Сырье для обжига цемента

Технология производства цемента безобжиговым способом

Технология основана на совместном помоле металлургических шлаков с добавками возбудителями и активизаторами твердения. В качестве активизаторов в данной технологии используются: Ca₂SO₄ (гипс строительный), Na₂CO₃ (сода кальцинированная), NaOH (сода каустическая), Na₂O×nSiO₂ (жидкое стекло).

Получаемые продукты: сульфатно-шлаковые цементы, шлакощелочные цементы М300 — М600.

Сырьевыми материалами для производства портландцементного клинкера чаще всего служат горные породы: глина и известняк.

Глина состоит из различных веществ, содержащих в основном три окисла: SiO₂ — двуокись кремния (кремнезем), Al₂O₃ — окись алюминия (глинозем) и Fe₂O₃ — окись железа. Известняк состоит в основном из углекислого кальция CaCO₃, который может быть представлен в виде двух окислов: СаО — окиси кальция и СО₂ — двуокиси углерода (углекислого газа).

При обжиге клинкера глинистые вещества и углекислый кальций разлагаются. Газообразные продукты, в частности СО₂, удаляются, а оставшиеся четыре окисла СаО, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ — образуют при спекании основные минералы цементного клинкера.

Процентное содержание основных окислов в клинкере обыкновенного портландцемента находится в следующих пределах:

Наряду с основными окислами в клинкере могут быть и некоторые другие, например окись магния MgO, окислы щелочных металлов K₂O и Na₂O, ангидрид серной кислоты SO₃, двуокись титана TiO₂, фосфорный ангидрид P₂O₅, окись марганца Mn₂O₃. Эти окислы в той или иной степени влияют на качество цемента.

Данная стадия производств цемента в предлагаемой технологии обойдена путём замены клинкера шлаком доменным гранулированным (ГОСТ 3476-74). Шлак является отходом производства при выплавке чугуна и представляет собой пористые кристаллические или стекловидные гранулы плотностью 2,8-3,0 г/см³ твёрдостью 5-6 единиц по шкале МООСа следующего химического состава:

Из приведённого следует, что химический состав доменного шлака весьма близок по составу к обожённому клинкеру.

Способность молотого шлака к твердению при затворении водой известна давно, но в связи с пониженным содержанием в шлаке СаО активность молотого шлака низка. Прямое введение в шлак оксида кальция (извести) недопустимо, т.к. вышеуказанные оксиды кальция, кремния, алюминия и железа находятся в шлаке в виде минералов сложного состава (трёх- и двухкальциевых силикатов, трёхкальциевых алюминатов и четырёхкальциевых алюмоферритов) и введение извести приведёт к нарушению минералогического баланса, что в свою очередь, крайне отрицательно скажется на свойствах цемента: скорости нарастания прочности, стойкости в водах, экзотермичности. Данная проблема устраняется введением в доменный шлак технического гипса (сульфата кальция), который при затворении смеси шлак и гипса водой вступает в химическое взаимодействие с продуктами гидратации шлаковых минералов, что в свою очередь приводит к получению полноценного цементного камня.

Кроме того, в смесь шлака и гипса вводится незначительное количество готового портландцемента для активации химического взаимодействия. В результате смешивания и совместного помола трёх ингредиентов (шлака, гипса и портландцемента) образуется цементное вяжущее — сульфатно-шлаковый цемент марки М400 (по пределу прочности при сжатии в 28-ми дневном возрасте полностью соответствующий техническим условиям, введённым в действие с 01.01.96г., постановлением Минстроя России от 03.05.95г. №18-40). Сульфатно-шлаковый цемент применим для всех видов строительных работ, приготовления растворов и бетонов, изготовления искусственных каменных материалов, а также, в связи с высокой стойкостью против действия сульфатных вод, в морских и речных гидросооружениях и для подземных конструкций, находящихся в условиях повышенной влажности.

Специалистами НО «Спецтехнологии» произведён подбор оптимального состава сырьевой смеси на 1 тонну цемента:

Рецептура №1:
Шлак доменный — 800 кг;
Гипс технический — 150 кг;
Портландцемент М400 — 50 кг.

Рецептура №2:
Шлак доменный — 700 кг;
Гипс технический — 250 кг;
Портландцемент М400 — 50 кг.

Настоятельно рекомендуем соблюдать вышеуказанный состав сырьевых смесей. Рецептура №2 позволяет получать цементы марки М600, но является экономически менее выгодной рецептуры №1.

