Что такое известняк для получения цемента

Что такое известняк для получения цемента

Публикуя статью Я. В. Смирнова, редакция надеется, что молодежь известковых и кирпичных — заводов проявит инициативу в практическом осуществлении его предложения и своим опытом получения цемента из местного сырья по упрощенной технологии поделится на страницах нашего журнала.

Иван Васильевич СМИРНОВ — один из старейших советских изобретателей в области промышленности строительных материалов. Особенно широкую известность он получил в связи с открытием им способа так называемого гидратационного твердения извести. За эту работу в 1949 году внеочередным постановлением ему была присуждена Сталинская премия первой степени. В настоящее время И. В. Смирнов работает в Научно-исследовательском институте новых строительных материалов Академии строительства и архитектуры СССР.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Цемент — это «хлеб» строительной индустрии. Сейчас, пожалуй, нет ни одного мало-мальски крупного строительства, где не применялся бы этот вяжущий материал. Наиболее же широкое распространение он получил в связи с развитием индустриальных методов производства строительных работ из сборного железобетона.

Однако, несмотря на огромные достижения современной науки в области производства цемента и небывалое развитие цементной промышленности, нашим многочисленным стройкам все еще не хватает этого «хлеба». Особенно большой цементный голод ощущают стройки, ведущиеся в отдаленных и небольших населенных пунктах и в сельских местах. Объясняется это тем, что производством цемента до сих пор занимаются только крупные промышленные предприятия и что он все еще является строго фондируемым материалом.

В современной цементной промышленности, базирующейся на специальном сырье, принята весьма громоздкая технология, нуждающаяся в огромных заводах со сложным и дорогостоящим оборудованием. В качестве сырья для таких заводов обязательно нужны огромные залежи так называемых естественных карбонатных пород, то есть мергелей, мела и других, которые имеются далеко не во всех районах страны. Кроме того, для получения цементного клинкера из такого сырья нужны специальные обжигательные печи длиною до 185 м, огромные склады с вместительными хранилищами бункерного типа для хранения сырья и готовой продукции, сложное дробильно-размольное и другое оборудование. Все это исключает возможность повсеместного производства цемента и резкого увеличения его выработки для наиболее полного удовлетворения нужд многочисленных строек. А между тем имеются все возможности для того, чтобы производство цемента сделать поистине массовым и повсеместно доступным.

ВСПОМНИМ ЗАБЫТОЕ

Еще в 1825 году наш соотечественник Егор Челиев взял патент на способ производства «мартеля», то есть цемента из гашеной извести и обыкновенной глины. Способ этот был основан на повторном обжиге извести в печах вместе с глиной, находящейся в брикетах. После спекания брикетов их дробили в ступах, а потом размалывали естественными каменными жерновами крепких пород в тонкий порошок, превращая таким образом брикеты в цемент.

Как видим, предложенная свыше ста тридцати лет тому назад Егором Челиевым технология изготовления цемента весьма проста и общедоступна. Но, к сожалению, она незаслуженно была забыта.

Спрашивается, почему?
Широко осуществленная Челиевым идея раздельного обжига извести и спекания клинкера не получила дальнейшего развития потому, что известь в этом случае применялась в гашеном виде. Это приводило к весьма медленному высыханию известково-глиняных брикетов в естественных условиях перед спеканием в клинкер. А также потому, что из-за отсутствия печной и дробильно-помольной техники клинкер толкли в специальных ступах с конными приводами.

Но сейчас совсем другое дело. Теперь, когда уже выявлены новые свойства негашеной извести и когда старая теория твердения ее уступила господство новой, так называемой «гидратационной теории», разработанной кандидатом технических наук Б. В. Осиным, появились новые возможности успешно возродить раздельную, легко доступную технологию производства цемента и осуществить ее на новой основе.

НАШИ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Около 30 лет тому назад мною были открыты новые свойства извести, а именно — ее гидратационное твердение. Это заставило коренным образом пересмотреть существовавшее веками представление об этих свойствах. Оно уже получило научное обоснование в трудах советских ученых и заложило основу новой теории производства вяжущих и самих строительных материалов.

