книги из ГПНТБ / Химическая промышленность Белгородской области (учебное пособие)

14 м, а в диаметре 3 м; внутри он выложен броневыми пли­ тами; в качестве мелющих тел используются стальные шары и цилиндрики общим весом 108 т. Внутри мельница делится перегородкой с щелями на две камеры. Вращаются мельни­ цы от электродвигателя мощностью 1600 квт. через редук­ тор, скорость вращения 17 об/мин. Производительность мель­ ницы 50 тонн цементного порошка в час. В мельнице мате­ риал измельчается настолько тонко, что уже не нуждается в просеивании через сито.

Для получения особо тонкого цемента, в-частности, для выпуска цемента высокой марки, установлена мельница, ра­ ботающая по замкнутому циклу. Это означает, что материал после размола в первой камере мельницы поступает в сепа­ ратор, где тонкая фракция, представляющая собой готовый продукт, отделяется, а крупка Поступает па помол во вторую камеру.

Загружается мельница мелющими телами не полностью, а па 28—32% ее объема. При этом самые крупные мелющие тела — свальные шары диаметром от 100 до 40 мм помещают в первую камеру от загрузочного конца. Во вторую камеру загружаются стальные цилиндрики (цильпебс), имеющие в диаметре 18—25, а в длину 27—40 мм.

Загрузка материала в мельницу и выгрузка готового про­

т. е. способом, выгодным при помоле крупных кусков. Циль­ пебс работает как на удар, так п па истирание. Это приме­ нимо при топком помоле. Цилиндрики соприкасаются друг с другом точками и линиями. Непрерывно перемещаясь от­ носительно друг друга, цилиндрики самоочищаются от на­ ливаемого цемента и, оставаясь чистыми, доводят помол до высокой степени тонкости.

При вращении мельницы мелющие теда ударяются друг о друга и о куски клинкера нагреваются сами-, нагревают корпус мельницы и материал. Под влиянием высокой темпе­ ратуры влага, содержащаяся в материале, конденсируется в мельчайшие капельки. Отсыревший цементный порошок тол­ стым слоем облепляет шары. Их удары, смягченные этими «подушками», теряют свою эффективность, межкамерные перегородки замазываются. Возникает опасность «запари­ вания» мельницы и резкого падения ее производительности.

170

Чтобы избежать перечисленных неприятностей, прибега­ ют к «проветриванию» мельницы, т. е. создают в ней разре­ жение путем прососа воздуха вентилятором (так называе­ мая аспирация).

Аспирация необходима как в технологическом отношении, так и санитарно-гигиеническом. Создавая разрежение в за­ грузочной части мельницы, предотвращают попадание пыли в цех. Отсасываемый воздух содержит большое количество

пх 28 тонн в час. Очистка аспирационного воздуха осуществ­ ляется при помощи 108 рукавных фильтров. В другом отде­ лении этого цеха имеются еще мельницы размером: 3 м в диаметре и 14 м длиной, производительность их 50 тонн в час. Аспирационный воздух очищается в электрофильтрах.

В связи с тем, что клинкер представляет собой твердые спекшиеся зерна, для его измельчения требуются значитель­ ные затраты энергии.

О трудоемкости превращения клинкера в цемент можно судить по тому, что еженедельно в мельницу приходится до­ бавлять новые мелющие тела, т. е. производить догрузку цементной мельницы стальными шарами и цилиндриками. Для размола тонны цемента расходуется до 800 граммов ме­ лющих тел.

Большую помощь в облегчении размола клинкера оказы­ вают поверхностно-активные химические вещества. Они слу­ жат интенсификаторами помола.

Для интенсификации помола достаточно покрыть поверх­ ность измельчаёмых кусочков клинкера слоем поверх­ ностно-активного вещества толщиной всего в одну мо­ лекулу. Практически это означает, что на 1 тонну размалы­ ваемого материала надо подать всего 200—500 граммов суль­ фитно-спиртовой барды, мылонафта или триэтаноламина, чтобы поднять производительность мельниц на 15—20%.

В последние годы в качестве поверхностно-активных ве­ ществ используются отходы производства Шебекинского хим­ комбината — так называемый кубовый остаток.