Кроме сульфатно-шлаковых цементов специалистами НО «Спецтехнологии» рекомендуются к изготовлению шлакощелочные цементы, позволяющие в зависимости от химического состава шлаков получать цементы марочностью М400 — М1200.

Обязательное требование к шлакам — наличие стекловидной фазы, способной реагировать со щелочами. В качестве щелочного компонента рекомендуются к применению кальцинированная или каустическая сода, поташ, растворимый силикат натрия, а так же щёлочесодержащие отходы (содощелочной плав, содопоташная смесь, цементная пыль и т.п.). Оптимальное содержание щелочных соединений в готовом цементе составляет 2-5% от массы шлака в пересчёте на Na2O. Для шлаков с модулем основности (Мо) больше 1 применимы все щелочные соединения и их смеси, для шлаков с Мо

Москалев Александр

Смесители сухих смесей, оборудование для производства ССС,
Станции растаривания, Пневмокамерные и пневмошлюзовые насосы, Телескопические загрузчики, Весовые бункера-дозаторы
Тел.: +7 909 261-13-29
info@stroymehanika.ru
Skype: A.Moskalev_SM

Лабазин Илья

Вопросы дилерского сотрудничества, Фасовочные станции, Станции затаривания, Дозаторы малых добавок
Тел.: +7 962 272-62-77
info@stroymehanika.ru
Skype: stroymehanika71

Лозовский Михаил

Ленточные конвейеры и элеваторы, Винтовые конвейеры АРМАТА, Силосы цемента, Дробильно-сортировочное и помольное оборудование, Виброгрохоты и вибросита
Тел.: +7 960 616-30-22
info@stroymehanika.ru

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ОБЖИГА НА СВОЙСТВА ДОЛОМИТОВОГО ЦЕМЕНТА

Д.К.Бирюлева, Н.С.Шелихов, Р.З.Рахимов
Казанская государственная архитектурно-строительная академия

Дефицитность вяжущих веществ в строительной индустрии Татарстана ставит актуальной задачу вовлечения местного минерального сырья в производство строительных материалов. Распространенность и значительные запасы карбонатных пород, в том числе доломитов, в РТ позволяют рассматривать их как один из основных источников для производства вяжущих веществ, доломитового цемента в частности.

Основными достоинствами вяжущего являются: высокая механическая прочность при быстром ее нарастании в начальный период твердения, низкая теплопроводность, высокая прочность сцепления с заполнителями при изготовлении бетонов и растворов.

Доломитовый цемент или каустический доломит — это воздушное вяжущее, получаемое обжигом доломитов при температуре разложения карбонатов магния в двойной соли доломита и, по возможности, получения карбоната кальция в неразложенном состоянии. Состав и свойства обожженных доломитов в разное время изучались В.Н.Юнгом [1], А.А.Байковым, А.С.Тумаевым [2], А.М.Кузнецовым [3], Л.Г.Бергом, С.Г.Ганелиной, М.Е.Казариновой [4-6], А.Я. Вайвадом [7] и рядом других исследователей, которые отмечали, что режим термической обработки сырья оказывает большое влияние на свойства вяжущего, при чем это влияние неоднозначно.

Анализ научно-технической литературы показывает, что при обжиге природного доломита при получении доломитового цемента с максимальной прочностью температура обжига изменяется в пределах 600-800 о С, а длительность термической выдержки от 2 до 6 часов в зависимости от минерального состава сырья, определенного для каждого конкретного месторождения и гранулометрического состава доломитового щебня. Конечной целью большинства исследователей было получение вяжущего с максимальной прочностью. Роль влияния степени разложения доломита на водостойкость доломитового цемента в литературе не получила отражения. В связи с этим для более полной характеристики вяжущего и для рекомендаций по дальнейшему использованию его в различных изделиях целью настоящей работы явилась конкретизация данных о влиянии режима обжига на свойства цемента.

Исходным сырьем служили доломиты Матюшинского месторождения РТ, химический состав которых представлен в табл. 1.

В качестве затворителя использовался раствор хлористого магния MgCl₂ . 6H₂O, плотностью 1,22 г/см 3 .

Для получения доломитового цемента камень подвергали дроблению, рассеву по фракциям 0-10, 10-20 мм, обжигу при температуре 750 о С и помолу до удельной поверхности 2500 см 2 /г.