Эта теория, а также опыт Челиева убедили многих в том, что проблему создания упрощенной технологии производства цемента можно решить только при разделении основных процессов получения цементного клинкера на две части. Первая часть процесса — обжиг известняка с целью получения из него комовой извести, и вторая часть — скоростное спекание в малогабаритных и весьма простых по устройству спекательных аппаратах шихты, приготовленной из смеси глины и негашеной извести.

По этой упрощенной технологии производства цемента в шихту вводится не известняк, а негашеная известь, так называемая «известь-кипелка», которая смешивается с глиной в дробильно-размольных аппаратах. Причем шихта состоит в среднем из 55% извести и 45% (в пересчете на сухое вещество) глины.

Полученная таким путем смесь прессуется в брикеты, окаменение и обезвоживание которых происходит весьма быстро за счет гидратационного твердения негашеной извести и разогревания от развиваемой при этом теплоты. Затем брикеты, в зависимости от плавкости глины, спекаются при температуре 1000—1100°, после чего дробятся и размалываются в шаровых мельницах. Полученный в результате размола порошок и есть тот цемент, который с успехом может быть применен для целей массового жилищного и производственного строительства, так как прочность его составляет в среднем 100 кг/см2, то есть соответствует обычному цементу марки «100».

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

Процесс производства цемента разделяется на две части: на термохимическую и механическую. К первой из них относится получение из исходных материалов — известняка и глины — цементного клинкера, а ко второй — дробление и помол этого клинкера.

Нет необходимости подробно описывать процесс обжига камня-известняка и получение из него комовой извести — он давно и хорошо всем известен. Дробление негашеной извести также может производиться на существующих известковых заводах и на том же оборудовании. Менее известным является упрощенный процесс получения цементного клинкера. Поэтому мы и остановимся на нем более подробно. Исходными компонентами для составления клинкерной шихты являются комовая известь-кипелка и обыкновенная глина, взятая прямо из карьера. Причем известь необходимо предварительно измельчить бегунами в крупку.

Затем дробленая известь-кипелка и разрыхленная карьерная глина естественной влажности через тарельчатые дозаторы поступает в сырьевую шаровую мельницу, где известь начинает гидратироваться, то есть гаситься. При этом она отнимает воду из глины, благодаря чему вся перемалываемая масса сильно разогревается за счет экзотермического процесса, происходящего при гидратации извести с водой. В мельнице происходит сложная термохимическая реакция, в результате которой смесь бурно кипит, причем образуется тонкодисперсная масса, которая и поступает в горячем виде в обычный шнековый пресс для брикетирования. В ходе технологического потока изготовления брикетов они затвердевают и даже высушиваются, что происходит благодаря наличию в смеси извести с глиной большого количества тепла. Полученные таким образом брикеты в затвердевшем и высушенном виде сразу же поступают в зону высоких температур — на спекательную решетку, в вагранку или в любую другую печь, где они спекаются, оплавляются или даже доводятся до расплава, в результате чего и образуется цементный клинкер.

Ввиду того что в полученных брикетах не содержится углекислоты, процесс спекания резко сокращается. Причем для этого не нужно длинных печей специальных и сложных конструкций. Весь процесс спекания шихты в цементный клинкер может осуществляться в малогабаритных печах, на агломерационных решетках, на установках для получения керамзита, а также в широко распространенных тоннельных, кольцевых, шахтных и других печах. Короче говоря, спекание клинкера можно осуществить в любой печи, даже в напольной, при расходе топлива, не превышающем установленных норм для известковой промышленности. При этом вес шихты на одну тонну цементного клинкера составляет всего лишь 1 120 кг.

Завершающая стадия получения цемента — помол полученного клинкера — также может осуществляться с помощью любых существующих агрегатов для измельчения. Принципиальная схема производства цемента по новой технологии показана на второй странице обложки, а схема физико-химического процесса превращения извести и глины в клинкерный цемент — на приведенном здесь рисунке.

