1.1.7.1.2 Отходы

Для защиты природных ресурсов и экологически безопасной утилизации промышленных побочных продуктов в последние годы в производстве цемента широко используются вторичные материалы. В зависимости от химического состава они могут заменить различные компоненты сырьевой смеси для получения клинкера. Выбор наиболее часто используемого вторичного сырья показан ниже в таблице 1.8. Использование вторичного сырья контролируется специальной процедурой утверждения, при этом особое внимание уделяется на содержание тяжелых металлов [58 63 64].

Таблица 1.8 - Вторичное сырье для производства цемента [64]

Вносимый оксид (компонент)	Источник вторичного сырья
Ca - носитель	Промышленная известь Известковый шлам Карбидный шлам
Si - носитель	Формовочный песок Микросилика
Fe - носитель	Огарки Синтетический гематит Красный шлам алюминиевого производства Колошниковая пыль от производства стали
Si -, Al -, Ca-носитель	Гранулированные доменные и фосфорные шлаки Отходы бумажного производства Микрокремнезем Летучие золы и шлаки сжигания каменного и бурого углей
SO3 - носитель (помол цемента)	Химические гипсы, фосфогипс Отработанные старые формы керамического производства
F - - носитель (фтор - как минерализатор обжига)	СаF2 – отход фильтрации стоков

1.1.7.1.3 Добыча, переработка сырья, помол сырьевой муки и гомогенизация

Добыча сырья для получения цементного клинкера производится в открытых горных разработках. Преобладает добыча вертикальными уступами высотой 10-15 м. Селективная добыча сырья в одном или нескольких забоях в карьере дает возможность раннего управления корректировкой состава сырьевой смеси. Выбор метода добычи зависит от конкретных свойств (твердости) и состава сырья. Операции, как правило, делятся на три этапа: рыхление, погрузка породы и транспортировка. Как правило, состав сырьевой шихты состоит из 70-90% карбонатного компонента и 10-30% глинистой составляющей. Во многих случаях отработанные карьеры должны быть рекультивированы и засыпаны, сельскохозяйственные земли должны быть возвращены в повторное использование. Разрыхление горной породы осуществляется путем бурения скважин и взрывных работ [65, 66] или путем разрыхления с помощью специальных тракторных рыхлителей.

Разрушенный или взорваный материал (с размером кусков около 1 м³) измельчается до размеров щебня с максимальной длиной ребра в первичной дробилке около 30-40 мм. Материал, выходящий из дробилки называется "гравий" или "щебень". Размер кусков предварительно дробленого щебня оказывает большое влияние на производительность сырьевых мельниц [67].

Дробленый известняк и глинистый компонент (глинистый сланец) перед тонким измельчением усредняют в штабелях. Каждая система состоит из 2 штабелей, один из которых находится в стадии укладки, а другой в это время вырабатывается.

Отсыпку штабеля производят штабелеукладчиком - ленточным транспортёром с разгрузочной тележкой (стакером) или ленточным сбрасывателем, который совершает возвратно-поступательные движения вдоль штабеля. Для обеспечения хорошего усреднения штабели должны быть вытянуты в длину. Отношение длины штабеля к его ширине должно быть не менее 5:1.

Усреднительный склад сырья работает непрерывно. Обычно формируют 2 штабеля из дроблёного известняка и при необходимости (при пестром составе глин) штабели суглинков или сланцев. Один из штабелей обеспечивает недельную работу завода, а формирование штабеля производится за меньшее время. Выдача материала может производиться непрерывно.

Вырабатывают штабель с торца. Выемку производят с помощью экскаваторов скребкового или роторного типа (реклаймеров). Скребковый экскаватор включает стрелку и движущуюся цепь со скребками. Стрела выполнена в виде подъемной поворотной конструкции. В зависимости от типа экскаватора можно забирать материал с торца штабеля или на регулируемом расстоянии вдоль продольной оси. Рыхлый материал по ленточному транспортёру подаётся к питающему бункеру мельницы.

Выработка штабеля роторным экскаватором производится с торца. Ковшовый ротор, установленный на передвижном мосту, может перемещаться в двух направлениях. Ротор забирает материал у подошвы штабеля. Захватное приспособление оборудовано граблями, которые разрыхляют верхнюю часть штабеля и подают материал к ротору (рисунок 1.9).

Усреднительные склады позволяют значительно гомогенизировать состав сырья. Так при колебаниях состава известняка, поступающего с карьера по СаСО₃±10 %, после усреднения на складе колебания уже уменьшаются до ±1% СаСО₃. При помоле в сырьевых мельницах сырье дополнительно усредняется. Окончательное усреднение сырьевой муки производится в силосах. Колебания в содержании СаСО₃ уже не превышают ± 0,3 %.

