Производство портландцемента

Содержание  пояснительной записки

Введение…………………………………………………………………………….2

1. Характеристика  сырьевых материалов…………………………………………3

  1.1. Характеристика  карбонатных пород……………………………………….4

  1.2. Характеристика  глинистых пород………………………………………….5

  1.3. Характеристика  минеральных добавок……………………………………6

  1.4. Характеристика  гипсосодержащих пород…………………………………7

  1.5. Характеристика  гидрофобных добавок……………………………………7

2. Химический  и минералогический состав клинкера…………………………...8

  2.1 Химический  состав клинкера……………………………………………….8

  2.2. Минеральный  состав клинкера……………………………………………10

3. Расчет состава  сырьевой смеси и клинкера…………………………………...12

  3.1. Расчет  смеси………………………………………………………………...13

4. Описание технологических  способов производства гидрофобного  портландцемента………………………………………………………………..…16

  4.1. Мокрый  способ производства клинкера………………………………….17

  4.2. Сухой  способ производства клинкера…………………………………....25

  4.3. Комбинированный  способ производства клинкера  ……………………..28

5. Выбор способа  производства ………………………………………………….29

6. Подбор основного  технологического оборудования  и расчет материального баланса……………………………………………………………………………...30

7. Составление  карт операционного контроля  процесса производства портландцемента  и его разновидностей……………………………………...….36

Список литературы……………………………………………………………......38

 

ВВЕДЕНИЕ.

Цемент — это важнейший строительный материал. В строительной практике он применяется уже около 160 лет. Крупные научные открытия, послужившие основой создания новых видов цемента и улучшения качества существующих, относятся к последним четырем десятилетиям, причем большинство из них принадлежит советским ученым.

Среди строительных материалов цементу принадлежит  ведущее место. В современной  строительной практике роль цемента  в выпуске новых прогрессивных  материалов и изделий для полносборного  домостроения постоянно возрастает. Его применяют для изготовления монолитного и сборного бетона, железобетона, асбестоцементных изделий, строительных растворов, многих других искусственных  материалов, скрепления отдельных элементов (деталей) сооружений, жароизоляции и  др. Крупными потребителями цемента  являются нефтяная и газовая промышленность. Цемент и получаемые на его основе прогрессивные строительные материалы  успешно заменяют в строительстве  дефицитную древесину, кирпич, известь  и другие традиционные материалы.

Гидрофобный портландцемент производится по той же технологии, что и обычный портландцемент, при той же дозировке гипса, но с использованием специальной гидрофобизирующей  добавки, которая и придает гидрофобному портландцементу необходимые свойства.

Основное отличие  гидрофобных портландцементов –  их низкая гигроскопичность, низкий уровень  поглощения паров воды из воздуха. Именно благодаря этому свойству гидрофобные  портландцементы могут храниться  в течение полугода в насыщенной влагой среде и увеличиться в  массе всего на каких-то 2-3 процента. В то время, как обычный портландцемент при тех же условиях может увеличиться  в своей массе на 10-15 процентов. Наиболее же гидрофобными портландцементами  являются пуццолановые и шлаковые портландцементы, гидрофобизированные добавкой мылонафта  или олеиновой кислотой.

Еще несколько  отличительных черт присущих гидрофобным  портландцементам:

• они не слеживаются при хранении и не образуют комков, остаются очень долго сыпучими. Соответственно, гидрофобные портландцементы могут активно использоваться и в тех случаях, когда требуется их длительное хранение или перевозка на дальние расстояния, особенно, если это транспортировка по рекам и морю;
• способен придавать цементным и бетонным смесям повышенную подвижность, удобен при укладывании, а также придает растворам и бетонам, достигшим состояния затвердения, повышенную морозостойкость;
• экономен, так как для получения тех же результатов требуют меньшего количества портландцементного порошка. А их повышенная пластичность позволяет сократить расход портландцемента в бетонах на 8—10 процентов и дополнительно уменьшить расход извести в портландцементных растворах;
• применяют  для облицовки и штукатурки зданий, так как он предотвращает образование выцветов на поверхности штукатурки;
• использовать при изготовлении бетонов для дорожного, аэродромного строительства и строительства гидротехнических сооружении.

1. Характеристика сырьевых  материалов

Портландцементом  называют гидравлическое вяжущее вещество, в состав которого преобладают силикаты кальция (70 – 80 %). Портландцемент – основное вяжущее в современном строительстве – является продуктом тонкого измельчения клинкера с добавкой гипса (3 – 5 %).

При производстве портландцемента применяют разнообразные  материалы, одни из которых идут непосредственно  на изготовления клинкера, другие же в  виде добавок  используются при его  помоле (гипс и минеральные добавки).