Описанная технология производства цемента из местных материалов значительно расширяет возможность получения цемента марок «200» и «250» и делает доступным производство такого материала повсеместно, не прибегая к сооружению крупных индустриальных заводов. А что это значит для всемерного развития строительства — об этом говорить излишне!

Как делают цемент

Пишет фотоблоггер vic­tor­pro­fes­sor: «Цементная промышленность является одной из важнейших отраслей материального производства. Значение этой отрасли в народном хозяйстве определяется прежде всего ее неразрывной связью с ходом капитального строительства. Цемент — один из главнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов, железобетонных изделий, а так же для скрепления отдельных деталей строительных конструкций, гидроизоляции и многих других целей.

Летом прошлого года я провёл съемку на заводе Lafarge («Уралцемент»), находящийся в поселке Первомайский, Челябинской области. Завод производит цемент по мокрому способу с 1957 года и по объемам производства находится в десятке крупнейших цементных заводов России. Для производства цемента используют глину и известняк. В качестве топлива выступает природный газ.»

История портландцемента начинается 21 октября 1824 года, когда английский каменщик Джозеф Аспдин получил патент на вещество, которое назвал «портландцемент», поскольку его цвет напоминал серый цвет скал, находившихся вокруг города Портланд.

Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, гипса и специальных добавок. Свойства портландцемента зависят от состава клинкера и степени его измельчения. Важнейшее свойство портландцемента — способность твердеть при взаимодействии с водой. Оно характеризуется маркой портландцемента, определяемой по прочности на сжатие и изгиб стандартных образцов цементно-песчаного раствора после 28 суток твердения во влажных условиях.

2. Производство цемента складывается из двух основных технологических процессов: получение клинкера (наиболее трудоемкий и энергозатратный этап) и его помол с соответствующими добавками.

3. Для изготовления цемента сначала добывают известняк и глину из карьера.

6. Пройдя предварительную обработку, исходные материалы поступают в мельницу мокрого самоизмельчения «Гидрофол», где перерабатываются в шлам. Затем шлам домалывается в сырьевых мельницах и усредняется в шламбассейнах.

7. На заводе находится специальная лаборатория, в которой производят постоянный контроль качества и дозировку сырьевых материалов и добавок. И в том числе проводят тестирование конечного продукта на прочность.

11. Затем тонкомолотый сырьевой шлам вводится во вращающуюся печь (длиной около 200 м и диаметром 4 м) и обжигается при температуре 1450 градусов Цельсия.

12. При обжиге частички сырья сплавляются между собой, образуя клинкер.

13. Печь для обжига представляет собой вращающийся металлический цилиндр, который наклонен к горизонтальной плоскости под углом 3–4 градуса, чтобы обеспечить возможность движения материала вдоль печи.

14. Полученный клинкер охлаждается в холодильниках, дробится и подается транспортерами в бункеры цементных мельниц для помола.

15. Электрофильтры на вращающихся печах позволяют сократить выбросы пыли в атмосферу в 10–30 раз.

18. Остывший клинкер подается в мельницу.

20. Это самый шумный участок производства. Находится в цеху без наушников просто невозможно.

21. Цемент получают путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, минеральных добавок (10–15%) и гипса (3–7%), который служит для регулирования сроков схватывания. Размер зерен цемента лежит в пределах от 1 до 100 мкм.

24. Процедура LOTOTO (Lock­Out / TagOut / Try­Out). Комплекс действий для повышения безопасности на производстве.

25. Различные минеральные добавки служат для придания бетонам, растворам и др. изделиям на основе цемента специальных свойств (скорость затвердевания, устойчивость в природных водах, морозостойкость).

28. Полученный портландцемент транспортируется из мельниц в силосы для хранения.

29. Из силосов цемент отгружают железнодорожными вагонами и автомобильным транспортом в следующем виде: навалом, специальными контейнерами МКР весом до 1 тонны, бумажными мешками весом 50 кг.

