Цемент сырье подготовка сырья

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 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/м 3

2. Насыпная плотность (ρ_нц) = 900-1100 кг/м 3 в рыхлом состоянии, 1400-1700 кг/м 3 – 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 см 2 /г.

Источник

Производство цемента: сырье и материалы

Цементный порошок применяется в качестве вяжущего компонента для приготовления строительных смесей и растворов. По мере высыхания рабочая масса затвердевает. Сухой остаток по свойствам становится близким к природному камню. Конкретные характеристики зависят от технологической схемы производства цемента.

Сырье для производства цемента

В качестве сырья для производства цемента используются минералы природного происхождения. Часть идет на формирование клинкерной основы. Другая нужна для корректировки тех или иных характеристик конечного продукта.

Производство цемента: материалы

Основой для изготовления цемента является клинкер. Это обожженная смесь из глины и пород карбонатного происхождения. К первым относится три материала:

1. Глина содержит минералы, при смачивании массы которые придают ей эластичность и объем. Если в составе присутствуют песок и пыль, то материал называют суглинком.
2. Глинистый сланец отличается твердостью и повышенной плотностью. В природе сырье встречается в виде тонких пластин с низким водопоглощением.
3. Лесс — это хрупкий композит, основой которого является кварц, полевой шпат. Материал имеет пористую структуру и обладает малой пластичностью. С содержанием глины выделяют также лессовидный суглинок.

Карбонаты включают известняк, доломиты, мел и мергель. Вторая пара компонентов имеет аморфную структуру. Это положительно сказывается на взаимодействии составных частей во время обжига.

Мел относится к группе известняков с мажущей способностью. Осадочная порода легко поддается обработке. Мергель со схожей природой обладает также свойствами глины. Это объяснимо ее содержанием в твердом или рыхлом материале с различной влажностью.

Добавки

Дополнительные материалы (содержание не более 15 % от общей массы) позволяют придавать конечному продукту усиленные свойства. Это могут быть стойкость к влаге или механической нагрузке, повышение плотности или создание ячеистой структуры. Например, в смесь молотого клинкера добавляют небольшое количество гипса (до 5 %) для ускорения затвердевания раствора.

Также первичное или вторичное сырье применяется для изготовления отдельных видов цементного вяжущего:

• белый с высокими показателями прочности актуален для создания декоративных растворов;
• гидрофобный обладает минимальным водопоглощением и стойкостью к морозам;
• глиноземистый быстро набирает прочность (до 50 % в первые сутки);
• пуццолановый при высыхании практически не выделяет тепло, что снижает риск неравномерной осадки монолита;
• расширяющийся по мере высыхания увеличивается в объеме.

Самый востребованный вид — портландцемент. На 80 % материал представлен силикатом кальция. Глиноземистый характеризуется быстрым схватыванием. Основой магнезиального цемента является оксид магния. Этот продукт проявляет слабую устойчивость к ржавчине, но обладает хорошей адгезией к дереву. Кислотоупорный вид вяжущего изготавливают с гидросульфитом натрия.

Технология изготовления

Различают два способа производства цемента. Выбор метода связан со спросом на тот или иной материал и географическим расположением завода. Суть технологий сводится к приготовлению (добыча, дробление, измельчение ингредиентов) и обжигу смеси глины с известняком при температуре около +1450 градусов по Цельсию.

Полученный клинкер подвергают измельчению в специальных мельницах, смешиванию с гипсом и функциональными добавками. От фракции заготовок зависит качество конечного продукта (чем мельче, тем выше).

Сухой метод

Сухой способ производства цемента популярен за рубежом (Турция, Египет, Китай). Он направлен на ускорение и удешевление процесса. Здесь совмещено перемалывание и сушка компонентов под воздействием нагретого газа. В итоге получают однородную муку (шихту), готовую для изготовления клинкера.

Минусом считается экологическая сторона и сложность отслеживания “чистоты” исходного сырья.

Методика с добавлением воды (мокрый)

Мокрый способ производства цемента подразумевает замену известняка мелом. Также процесс измельчения компонентов сопровождается добавлением воды в мельницу. Здесь в результате получают шлам с влажностью до 40-50 %. Перед подачей рабочей массы на обжиг ее выдерживают в специальном бассейне, чтобы скорректировать состав.

