Цементное сырье

Основным видом цемента является портландцемент. Для его изготовления применяется разнообразное природное и техногенное сырье. Различают основное сырье, предназначенное для составления подлежащей обжигу сырьевой смеси, и добавки, которые вводят в уже обожженную смесь - клинкер. Добавки бывают корректирующие и активные. Сюда относится и гипс, который вводится в клинкер при его помоле. Регулируя состав сырьевой смеси, количество и вид добавок, получают различные виды портландцементов (пуццолановый, шлако-портландцемент, сульфатостойкий, тампонажный и др.).

Природным цементным сырьем являются карбонатные и глинистые породы, которые используются для составления сырьевых смесей, а также железные руды и охристые глины (железистые добавки), кварцевые пески, опоки, трепела, маршаллит (кремнеземистые добавки), маложелезистые глины и бокситы (глиноземистые добавки), различные пирокластические и эффузивные породы, диатомиты,глиежи (активные добавки).

В качестве карбонатного сырья в производстве цемента служат известняки, мел и мергели, причем доля последних, по мере развития цементной промышленности уменьшается. Кроме того, отдельными заводами применяются мраморы, известковые туфы-травертины, пролювиальные галечники, состоящие из известковой гальки, сцементированной лессовым материалом. Вредной примесью в портландцементном клинкере является магний, поэтому доломитизированные известняки и мергели применяются лишь в виде исключения в смеси с маломагнезиальными породами. Нежелательна также примесь кварца в виде песка. Предпочтительно применение карбонатных пород небольшой и равномерной прочности.

Из глинистых пород используются чаще всего глины, суглинки реже лессы и лессовидные суглинки. На некоторых заводах применяются глинистые сланцы, аргиллиты, опоки (в сочетании с глинистым мелом). Глинистые породы должны быть легкоплавкими.

Утвержденные требования к качеству сырьевых материалов для производства цементных клинкеров отсутствуют, поскольку в связи с многокомпонентностью сырьевой смеси используемые виды сырья могут оцениваться только в комплексе друг с другом.

Техногенные виды цементного сырья многочисленны. К ним относятся вскрышные породы месторождений целого ряда полезных ископаемых, а также различные шлаки (металлургические, электротермофосфорные, золошлаковые отходы тепловых электростанций), нефелиновые шламы, отсевы дробления карбонатных пород (флюсовых, химических известняков, карбонатного строительного камня и пр.).

Пригодные для производства цемента горные породы встречаются во вскрыше месторождений железистых кварцитов (мел, мергель, глинистые сланцы, глины, суглинки), флюсовых известняков (известняки), вольфрам молибденовых руд (известняки), алмазов (известняки), марганцевых руд (глины), кобальтсодержащих магнетитовых руд (опоки), серы (гипс), угля (глины) и других полезных ископаемых. Используются эти породы в СНГ очень мало. Детально разведаны они лишь на 6 разрабатываемых месторождениях, запасы по которым составляют около 2 % от всех разведанных.

Значительно шире в цементном производстве применяются шлаки и шламы, позволяющие не только экономить природные ресурсы, но и сокращать энергетические затраты при обжиге клинкера, повышать качество цемента, придавать ему те или иные специфические свойства. Металлургические и электротермофосфорные шлаки используются в гранулированном виде. Гранулы получают путем резкого охлаждения огненно-жидких шлаков преимущественно в водной среде. Наиболее освоено в СНГ применение доменных гранулированных шлаков, которые пригодны как в качестве активной минеральной добавки, так и основного компонента сырьевой смеси. Одним из главных, преимуществ использования шлаков в производстве цементного клинкера является экономия топлива, что особенно важно в условиях энергетического кризиса, охватившего сейчас почти все страны мира.

Требования к качеству гранулированных шлаков лимитируются ГОСТом 3476-74 "Шлаки доменные и электротермофосфорные для производства цемента". Важное значение при использовании шлаков имеют химический и фазовый составы. Отрицательную роль играет влажность, которая приводит к смерзаемости шлака при транспортировке в зимнее время. Освоение сухой грануляции (пелитизации) позволит избежать смерзаемости и сократить затраты топлива на сушку.

Не менее ценным, чем металлургические шлаки, цементным сырьем являются золошлаковые отходы тепловых электростанций. Они применяются как компонент сырьевой смеси, иногда полностью заменял глину, а также как активная добавка. Для получения клинкера пригодны лишь золы, содержащие повышенное количество оксида кальция. В качестве добавки к цементу употребляют сухую и гидроудаляемую золу-унос текущего выхода, а также золошлаковую смесь из отвалов ТЭС. Кроме того, можно использовать гранулированные топливные шлаки, получаемые в топках ТЭС с жидким шлакоудалением.

Полная или частичная замена в сырьевой смеси глины золой уменьшает расход топлива на 15-18 %. Наиболее эффективно применение сухой золы, поэтому строительство установок для сухого удаления, улавливания, хранения и отгрузки золы является чрезвычайно важным для увеличения объемов утилизации.

Как правило, содержание в цементе золы от сжигания углей недолжно превышать 15 %, иначе увеличивается водопотребление цемента и замедляется рост его прочности в начальные сроки. Требования к качеству золошлаковых отходов регламентируются ТУ 34-46-14-71 'Золы ТЭС. Отходы золошлаковые для производства цемента".

Нефелиновые (белитовые) шламы, образующиеся при производстве глинозема из нефелиновых пород, по химическому составу приближаются к цементу, что позволяет использовать их для получения высококачественного вяжущего в шихте с известняком с добавкой бокситов и колчеданных огарков. Кроме того, шламы, содержащие не более2,5% щелочей, в том числе водорастворимых не более 0,5 %, применяются в качестве гидравлической добавки. Многолетний опыт применения нефелинового шлама в цементной промышленности показал высокую его эффективность: производительность печей увеличивается в среднем на 25-30 %, расход топлива уменьшается на 20-25 %.

Кроме перечисленных видов техногенного сырья, в цементной промышленности широко применяются в качестве различных добавок хвосты мокрой магнитной сепарации железных руд, флотации медно-никелевых руд, фосфогипсы, борогипсы, запечная пыль, улавливаемая из отходящих газов электрофильтрации.

Разведанные запасы природного цементного сырья в СНГ составляют по промышленным категориям (млрд.т): карбонатных пород - 18, глинистых - 4, гидравлических добавок - 0,9. Разведано также (млн.т): песчанистых добавок - 61, железных руд - 12, гипса - 40. Добывается ежегодно (млн.т): карбонатных пород - 170, глинистых - 29, гидравлических добавок - 8, гипса - 1, песков - 1. По основным сырьевым компонентам запасы и добыча территориально распределяется более или менее пропорционально производству цемента и в целом удовлетворяют существующие и намечаемые потребности отрасли. Не имеют надежной сырьевой базы лишь отдельные предприятия. В частности, не были достаточно обеспечены карбонатным и глинистым сырьем Подольский, Ульяновский заводы. В целом же состояние ресурсов природного цементного сырья следует оценивать как благополучное. Тем не менее необходимо увеличивать утилизацию отходов в цементном производстве, поскольку она позволяет экономить природные ресурсы, получать более качественную и разнообразную продукцию, снижать затраты топлива и улучшать экологическую обстановку.