А вы знали, что у нас есть Instagram и Telegram?

Подписывайтесь, если вы ценитель красивых фото и интересных историй!

Камень известняк и его применение в строительстве

Чтобы понять, что такое известняк, необходимо узнать о его происхождении и местах залегания. Забегая вперед, скажем, что эта горная порода очень востребована в строительстве как натуральный природный камень, а также как вяжущий элемент при изготовлении извести и цемента.

Известняк также используют в пищевой и химической промышленностях и в качестве флюса (примеси) в металлургии. Такое массовое применение и популярность материала объясняет его добычу в огромных масштабах во многих уголках мира.

Как зарождается известняк?

Живые морские организмы, большие и малые, имеют очень важное значение в зарождении известняка. Развиваясь на глубине моря в огромных количествах, эти морские обитатели невероятно быстро размножаются, но также быстро и погибают.

Микроорганизмы успевают за время своего существования извлечь из воды достаточное количество извести, чтобы обустроить на своем теле надежную защиту в виде панцирей или разнообразных ракушек. Впоследствии скелеты умерших микроорганизмов залегают на морском дне целыми пластами.

С течением времени эти пласты прессуются водной массой, становятся прочными и в итоге превращаются в камень, главной составляющей которого является кальцит. В итоге, количество карбоната кальция составляет 60% от общей массы известняка. Остальную часть составляют углекислый газ и незначительные глинистые примеси. Именно примеси окрашивают известняк в разные цвета.

Виды известняка

Природный камень характеризуется по следующим параметрам:

• происхождению;
• структуре;
• химическому составу;
• строению.

Видео: Известняк-ракушечник

Происхождение камня

• Органогенные. Образованы из различных остатков органического происхождения, к которым относятся: известняк шламовый и рифовый, а также ракушечник.
• Хемогенные. Возникают в процессе осаждения кальция.
• Обломочные. Являются результатом разрушительной деятельности самых старейших известняков.

Структура известняка

• Плотные. Встречаются практически во всех образованиях. Большей частью состоят из обломков панцирей либо раковин различных микроорганизмов и незначительной части мельчайших зерен.
• Микрокристаллические или мраморовидные известняки — это подвиды мрамора.
• Известняки землистые — это мел.
• Пористые. Это структура травертина, известкового туфа, ракушечника.

Химический состав

• Доломитизированные. В состав данных известняков входит до 17% магния. При увеличении данной цифры доломитизированные известняки переходят в группу доломитов, пройдя перед этим через ряд промежуточных процессов.
• Мраморизированные известняки — это переходные варианты образований, приводящие в результате к превращению в мрамор.
• Мергели. Камни, в состав которых входит до 50% глинистых частиц.

Строение

• Известняки различаются между собой по степени зернистости:
• Оолитовые. Имеют зернистую структуру. Зерна-оолиты плотно скреплены между собой. Размер зерен не превышает 1 мм. Оолиты обладают способностью растворяться. Тогда на их месте образуются пустоты.
• Позолитовые. Структура данных известняков состоит из более крупных зерен, размер которых превышает 1 мм.

Цвет природного камня

Стандартный цвет породы — белый, серый, желтоватый. Примеси, входящие в состав камня, могут придавать ему различные оттенки: частички глины — коричневые тона, водоросли — зеленоватые, железо и марганец — красноватые отблески. Присутствие примесей в известняковой породе дает красивые результаты.

Где и как добывают известняк?

Известняки имеют способность зарождаться в любых водоемах: морских, пресноводных. Но основная масса этой породы имеет все-таки морское происхождение.

Кроме Австралии залежи горной породы встречаются практически на всех материках. Большие запасы известняка находятся в Америке. Центральная часть территории России богата месторождениями камня. Его добыча успешно ведется в следующих регионах РФ: в Московской области, а также в Воронежской, Архангельской и Тульской областях.

