2. Виробництво і застосування в'яжучих речовин

2.1 Основа виробництва неорганічних в'яжучих речовин

Основу виробництва неорганічних в'яжучих речовин складають наступні технологічні переділи: видобуток сировини, підготовка сировинної суміші, випал і помел. Всі технологічні переділи послідовно пов'язані між собою і проводяться в строго заданих режимах. Принципових відмінностей при виготовленні в'яжучих немає; різна сировина, отже, технічні прийоми здійснення зазначених переділів.

Виробництво в'яжучих речовин пов'язане з переробкою великих кількостей різноманітних сировинних і допоміжних матеріалів. Наприклад, для отримання 1 т портландцементного клінкеру витрачається до 1,5 ... 1,8 т вапняку і до 0,2 ... 0,5 г глинистих порід. Враховуючи високу вартість транспорту, заводи в'яжучих речовин будують поблизу родовищ сировинних матеріалів, та їх видобування входить до загального комплексу технологічних операцій, здійснюваних заводом.

Здобич нерудних копалин здійснюють методом прямої екскавації. Скельні породи (Вапняки та ін) заздалегідь розпушують вибухами. М'які породи (глину і крейда) добувають гідромоніторами у вигляді текучої маси (шламу).

Доставку сировини на завод здійснюють залізничним, автомобільним транспортом, стрічковими конвеєрами або перекачують по трубопроводах у вигляді шламу.

Обов'язковій підготовчою операцією у виробництві всіх в'яжучих є подрібнення сировини. При виробництві в'яжучих з однокомпонентного сировини (вапна, гіпсу та ін) останнє подрібнюють до кусків приблизно одного розміру. В іншому випадку дрібні шматки виявляться перепаленими, а великі необпалених, тобто не буде однорідного продукту. Високоякісні в'яжучі із суміші декількох сировинних компонентів (портландцемент і його різновиди та ін) можна виготовити тільки з однорідної суміші, одержуваної ретельним змішуванням складових в тонкоподрібненому вигляді. Дроблення сировини виробляють в конусних, щекових, молоткових, валкових і інших дробарках (Рис. 2.1.). Тонке подрібнення (помел) сировини виробляють мокрим і сухим способами в млинах.

При мокрому способі сировинні матеріали подрібнюють і змішують у присутності води до утворення сметаноподібної водної суспензії - шламу. Компоненти сировинної шихти, здатні розпускатися у воді '(глина, крейда, м'який мергель та інші породи), попередньо размучівают (розпускають) у спеціальних апаратах-базіка, що представляють собою бетонні резервуари, обладнані пристроями для розмішування суспензії, а потім направляють на помел в кульові млини.

Тверді сировинні матеріали (вапняк, мергель) розмелюють в млинах, що представляють собою сталевий циліндр, розділений всередині на камери дірчастими перегородками. При обертанні млина тіла, що мелють (металеві кулі або циліндрики) піднімаються на деяку висоту і падають, розбиваючи і розтираючи зерна матеріалу. Виходить з млина сировинної шлам вологістю 36 .... 38% транспортують по трубах в шламбассейн, де його ретельно усереднюють і гомогенізують, а потім подають на випал. [2]

При сухому способі подрібнені сировинні матеріали частково підсушують, дозують з заданих співвідношеннях і подають в млин, де вони подрібнюються до необхідної тоніни. Для тонкого подрібнення сировинної шихти переважно застосовують технологічні схеми з млинами для одночасного сушіння і помелу.

Усереднення і гомогенізацію сировинної муки при сухому способі здійснюють у силосах, нагнітаючи в них стиснене повітря. При насиченні (Аерування) повітрям суха шихта набуває рухливо-текучий стан.

При виробництві портландцементу все ширше використовують також комбінований спосіб приготування сировинної суміші, при якому сировинну суміш готують по мокрому способу, потім шлам зневоднюють і з нього готують гранули для випалу.