Обжиг доломитового камня в пробе массой 1 кг осуществлялся в лабораторной муфельной печи марки МП-2У, предварительно нагретой до заданной температуры . Охлаждение обожженного продукта осуществлялось на воздухе до 20 о С. Помол проводился в лабораторной вибромельнице . Тонкость помола, нормальную густоту и равномерность изменения объема доломитового цемента определяли в соответствии с ГОСТ 310.1-76 — 310.3-76.

Для изучения основных физико-механических свойств доломитового камня на основе вяжущего из теста нормальной густоты изготавливались образцы-кубики 2х2х2 см.

Образцы хранились в нормальных температурно-влажностных условиях, а по достижении 28 суточного возраста определяли: среднюю плотность , водонасыщение , предел прочности при сжатии, коэффициент размягчения как отношение прочности при сжатии водонасыщенных образцов к прочности образцов, высушенных до постоянной массы в возрасте 28 суток. Содержание гидратной воды в составе продуктов твердении доломитового цемента, характеризующего степень его гидратации, определялось методом прокаливания в соответствии с ГОСТ 23789-79.

Минеральный состав исходного материала и образцов затвердевшего вяжущего изучался при помощи рентгенографических исследований на автоматизированном дифрактометре ДРОН-3М, управляемом от ПЭВМ «БК-0010-01».

На основании расшифровки полученных дифракционных картин от образцов обожженных доломитов было установлено, что с увеличением продолжительности обжига минеральный состав образцов меняется: происходит уменьшение содержания реликтового доломита и увеличение содержания его продуктов распада — кальцита и периклаза .

При этом установлена и определенная зависимость структурных особенностей синтезированного периклаза от продолжительности обжига сырья. Увеличение продолжительности обжига доломитов приводит к тому, что периклаз, образовавшийся в более раннее время обжига, затем испытывает перекристаллизацию, которая однозначно фиксируется по увеличению размеров областей его когерентного рассеяния (ОКР) [8], что устанавливается рентгенографически по уменьшению полуширины его дифракционных максимумов табл.2.

В ходе экспериментов по изучению степени гидратационной активности периклаза также установлено, что при одинаковых условиях твердения доломитовых цементов в растворе бишофита с увеличением размеров ОКР периклаза его реакционная способность падает. Необходимо отметить и тот факт, что при одинаковых режимах обжига доломитов до полной их диссоциации на периклаз и кальцит обжиг более мелкообломочного материала приводит к образованию периклаза с большими размерами ОКР и, следовательно, менее реакционно способного . При этом обжиг крупнообломочного материала приводит к образованию периклаза, отличающегося наибольшей гетерогенностью: такой периклаз имеет весьма широкий разброс размеров ОКР, то есть в нем присутствуют кристаллы различной степени реакционной способности.

Оптимальное количество наиболее реакционно способного периклаза наблюдается при обжиге 2,5-3 часа , что также подтверждается содержанием максимального количества новообразований цементного камня, к ним относится кристаллогидрат состава MgCl₂х3Мg(ОН)₂х8Н₂О.

Результаты рентгенографических исследований подтверждаются также физико-механическими испытаниями.

Режим обжига доломитового щебня оказывает значительное влияние на прочность цементного камня (рис.1).

При достаточно полном разложении доломитового щебня фракций 10-20 мм ( содержание реликтового доломита не более 2%) при обжиге 3,5-4 часа прочность цементного камня максимальна — 95-110 Мпа (табл. 2). При этом отмечается, что при уменьшении крупности обжигаемого материала в два раза продолжительность обжига для получения вяжущего с максимальными прочностными характеристиками может быть снижена на 1 час. Дальнейший обжиг приводит к снижению прочности как в следствии перекристаллизации MgO (вышеотмеченный факт), так и к началу разложения карбоната кальция.

Следовательно , для получения доломитового цемента с максимальной прочностью предпочтительнее проводить обжиг сырья до полного разложения доломита (содержание MgCO₃ . CаCO₃ не более 2%).

Степень разложения доломита оказывает влияние и на водостойкость доломитового цемента (табл.2, рис.2)

По мере увеличения продолжительности термической выдержки сырья до 2,5-3 часов уменьшается содержание реликтового доломита до 4%, при этом значение коэффициента размягчения растет с 0,2 до 0,59-0,66. По нашему мнению, это связано с оптимальным содержанием наиболее реакционноспособного МgО и части неразложившегося доломита. Последний может при твердении вяжущего играть роль активной минеральной добавки. Положительное влияние карбонатных добавок на свойства доломитового вяжущего отмечалось в работах А.Ю.Каминскаса, Ю.К. Причкайтене и других [8].

