ЛЕКЦИЯ №20

Теплотехнология производства цемента

Портландцемент и его состав

Портландцемент - продукт тонкого измельчения клинкера, получаемого обжигом до спекания смеси известняка и глины, с небольшой добавкой гипса (для улучшения строительных свойств).

1

Состав портландцемента

От качества­ клинкера зависят свойства портландцемента — прочность и скорость ее нарастания, сопротивление действию агрессивных сред.

Гипс необходим для замедления сроков схватывания портландцемента (клинкер после затворения водой схватывается в течение нескольких минут). Количество­ гипса вводится с таким расчетом, чтобы общее содержание ангидрида серной кислоты SO3 в портландцементе­ было 1,5 - 3,5% по весу.

Активные минеральные добавки повышают стойкость портландцемента в водных условиях. При твердении портландцемента происходит выделение гидрата окиси кальция Ca(OH)2 в свободном состоянии. Это вещество, имея относительно­ высокую растворимость, может вымываться из отвердевшего­ цемента — цементного камня, понижая этим его прочность и долговечность в водных условиях (чтобы это избежать используют гидравлические добавки). Содержание активных минеральных добавок в обыкновенном портландцементе не должно превышать 15% по весу.

Интенсификаторы помола (уголь, сажа) добавляют для облегчения помола клинкера.

Их содержание в цементе не должно превышать 1 % по весу.

2

Состав клинкера и его оценка

Химический состав клинкера

После обжига клинкера остаются основные минералы : CaO – 60-67%, SiO2 – 19-25%, Al2O3 – 4-8%, Fe2O3 – 2-6%.

Помимо основных могут присутствовать: MgO, Na2O, K2O,SO3, TiO2, P2O5, Mn2O3.

3

Состав клинкера и его оценка

Минералогический состав клинкера (95-98%)

присутствовать окись калиция и окись магния

В клинкере иногда может присутствовать в повышенном количестве одновременно два минерала. Такой портландцемент приобретает двойное название: алито- алюминатный, белито-алюминатный и т. д.

4

Разделение портландцементов

Минералогический состав клинкера положен в основу разделения портландцементов на следующие виды:

•высокоалитовый портландцемент, содержание в котором трехкальциевого силиката превышает 60%;

•алитовый портландцемент, содержащий трехкальциевого силиката 50—60 %;

•белитовый портландцемент, содержащий двухкальциевого силиката более 35%.

Цемент

среднеалюминатные (СзА 5—9%)

Алюмоферритный портландцемент содержит четырехкальциевого алюмоферрита (C4AF) больше 18% или СзА < 2%.

5

Модули клинкера и коэффициент насыщения

Силикатный (кремнеземный) модуль (n)

Глиноземный (алюминатный) модуль (р)

Коэффициент насыщения (КН)

КН =

6

Расчет минералогического состава клинкера

– содержание трехкальциевого силиката (алита)

3CaO•SiO2 = 4,07(CaOобщ – CaOсв) –[7,6SiO2общ – SiO2св + 6,7Al2O3 + 1,42Fe2O3]

– содержание двухкальциевого силиката (белита)

2CaO•SiO2 = 8,6(SiO2общ – SiO2св) + 5,07Al2O3 + 1,07Fe2O3 – 3,07(CaOобщ – CaOсв)

– содержание трехкальциевого алюмината 3CaO•Al2O3 = 2,65(Al2O3 – 0,64Fe2O3)

– содержание четырехкальциевого алюмоферрита

4CaO•Al2O3•Fe2O3 = 3,04Fe2O3

7

Расчет сырьевой смеси клинкера

Сущность большинства расчетов – определение максимального количества CaO.

Сырьевая смесь

двухкомпонентная четырехкомпонентная

трехкомпонентная

Задача расчета материального баланса технологического процесса: на основе результатов химического анализа сырьевых смесей и заданного проектируемого состава клинкера установить массовое соотношение исходных сырьевых компонентов, которое обеспечивает получение клинкера требуемого состава (и свойств).

8

Структура расчета

1)Химическим анализом определяется процентное содержание окислов: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, SO3, потерь при прокаливании.

2)При наличии в сырьевых материалах FeO и MnO их содержание пересчитывают на Fe2O3 и Mn2O3 и прибавляют к Fe2O3.

3)При наличии TiO2 и P2O5 их прибавляют к Al2O3.

Для пересчета FeO на Fe2O3 применяют коэффициент 1,1114.

коэффициент К.

Минерализаторы и другие материалы, добавляемые в сырьевую смесь в количестве, не превышающем 1% от веса сухой сырьевой смеси, при расчете сырьевой смеси не учитываются.

9

Сокращенные обозначения окислов

Число сырьевых компонентов должно быть на единицу больше числа заданных характеристик.

Упрощенная формула коэффициента насыщения:

КН =