Цемент от мельниц с помощью пневмовинтовых насосов по цементопроводу пневматическим способом подается в си-

171

лосы — железобетонные емкости на 7 000 тонн цемента. Диа­ метр силоса 15 м, высота 25 м.

После поступления в силос смеси, цемента с воздухом по­ следний содержат еще некоторое количество цементной пыли. Для очистки воздуха установлен рукавный фильтр, через который запыленный воздух просасывается вентилятором и выбрасывается в атмосферу, а осевший в фильтре цемент возвращается в силос.

Для обеспечения разгрузки силосов и предотвращения сле­ живания и «зависания» цемента днища их выполнены на­ клонно. На днища уложены перфорированные (с мелкими отверстиями) трубы, обернутые плотной бельтинговой тканыо. По трубам подается сжатый воздух, разрыхляю­ щий лежащий на них цемент. При этом последний приобре­ тает текучесть и легко перемещается по всей наклонной плоскости днища к выходным отверстиям. Цемент из от­ верстий силоса, если его нужно грузить в вагоны навалом, направляется в пневматические разгружатели. Из разгру-

направляют к пневмовинтовым насосам и затем в упаковоч­ ные—карусельные машины. Одна упаковочная машина мо­ жет за час затарить до 90 тонн цемента (1800 мешков). Пе­ ред тем как цемент поступает в упаковочную машину, его просеивают в механическом сетчатом Сите.

Обеспыливание упаковочной машины, просеивающего сита и бункеров производится при помощи рукавного фильт­ ра. Погрузка тарированного цемента в железнодорожные ва­ гоны полностью механизирована. Укладка мешков с цемен­ том в вагоне производится посредством мешкоукладочной машины.

ПРОЦЕССЫ ТВЕРДЕНИЯ И СВОЙСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

«Гидравлические свойства цементов определяются тем, что в них находятся известковые кремнеземисто-глиноземис­ тые соединения, могущие соединяться с водой и образовы­ вать гидратные, водой неизменяющиеся соединения». В этом определении Д. И. Менделеева отражена химическая основа последнего превращения цемента—процесса твердения.

172

Цемент, затворенный водой и перемешанный с ней, обра­ зует пластичное цементное тесто. Это тесто постепенно за­ густевает и переходит в камнеподобное состояние. Превра­ щение порошка цемента в цементный камень с переходом через стадию образования пластичного цементного теста оп­ ределяется физико-химическими процессами, происходящи­ ми между цементом и водой.

Клинкерные минералы, входящие в состав цементного зерна, и гипс, взаимодействуя с водой, образуют новые сое­ динения — гидраты.

ЗСаО •SiOa + ЗН20 — >-2СаО •Si02 •2Н20 + С а (ОЦ)2

Белит (2Ca0-Si02), реагируя с водой, образует гидросили­ кат 2Ca0-Si02-2H2:

2СаО •Si02+ 2Н20 —^2СаО •Si02 •2Н20

Трехкальциевый алюминат (ЗСа0-А120 3) вступает в хи­ мическое взаимодействие с гипсом (CaS04-2H20 ) и водой, образуя сложное соединение — гидросульфоалюминат каль­ ция (3Ca0-Al20 3-CaS04-31H20:

ЗСаО •А120 3 + 3(CaS04 •2Н20 ) + 25Н20 —->ЗСаО •А120 3- •3CaS04-31H20

При недостаточном количестве гипса образуется гидроалю­ минат кальция (ЗСаО-А120 3-6Н20 ):

ЗСаО •А120 3+6Н 20-— >-ЗСаО•А120 3 •6Н20

При реакции выделяется некоторое количество свободного Са (ОН)2:

4СаО •А120 3 •Fe20 3 + 3 (CaS04-2H20 ) +26Н20 — ► ЗСа0(А120 3, Fe20 3) -3CaS04-31H20 + C a (0 H )2

которого количества гидрата окиси кальция Са(ОН)2: 4СаО ■А120 3 •Fe20 3+7H 20 —*ЗСаО (А120 3, Fe20 3) •6Н20 +

Са(ОН)2 Взаимодействие между порошком цемента и водой заклю­

чается в следующем.

173

После затворения цемента жидкая фаза цементного тес­ та из-за ограниченной растворимости клинкерных минера­ лов превращается в насыщенный раствор.

