Приготовление сырьевой муки при производстве цемента из переувлажненного сырья

 

Содержание

Введение 5

1 Обзор литературных и патентных  источников6

1.1 Сырьевые  материалы для производства цемента  6

1.2 Общая  характеристика технологических  схем производства 

портландцемента 9

1.3 Приготовление  сырьевой смеси 11

1.4 Технология  приготовления сырьевой муки  из переувлажненного сырья 16

1.5 Процессы  производства клинкера с использованием  мела 17

1.6 Оборудование  по переработке влажных сырьевых  материалов 21

2 Расчет состава сырьевой смеси  и материального баланса производства23

2.1 Методы  расчёта сырьевой смеси23

2.2 Расчет состава сырьевой смеси24

2.3 Материальный баланс производства портландцементного клинкера по сухому способу производства из переувлажненного сырья 26

3 Характеристика  готовой продукции и области  ее применения29

Заключение 31

Список используемых источников 32

 

 

 

Введение

Цемент  — один из важнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляции и др.

Цемент  представляет собой гидравлический вяжущий материал, который после смешения с водой и предварительного затвердения на воздухе продолжает сохранять и наращивать прочность в воде.

Наряду с расширением ассортимента видов цемента развивается и культура производства портландцемента, совершенствуется оборудование цементных заводов, увеличивается объем производства.

Цементная промышленность в настоящее  время вступила в такой этап развития, когда техническое совершенствование производства, рост выпуска цемента, повышение технико-экономических показателей отрасли должно в основном осуществляться путем реконструкции и технического перевооружении действующих цементных заводов.

Цементная промышленность в настоящее время высокомеханизированная отрасль народного хозяйства. На многих заводах непрерывно модернизируется технологическое оборудование, возрастает единичная мощность производственных агрегатов и заводов в целом, внедряются автоматизированные системы управления технологическими процессами [1]. Большинство заводов-производителей цемента отдают предпочтение сухому способу производства.

Конечно специфика сырья, а именно его высокая карьерная влажность, достигающая 30-33%, может служить веским аргументом в пользу мокрого способа. Это как раз и характерно для Республики Беларусь, где среднегодовая влажность мелов составляет 26%, а глин примерно 20% [2].

Однако постоянный рост стоимости углеводородного топлива (природного газа) вызвал необходимость пересмотра технической политики в области цементного производства. Это касается в первую очередь перехода на сухой способ обжига цементного клинкера при использовании природного сырья повышенной влажности (до 30-33%), что еще совсем недавно считалось совершенно нерациональным. Из-за достоинств с теплотехнической точки зрения сухой способ (из сыревой муки) характеризуется также меньшим объемом печных газов (на 30-40%) при одинаковой производительности печи, что влечет за собой более низкие расходы на их обеспыливание [2].

 

 

1 Обзор литературных и патентных  источников

Цемент  – один из важнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляции и др.

Портландцементом (ГОСТ 10178 – 76) называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее как на воздухе, так и в воде, получаемое путем совместного тонкого помола портландцементного клинкера и гипса, вводимого в качестве регулятора сроков схватывания.

Клинкер - важнейший компонент цемента - получают путем обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из карбонатных (75-80%) и глинистых (25-20%) пород и обеспечивающей в клинкере преобладание высокоосновных силикатов кальция [2].

1.1 Сырьевые материалы для производства цемента

Для введения необходимых оксидов  СаО, SiO₂, Al₂O₃ и Fe₂O₃ в состав цементного клинкера используют в основном природное минеральное сырье - известняки или мела, а также различные глины.

На сырье, используемое для производства цемента, стандартов не существует, есть только определенные ограничения по содержанию MgO и SO₃.

Карбонатные породы. Для производства портландцемента  могут применяться все виды карбонатных  пород, в том числе чистые известняки, мел, ракушечники, известковые туфы и природные смеси известняков с глинами — мергели. Содержание СаО в карбонатном сырье колеблется от 44 до 56, а в мергелях-натуралах – от 40 до 44 %. Наилучшим карбонатным сырьем для цементной промышленности являются мел, а также карбонатные породы с однородной аморфной или мелкокристаллической структурой. Нежелательно применять сильно доломитизированные и загипсованные известняки. Наименее желательны для цементной промышленности известняки с явно выраженной кристаллической структурой (мраморы), а также окремненные известняки.

