Для производства цемента могут применяться как природные вещества, так и промышленные продукты. Исходными материалами служат минералы, содержащие главные составные части цемента: оксид кальция, кремнезем, глинозем и оксид железа.
Эти компоненты редко содержатся в нужном соотношении в каком-либо одном виде сырья. Поэтому часто приходится подбирать сырьевую смесь по расчету из составляющей, богатой известью (карбонатный компонент), и составляющей, бедной известью, но содержащей кремнезем, глинозем и оксид железа (глинистый компонент). Двумя основными компонентами сырьевой смеси для получения цемента, как правило, служат известняк и глина или известняк и мергель.
Карбонатные породы
Содержание карбонатного компонента в цементной сырьевой смеси обычно достигает 76—80%. Поэтому химические и физические свойства этого компонента оказывают решающее влияние на выбор технологии производства цемента и производственных агрегатов.
Известняк
Карбонат кальция СаС0 3 широко распространен в природе. Для производства портландцемента пригоден карбонат кальция всех геологических формаций. Наиболее чистыми формами известняка являются известковый шпат (кальцит) и арагонит. Известковый шпат имеет гексагональную кристаллическую структуру, а арагонит — ромбическую. Плотность известкового шпата равна 2,7, а арагонита — 2,95 т/м 3 . Макрозернистой разновидностью известкового шпата является мрамор. Однако использовать мрамор для производства цемента неэкономично.
Наиболее распространенными и часто похожим на мрамор формами карбоната кальция являются известняк и мел. Известняк имеет в основном мелкозернистую кристаллическую структуру. Твердость известняка определяется его геологическим возрастом: чем древнее геологическая формация, тем, как правило, тверже известняк. Твердость известняка находится в интервале от 1,8 до 3,0 по шкале твердости Мооса, а плотность — в интервале от 2,6 до 2,8 т/м 3 . Наиболее чистый известняк имеет белый цвет. Чаще всего в известняке содержатся примеси глинистых веществ и соединений железа, которые и определяют его цвет.
С точки зрения геологии мел является относительно молодой осадочной породой, образовавшейся в меловой период. В противоположность известняку мел имеет более рыхлую, землистую структуру; это свойство позволяет отнести мел к сырью, как бы специально предназначенному для мокрого способа производства цемента. Поскольку добыча мела производится без взрывных работ и, кроме того, мел не требует дробления, применение такого сырья значительно снижает стоимость производства цемента. Обычно содержание карбоната кальция в меле составляет 98—99% при незначительных примесях Si02, А1203 и MgC03.
Источник
Цемент с известняком
Известняк является инертным минеральным компонентом, который широко используется для производства цемента в мировой практике. Данный материал не обладает ни гидравлической, ни пуццоланической активностью. Поэтому количество известняка при производстве цемента обычно ограничено цифрой не более 15-16%, в отличие от активных минеральных добавок — шлака и золы, которые можно вводить в количестве до 60%. Основная функция известняка состоит в оптимизации гранулометрического состава цемента, в уплотнении структуры и снижении пустотности цементного камня. Благодаря этому повышается начальная прочность растворов и бетонов. Также известняк, по причине хорошей водоудерживающей способности, снижает водоотделение цемента, что способствует производству более качественных и однородных по своей структуре бетонных и растворных смесей (отсутствие водоотделения и расслоения). Кроме того, известняк улучшает пластичность и удобоукладываемость бетонных смесей, что способствует получению более качественных поверхностей бетонных изделий, снижению количества пор и раковин.
Качество известняка оказывает большое влияние на качество цемента и может меняться в зависимости от сырьевой базы разных производителей. Чем выше содержание оксида кальция в известняке и меньше оксида магния и кремния, тем выше качество известняка.
Результаты химического анализа демонстрируют высокое качество карбонатных пород заводов ЛафаржХолсим Россия. Известняк месторождения «Приокское», которое является сырьевой базой завода Щурово к тому же используется для производства белого портландцемента, так как характеризуется высоким показателями по белизне.
Поскольку известняк является материалом собственной сырьевой базы наших заводов, мы можем управлять его стабильностью качества и, как следствие, стабильностью качества цемента. Цементы с минеральной добавкой известняка в настоящий момент производятся на всех заводах – в Щурово, Ферзиково и Вольске. Завод Ферзиково уже в течении нескольких лет производит цемент с известняком в навале и тарированном виде, который хорошо себя зарекомендовал с точки зрения качества. На Щуровском и Вольском заводе в текущем году начался процесс постановки на производство цементов с известняком по причине значительного роста стоимости шлака. Общий объем производства цементов с известняком на текущий момент уже достиг 1 млн. тонн.
Поскольку качество известняков на различных заводах отличает, поэтому его содержание в цементе на разных заводах также будет разное для достижения оптимального качества цементов – на Ферзиково и Вольске 14%, на Щурово 11%. Для сравнения, характеристики цементов с известняком различных заводов, а также бетона на его основе представлены в таблицах ниже.