Минусом технологии считается затратность на дополнительную очистку и сушку ингредиентов.

Комбинированный способ

Существует третья технология, которая совмещает принципы сухого и мокрого способа. Здесь заготовка для создания клинкера содержит около 10-18 % влаги. Получают такую шихту либо в мельницах, либо путем отдельного увлажнения сухой смеси. При этом обжигают состав после сушки, что позволяет снизить энергозатраты.

Главными плюсами такого подхода являются возможность использования вторичного сырья (металлургические отходы) и низкий процент отбракованного конечного продукта.

Изготовление белого цемента

Производство белого цемента незначительно отличается от методов изготовления серого аналога. Подготовка сырьевой базы и заготовок под обжиг происходит идентичным способ. Разница заключается в работе с клинкером. Здесь его резко охлаждают при выходе из печи. Здесь температура снижена до +300 градусов по Цельсию, отсутствует кислород, но используется вода.

Обзор изготовителей цемента в России

Изготовление цемента в России началось официально с 1825 года после получения патента на вяжущий компонент русским ученым. Сегодня отечественными заводами налажено производство различного цемента по любой технологии (доминирует мокрый способ, до 90 %). После закрытия более половины предприятий после распада СССР были организованы объединения, которые действуют по сей день.

Среди ведущих компаний можно выделить 3 лидеров:

1. Евроцемент Групп. Включает 13 крупнейших заводов по всей территории страны, всего их 16 в России и 3 в Украине и Узбекистане. На мировом рынке производитель входит в первую пятерку.
2. Акционерное общество Новоросцемент. По мощности это четвертое место, но среди отечественных изготовителей — второе. Здесь в составе всего 3 цементных завода.
3. Холдинг Сибирский цемент. На трех предприятиях этого поставщика производят не на много меньше цемента, чем у второго лидера. Здесь имеются свои базы по добыче и переработке сырья, сервисные компании.

Группа Востокцемент представлена тремя заводами полного цикла. Они расположены на Дальнем Востоке. Еще имеется 4 предприятия по изготовлению нерудных материалов. Холдинг Базэлцемент. Объединяет компания несколько крупных заводов и предприятий по производству цемента, ЖБИ и строительных материалов.

Заключение

Востребованный минеральный вяжущий компонент для строительных смесей изготавливают на основе глины с известняком. Процесс производства цемента предполагает обжиг базовых ингредиентов, измельчение и смешивание полученной муки с гипсом и добавками. В России имеется своя база для добычи и подготовки сырья, получения готовых продуктов. Технология чаще применяется по мокрому методу.

Рекомендуем посмотреть старый научный ролик про производство цемента — очень познавательно и интересно!

Источник

Цемент сырье подготовка сырья

Общее описание технологического процесса производства цемента

Главные процессы и подпроцессы

Существует четыре главных технологических способа производства — сухой, полусухой, полувлажный и мокрый процесс.

Обычно все эти процессы включают в себя следующие подпроцессы:

• Карьерные работы
• Подготовка сырья
• Подготовка топлива
• Горение клинкера
• Подготовка минеральных добавок
• Размол цемента
• Отправка цемента

Карьерные работы

Природное («первичное») сырье, например, известняк/мел, известковая глина и глина/сланец добываются в карьерах, которые, в большинстве случаев, расположены поблизости от цементного завода. После добычи сырье дробится непосредственно в карьере и транспортируется на цементный завод для промежуточного хранения, гомогенизации и дальнейшей переработки.

«Корректирующие» материалы, такие как глинозем, железная руда или песок могут быть необходимы в химическом составе сырьевой смеси в соответствии с требованиями процесса и технических требований к продукту. Количество корректирующих материалов обычно очень мало по сравнению с общими объемами основного сырья.

В ограниченных объемах используется «вторичное» (или «альтернативное») сырье, получаемое от индустриальных источников, чтобы заменить природное сырье и коррективы. Таким же образом как традиционное сырье, они могут подаваться на дробилку карьера или непосредственно в процессе подготовки сырья на цементном заводе.

На сегодняшний день, современные методы обработки на компьютере позволяют оценить сырье и оптимизировать долгосрочные и краткосрочные производственные планы.