Дальнейшая гидратация вызывает пересыщение раство­ ра. Пересыщенные растворы в обычных условиях существо­ вать не могут, из них начинает выпадать растворенное ве­ щество в виде мельчайших частиц, в данном случае выпа­ дают гидраты клинкерных минералов. Эти частицы облада­ ют клеящей способностью, которая передается цементному тесту. В результате оно хорошо прилипает к различным те­ лам и склеивает их.

Поглощение воды клинкерными минералами при их гид­ ратации, содержание свободной воды в цементном тесте уменьшается. Цементное тесто начинает загустевать (упроч­ няться), теряя клеящую способность и пластичные свойства.

чало и конец, схватывания цементного теста. В конце схва­ тывания, оно представляет собой камнеподобное вещество.

Дальнейшее приобретение прочности цементным камнем называется кристаллизацией продуктов гидратации. Образу­ ющиеся при этом кристаллические сростки пронизывают це­ ментный камень во всех направлениях и как бы армируют его, обеспечивая высокую прочность.

Скорость твердения цемента зависит от скорости раство­ рения клинкерных минералов, скорости и характера кристал­ лизации продуктов гидратации.

Время растворения клинкерных минералов различное. Бы­ стрее всех растворяется трехкальциевый алюминат, затем

— четырехкальциевый алюмоферрит и трехкальцпевый сили­ кат, значительно медленнее других—двухкальциевый сили­ кат.

Растворение цементного порошка и всех последующих процессов твердения цемента зависит также от тонкости по­ мола цемента. Чем мельче зерна, тем большей оказывается

более тонком помоле цемента ускоряется взаимодействие его с водой.

Твердение цемента вначале протекает сравнительно бы­ стро, а затем все более и более замедляется. Происходит это в результате образования нй поверхности цементных зерен

174

плотных пленок гидратов. Эти пленки затрудняют доступ воды во внутренние части зерна и тормозят дальнейшую гидратацию.

Глубина гидратации зерен цемента не превышает 15—20 микрон, а остальная часть остается непрогидратировавшей и, таким образом, не участвует в твердении. Если учесть, что средний размер зерна цемента стандартного помола ра­ вен примерно 40 микронам, достигая для отдельной части зер­ на 80 микрон и более, то становится очевидным значение тонкого помола цемента.

Гидраты клинкерных минералов обладают весьма низкой растворимостью в воде, однако гидрат окиси кальция, вы­ деляющийся при взаимодействии с водой трехкальциевого силиката, растворяется сравнительно хорошо. Это понижа­ ет водостойкость цемента в результате вымывания его из цементного камня. Чтобы предупредить этот разрушающий процесс, необходимо связать гидрат окиси кальция в нера­ створимое вещество, что с успехом выполняют гидравличе­ ские добавки — трепел, опока, диатомит, гранулированный шлак и др. Они содержат в своем составе активный кремне­ зем, легко вступающий в химическое взаимодействие с гид­ ратом окиси кальция и образующий при этом труднораст­ воримый гидроспликат кальция:

Са (ОН) 2"Ч- SiО2 П1Н2О — СаО •Si02 •П1Н2О

Применение гидравлических добавок преследует не толь­ ко техническую цель — повышение водостойкости цемента, но и экономическую. Будучи значительно дешевле клинке­ ра (в 3—5 раз), они снижают стоимость цемента.

ГОСТ 10178—62 предъявляет к портландцементу требо­ вания в отношении активности (прочности), сроков схваты­ вания, тонкости помола и равномерности изменения объема при твердении.

.4.0x40X160 мм, выдерживают их 28 суток»в стандартных ус­ ловиях и испытывают на прочность.

175

ip

Химическая промышленность Белгородской области

(Учебное пособие)

Художник в. В. Дроздова Технический редактор В. И. Рогальския Корректор 3. М. Лычева

Подписано к печати 27/Х1-1975 г. Бумага 60 х 84 1/16, объем И п. л., *ак. 1747, тир. 2700 (из плана 1974 года). ИЕ 00355. Цена 80 коп.

Белгородская облтипография имени В. И. Ленина

Белгород, ул. Ь. Хмельницкого, 111а.