сжатии цемента определяют на образцах – балочках 40×40×160 мм, приготовленных из стандартного мало пластичного (нормальной консистенции) цементного раствора состава 1:3 (цемент: стандартный песок) и = 0,4
13. Влияние условий твердения на прочность портландцемента. Снижение температуры окружающей среды замедляет твердение цементных растворов тем сильнее, чем ниже температура.
14. Огнестойкость и жаростойкость бетонов и растворов.При нагреве бетона свыше 547 °C в цементном камне происходит диссоциация Ca(OH)2 → CaO + H2O (При температуре больше 547 °C) образующаяся известь разрушает изделие.
15. Морозостойкость.Повышают: Уменьшением водоцементного отношения.· Увеличением тонкости помола до S = 5000 – 6000 см2/г.
infopedia.su