Показатель
Блейн
НГ
Н\Ксхв
R2суток
R28суток
см2\г
%
мин
МПа
МПа
ЦЕМ II/А-И 42.5Б ФЕР
ЦЕМ II/А-И 42.5Н ЩУР
ЦЕМ II/А-И 42.5Н ВОЛ
Продукт
Бетонная смесь
Бетон
Показатель
В/Ц
ОК / ОКt/t
см см мин
RТВО
МПа
R3суток
МПа
R7суток
МПа
R28суток
МПа
Цемент\Добавка
ЦЕМII/А 42.5 Хим.добавка (1% от веса цемента)
ЦЕМ II/А-И 42.5Б ФЕР
ЦЕМ II/А-И 42.5Н ЩУР
ЦЕМ II/А-И 42.5Н ВОЛ
Из таблицы видно, что прочностные характеристики бетона на основе цементов с известняком различных заводов сопоставимы.
Прочностные характеристики бетонов на основе цементов с известняком заводов Щурово и Ферзиково сопоставимы с прочностными характеристиками бетонов на основе цементов с композиционной добавкой шлака и известняка и поэтому являются взаимозаменяемыми. Показатели долговечности бетона (морозостойкость, водонепроницаемость, коррозионная стойкость) завися от его структуры, от наличия открытой капиллярной пористости. Чем выше открытая капиллярная пористость бетона, тем выше его проницаемость для различных агрессивных сред, тем ниже долговечность. Открытая капиллярная пористость бетона зависит от показателя водоцементного отношения: чем выше водоцементное отношение, тем выше открытая капиллярная пористость. Поскольку водоцементное отношение бетонов на основе цементов с известняком находится на одинаковом уровне по сравнению с цементами с композиционной минеральной добавкой шлака и известняка, значит и показатели долговечности у бетонов на основе этих цементов будут сопоставимыми. Сравнительные результаты тестирования морозостойкости и водонепроницаемости бетонов на основе цементов с известняком и композиционных цементов заводов Щурово и Ферзиково подтвердили сопоставимость этих характеристик. Полученные показатели морозостойкости F1200 и водонепроницаемости W8 позволяют широко использовать цементы с известняком для общестроительного применения в изделиях, к которым не предъявляется специальных требований повышенной долговечности.
Таким образом, цементы с известняком имеют отличные перспективы для их использования в сегментах товарного бетона, сборного железобетона (особенно там, где требуется высокое качество поверхности), мелкоштучных изделий и сухих строительных смесей.
Источник
Технология производства цемента (процесс изготовления): сырье, основные способы, оборудование
Для проведения строительных или ремонтных работ используют различные материалы, в том числе цемент разных видов и марок. Его используют для подготовки бетонных, кладочных, штукатурных растворов, для производства железобетонных изделий. Но при этом редко кто знаком с технологией производства цемента.
Состав цемента
При изготовлении продукции могут быть использованы другие добавки, например, окислы кальция, магния, фосфора, соли. Но они используются в небольших количествах. Их вносят для того, чтобы получить установленные характеристики — жаропрочность, кислотоустойчивость и пр.
Если технологический процесс позволяет, то в состав могут быть введены пластификаторы.
Препятствовать проникновению влаги в конструкцию.
Уменьшение времени затвердевания.
Увеличение прочности.
Стойкость к колебаниям температур, влиянию агрессивных сред.
Производство цемента на заводах
Выпуском цементной смеси занимаются специализированные предприятия. Чтобы получить качественный продукт требуется специальное оборудование и знание технологии. От мощности предприятия и качества сырья зависит выбор способа производства цемента.
Добыча сырья, в состав которого входит гипс, глина, известняк.
Дробление известняка с приданием полученному продукту необходимой влажности.
Измельчение известняка. Смешивание его с глиной. Концентрация компонентов может меняться. Все зависит от характеристик используемого сырья. В основном соотношение составляет 3:1. В результате получается комбинированный, сухой или мокрый шлам.
Обжиг. Сырьевая масса отправляется в печь, разогретую до 1500 градусов, где спекается и превращается в гранулированную фракцию — клинкер.
Измельчение. Клинкер в специальных мельницах измельчается до порошкообразного состояния.
Подготовленные ингредиенты смешиваются в соответствии с рецептурой марки будущего цемента. В процессе смешивания добавляется гипс и специальные минеральные добавки.
Сухой способ
При производстве не используется вода. Основные материалы — глина и известняк, дробятся на специальном оборудовании. Сушатся, перемалываются в муку. Смешиваются при помощи пневматического инструмента и подаются на обжиг.