Приведенные экспериментальные данные, полученные в результате изучения продуктов термической диссоциации природного доломита и твердения вяжущего, позволяют сформулировать ряд практических рекомендаций, которые могут быть учтены при определении оптимальных режимов обжига доломитового сырья с целью получения доломитового цемента с высокими физико-механическими характеристиками.

1. Для получения доломитового вяжущего с максимальной прочностью обжиг доломитового щебня химического состава подобного составу доломита Матюшинского месторождения, необходимо проводить при температуре 750 о С в течение 3-4 ч.
2. Для получения доломитового цемента с максимальным значением коэффициента размягчения обжиг сырья необходимо проводить при температуре 750 о С в течение 2-3 ч.

1. Юнг В.Н. Технология вяжущих веществ. — М.: Госстройиздат, 1952.- 600 с.
2. Байков А.А., Тумарев А.С. Разложение природных углекислых солей при нагревании. — Изв. АН СССР Отделение технических наук. N 4 , 1937 .-С. 565-592.
3. Кузнецов А.М. Производство каустического магнезита . — М.: Промстройиздат, 1947.- 212с.
4. Ганелина С.Г. Исследование методом термографии процессов разложения природных доломитов. — Автореферат дисс. … к.т.н.- Казань, 1956.- 20 с.
5. Берг Л.Г. , Ганелина С.Г. Каустический доломит . — Казань: Промстройиздат.- 14 с.
6. Берг Л.Г., Казаринова М.Е. Кинетика реакции гидратации МgО в доломитах различной степени обжига. — Новосибирск: Известия ВУЗов, Строительство и архитектура N6, 1967. — С. 74-78.
7. Вайвад А.Я., Гофман Б.Э., Карлсон К.П. Доломитовые вяжущие .- Рига: Изв. АН Латв.ССР , 1958. — 260 с.
8. Причкайтене Ю.К., Каминскас А.Ю. Влияние некоторых карбонатных добавок и углекислого газа на процесс твердения магензиального вяжущего вещества . — Сборник трудов ВНИИтеплоизоляции , выпуск 8 , 1976. — с. 123-129.
9. Липсон Г., Стипл Г. Интерпритация порошковых рентгенограмм. — М.: Мир, 1972. — 384 с.

Технологический процесс производства цемента

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Мая 2015 в 10:36, курсовая работа

Описание работы

В данной работе описывается технология производства цемента – одного из видов строительных материалов, который в настоящее время получил широкое распространения.
В качестве источников информации использовались данные из различных справочников, пособий, электронных журналов и учебников.

Содержание работы

Аннотация 2
Введение 3
Обзор литературы 4
Постановка задач 5
Исследование поставленных задач 5
1.Понятие о строительном материале 5
2.Технологический процесс производства 6
3.Характеристики технологии производства и сырья 8
4.Особенности производства 9
Заключение 10
Список литературы 10

Файлы: 1 файл

ниирс.docx

Технологический процесс производства цемента

Аннотация

В данной работе описывается технология производства цемента – одного из видов строительных материалов, который в настоящее время получил широкое распространения.
В качестве источников информации использовались данные из различных справочников, пособий, электронных журналов и учебников.
В первой главе отчета исследованы теоретические основы и современные технологии производства цемента, характеристика сырья для выпуска цемента, описание оборудования, необходимого для подготовки основного сырья. Кратко описаны понятия и характеристики строительного материала- бетон.
Вторая глава посвящена анализу ценовой конъюнктуры российского рынка цементного сырья, так как один из самых важных материалов для строительства – цемент, поэтому его производство достаточно привлекательно с точки зрения рентабельности и доходности. В этом разделе так же рассмотрена динамика цен на основные компоненты для производства цемента на внутреннем рынке за последние годы и статистика добычи.

Введение

Слово «цемент» относится к собирательным понятиям — он объединяет различные виды вяжущих материалов, полученных путем обжига некоторых горных пород и подвергнутых измельчению.

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) . Он применяется во всем процессе строительства, начиная от организации путей для подъезда к объекту, и заканчивая конечно отделкой.

Технология промышленного производства в настоящее время приобретает первостепенное значение в ускорении прогресса в науке и технике.

Обзор литературы

1. Сулименко Л.М. Технологии минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: Учеб. для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2000

— в учебнике рассмотрены основы технологии изготовления, особенности составов, свойств и применения широкого ассортимента минеральных вяжущих материалов.

1. Гаряев С.Г. Основы технологии и технико-экономическая оценка производства строительных материалов, изделий и конструкций.

