Принципы производства цемента
Основные технологические операции производства портландцемента:
добыча - подготовка сырья- обжиг - получение клинкера -помол .
Различают 3 способа производства цемента: мокрый, сухой и комбинированный.
Сухой способ – при сухом способе влажность сырьевой массы составляет 1-1,5%. При производстве портландцемента обжигают, тонко измельченную и тщательно перемешанную сухую смесь. Обжигают эту смесь во вращающихся или шахтных печах. В шахтных печах смесь смешивают с топливом - коксующимся углем. Этот способ экологически вредный для окружающей среды, так как выделяется большое количество пыли. В шахтных печах качество хуже, хотя расходуется меньше топлива.
Мокрый способ – сырьевые компоненты измельчают до 5 мм и смешивают с водой, а полученную смесь в виде жидкого шлама из бассейнов – болтушек с влажностью 35-40% падают в трубные мельницы, где вновь подвергают измельчению во вращающихся барабанах со стальными шарами (Рисунок 4).
Затем эту смесь с помощью насосов транспортируют во вращающую печь в виде длинной трубы диаметром 3-5 м и длиной 185-230 м с уклоном 3-5% к горизонту. При температуре 100°С вода испаряется, высыхает и образует мелкие гранулы, которые по мере увеличения температуры распадаются, в них выгорают органические вещества, и происходит дегидратация (удаление связанной влаги. При t = 800°С смесь начинает разлагаться, происходит химическая реакция – разложение углекислого кальция. При температуре 1450-1500°С свободная известь связывается с оксидами глины и образует клинкер– камни неправильной формы размерами 4-70 мм. Полученный клинкер охлаждают холодным воздухом и дают вылежаться перед помолом. Затем клинкер температурой примерно 100°С подвергают помолу с добавлением например гипса или других минеральных добавок. Тонкость помола около 40 мкм, что сильно влияет на его активность. Помол осуществляют в трубчатых шаровых мельницах и затем отправляют в силосы, где он должен вылежаться несколько дней до полного охлаждения. Затем его выгружают и упаковывают в бумажные многослойные мешки весом 50кг. Способ энергозатратный, так как необходимо испарять воду.
Комбинированный способ - сырьевые материалы готовят по мокрому способу. Полученную смесь имеет влажность около 40%. Ее обезвоживают на фильтрах до 16-18%. Из полученного «сухаря» приготавливают гранулы и обжигают их во вращающихся печах.
Способы получения цемента незначительно влияет на свойства цемента.
Особые виды портландцемента применяются тогда, когда их свойства могут быть использованы с максимальным эффектом.
Транспортируют цемент для промышленности в специальных вагонах и автомобилях, для индивидуального пользования в фасованных водонепроницаемых мешках.
Цементная промышленность в настоящее время широко использует отходы металлургической и топливной промышленности. Для цементной промышленности перспективными являются металлургические шлаки. Феррохромовый шлак позволяет получать цветной портландцементный клинкер. Никелевые и медные шлаки применяеются в качестве железистого компонента сырьевой цементной смеси и активной минеральной добавки. Шлаки алюмотермического производства ферросплавов и вторичной переплавки алюминия и его сплавов используется как сырье для производства глиноземистого цемента и сверхбыстротвердеющего портландцемента. Сталерафинировочные шлаки пригодны для получения расширяющихся цементов.
Для получения шлаковых вяжущих автоклавного твердения возможно применение как гранулированных, так и медленно охлажденных сталеплавильных шлаков и шлаков цветной металлургии.
Шлакосодержащие вяжущие можно подразделить на следующие основные группы: портландцемент и шлакопортландцемент, сульфатно-шлаковые, известково-шлаковые, шлакощелочные вяжущие.
Портландцемент. В соответствии с европейскими нормами цементы общестроительного назначения разделяют в зависимости от вида и содержания добавок на пять типов. В группу портландцементов относят портландцемент I типа, содержащий до 5% активных минеральных добавок, и портландцемент II типа, содержащий от 6 до 35% минеральных добавок. Цемент III типа - шлакопортландцемент. Он может содержать от 36 до 80% доменного шлака. Цементы IV и V типов - соответственно пуццолановый и композиционный цементы. Первый содержит от 21 до 55% пуццолановых добавок, второй – 36-80% композиции добавок, в которую как одна из добавок вводится обязательно доменный гранулированный шлак.
Доменный шлак в производстве цементов на основе клинкера применяют как компонент сырьевой смеси и как активную минеральную добавку. При использовании доменных шлаков для производства шлакопортландцемента снижаются топливно-энергетические затраты на единицу продукции почти в 2 раза, а себестоимость на 25-30%. Шлак как активная добавка значительно улучшает ряд строительно-технических свойств цемента.
Экономическая эффективность применения гранулированного шлака в качестве активной минеральной добавки в цемент в несколько раз выше, чем в качестве сырьевого компонента. Как сырьевой компонент целесообразнее применять отвальные шлаки, ресурсы которых весьма велики. По химическому составу в качестве компонента портландцементной сырьевой шихты пригодны также и сталеплавильные шлаки.
Химический состав доменных шлаков позволяет использовать их вместо глинистого и части карбонатного компонентов в составе сырьевых смесей при производстве клинкера.
Шлаки можно рассматривать как в значительной мере подготовленное сырье. В их составе СаО связан в различных химических соединениях, в том числе и в виде двухкальциевого силиката — одного из минералов цементного клинкера. Высокий уровень подготовки сырьевой смеси при применении доменных шлаков обеспечивает повышение производительности печей и экономию топлива. Замена глины доменным шлаком позволяет снизить на 20% содержание известкового компонента, уменьшить при сухом способе производства клинкера удельный расход сырья и топлива на 10—15%, а также повысить производительность печей на 15%.
Практикой доказана эффективность использования шлаков в составе сырьевой смеси при мокром способе производства. Установлено, что при использовании шлакового шлама производительность вращающихся печей увеличивается на 13—20%, расход сырьевых материалов на 1 т клинкера снижается примерно на 12%, удельный расход топлива — на 10—15%. Для предохранения шлаковых шламов от загустения, расслоения и схватывания целесообразно в их состав вводить добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ) и применять интенсивное перемешивание.