На современных цементных заводах усреднение химического состава сырьевых материалов начинается с этапа добычи сырья на карьере. На карьерах производится селективная добыча сырья, так как по составленной заранее (на 2…4 года вперед) карьерной сетке химический состав компонентов известен.

На всех дальнейших технологических переделах все направлено на выравнивание состава сырьевой шихты.

Особенно экономично круглое расположение или круговое хранение (круглый штабель) [69,84].

Последующее усреднение химического состава сырьевой муки зависит от природы исходных материалов и экономических критериев. Сырьевые материалы тонко измельчают как правило до остатка на сите с размером ячеек в свету 90 мкм равном от 10 до 15%. Удельное потребление электроэнергии на процесс тонкого помола сырья составляет 10-20 кВт·ч/т. Известняковый щебень измельчается легче, чем цементный клинкер. Большинство сырьевых материалов для производства клинкера содержат 3-8% воды, иногда больше.

Для эффективного тонкого измельчения цементного сырья требуется предварительное или одновременное с измельчением высушивание. Для этой цели используют горячие отходящие дымовые газы печной системы или получают горячие газы от специального теплогенератора (если печь пока не работает). Горячие дымовые газы используют для сушки материала как при измельчении сырьевой муки в трубных шаровых мельницах, так и в вертикальных роликовых мельницах.

а

б

Рисунок 1.9 - Усреднительный склад с двумя параллельными штабелями смеси (а) и разработка штабеля роторным экскаватором (фирма «Бюлер-Миаг») (б)

Мельница Loesche для тонкого помола сырьевых материалов приведена на рисунке 1.10. Сырьевой материал подается в мельницу через лопастной пита­тель 1 и по течке 2 падает в центр помольного стола 3. Железосодержащие инородные тела отсортиро­вываются из подаваемого материала магнитным сепаратором до шлюзового элемента 1 и удаляются через ответвленную спускную трубу. Аналогично работает и металлодетектор, кото­рый обеспечивает отбраковку не поддающихся намагничива­нию металлических элементов. Под действием центробежной силы материал перемещается к краю помольного стола и таким образом оказывается под гидропневматически подпружинен­ными помольными валками 4. Вовлеченный материал в плот­ном слое измельчается в зазоре между валками и помольным столом. При накатывании на постель материала 5 валки 4 приподнимаются. В связи с этим приходит в движение функ­циональный блок включающий рычаг качения 6, шток и пор­шень цилиндра 7 амортизационный системы. Поршень вытес­няет гидравлическое масло из цилиндра в газонаполненные баллонные пневмогидроаккумуляторы.

Рисунок 1.10 - Мельница Loesche для тонкого помола сырья

Наполненные азотом резиновые баллоны пневмогидроаккумуляторов сжимаются и работают в качестве пневмопружины. Настройка жесткости пневмопружины осуществляется выбором давления газа в сравнении с рабочим гидравлическим давлением в зависимости от размолоспособности материала.

Измельченный помольными валками материал за счет центро­бежной силы, возникающей при вращении помольного стола, отбрасывается за край стола. В зоне жалюзийного кольца 8, которое окружает помольный стол 3, направленный вверх поток горячего газа 9 подхватывает смесь помолотого и недо­статочно измельченного материала и транспортирует его к сепаратору 10.

Сепаратор 10 в соответствии со своей настройкой не пропуска­ет грубо молотый материал - крупку. Крупные частицы падают через вну­тренний конус для крупки обратно на помольный стол 3 для повторного помола. Готовый продукт помола проходит через сепаратор и покидает мельницу вместе с пото­ком газа 12.

Инородные тела и небольшая доля грубо молотого материала падают в качестве отходов через жалюзийное кольцо 8 в кольцевой канал 16.

Скребки 17, которые соединены с помольным столом, транс­портируют инородные тела в бункер для отходов 18.

Поступающий в мельницу сырьевой материал может иметь различную влажность. Как только помолотый материал покидает помольный стол в зонах над жалюзийном кольцом 8, содержавшаяся в исходном материале влага испаряется при плотном контакте с потоком горячего газа. Поэтому желаемая температура пылегазовой смеси на выходе мельницы от 80 ° до 110 °С достигается уже в рабочей камере мельницы. Мельницы Loesche могут работать с материа­лом влажностью до 25 %.

Конечная тонкость помола продукта в зависи­мости от состава сырьевой смеси лежит в диа­пазоне между 6 % и 30 % остатка на сите 90 микрон. Размер мельницы обозначается по внешнему рабочему диаметру помольного стола в деци­метрах [дм].

