Производство цемента

Цемент – гидравлический (твердеющий во влажной среде) вяжущий минеральный материал, при соединении с водой переходящий в камневидное состояние. Различные виды цемента изготавливаются из сырья, отличающегося по химическому составу: портландцемент, пуццолановый, шлаковый, глинозёмный и др.

Сырьём служат известковые, мергелистые, глинистые породы и корректирующие добавки (шлак, трепел, гипс, боксит, песок и др.). Благодаря этим добавкам изменяются технические свойства различных сортов цемента. В составе ингредиентов будущего цемента содержится связанная SiO₂ (до 66%) и свободная S i O₂ (до 80% в песке). Готовый цемент содержит 0.8 – 7.3% кристаллического диоксида кремния.

Весь процесс производства цемента осуществляется в четырёх основных цехах: карьере, сырьевом цехе, цехе обжига и мельничном. Имеются подсобные цехи.

Сырьё добывается открытыми выработками, в так называемых карьерах. Производство горных работ состоит из вскрытия месторождения и последующей добычи ископаемых материалов, как правило, механизированным способом (бурение, взрывание, погрузка и откатка). Доставка сырья в сырьевой цех осуществляется железнодорожным, автомобильным или подвесным транспортом. Доставленное в сырьевой цех из карьера сырьё подготавливается к обжигу. Глина, поступая на вальцы и пройдя через них, направляется в железобетонные емкости, заполненные водой, где разбалтывается; полученная масса подаётся затем на помол в мельницу, в которую через тарельчатые питатели поступает измельчённый известняк. После помола смесь (шлам) перекачивается для коррекции и хранения в шламобассейны.

Печной цех, или цех обжига на современных цементных заводах размещаются в зданиях с большой кубатурой, в которых предусмотрены аэрационные фонари и открывающиеся окна, предназначенные для естественного проветривания.

Основным оборудованием печных цехов являются вращающиеся печи цилиндрической формы длиной от 60 до 150 м, установленные под углом примерно 4◦ к горизонту на подставках с опорными роликами. Шлам из сырьевого цеха насосами подаётся на шламплощадку к несколько приподнятому концу печи, откуда посредствам ряда дозирующих устройств и трубопровода поступает в печь.

Обжиг шлама происходит при температуре 1300-1400◦С, создающейся за счёт горения пылевидного угольного топлива, газа или мазута, вдуваемых через форсунку в головной конец печи. Во время обжига, шлам, пройдя зоны испарения, кальцинации и спекания, формируется в твёрдые комья, называемые клинкером. Клинкер из печи поступает в холодильник, а из последнего доставляется в клинкерный склад.

Из клинкерного склада клинкер и добавки поступают в мельничный цех, и загружается в мельницы. Мельничный цех оборудуется обычно шаровыми мельницами. Загрузка мельниц материалом осуществляется через бункеры, в которые клинкер и добавки загружается грейферным краном. Из бункеров через тарельчатые питатели происходит питание мельниц.

В результате помола получается цемент, который непрерывно поступает из мельниц в шнеки и посредством последних передаётся в бункеры готового цемента. Готовый продукт перекачивается насосами на склады - силосы.

Упаковка и отпуск цемента производится в транспортно – упаковочном цехе. Наиболее распространённый способ упаковки цемента – в бумажные мешки посредствам упаковочных машин. Для этого бумажный мешок одевают на штуцер машины, при открывании которого цемент поступает в мешок; как только вес мешка достигает установленной величины, штуцер выключается вручную или автоматически. Наполненный мешок вручную сваливают на транспортёр.

Кроме упа кованного цемента, потребителям отпускают цемент, гружёный навалом в железнодорожные вагоны, автоцементовозы, баржи.

Основными неблагоприятными факторами производственной среды на цементном производстве являются пыль сырья и готового продукта, интенсивный шум, нагревающий микроклимат.

Концентрация пыли в воздухе основных производственных помещений при несоблюдении гигиенических требований может колебаться от десятков до сотен миллиграмм в 1м³ воздуха, достигая максимума в цехах помола и упаковки. В осадочной пыли основных цехов цементного производства содержится от 20 до 80% диоксида кремния. Содержание свободного диоксида кремния зависит от состава и количества переработанных на заводе добавок и основного сырья и может составлять от 3.2% в производстве пуццоланового до 6.7% в производстве кислотоустойчивого цемента.

Пыль цементного производства по своему химическому составу следует рассматривать как смешанную: в печных цехах – пыль клинкера и угольного порошка, в мельничных – пыль клинкера и добавок, в упаковочном – пыль готового цемента.

В состав пыли входит шестивалентный водорастворимый хром, содержание которого в пересчёте на СrО₃ колеблется от 0.004 до 0.008 мг/м³. Хромовые соединения могут попадать в цемент из сырья, а также футеровок обжигательных печей, облицованных огнеупорным кирпичом, содержащим до 28% хрома в виде Cr₂O₃ FeO. Последний под действием высокой температуры переходит в шестивалентные соединения. Они при истирании кирпича вместе с полуфабрикатами цемента – клинкером попадают в готовый цемент.

Причинами повышенного содержания пыли в воздухе рабочей зоны разных цехов цементного производства являются недостаточное укрытие оборудования и мест пересыпки сырья, клинкера и готового продукта, большая высота их падения, открытая транспортировка пылящих материалов с большими скоростями, несовершенство технологического оборудования, нерациональное устройство вентиляции. Существенное значение имеет загрязнение подаваемого в цеха атмосферного воздуха.

Микроклимат производственных цехов основного производства нагревающий, с преобладанием лучистого тепла, источником которого служат нагретые наружные поверхности оборудования: печей, сушильных барабанов, рекуператоров. В летний период времени температура воздуха около этого оборудования может достигать 40◦С, а количество лучисто го тепла 3000 – 5000 кДж/м² · ч поверхность корпусов нагревается до 250◦С. Средняя температура воздуха у головки печей колеблется в пределах от 40 до 50◦С.

Не менее важное значение с гигиенической точки зрения имеет работа вне помещений, на открытом воздухе, в карьерах, сырьевом и транспортно – упаковочном цехах и работа крановщиков.

В холодный период года рабочие указанных цехов и профессий подвергаются охлаждению и, наоборот, воздействию высокой температуры воздуха и солнечного излучения – в жаркий период.

При работе оборудования генерируется высокочастотный и среднечастотный шум. В сырьевых цехах при работе машин, мельниц, дробилок и грохотов генерируются средне- и высокочастотный шум с уровнем интенсивности, доходящим до 90-110 дБА. В цехах обжига основным источником шума является газовый поток, который под давлением подается во вращающиеся печи. На рабочих площадках у головок вращающихся печей обжига уровень шума может достигать 110 – 120 дБА. В мельничных цехах при работе цементных мельниц и редукторов создаётся шум с уровнем звука до 100 дБА с максимумом звуковой энергии в области частот от 800 до 1200 Гц.

У рабочих цементных заводов выявляются случаи профессиональных заболеваний кожи, пневмокониозов, хронических бронхитов, бронхиальной астмы, профессиональной тугоухости. Причиной заболеваний кожи являются хром и кобальт, реже – никель, входящие в виде микропримесей в состав цемента, а также присутствие в нем частиц негашеной извести, вызывающей ожог кожи. Выявляется повышение удельного веса заболеваний органов дыхания в общей заболеваемости с ВУТ.