Сырьевые материалы и принципы производства цемента

Портландцемент.

Гидравлическая известь.

Гидравлические вяжущие вещества.

Гидравлическую известь получают обжигом в шахтных печах не до спекания (900-1100°С) маргелистых известняков с содержанием глины 6-20%. Полученную известь размалывают и применяют в виде порошка либо гасят в пушонку. В процессе обжига мергелистых из­вестняков после разложения углекислого кальция (900°С) часть обра­зующейся СаО остается в свободном состоянии, а часть соединяется с оксидами Si02, А12СЬ и Fe203, входящими в состав глинистых мате­риалов. При этом образуются низкоосновные силикаты (2CaOSi02) алюминаты (СаО-АЬОз) и ферриты (СаО-Ре2Оз) кальция, которые и придают извести гидравлические свойства. Гидравлическая известь начинает твердеть в воздухе (первые 7 сут) и продолжает твердеть и увеличивать свою прочность в воде. Предел прочности при сжатии после 28 сут комбинированного хранения образцов из раствора 1:3 по массе (7 сут во влажном воздухе и 21 суТ в воде) 2-5 МПа и выше. Гидравлическую известь применяют для изготовления строительных растворов, бетонов низких марок и бетонных камней. Ее хранят в закрытых помещениях, при перевозке предохраняют от увлажнения.

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80%). Порт­ландцемент - продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой гип­са (3-5%). Клинкер представляет собой зернистый материал ("горошек"), полученный обжигом до спекания (при 1450°С) сырье­вой смеси, состоящей в основном из углекислого кальция (известняки различного вида) и алюмосиликатов (глины, мергеля, доменного шлака и др.). Небольшая добавка гипса регулирует сроки схватыва­ния портландцемента.

Клинкерные минералы характеризуются следующими свойствами:

1. Алит – отличается высокой химической активностью, придаёт цементу свойства быстрого твердения и ранней высокой прочности.

2. Белит – менее активен. Твердеет медленно. Придаёт цементу среднюю прочность и повышенную стойкость.

3. Трёхкальциевый аммиакат и трехкальциевый алюминат. Быстро твердеют, выделяют много тепла. А первые трое суток твердение создаёт низкую прочность.

Сырьевыми материалами для производст­ва клинкера служат известняки с высоким содержанием углекислого кальция (мел, плотный известняк, мергели и др.) и глинистые породы (глины, глинистые сланцы), содержащие Si02, AI203 и Fe203.

В сред­нем на 1 т цемента расходуется около 1,5 т минерального сырья; примерное соотношение между карбонатным и глинистым состав­ляющими сырьевой смеси 3:1 (т.е. берется около 75% известняка и 25% глины). В сырьевую смесь вводят добавки, корректирующие химический состав, регулирующие температуру спекания смеси и кристаллизацию минералов клинкера.

Способы производства цемента:

1. Сухой способ заключается в измельчении и тесном смеше­нии сухих (или предварительно высушенных) сырьевых материалов, поэтому сырьевая смесь получается в виде минерального порошка, называемого сырьевой мукой. Тонкое совместное измельчение из­вестняка и глины осуществляют в трубных (шаровых) мельницах, в которых совмещаются помол и сушка сырьевых материалов до оста­точной влажности 1-2%.

2. Мокрый способ приготовления сырьевой смеси применяют, если мягкое сырье имеет значительную влажность (мел, глины). Тон­кое измельчение и смешение исходных материалов осуществляется в водной среде, поэтому сырьевая смесь получается в виде жидко-текучей массы - шлама с большим содержанием воды (35-45%).

3. Применение "комбинированного способа" дает воз­можность на 20-30% снизить расход топлива по сравнению с мокрым способом. Сущность этого способа заключается в том, что приготов­ленный шлам до поступления в печь обезвоживается на специальных установках. Однако при этом возрастает расход электроэнергии, т.е. энергоемкость производства в целом остается высокой.

Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах. Шахтные печи применяют иногда только при сухом способе производства. Вращающаяся печь представляет собой длинный, рас­положенный слегка наклонно цилиндр (барабан), сваренный из лис­товой стали с огнеупорной футеровкой внутри (рис.8.3). Длина печей 95-185-230 м, диаметр 5-7 м.

Помол клинкера в тонкий порошок производится преимущественно в шаровых изделиях. При помоле к клинкеру добавляют гипс, замедляющий схватывание портландцемента. Готовый портландцемент представляет собой тонкий порошок темно-серого и зеленовато-серого цвета.