В Краснодарском крае, в Ленинградской области, Белгородской и Вологодской областях также организовываются карьеры по добыче известняка. Месторождения горной породы на Урале и в Сибири можно назвать штучными. Альпы, горные хребты которых состоят в основном из известняка, служат доказательством того, что горный массив был когда-то составной частью морского дна.

Видео: Как изготавливают известняковые плиты для отделки

Добыча этой горной породы осуществляется методом открытых разработок. Сначала удаляются верхние некондиционные слои известняка, глины и земли. Затем по всему периметру добычи закладывается взрывчатка. Взрывы направленного действия разламывают породу на огромные куски, которые в свою очередь грузятся с помощью экскаваторов на самосвалы и доставляются к месту обработки.

Где применяется известняк

Порода отличается многообразием применения в различных областях:

• Строительная.
• Цементная.
• Дорожная.
• Металлургическая.
• Сельскохозяйственная.
• Пищевая.
• Стекольная.
• Целлюлозно-бумажная.
• Кожевенная.
• Лакокрасочная и другие.

Известняковый щебень используется в дорожном строительстве

Материал используется в разных видах:

• в виде щебня;
• бутового камня, штучного или кускового;
• минерального порошка или крошки;
• песка;
• облицовочных плит;
• известняковой муки;
• минеральной ваты.

В гидросооружениях известняк пористый используют в качестве фильтра для воды. Данная порода очень востребована при обустройстве фундаментов зданий. Составными обычного известняка являются известь и бетон.

Измельченный камень входит в состав автодорожного покрытия трасс, не подвергающихся частым нагрузкам. Известняк применяется для производства соды, а также является основой многочисленных минеральных удобрений.

Известняк хорошо раскалывается, режется и пилится, обрабатывается в любом направлении. Высокие теплоизоляционные свойства породы и ее долговечность позволяют создавать большое разнообразие качественных строительных материалов.

Плитка из известняка

Данный облицовочный материал применяется для отделки разных поверхностей. Внешняя облицовка строения плиткой из известняка облагородит внешний вид здания и обеспечит ему длительный срок эксплуатации. В загородном доме найдутся и другие места, где можно применить облицовочную плитку: лестницы, бассейны, элементы ландшафтного дизайна.

Плитка из известняка также активно применяется для отделки внутренних поверхностей зданий: стен, полов, подоконников. Красивые, хорошо сочетаемые цвета натурального материала позволяют создавать воистину неповторимые дизайны барных стоек, кухонных столешниц, арок, каминов.

Воздействия климатических условий на свойства известняка

Горная порода ценится как строительный материал за свою невысокую плотность, податливость пилящим и режущим инструментам, отличные адгезийные свойства и разнообразие внешних достоинств.

Влажные климатические условия заметно снижают прочность известняка. Причем камень отличается неоднородностью породы, поэтому и плотность здесь присутствует разная. На этот важный момент необходимо обратить особое внимание.

На прочность материала и длительность его эксплуатации влияет его морозостойкость. Данный параметр намного выше у кристаллических известняков, но при отсутствии пор и трещин в материале.

Чтобы предотвратить разрушение природного материала при его применении, необходимо обязательно учитывать упомянутые выше свойства известняка.

Где используется известняк и для чего?

Известняк – это распространённая горная порода, месторождения которой имеются во всех странах, кроме Австралии. Основу известняка составляет карбонат кальция – CaCO3. При одинаковом химическом составе он может быть представлен в виде плотного куска породы (например, мраморированный известняк) или рыхлых пористых напластований (ракушечник, мел). Кроме основного компонента этот камень может содержать всевозможные примеси. Они и являются причиной разнообразия цветовой гаммы, а также многих физических и химических свойств этой породы. Из-за преобладания карбоната кальция цвет известняка может быть белым, слегка жёлтым, розоватым, светло-коричневым, серым, слегка бурым, а иногда даже чёрным.

