Материалы производства цемента: Материалы для производства цемента. — Завод строительных смесей «ВосЦем»

Производство цемента — (Статья на ТВС)

Цемент не является природным материалом. Его изготовление — процесс дорогостоящий и энергоемкий, однако результат стоит того — на выходе получают один из самых популярных строительных материалов, который используется как самостоятельно, так и в качестве составляющего компонента других строительных материалов (например, бетона и железобетона). Цементные заводы, как правило, находятся сразу же на месте добычи сырьевых материалов для производства цемента.

Производство цемента включает две ступени: первая — получение клинкера, вторая — доведение клинкера до порошкообразного состояния с добавлением к нему гипса или других добавок. Первый этап самый дорогостоящий, именно на него приходится 70% себестоимости цемента. А происходит это следующим образом: первая стадия — это добыча сырьевых материалов. Разработка известняковых месторождений ведется обычно сносом, т. е. часть горы «сносят вниз», открывая тем самым слой желтовато-зеленого известняка, который используется для производства цемента. Этот слой находится, как правило, на глубине до 10 м (до этой глубины он встречается четыре раза), и по толщине достигает 0,7 м.

Затем этот материал отправляется по транспортеру на измельчение до кусков равных 10 см в диаметре. После этого известняк подсушивается, и идет процесс помола и смешивания его с другими компонентами. Далее эта сырьевая смесь подвергается обжигу. Так получают клинкер. Вторая стадия тоже состоит из нескольких этапов. Это: дробление клинкера, сушка минеральных добавок, дробление гипсового камня, помол клинкера совместно с гипсом и активными минеральными добавками. Однако надо учитывать, что сырьевой материал не бывает всегда одинаковым, да и физико-технические характеристики (такие как прочность, влажность и т. д.) у сырья различные.

Поэтому для каждого вида сырья был разработан свой способ производства. К тому же это помогает обеспечить хороший однородный помол и полное перемешивание компонентов. В цементной промышленности используют три способа производства, в основе которых лежат различные технологические приемы подготовки сырьевого материала: мокрый, сухой и комбинированный.

Мокрый способ производства используют при изготовлении цемента из мела (карбонатный компонент), глины (силикатный компонент) и железосодержащих добавок (конверторный шлам, железистый продукт, пиритные огарки). Влажность глины при этом не должна превышать 20%, а влажность мела — 29%. Мокрым этот способ назван потому, что измельчение сырьевой смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии — шлама влажностью 30 — 50%. Далее шлам поступает в печь для обжига, диаметр которой достигает 7 м, а длина — 200 м и более. При обжиге из сырья выделяются углекислоты. После этого шарики-клинкеры, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок, который и является цементом.

Сухой способ заключается в том, что сырьевые материалы перед помолом или в его процессе высушиваются. И сырьевая шихта выходит в виде тонкоизмельченного сухого порошка.

Комбинированный способ, как уже следует из названия, предполагает использование и сухого и мокрого способа. Комбинированный способ имеет две разновидности. Первая предполагает, что сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, потом её обезвоживают на фильтрах до влажности 16 — 18% и отправляют в печи для обжига в виде полусухой массы.

Второй вариант приготовления является прямо противоположным первому: сначала используют сухой способ для изготовления сырьевой смеси, а затем, добавляя 10 -14% воды, гранулируют, размер гранул составляет 10 — 15 мм и подают на обжиг.

Технология производства цемента

Технология производства цемента довольно сложна, это поэтапный высокотехничный процесс. Причем качество конечного продукта зависит от множества факторов, которые непременно нужно учитывать. Из-за популярности и, можно сказать, универсальности данного строительного материала, конкуренция среди производителей велика. Потребитель же выбирает товар, исходя не только из его стоимости, но и характеристик.

Технология изготовления цемента: этапы

Строго говоря, есть две основных фазы в производстве цемента. Это изготовление клинкера из шлама либо сухой шихты (та, в свою очередь, получается из смеси природных материалов) и изготовление самого портландцемента методом измельчения гранул клинкера с добавками. Если говорить о первом этапе более подробно, то следует упомянуть разные способы получения клинкера. 

1. Технология производства цемента сухим способом – составные части будущего клинкера (известняк, мел, глина, уголь, мергель) высушиваются в сушильных барабанах и измельчаются в порошкообразную массу. После этого смешиваются без использования воды – получается сухая шихта. Этот метод экономически целесообразен, если уровень влажности сырья достаточно низок – до 12 процентов. Тогда затраты на сушку компонентов ниже, чем расходы на мокрый метод.
2. Технология производства цемента мокрым способом предполагает использование воды. Из исходного сырья получается шлам с уровнем влажности от 30 до 50 процентов. Вещество перемешивается до однородного состояния и измельчается. После этого шлам подается в печь, предназначенную для обжига клинкера, где поддерживается температура более 1400 градусов Цельсия. На этом первый этап обработки завершается.
3. Технология получения цемента смешанным способом представляет собой соединение обоих перечисленных выше методов. В результате получается клинкер с усредненным показателем влажности – около 20 процентов. При этом изначально сухая шихта искусственно увлажняется, а мокрая – высушивается до нужного состояния. Далее этот материал также поступает на обжиг.