— изложены основы технологии нерудных материалов, минеральных вяжущих, бетонных, железобетонных н асбестоцементных изделий, керамики, минеральных расплавов, пластмасс.

1. Ченцов И.В.. Основы технологии важнейших отраслей промышленности. Мн.: Вышэйшая школа 1989

— в учебнике рассмотрены технологические процессы, применяемые в различных отраслях промышленности по межотраслевому принципу, что облегчает восприятие студентами широкого и сложного курса.

1. Сопин М.В. Основы технологии и технико-экономическая оценка производства строительных материалов, изделий и конструкций.

— освещены достижения науки и техники в области строительных материалов, роль механизации н автоматизации в технологических процессах.

1. Чистов Ю.Д. Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций; М.:Стройиздат 1988

-автор подробно описывает вопросы современной технологии строительных изделий и конструкций различного назначения, в том числе бетонных и железобетонных, слоистых с использованием цементных, асбестоцементных, полимерных и других материалов, конструкций из древесины, утилизация техногенных отходов, ремонт и восстановление конструкций.

1. Лабзина Ю.В.: Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций; М.:Стройиздат 1988

— рассматривается история строительного материаловедения и развития технологий производства основных строительных материалов и изделий.

1. Источник эл. Журнал http://stroyres.net/: «Технология производства цемента в промышленных и домашних условиях»

-данный портал знакомит с многообразием современных строительных материалов, технологией их производства и способами применения. Язык статей прост для понимания не только инженеров, но и любителей строительства.

1. И. Ф. Бунькин: Строительные материалы и изделия.

— в книге даны характеристики важнейших свойств прогрессивных строительных материалов и изделий, раскрыты способы их получения и применения на практике с учетом энергосберегающих технологий. Рассмотрены рекомендации по снижению материалоемкости, по рациональному использованию вторичных ресурсов, приведены нормы расхода материалов и возможности их взаимозаменяемости, указаны пути снижения потерь в процессе применения.

1. Виктор Основин, Лариса Основана: Справочник современных строительных материалов и конструкций.

— в справочнике приведены основные сведения о строительных материалах общего назначения, а также о некоторых специальных материалах и изделиях, используемых в гражданском и промышленном строительстве.

1. Издательство: НТС «Стройинформ»: Сухие строительные смеси. Бетоны. Материалы и технологии.

-справочное пособие предназначено для инженеров, технологов, прорабов, менеджеров строительных компаний, но не для студентов, данны источник не принес полезной информации для работы.

1. П. Майоров: Рецептурный справочник для строителей и производителей строительных материалов.

-в данной книге мало полезной информации, так как автор описывает, в основном, изобретения, относящиеся к производству бетонов, железобетонов, полимербетонов, ячеистых (газобетонов и пенобетонов), арболитов, асфальтобетонов и вяжущих для бетонных смесей

1. Робер Лермит: Проблемы технологии цемента и бетона.

— в книге рассмотрены вопросы практической эффективности основных процессов технологии бетона и цемента — приготовления смеси, ее транспортирования, укладки, уплотнения; дана их теоретическая оценка в свете механики упруго-вязко-пластической среды.

1. Михаил Чернов: Изделия и материалы для индивидуального строительства. Справочное пособие.

-автор излагает свои мысли лаконично, рассмотривает основные строительные изделия, материалы и конструкции, применяемые для индивидуального строительства. Приводит основные свойства этих изделий и материалов и эффективную область их применения.

1. Александр Федин: Научно-технические основы производства

-данная книга для меня была мало полезна, так как это монография с рассмотрением основных долговечностях цемента, критерии его стойкости, классификация технических показателей качества, научно-технические основы, определяющие структуру и технологию.

1. Александр Панченко: Микроцементы. Учебное пособие.

— в учебном пособии приводятся общие сведения о микроцементах, их свойствах, эффективных областях применения и особенностях технологий использования при новом строительстве и ремонтно-восстановительных работах. Недостаток пособия-сложный язык автора.

Приготовение сырьевой муки для производства цемента из переувлажненного сырья

Автор: Пользователь скрыл имя, 19 Февраля 2013 в 00:10, курсовая работа

Описание работы

Цемент — один из важнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляции и др.
Цемент представляет собой гидравлический вяжущий материал, который после смешения с водой и предварительного затвердения на воздухе продолжает сохранять и наращивать прочность в воде.