При измельчении  мрамора резко увеличивается расход электроэнергии, кроме того, ухудшается спекаемость клинкера. Кремнистые известняки, в которых карбонатные породы пропитаны водным кремнеземом, также имеют повышенную прочность и трудно поддаются измельчению из-за отдельных включений и прослоек, состоящих почти полностью из халцедона.

По физическим свойствам карбонатные  породы делятся на мягкие, размучиваемые водой; мягкие и средней твердости, не размучиваемые водой; плотные.

К мягким, размучиваемым водой породам  принадлежат мел, а также некоторые разновидности мергелей. Мел и мягкие мергели (в частности, подгоренские и

 

 

 

 

 

амвросиевские) имеют относительно большую карьерную влажность (от 15-20 до

30, а иногда и до 37 %), легко разрабатываются в карьерах, могут подаваться на завод гидротранспортом, не требуют для измельчения большого расхода электроэнергии, но вызывают повышенный расход топлива при обжиге. Недостатком этого вида сырья является и то, что в осенне-зимний период оно смерзается и залипает, затрудняя транспортировку всеми видами транспорта, за исключением гидравлического.

Ракушечники и туфы в воде, как правило, не распускаются, карьерная влажность их может в отдельных случаях достигать 10-15, а иногда и 18 %. Они легко разрабатываются и измельчаются.

Известняки с мажущимися включениями – маложелательное сырье, так как его переработка, особенно в осенне-зимний период, крайне затрудняется из-за смерзаемости и налипания. При измельчении такого сырья в результате различной размалываемости трудно добиться стабильности состава шихты. Обычно оно перерабатывается мокрым способом.

Плотные известняки имеют низкую карьерную влажность (от нескольких долей до 5-6 %), обладают различной твердостью и прочностью [3].

Диоксид кремния и оксид алюминия в сырьевую смесь вводят через  глинистое сырье. В общем случае глина состоит из глинистой, неглинистой частей и органических включений. В свою очередь, глинистая часть, представляющая собой кристаллические гидросиликаты алюминия, подразделяется по преимущественному содержанию соответствующих минералов на следующие разновидности: каолинитовые, галлуазитовые, монтмориллонитовые и гидрослюдистые.

К каолинитовым глинам относятся глины, содержащие в основном каолинит Al₂O₃ · 2SiO₂ · 2H₂O, имеющий сложную структуру. Общая формула каолинитовой глины имеет вид Al₄(OH₄)₈[Si₂O₅]. Каолинит мало набухает и плохо диспергируется в воде. Удаление кристаллизационной воды протекает в одну стадию при температуре около 500°С. Удельная поверхность его находится в пределах 15 м²/г.

Галлуазитовые глины содержат в своем составе не только галлуазит Al₂O₃ · 2SiO₂ · 4H₂O, но и метагаллуазит и ферригаллуазит. В этих минералах каолинитовые слои расположены беспорядочно относительно друг друга. Кристаллизационная вода удаляется при термообработке в две стадии, о чем свидетельствуют два эндотермических эффекта на кривой ДТА. Первый эндоэффект с минимумом при 125°С, а второй, связанный с удалением остатков более прочно связанной воды, - при 580°С. Удельная поверхность такой глины более развитая, чем у предыдущей, и составляет порядка 40 м²/г.

К монтмориллонитовой группе относятся  монтмориллонит Al₂O₃ · 4SiO₂ · пH₂O, бейделит, нонтронит. Кристаллизуется монтмориллонит в виде очень мелких частичек, образующих скопления с размытыми очертаниями. Такая дисперсность глинистых частичек обусловила и гораздо большую удельную поверхность природных алюмосиликатов, достигающую 800 м²/г. Данная удельная поверхность положительно скажется на скорости твердофазового взаимодействия в сырьевой смеси, но в то же время при мокром способе производства цемента это повлечет за собой повышенную влажность сырьевого шлама. Кроме того, высокая дисперсность глинистых частиц обуславливает наличие тонких пор и нахождение в них цеолитной воды, имеющей большую энергию связи с кристаллической решеткой алюмосиликата. В результате относительно слабосвязанная вода из монтмориллонита удаляется в две стадии при сравнительно низкой температуре - 160 и 210°С, а цеолитная - только при 750 и 780°С.