Подготовка сырья

После промежуточного хранения и догомогенизации сырье сушится и перетирается в определенных и хорошо контролируемых пропорциях в мельницах, в результате чего получается сырьевая мука для сухого (и полусухого) процесса. При влажном (и полувлажном) процессе сырье – катализированная суспензия, измельчается с определенным количеством воды для получения жидкого цементного теста.

В зависимости от технологического процесса может быть применена дополнительная ступень, например, подготовка «гранул» из сырьевой смеси – сухого тонко размолотого вещества (полусухой процесс), или получение «фильтрационного осадка» в процессе осушения жидкого раствора в фильтрующем прессе (полувлажный процесс).

Получающийся промежуточный продукт — то есть сырьевая мука или жидкое цементное тесто (или их производные) — сохраняется и далее гомогенизируется в бункерах сырьевой смеси или шламовых бассейнах, в результате чего достигается и поддерживается необходимый однородный химический состав перед отправлением в печь.

Как правило, приблизительно необходимо 1.5 — 1.6 тонны (сухого) сырья для производства одной тонны спекшегося материала — клинкера.

Подготовка топлива

Обычное (ископаемое) топливо, используемые в европейской цементной промышленности — главным образом уголь (гумат и каменный уголь), топливный мазут (продукт, получаемый в результате очистки сырой нефти) и необработанная нефть (‛бункер C“). Природный газ редко используется из-за его высокой стоимости.

«Альтернативные» виды топлива — неорганические топлива, производимые из индустриальных отходов — широко используются в наши дни вместо традиционных видов ископаемого топлива.

Подготовка топлив — то есть измельчение, высыхание, размол, и гомогенизация – обычно производится на месте. Для этого нужны угольные мельницы, бункеры и помещения для хранения твердого топлива, резервуары для жидкого топлива и соответствующий транспорт и системы подачи к печам.

Потребление топлива в значительной степени зависит от основного технологического процесса, применяемого при спекании цементного клинкера.

Спекание цементного клинкера

Готовое сырье поступает в печи, где подвергается процессу тепловой обработки, состоящему из последовательных ступеней высыхания/подогрева, прокаливания (например при получении CO2 из известняка), и спекания (или ‛клинкеризации“, например при минерализации клинкера при температуре до 1450 ° C). Спекшийся продукт «клинкер» охлаждается потоком воздуха до 100-200 ° C и транспортируется к месту хранении.

Обычно применяются барабанные печи с или без так называемых циклонных теплообменников ( в более современных системах — «декарбонизатор») в зависимости от основного процесса избранного проекта. Сама барабанная печь представляет собой наклонную стальную трубу с соотношением длины и диаметра 10 х 40. Небольшой наклон (от 2.5 до 4.5 %) вместе с медленным вращением (0.5 — 4.5 оборотов в минуту), позволяют перемещать обрабатываемые материалы достаточно долго для достижения термической конверсии требуемых процессов.

Высокая температура в печи используется для сушки сырья, твердого горючего или минеральных добавок в мельнице. Отработанные газы проходят через электростатические осадители или системы мешочных фильтров прежде, чем выпускаются в атмосферу.

Размол цемента

Портландцемент производится путем совместного размола клинкерного цемента с небольшим количеством природного или индустриального гипса (или ангидрита) на цементном заводе. Цементы с добавками (или «смешанный» цемент) содержат другие элементы, например, раздробленный доменный шлак, природный или индустриальный туф (например, вулканические туфы или зола – отходы от тепловых электростанций), или инертные наполнители, такие как известняк.

Минеральные добавки вводятся при дроблении вместе с клинкером или размалываются отдельно и смешиваются с портландцементом.

Размалывающие установки могут быть расположены отдаленно от производства клинкера.

Различные типы цемента должны храниться отдельно в цементных бункерах до укладывания в мешки и отправки потребителю.

Подготовка минеральных добавок

Минеральные добавки из природных или индустриальных источников, которые будут использованы в цементе с добавками, должны быть вначале высушены, раздроблены или перетерты в отдельных сооружениях на месте. Отдельные ‛перемалывающие заводы“, где производятся минеральные добавки, могут быть расположены далеко от места производства клинкера.

Отправка цемента

Цемент может быть отправлен или насыпью, или упакованный в мешки и уложенный в штабеля для отправки. Использование видов транспортировки (то есть дорог, железных дорог, водных путей) зависит от местных условий и требований.

Источник