Вибір способу підготовки сировинної суміші обумовлюється головним чином властивостями сировинних матеріалів і економічними міркуваннями. При мокрому способі полегшується подрібнення матеріалів і швидко досягається однорідність суміші, але витрата палива на випал в 1,5 ... 2 рази більше, ніж при сухому способі. При сухому способі зростає витрата електроенергії і трудомісткість виробництва. Успіхи в техніці помелу і гомогенізації сухих сумішей в даний час сприяють розвитку сухого та комбінованого способів виробництва.

Випал сировинної шихти є найважливішим етапом у виробництві в'яжучих речовин. У результаті фізико-хімічних процесів, що відбуваються при термічній обробці вихідних сировинних матеріалів, утворюються нові сполуки, здатні вступати у взаємодію з водою і при цьому тверднути, перетворюючись на штучний камінь. Кожен вид в'яжучого вимагає певних температур і часу дії на оброблюваний сировину.

При нагріванні внаслідок прискорення теплового руху іонів, атомів і молекул в твердому тілі виникають умови для відриву деяких з них з постійних орбіт руху та переходу їх в навколишній простір. У результаті, як це відбувається при дегідратації (Зневодненні) природного гіпсу при 150 ... 200 В° С або декарбонізації (видаленні СО2) карбонатних порід при 800 ... 900 В° С, утворюються нові речовини (гіпсові в'яжучі та повітряна вапно), що володіють терпкими властивостями.

При температурах 800 ... 1200 В° С і більше тепловий рух молекул твердих речовин зростає настільки значно, що між ними стає можливим взаємообмін іонами і атомами з утворенням нових сполук (реакції у твердих фазах). При випалюванні в цих умовах мергелистих вапняків або штучних сумішей вапняків і глини продукти їх розкладу (CaO, SiO2, A12O3, Fe2O3 та ін) утворюють серію нових сполук (2CaO-SiO2, СаО-А12О3, 2CaO-Fe2O3), що є основними мінералами гідравлічного вапна і романцемент.

Швидкість хімічних реакцій зростає при появі рідкої фази (при температурі більше 1300 В° С). p> Процес випалу з частковим плавленням сировинної суміші називають спіканням. Випалюванням до спікання отримують портландцементний клінкер. Освіта рідкої фази при його виробництві забезпечує найбільш повне засвоєння оксидами кремнію SiO2 і алюмінію А12О3 оксиду кальцію СаО та отримання високоосновних мінералів, зокрема найбільш цінного мінералу в клінкері - трехкальциевого силікату 3CaO-SiO2.

Найбільш швидко хімічні реакції утворення речовин, що володіють в'яжучими властивостями, протікають при повному плавленні сировинної суміші. Цього зазвичай досягають нагріванням суміші до 1600 .. 1800 В° С, що вимагає підвищеної витрати палива і застосування спеціальних печей. В даний час плавленням отримують лише глиноземистий цемент високих марок.

Таким чином, отримання в'язкої речовини із заданими властивостями залежить не тільки від хімічного складу сировини, але і від правильного вибору температури випалу та інтервалу часу для кожної зони випалу. З однієї і тієї ж мінеральної суміші, але при різних температурі і режимі випалу можна отримати в'яжучий з різними властивостями (наприклад, роман-цемент і портландцемент).

Процеси, відбуваються при випалюванні сировинних матеріалів, і теплові апарати для випалу мають певну специфіку для різних в'яжучих, тому будуть розглянуті при описі конкретних в'яжучих речовин.

Зберігають в'яжучі речовини зазвичай в залізобетонних силосах, які обладнують пневматичними пристроями для розпушування та завантаження в'яжучих в транспортні кошти. Деяка кількість в'яжучих (близько 20% від випуску) відправляють споживачам в паперових багатошарових мішках.

При відправці в'яжучих речовин споживачам видають паспорт, в якому вказують: завод-виробник, назва в'яжучого, його технічні характеристики, масу партії та інші відомості. [6]