Большая часть этой породы образовалась на дне древних морей и водоёмов из остатков раковин и панцирей различных морских животных, большинство из которых давно вымерли. Их отпечатки нередко можно увидеть на поверхности камня. Иногда встречаются целые окаменелые раковины и другие окаменевшие животные. Размер многих из них позволяет предположить, что это были обитатели тёплых тропических морей, что и подтверждается данными исследований.

Свойства известняка

Известняк представляет собой нетвёрдую горную породу, легко поддающуюся обработке. Частыми примесями являются глина, фосфаты, кремний, песок, железо. Как строительный материал он долговечен, относительно прочен и пластичен. По твёрдости и плотности он уступает мрамору и граниту.Для работы с ним можно использовать токарный станок.

Свойства известняка

Плотность известняковой породы составляет от 2700 до 2900 кг/м3. Однако у ракушечников она равна всего 800 кг/м3, что связано с их рыхлой структурой. Такие виды известняка имеют низкую прочность. Они сжимаются в сотни раз легче, чем плотные известняки кристаллического типа.

Известняк не слишком устойчив к действию влаги, и, особенно, кислот. Под влиянием воды снижается прочность камня. А наличие в воде угольной кислоты приводит к постепенному растворению породы с образованием полостей и пещер. За счёт действия кислот может происходить коррозия.

Применение известняка в историческом прошлом

Издавна этот природный камень используется человеком при строительстве и в других областях своей деятельности. В прошлом из известняка создавали здания, храмы, соборы и другие постройки и сооружения. Известняк внёс наибольший (среди других пород) вклад в культуру, историю и быт прежней России. С ним связаны такие широко известные выражения, как «белокаменная Москва», «белокаменная летопись», «белокаменная архитектура». Причиной их появления стал белый известняк, добываемый в районе села Мячково в Московской области. Именно он и шёл на строительство зданий и сооружений в средней полосе Европейской части России.

Знаменитые Египетские пирамиды тоже были построены из известняка.

Пирамиды из известняка

По пришествию тысячелетий они неплохо сохранились, что могло быть связано с отсутствием дождей, которые могут стать причиной коррозии этого материала. Другой пример использования известняковых пород – это Великая Китайская стена. Несмотря на воздействие влаги и кислотных дождей, она продолжает выполнять свою, теперь уже рекреационную, функцию, привлекая ежегодно огромное количество посетителей из разных стран мира.

Где используется известняк

В последнее время этот материал часто используют при строительстве и облицовке. Им отделывают стены, полы, лестницы, карнизы, перила, плинтусы и арки. Некоторые виды известняка применяют в качестве декоративного материала. Он часто используется при строительстве дорог и насыпей. Доломитовый известняк нашёл применение при изготовлении строительных смесей. Некоторые разновидности данной породы используют для получения цемента и извести.

Известняковая порода применяется для мощения дорожек и создания половых покрытий. Сейчас очень популярна известняковая плитка для пола. Её делают по типу мозаики. Она неплохо подходит для кухни, коридора, ванной, прихожей. Такая плитка обойдётся существенно дешевле мраморной, но по внешнему виду и некоторым другим качествам она не уступает ей.

На садовых и дачных участках известняком выкладывают садовые дорожки, днища водоёмов, фонтанов; его используют при строительстве оград, оформлении цветочных клумб и скверов. Слой из обломков известняка хорошо удерживает влагу, а при сильном дожде способствует впитыванию её в грунт.

Дорожки из известняка

В художественном творчестве этот камень имеет большое значение при создании скульптур. В качестве фильтрующего материала его используют в фильтрах для воды.

В промышленности этот материал является сырьём при производстве лакокрасочной продукции, пластических масс и резины. В качестве источника кальция его используют в технологической цепочке производства стекла. Белая краска для бумаги так же не обходится без продуктов, получаемых из этого материала. Такие, казалось бы, разные изделия, как плитка для стен и пола, черепица, трубы, линолеум, тоже включают в свой состав известняк.

В химической промышленности он нужен при изготовлении зубных паст, крема для обуви, чистящих средств.