Рядом с трубной мельницей устанавливается сепаратор для отделения уже достаточно тонко измельченного материала, отделения слишком грубой фракции и ее направления на повторный помол. В вертикальных роликовых мельницах классификатор (сепаратор) встроен в верхней части мельницы. Классификатор позволяет значительно повысить скорость помола и увеличить производительность мельницы.

Сырьевая мука, полученная в мельнице, уже может быть в значительной степени однородна в зависимости от происхождения и химико-минералогического состава сырьевой смеси. В большинстве случаев, однако, требуется дальнейшая гомогенизация состава сырьевой муки. В печную систему должна подаваться сырьевая мука возможно благоприятного равномерного химического состава, мука должна иметь достаточную тонкость помола, таким образом, чтобы процесс обжига клинкера происходил полностью и без затруднений, чтобы получался клинкер хорошего качества.

Процесс гомогенизации химико-минералогического состава сырьевой муки должен использоваться непрерывно [70].

Усреднение и корректировка сырьевой муки на современных заводах при сухом способе.

Сырье на пути от карьера до вращающейся печи проходит много ступеней обработки, ведущая роль при этом принадлежит смесительному силосу, так как в цепи обработки сырья это по­следний этап улучшения его качества непосредственно перед загрузкой в печь (рисунок 1.11). Возможности усреднения сырья на различных технологических переделах свидетельствуют, что наибольшее, 10-15-кратное усреднение, обеспечивают силосы новейшей конструкции, в частности фирмы Claudius Peters (рисунок 1.12).

Рисунок 1.11 - Степень усреднения сырья на различных технологических переделах (по В.К. Классену)

Силос состоит из наружного железобетонного цилиндриче­ского корпуса, распределительной многопоточной системы за­грузки, внутреннего конуса-камеры, воздушной системы аэрации и усреднения сырьевой муки, окон для перетока материала из си­лоса в конусную камеру и разгрузочного устройства. Наклонное днище по всему диаметру силоса оснащено воздухопроницаемы­ми кассетами. В целях обеспечения лучшей подвижности храни­мого материала аэрация основной емкости силоса и камеры про­исходит раздельно.

Днище силоса между центральным конусом и внутренней стенкой выложено воздухопроницаемыми кассетами. Через них воздух нагнетается в насыпной материал.

Сжатый воздух с низким давлением снижает сцепление материала, и он начи­нает течь в псевдо-ожиженном слое под собственным весом. Аэрированный сыпу­чий материал посту­пает из основной ем­кости силоса через окна конуса в расши­рительную камеру, где он частично дезаэрируется и подво­дится к центральной выгрузочной трубе.

Система многопоточной загрузки представляет собой ряд аэрожелобов, которые распределяют сырьевую муку тонким слоем по поверхности силоса, что обеспечивает его равномер­ное заполнение. Образование по высоте силоса тонких слоев материала с несколько различающимся составом способствует в дальнейшем эффективному перемешиванию сырьевой смеси. Усреднение смеси производится в силосе и под смесительным конусом. Процесс усреднения включает в себя 3 этапа (рисунок 1.13).

1 этап - многопоточная система загрузки Через специальный распределитель на крыше силоса сырьевая мука равно­мерно загружается по всей поверхности силоса (много­поточная загрузка), образуя тонкие слои с возможно раз­личным химическим соста­вом сырья. Чем тоньше слой, тем выше эффективность смешивания. 2 этап – гравитацион- ное смешивание в силосе Благодаря локальной аэрации днища силоса сырье ворон­кой течет под воздействием силы тяжести вниз. При этом сме­шиваются различные слои, выравнивая естественную неодно­родность сырья.

Рисунок 1.12 - Силос сырьевой муки (по В.К. Классену)

Для равномерной гомогенизации ма­териала по окружности поочередно включаются по одной сек­ции наружного кольца через одну-две секции.

3 этап — пневматическое перемешивание в смеситель­ной конусной камере осуществляется за счет подачи различного давления под различные области аэрируемого днища конусной камеры, вследствие чего создаются циркуляционные потоки, перемешивающие сырьевую смесь. Силоса данного типа улуч­шают гомогенность сырьевой муки в 10...15 раз.

Технические характеристики силоса сырьевой муки CF 20 x 56, установленного в АО «Кокше Цемент», следующие: диаметр – 20 м, высота – 56 м, вместимость силоса - 21500т ~ 2½ дня. В ТОО «Жамбыл Цемент» установлен 1 силос диаметром 18 м, высотой 51,2 м, вместимость 10000 т муки. Для подачи муки на обжиг установлен ковшовый элеватор производительностью 270 т/ч.

Рисунок 1.13 - Принцип усреднения сырьевой муки в силосе