Содержание

Введение 5
1 Обзор литературных и патентных источников6
1.1 Сырьевые материалы для производства цемента 6
1.2 Общая характеристика технологических схем производства
портландцемента 9
1.3 Приготовление сырьевой смеси 11
1.4 Технология приготовления сырьевой муки из переувлажненного сырья 16
1.5 Процессы производства клинкера с использованием мела 17
1.6 Оборудование по переработке влажных сырьевых материалов 21
2 Расчет состава сырьевой смеси и материального баланса производства23
2.1 Методы расчёта сырьевой смеси23
2.2 Расчет состава сырьевой смеси24
2.3 Материальный баланс производства портландцементного клинкера по сухому способу производства из переувлажненного сырья 26
3 Характеристика готовой продукции и области ее применения29
Заключение 31
Список используемых источников 32

Работа содержит 1 файл

Сырьевая мука.docx

1 Обзор литературных и патентных источников6

1.1 Сырьевые материалы для производства цемента 6

1.2 Общая характеристика технологических схем производства

1.3 Приготовление сырьевой смеси 11

1.4 Технология приготовления сырьевой муки из переувлажненного сырья 16

1.5 Процессы производства клинкера с использованием мела 17

1.6 Оборудование по переработке влажных сырьевых материалов 21

2 Расчет состава сырьевой смеси и материального баланса производства23

2.1 Методы расчёта сырьевой смеси23

2.2 Расчет состава сырьевой смеси2 4

2.3 Материальный баланс производства портландцементного клинкера по сухому способу производства из переувлажненного сырья 26

3 Характеристика готовой продукции и области ее применения29

Список используемых источников 32

Цемент — один из важнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляции и др.

Цемент представляет собой гидравлический вяжущий материал, который после смешения с водой и предварительного затвердения на воздухе продолжает сохранять и наращивать прочность в воде.

Наряду с расширением ассортимента видов цемента развивается и культура производства портландцемента, совершенствуется оборудование цементных заводов, увеличивается объем производства.

Цементная промышленность в настоящее время вступила в такой этап развития, когда техническое совершенствование производства, рост выпуска цемента, повышение технико-экономических показателей отрасли должно в основном осуществляться путем реконструкции и технического перевооружении действующих цементных заводов.

Цементная промышленность в настоящее время высокомеханизированная отрасль народного хозяйства. На многих заводах непрерывно модернизируется технологическое оборудование, возрастает единичная мощность производственных агрегатов и заводов в целом, внедряются автоматизированные системы управления технологическими процессами [1]. Большинство заводов-производителей цемента отдают предпочтение сухому способу производства.

Конечно специфика сырья, а именно его высокая карьерная влажность, достигающая 30-33%, может служить веским аргументом в пользу мокрого способа. Это как раз и характерно для Республики Беларусь, где среднегодовая влажность мелов составляет 26%, а глин примерно 20% [2].

Однако постоянный рост стоимости углеводородного топлива (природного газа) вызвал необходимость пересмотра технической политики в области цементного производства. Это касается в первую очередь перехода на сухой способ обжига цементного клинкера при использовании природного сырья повышенной влажности (до 30-33%), что еще совсем недавно считалось совершенно нерациональным. Из-за достоинств с теплотехнической точки зрения сухой способ (из сыревой муки) характеризуется также меньшим объемом печных газов (на 30-40%) при одинаковой производительности печи, что влечет за собой более низкие расходы на их обеспыливание [2].

1 Обзор литературных и патентных источников

Цемент – один из важнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляции и др.

Портландцементом (ГОСТ 10178 – 76) называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее как на воздухе, так и в воде, получаемое путем совместного тонкого помола портландцементного клинкера и гипса, вводимого в качестве регулятора сроков схватывания.

Клинкер — важнейший компонент цемента — получают путем обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из карбонатных (75-80%) и глинистых (25-20%) пород и обеспечивающей в клинкере преобладание высокоосновных силикатов кальция [2].

1.1 Сырьевые материалы для производства цемента

Для введения необходимых оксидов СаО, SiO₂, Al₂O₃ и Fe₂O₃ в состав цементного клинкера используют в основном природное минеральное сырье — известняки или мела, а также различные глины.

На сырье, используемое для производства цемента, стандартов не существует, есть только определенные ограничения по содержанию MgO и SO₃.