Клинкер, что образовался после обжига, измельчается до установленной фракции, фасуется в подготовленную тару и перевозится на склад. Производство цемента сухим способом позволяет снижать производственные затраты. Но требует повышенной однородности основных материалов. К тому же является опасным, с точки зрения экологии.
Мокрый способ
Преимуществом данного метода изготовления цемента является возможность точно подобрать необходимый состав шлама, несмотря на неоднородность исходного сырья. Шлам при таком способе приобретает жидкую консистенцию. В нем содержится около 40% жидкости.
Температура обжига превышает 1000 градусов, поэтому изготовление цемента мокрым способом требует больших энергозатрат. Но дает возможность получать продукт высокого качества.
Комбинированные способы
Технология предполагает объединение сухого и мокрого способов производства цемента. Один из них может быть взят за основу, а второй — выступать в качестве дополнения. На разных предприятиях эти способы имеют различия. Все зависит от особенностей имеющегося оборудования для производства цемента, близости к месту добычи сырья, а также от потребностей на установленные марки продукта.
Если за основу взят мокрый метод, то сырье вначале смешивается, а затем обезвоживается в специальных сушилках с фильтрами почти до сухого состояния. Только после этой процедуры отправляется в печь. Такая технология позволяет уменьшать теплозатраты, поскольку в процессе обжига почти нет испарений.
Когда в основе лежит сухой способ, в процессе гранулирования готовой смеси используется вода. В обоих случаях влажность клинкера, отправляющегося в печь, около 10-18%.
Как делают белый цемент
Белый цемент, производство которого несколько отличается от технологии выпуска серого продукта, может выпускаться как мокрым, так и сухим способом. Отличается технология тем, что исходное сырье обжигается при высокой температуре и затем быстро охлаждается водой.
Клинкер этого вида продукции складывается из минеральных добавок, известняка, гипса, соли и других компонентов. Исходное сырье готовится из карбонатной и глинистой породы: известняка, каолиновой глины, отходов обогащения, кварцевого песка.
Источник
Из чего и как делают цемент?
Цемент – широко распространенный материал, который применяют при любых видах работ, связанных с ремонтом, реставрацией, строительством. Цементная основа – вяжущие компоненты неорганического происхождения. Из цемента производятся бетонные, кладочные, штукатурные растворы, железобетонные изделия, используемые при строительстве промышленных объектов и частных построек.
Особенностью порошкообразной цементной массы, смешанной с водой, является способность постепенно твердеть, превращаясь в каменный массив. Процесс приобретения эксплуатационной прочности происходит как в воздушной среде, так и в воде. Главное условие твердения – избыточная влажность.
Все сталкивались с цементом, однако мало кто знает, из чего делают этот универсальный строительный материал, как его производят. Его основа – клинкер, специальные минеральные добавки и гипс. Рассмотрим подробно, как делают цемент, какое сырье для этого используется.
По-прежнему клинкер – это основной компонент, входящий в состав цемента
Сырьевые материалы
Производство цемента осуществляется на специальных заводах, расположенных близко к местам добычи исходного сырья для его изготовления. Главным исходным сырьем для цементного производства являются следующие естественные породы:
ископаемые карбонатного типа. Это ценное природное сырье, отличающееся особенностями кристаллической структуры, физическими характеристиками. Материал может иметь кристаллическую или аморфную структуру, определяющую эффективность его взаимодействия при обжиге с другими компонентами;
глинистые материалы, горные породы осадочного характера. Они имеют минеральную основу, становятся пластичными, объемно увеличиваются при избыточном увлажнении. Сырье характеризуется вязкостью, применяется при сухом методе производства.
Карбонатные породы
Остановимся на карбонатных породах, характерными представителями которых являются:
Мел, являющийся горной породой осадочного характера, которая легко перетирается, относится к разновидностям мажущего известняка. Он популярен при изготовлении цемента.
Мергель или мергелистый известняк – ископаемые осадочного типа, которые добываются в рыхлом или твердом состоянии, отличаются удельным весом, концентрацией влаги. Содержат примеси глины, что позволяет относить их к переходному сырью, имеющему много общего с известняковыми породами и ископаемыми на основе глины.
В состав входят активные минеральные добавки (15%) в соответствии со стандартами производства
Глинистое сырье
К глинистым породам относятся:
глина, содержащая минеральные включения, разбухающие при добавлении воды;
суглинки, являющиеся разновидностью глины, с повышенной концентрацией песчаной фракции и пылеобразных частиц;
сланцы на глинистой основе, относящиеся к горным породам с повышенной прочностью, которые при измельчении расслаиваются на пластинчатые частицы. Сырье характеризуется стабильным гранулометрическим составом, низкой концентрацией влаги.
Возможно применение отходов промышленного производства, других видов природных материалов и шлаков.
Корректирующие добавки
Цементный состав делают из минерального сырья с применением специальных пластификаторов, добавляемых при производстве.
