5. Производство некоторых строительных материалов

5.1. Производство цемента

Цемент относится к группе неорганических вяжущих веществ. Он представляет из себя порошкообразный материал, который при смешивании с водой образует пластично-вязкое тесто, способное со временем затвердевать в результате физико-химических превращений.

Наиболее распространенным видом цемента является портландцемент, в составе которого преобладают (70-80%) силикаты кальция (3CaO^.SiO₂ – алит и 2CaO^.SiO₂ – белит). Портландцемент – продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой (3-5%) гипса. Клинкер представляет собой зернистый материал в виде спекшихся гранул размером 10-40мм, полученный обжигом до спекания (при температуре до 1450^оС) сырьевой смеси, состоящей в основном из карбоната кальция (различные виды известняков) и алюмосиликатов (глин, глинистых сланцев, доменного шлака, шламов глиноземного производства и др.).

Технология производства цемента включает в себя три основные передела: приготовление сырьевой смеси; обжиг сырьевой смеси до спекания – получение клинкера; помол клинкера с добавкой гипса – получение портландцемента.

Приготовление сырьевой смеси состоит в тонком измельчении и смешении в необходимом соотношении компонентов шихты. Сырьевую смесь приготовляют сухим, мокрым или комбинированным методом.

Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе приготовления шихты в основном осуществляют в трубчатых вращающихся печах, имеющих диаметр 5-7м и длину от 95 до 185-230м. Длинные печи используют при мокром способе приготовления шихты. Топливо (мазут, природный газ) сжигается со стороны нижнего (горячего) конца печи в виде факела длиной 20-30м.

В трубчатой печи, работающей на шихте, приготовленной мокрым способом, можно выделить 6 зон:

• зона испарения, или зона сушки (t = 70-200^оС);

• зона подогрева (t = 200-700^оС) – дальнейшее удаление влаги, выгорание органических примесей;

• зона декарбонизации (t = 700-1100^оС) – разложение карбонатов кальция, разложение дегидратированных глин на простые вещества, начало твердофазных реакций с участием в них СаО, SiO₂, Al₂O₃ и др.;

• зона экзотермических реакций (t = 1100-1250^оС) – твердофазные реакции с образованием 2CaO^.SiO₂, 3CaO^.SiO₂, 4CaO^.Al₂O₃^.Fe₂O₃ и др.;

• зона спекания (температуры достигают максимума ~1450^оС) – происходит частичное плавление материала и образуется клинкер;

• зона охлаждения (t = 1300-1000^оС) – полное формирование состава и структуры клинкера.

Вышедший из печи клинкер интенсивно охлаждают с 1000 до 100-200^оС воздухом в колосниковых, рекуператорных и др. холодильниках. После этого клинкер выдерживают 1-2 недели на складе.

Печь, работающая по мокрому способу, диаметром 7м, длиной 230м имеет производительность 3000 т/сут, при расходе тепла 5600 кДж/кг.

Помол клинкера в тонкий порошок производится преимущественно в сепараторных установках, работающих по открытому или замкнутому циклу. Измельчение ведут в трубных мельницах, представляющих из себя барабан, облицованный внутри стальными броневыми плитами и разделенный перегородками на 2-4 камеры. Мелющие тела – стальные шары и цилиндры. Тонкость помола цемента не менее 85% "– "80 мкм. Готовый цемент хранят в силосах. Их обычно делают из железобетона в виде емкостей диаметром 8-15м, высотой 25-30м, вмещающих до 4000-10000т цемента.