Карбонатные породы. Для производства портландцемента могут применяться все виды карбонатных пород, в том числе чистые известняки, мел, ракушечники, известковые туфы и природные смеси известняков с глинами — мергели. Содержание СаО в карбонатном сырье колеблется от 44 до 56, а в мергелях-натуралах – от 40 до 44 %. Наилучшим карбонатным сырьем для цементной промышленности являются мел, а также карбонатные породы с однородной аморфной или мелкокристаллической структурой. Нежелательно применять сильно доломитизированные и загипсованные известняки. Наименее желательны для цементной промышленности известняки с явно выраженной кристаллической структурой (мраморы), а также окремненные известняки.

При измельчении мрамора резко увеличивается расход электроэнергии, кроме того, ухудшается спекаемость клинкера. Кремнистые известняки, в которых карбонатные породы пропитаны водным кремнеземом, также имеют повышенную прочность и трудно поддаются измельчению из-за отдельных включений и прослоек, состоящих почти полностью из халцедона.

По физическим свойствам карбонатные породы делятся на мягкие, размучиваемые водой; мягкие и средней твердости, не размучиваемые водой; плотные.

К мягким, размучиваемым водой породам принадлежат мел, а также некоторые разновидности мергелей. Мел и мягкие мергели (в частности, подгоренские и

амвросиевские) имеют относительно большую карьерную влажность (от 15-20 до

30, а иногда и до 37 %), легко разрабатываются в карьерах, могут подаваться на завод гидротранспортом, не требуют для измельчения большого расхода электроэнергии, но вызывают повышенный расход топлива при обжиге. Недостатком этого вида сырья является и то, что в осенне-зимний период оно смерзается и залипает, затрудняя транспортировку всеми видами транспорта, за исключением гидравлического.

Ракушечники и туфы в воде, как правило, не распускаются, карьерная влажность их может в отдельных случаях достигать 10-15, а иногда и 18 %. Они легко разрабатываются и измельчаются.

Известняки с мажущимися включениями – маложелательное сырье, так как его переработка, особенно в осенне-зимний период, крайне затрудняется из-за смерзаемости и налипания. При измельчении такого сырья в результате различной размалываемости трудно добиться стабильности состава шихты. Обычно оно перерабатывается мокрым способом.

Плотные известняки имеют низкую карьерную влажность (от нескольких долей до 5-6 %), обладают различной твердостью и прочностью [3].

Диоксид кремния и оксид алюминия в сырьевую смесь вводят через глинистое сырье. В общем случае глина состоит из глинистой, неглинистой частей и органических включений. В свою очередь, глинистая часть, представляющая собой кристаллические гидросиликаты алюминия, подразделяется по преимущественному содержанию соответствующих минералов на следующие разновидности: каолинитовые, галлуазитовые, монтмориллонитовые и гидрослюдистые.

К каолинитовым глинам относятся глины, содержащие в основном каолинит Al₂O₃ · 2SiO₂ · 2H₂O, имеющий сложную структуру. Общая формула каолинитовой глины имеет вид Al₄(OH₄)₈[Si₂O₅]. Каолинит мало набухает и плохо диспергируется в воде. Удаление кристаллизационной воды протекает в одну стадию при температуре около 500°С. Удельная поверхность его находится в пределах 15 м 2 /г.

Галлуазитовые глины содержат в своем составе не только галлуазит Al₂O₃ · 2SiO₂ · 4H₂O, но и метагаллуазит и ферригаллуазит. В этих минералах каолинитовые слои расположены беспорядочно относительно друг друга. Кристаллизационная вода удаляется при термообработке в две стадии, о чем свидетельствуют два эндотермических эффекта на кривой ДТА. Первый эндоэффект с минимумом при 125°С, а второй, связанный с удалением остатков более прочно связанной воды, — при 580°С. Удельная поверхность такой глины более развитая, чем у предыдущей, и составляет порядка 40 м 2 /г.

К монтмориллонитовой группе относятся монтмориллонит Al₂O₃ · 4SiO₂ · пH₂O, бейделит, нонтронит. Кристаллизуется монтмориллонит в виде очень мелких частичек, образующих скопления с размытыми очертаниями. Такая дисперсность глинистых частичек обусловила и гораздо большую удельную поверхность природных алюмосиликатов, достигающую 800 м 2 /г. Данная удельная поверхность положительно скажется на скорости твердофазового взаимодействия в сырьевой смеси, но в то же время при мокром способе производства цемента это повлечет за собой повышенную влажность сырьевого шлама. Кроме того, высокая дисперсность глинистых частиц обуславливает наличие тонких пор и нахождение в них цеолитной воды, имеющей большую энергию связи с кристаллической решеткой алюмосиликата. В результате относительно слабосвязанная вода из монтмориллонита удаляется в две стадии при сравнительно низкой температуре — 160 и 210°С, а цеолитная — только при 750 и 780°С.