Если увеличить количество добавок до 20%, то свойства цемента будут несколько изменены
Технология предусматривает использование добавок на базе ископаемых, содержащих:
Введение корректирующих добавок, с помощью которых делают цемент и улучшают его характеристики, предусмотрено технологией. Пластификаторы позволяют улучшить следующие свойства цементного состава:
стойкость к воздействию коррозионных процессов;
устойчивость к воздействию перепадов температуры, глубоким циклам замораживания;
прочностные характеристики;
продолжительность твердения;
подвижность цементного раствора, его эластичность;
степень проницаемости водой.
Состав
Задумывались ли вы, из чего сделан цемент? Его состав обусловлен особенностями сырья и конкретной маркой продукции. Так, пользующийся широкой популярностью портландцемент имеет следующий состав:
Кремниевый диоксид (кремниевая кислота или кварц) – 25 %.
Известь – 60 %.
Алюминий (глинозем) – 5 %.
Оксиды железа и гипс – 10 %.
Сегодня производится множество видов цемента
Процентное соотношение ингредиентов может изменяться, согласно особенностям технологии и марки цементной продукции. Отдельные виды цементов, в частности шлакопортландцемент, включают в свой состав шлак, представляющий уголь, полученный в результате обжига клинкера.
Независимо от рецептуры, основные ингредиенты при изготовлении цементного состава – глина и известняк. Концентрация известняка трехкратно превышает содержание глины, что обеспечивает необходимое качество клинкера для производства цементной продукции.
Основными компонентами, из которых производят цемент, являются:
клинкер, определяющий прочностные характеристики, получаемый при обжиге исходного сырья (известняка, глины). Клинкер является основой конечной продукции, используется в гранулированном виде диаметром 10-60 мм. Клинкер термообрабатывается при температуре порядка полторы тысячи градусов Цельсия. Он плавится с образованием массы с высоким содержанием кальциевого диоксида и кремнезема, которые определяют эксплуатационные характеристики цементных составов. Гранулы дробятся до пылеобразного состояния с последующим обжигом;
гипс, процентное содержание которого определяет период твердения. Базовая рецептура предусматривает использование до 6% чистого порошкообразного гипса или гипсового камня, содержащего примеси;
специальные добавки, вводимые для усиления имеющихся свойств или придания составу специальных характеристик, расширяющих сферу применения.
Очень часто цемент применяют в строительстве для создания бетона и армированных конструкций
Процесс изготовления
Производство цемента осуществляется поэтапно, предусматривает следующее технологические операции:
Предварительное смешивание ингредиентов для изготовления клинкера, который делают из известняка, вводимого в количестве 75%, и из глины, доля которой составляет 25%.
Высокотемпературный обжиг, после которого образуется клинкер. Он – результат процесса соединения глины и извести под воздействием повышенной до 1450 градусов Цельсия температуры.
Измельчение, осуществляемое с помощью шаровых мельниц. Они представляют горизонтально расположенные барабаны с находящимися внутри стальными шарами, обеспечивающими измельчение клинкера до порошкообразного состояния. С уменьшением фракции помола возрастают эксплуатационные характеристики и марка цементного состава.
Этапы производства
Особенности производства предусматривают изготовление цемента различными методами, что сказывается на особенностях применяемого сырья. Это обусловлено расположением цементного производства, спецификой применяемого оборудования, спросом на определённые марки продукции.
Все варианты технологий отличаются только особенностями подготовки исходного сырья, которые осуществляются:
мокрым путем. Мокрая технология предусматривает использование вместо извести мела, смешивание которого с необходимыми ингредиентами происходит одновременно с измельчением в горизонтальном барабане с обязательным добавлением воды. При этом образуется шихта с концентрацией влаги 30-50%. Шихтовый материал обжигается в печи, превращаясь в шарообразный клинкер, который затем измельчается;
сухим методом. Сухая технология характеризуется уменьшенной себестоимостью производства цемента, сокращением технологического цикла. Это связано с объединением технологических операций, позволяющих одновременно осуществлять помол и сушку компонентов в шаровой мельнице под воздействием поступающих горячих газов. Полученная шихта имеет порошкообразную консистенцию;
комбинированным способом. Комбинированный вариант объединяет особенности мокрого и сухого способа производства, но на разных предприятиях имеет определенные отличия. Один из вариантов обеспечивает возможность получение полусухого состава с влажностью до 18%, произведенного путем высушивания шихты, полученной по мокрой технологии. Второй метод предусматривает подготовку сухой смеси с последующим ею увлажнением до 14%, гранулированием, заключительным отжигом.
Заключение
Материал статьи предоставляет информацию о том, как делают цемент, какое сырье применяют, какие технологические особенности используют в процессе производства. Имеется множество технологических нюансов, которыми в совершенстве владеют специалисты, занимающиеся изготовление цемента.