Гидрослюды представлены следующими глинистыми минералами: монотермитом, иллитом, глауконитом. Все они являются промежуточными соединениями между минералами каолинитовой группы и слюдами, т. е. они представляют собой продукты неполной каолинитизации слюд. Эти глинистые минералы не набухают, удельная поверхность их лежит в пределах 100 м²/г. Гидрослюды являются одними из самых подходящих для цементной промышленности по сравнению с другими мономинеральными природными алюмосиликатами.

Однако чаще всего глинистое  сырье представляет собой смесь  различных глинистых минералов. Нежелательны в глинах крупные зерна  кварца, полевого шпата и слюд.

Кроме карбонатного и глинистого компонентов, на которые припадает свыше 90% сырьевой смеси, практически всегда используют и железосодержащие корректирующие добавки. Традиционными видами корректирующей добавки являются пиритные (колчеданные) огарки, колошниковая пыль, пыль газоочистки, характеризующиеся довольно высоким (не менее 75%) содержанием оксидов железа [2].

Для производства цемента используют в качестве сырья побочные продукты и отходы других отраслей промышленности. Причем их применяют как в виде основных компонентов, так и модифицирующих добавок. Наиболее широко используют доменные гранулированные, электротермофосфорные шлаки, топливные шлаки и золы, нефелиновый шлам, глиносодержащие отходы. На цементных заводах Беларуси из перечисленных отходов используют преимущественно доменные шлаки.

Доменные  шлаки образуются при выплавке чугуна вследствие полного расплавления железной руды и флюса в восстановительной среде. Белорусские цементные заводы используют преимущественно доменный граншлак завода «Азовсталь» (Украина) следующего химического состава (мас. %): SiO₂ - 36,9; Al₂O₃ - 10,5; CaO - 45,9; MgO - 2,9; MnO - 2,07; S - 1,59. Температура плавления его лежит в пределах 1200-1400°С.

Доменные шлаки чаще всего используют в качестве активной минеральной  добавки, при помоле цементного клинкера, а в ряде случаев и в виде сырьевого компонента вместо глины и части карбонатного компонента. В зависимости от режима охлаждения различают доменный гранулированный шлак, в котором преобладает стекловидная фаза, образующаяся вследствие резкого охлаждения расплава. При медленном охлаждении расплав застывает, образуя стеклокристаллический продукт, обладающий низкой гидравлической активностью.

Минералогический состав шлаков представлен  в основном силикатами и алюмосиликатами  кальция.

Гидравлическая активность доменного  гранулированного шлака при содержании в нем MgO до 10% оценивается при помощи коэффициента качества (K), определяемого по формуле:

;

при содержании MgO более 10%:

.

В зависимости от величины коэффициента доменные гранулированные шлаки  подразделяются на 3 сорта со значением K соответственно 1,65; 1,45 и 1,20.

Высокоосновные доменные гранулированные  шлаки, содержащие преимущественно стеклофазу, гидратируются быстрее закристаллизованных медленноохлажденных. Высокая внутренняя химическая энергия стеклофазы обеспечивает такому шлаку повышенную растворимость и последующее образование кристаллогидратов.

Гранулированный шлак близок по составу  портландцементной сырьевой смеси и в связи с тем, что он не содержит СаСО₃, требующий затраты большого количества тепловой энергии на разложение, его выгодно использовать в качестве сырьевого компонента. Это обусловлено и тем, что в качестве кристаллических фаз в шлаке присутствуют минералы, близкие по составу минералам цементного клинкера. К сожалению, доменный молотый шлак при мокром способе производства цемента вызывает загустевание сырьевого шлама.

Наряду с вышеуказанными побочными  продуктами в ряде случаев эффективно применение специально вводимых добавок, которые либо обеспечивают интенсификацию процесса обжига сырьевой смеси, либо могут придавать определенные свойства цементам. В первом случае такие добавки называют минерализаторами, в качестве которых могут использоваться фторид кальция, гексафторсиликат натрия. Перспективным минерализатором может быть шлам станции нейтрализации ОАО «Гомельский химический завод», состоящий в основном из солей плавиковой, гексафторкремниевой и ортофосфорной кислот. Минерализаторы могут снизить температуру обжига клинкера на 100-150°С, что позволит увеличить компанию вращающейся печи [2].

1.2 Общая характеристика технологических схем производства портландцемента