Гидрослюды представлены следующими глинистыми минералами: монотермитом, иллитом, глауконитом. Все они являются промежуточными соединениями между минералами каолинитовой группы и слюдами, т. е. они представляют собой продукты неполной каолинитизации слюд. Эти глинистые минералы не набухают, удельная поверхность их лежит в пределах 100 м 2 /г. Гидрослюды являются одними из самых подходящих для цементной промышленности по сравнению с другими мономинеральными природными алюмосиликатами.

Однако чаще всего глинистое сырье представляет собой смесь различных глинистых минералов. Нежелательны в глинах крупные зерна кварца, полевого шпата и слюд.

Кроме карбонатного и глинистого компонентов, на которые припадает свыше 90% сырьевой смеси, практически всегда используют и железосодержащие корректирующие добавки. Традиционными видами корректирующей добавки являются пиритные (колчеданные) огарки, колошниковая пыль, пыль газоочистки, характеризующиеся довольно высоким (не менее 75%) содержанием оксидов железа [2].

Для производства цемента используют в качестве сырья побочные продукты и отходы других отраслей промышленности. Причем их применяют как в виде основных компонентов, так и модифицирующих добавок. Наиболее широко используют доменные гранулированные, электротермофосфорные шлаки, топливные шлаки и золы, нефелиновый шлам, глиносодержащие отходы. На цементных заводах Беларуси из перечисленных отходов используют преимущественно доменные шлаки.

Доменные шлаки образуются при выплавке чугуна вследствие полного расплавления железной руды и флюса в восстановительной среде. Белорусские цементные заводы используют преимущественно доменный граншлак завода «Азовсталь» (Украина) следующего химического состава (мас. %): SiO₂ — 36,9; Al₂O₃ — 10,5; CaO — 45,9; MgO — 2,9; MnO — 2,07; S — 1,59. Температура плавления его лежит в пределах 1200-1400°С.

Доменные шлаки чаще всего используют в качестве активной минеральной добавки, при помоле цементного клинкера, а в ряде случаев и в виде сырьевого компонента вместо глины и части карбонатного компонента. В зависимости от режима охлаждения различают доменный гранулированный шлак, в котором преобладает стекловидная фаза, образующаяся вследствие резкого охлаждения расплава. При медленном охлаждении расплав застывает, образуя стеклокристаллический продукт, обладающий низкой гидравлической активностью.

Минералогический состав шлаков представлен в основном силикатами и алюмосиликатами кальция.

Гидравлическая активность доменного гранулированного шлака при содержании в нем MgO до 10% оценивается при помощи коэффициента качества (K), определяемого по формуле:

при содержании MgO более 10%:

В зависимости от величины коэффициента доменные гранулированные шлаки подразделяются на 3 сорта со значением K соответственно 1,65; 1,45 и 1,20.

Высокоосновные доменные гранулированные шлаки, содержащие преимущественно стеклофазу, гидратируются быстрее закристаллизованных медленноохлажденных. Высокая внутренняя химическая энергия стеклофазы обеспечивает такому шлаку повышенную растворимость и последующее образование кристаллогидратов.

Гранулированный шлак близок по составу портландцементной сырьевой смеси и в связи с тем, что он не содержит СаСО₃, требующий затраты большого количества тепловой энергии на разложение, его выгодно использовать в качестве сырьевого компонента. Это обусловлено и тем, что в качестве кристаллических фаз в шлаке присутствуют минералы, близкие по составу минералам цементного клинкера. К сожалению, доменный молотый шлак при мокром способе производства цемента вызывает загустевание сырьевого шлама.

Наряду с вышеуказанными побочными продуктами в ряде случаев эффективно применение специально вводимых добавок, которые либо обеспечивают интенсификацию процесса обжига сырьевой смеси, либо могут придавать определенные свойства цементам. В первом случае такие добавки называют минерализаторами, в качестве которых могут использоваться фторид кальция, гексафторсиликат натрия. Перспективным минерализатором может быть шлам станции нейтрализации ОАО «Гомельский химический завод», состоящий в основном из солей плавиковой, гексафторкремниевой и ортофосфорной кислот. Минерализаторы могут снизить температуру обжига клинкера на 100-150°С, что позволит увеличить компанию вращающейся печи [2].

1.2 Общая характеристика технологических схем производства портландцемента