Ресурсосберегающая технология цемента

Шлаки металлургического производства (мартена, доменных печей и т.д.) могут использоваться в качестве сырья для производства цемента. Это не только удешевляет процесс изготовления, но и решает вопрос переработки шлаков. Щелочным компонентом при этом может быть щелочной раствор, который применяется с целью очистки металлических отливок. К сожалению, вместо рационального использования полезные материалы чаще попадают в шламонакопители.

Для производства шлакощелочного цемента технология будет несколько отличаться от метода изготовления портландцемента. Измельченный шлак смешивается с щелочной составляющей. Характеристики полученного материала также отличны от параметров портландцемента. Так, шлакощелочной бетон более морозостоек благодаря меньшей пористости цементной пасты. Шлакощелочной цемент не является хромосодержащим веществом (а портландцемент может содержать в разных количествах водорастворимые соединения хрома). 

В производстве шлакощелочного цемента новые технологии почти не применяются – это давно известный материал, изобретенный еще в XIX веке. Однако в нашей стране этот метод изготовления цемента до сих пор не имеет столь обширного распространения, как за рубежом.

ЦементПерейти в каталог

Цемент М500 портланд

Технология производства цемента: основные этапы, тонкости процесса. От чего зависит качество продукта. Мокрый, сухой и комбинированный методы получения клинкера.

СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТА

Основными материалами, используемыми в производстве цемента, являются минералы, содержащие оксид кальция, кремнезем, оксид алюминия и оксид железа.

Эти компоненты редко встречаются в одном виде сырья; поэтому для производства цемента сырьевая смесь выбирается по следующим компонентам:

КАРБОНАТНЫЙ КОМПОНЕНТ (богатый кальцием) содержится в сырьевой смеси в количестве 76-80%:

• Известняк. Твердость по шкале Мооса 1,8-3,0. Чем старше геологическая фракция, тем тверже. Одной из разновидностей известкового шпата является мрамор.
• В отличие от известняка имеет более рыхлую землистую структуру; поэтому он относится к специально разработанному сырью для влажного производства. Мел – мягкое сырье, не требует дробления.
• Мергель – известняк с примесями кремнистых и глинистых веществ, а также окиси железа. Является переходной стадией к глине. Твердость мергеля ниже твердости известняка. Чем больше глинистого вещества, тем ниже его твердость. Это отличное сырье для производства цемента.

Каждый из этих материалов имеет разный коэффициент измельчения.

Чем выше коэффициент помола, тем сильнее измельчается этот материал. Коэффициенты измельчения основного сырья при производстве цемента приведены в таблице ниже.

Материал для измельчения	Коэффициент помола
Клинкер для вращающейся печи	1,00
Клинкер шахтной печи	1,15-1,25
Шлак доменный гранулированный	0,55-1,10
Мел	3,70
Глина	3,00-3,50
Марль	1,40
Известняк	1,20
Кварцевый песок	0,60-0,70

ГЛИНИСТЫЙ КОМПОНЕНТ (содержит мало извести)

Глинистые минералы имеют мелкозернистую структуру; размер зерна не превышает 2 мкм.

КОРРЕКТИРУЮЩИЕ ДОБАВКИ

Корректирующие добавки вводятся в тех случаях, когда химический состав сырьевой смеси не соответствует установленным требованиям. Например, песок, трепел используют для увеличения кремнезема. При недостатке оксида железа для снижения температуры спекания клинкера и повышения коэффициента насыщения добавляют пиритный огарок, железную руду. Это приводит к экономии газа во время горения. Карбонатные и глинистые компоненты используются для обеспечения необходимого содержания CaCO3. Они имеют разные карбонатные компоненты CaCO ₃ (титр). Карбонатная составляющая содержит до 97% CaCO3, глинистая – около 10%. Необходимо добиться, например, титра 80%. Поэтому на цементных заводах существуют шламонакопители с высоким и низким титром. Ил из бассейнов смешивают в определенных пропорциях.

В связи с этим каждый цементный завод имеет свой, уникальный состав сырья для производства готовой продукции. Например, смеси материалов, используемые некоторыми цементными заводами Украины.

– известняк, глина, шлак;

– мергель, мел; зола 2,5%;

– известняк, глина + суглинок, корректирующие добавки;

– известняк-ракушечник; красноватая глина;

– обогащение угля, кек, огарки;

– мергель, суглинок, колчеданный огарок.

Выбор состава смеси материалов с полезными компонентами, как правило, определяется географическим положением завода и поставкой сырья.

Единственной общей чертой всех заводов по производству цемента является сложность измельчения исходного материала, так как материал достаточно твердый и обладает высокой абразивностью.

Именно поэтому при измельчении материалов в трубных мельницах в этой отрасли используются высококачественные мелющие шары с высокой твердостью по всему сечению. Компания Энергосталь на протяжении 10 лет поставляет мелющие шары на цементные заводы не только Украины, но и зарубежья.

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:

CaO	65- 68%
SiO2	20- 23%
Al2O3	4- 6%
Fe2O3	2- 4%
MgO	1- 5%
Mn2O3	0,1- 3%
TiO2	0,1- 1%
SO3	0,1- 2%
К2О	0,1- 1%
Na2O	0,1- 0,5%

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 взаимодействует 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 охладителе 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 (оксид натрия) и K2O (оксид 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).