Сырьевая смесь  для производства портландцемента состоит из известняка (75%) и глины (25%). В качестве сырья можно использовать мел, мергель, глинистые сланцы и отходы различных производств (доменные шлаки, нефелиновый шлам и т.п.)

Пригодность сырьевых материалов для производства портландцемента  устанавливают на основании их всестороннего  изучения.

Для обеспечения  нужного химического состава  сырьевой смеси применяют корректирующие добавки: железосодержащие (Fe₂O₃); пиритные (колчеданные) огарки, колошниковую пыль, железную руду и отходы ее обогащения; глиноземистые добавки (содержание Al₂O₃); каолин, бокситы богатые глиноземом глины; кремнеземистые добавки (SiO₂); кварцевые пески, опоку, трепел.

Для производства портландцемента используют также  побочные продукты промышленности. Например доменные шлаки, содержащие необходимые  для получения клинкера оксиды (CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃), золы нефелиновый шлам и др.

Нефелиновый шлам, образующийся при производстве глинозема, содержит 25 – 30%  SiO₂ и 50 – 55%  CaO, поэтому для получения сырьевой смеси необходимого состава к нему добавляют 10 – 20% известняка. Использование нефелинового шлама повышает производительность печей примерно на 20% и снижает расход топлива на 20 – 25%.

Гидрофобный портландцемент отличается от обыкновенного содержанием специальной гидрофобной добавки. Изготовляют его совместным помолом портландцементного клинкера, гипса и гидрофобной добавки. Портландцемент становится гидрофобным, одновременно сохраняя все остальные присущие цементам свойства, если в его состав введено оптимальное количество гидрофобной добавки. Оптимальное же количество гидрофобной добавки зависит от химико-минералогического состава клинкера, свойств и количества активных минеральных или инертных добавок, тонкости помола цемента и вида самой гидрофобной добавки.  
 
Следует иметь в виду, что при недостаточном количестве вводимой гидрофобной добавки цемент (качество которого практически не ухудшается) не будет обладать гидрофобностью. При введении же излишнего количества гидрофобной добавки растворы будут характеризоваться повышенной пористостью, так как в них вовлекается увеличенное количество воздуха. Как следствие этого — прочность их уменьшится.

В гидрофобный  портландцемент разрешается вводить  активные минеральные или инертные добавки тех же разновидностей и  в том же количестве, что и в  портландцемент. Непременным условием изготовления этого цемента является точное дозирование гидрофобной  добавки. Предварительно опытным путем  с учетом качества используемых на заводе клинкера и минеральных добавок устанавливают то количество гидрофобной добавки, которое необходимо ввести в цемент при его помоле.

1. Характеристика  карбонатных пород

Они широко распространены в природе, что способствует развитию на их основе производства вяжущих  материалов. Из карбонатных пород  используют известняк, мел, известняк  – ракушечник, известковый туф  и др. Все эти породы содержат в основном углекислый кальций CaCO₃.

Известняки состоят  из кристаллов кальцита различных размеров. Средняя плотность плотных известняков  достигает 2400 – 2700 кг/м³ , а меловых пород – 1500 – 2000 кг/м³ ; влажность этих материалов соответственно от 3 до 10 % и 15 – 30%.

Карбонатные породы – основной вид сырья при производстве портландцемента. Качество карбонатной  породы зависит от его структуры, количества примесей и равномерности  их распределения в массе сырья  и определяется видом изготавливаемого вяжущего.

Известняки и  мел содержат до 90% и более углекислого  кальция и небольшие количества кварцевого песка, глинистых минералов  и др. Химический состав этих материалов характеризуется преимущественным содержанием оксида кальция ( до 50% и  более) и CO₂ ( до 40% и более). Они содержат также небольшие количества кремнезема, глинозема и др. Содержание серного ангидрида более 1 – 1,3% недопустимо. Согласно ГОСТ 10178-76 содержание MgO в клинкере не должно превышать 5%. Чтобы обеспечить это условие, суммарное содержание MgO в смеси должно быть не более 3-3,5%. Такое ограничение вызвано тем, что окись магния, находящаяся в клинкере в виде минерала периклаза, в процессе твердения цемента гидратируется медленно, с увеличением в объёме, что с течением времени при большом содержании MgO в цементе может привести к разрушению раствора и бетона.

При разработки технологической схемы производства портландцемента, прежде всего, учитывают химический и петрографический состав, а также физические свойства и влажность карбонатных пород.

Наличие в известковом  компоненте большого количества включений  кварца или кремниевых прослоек осложняет  и удорожает подготовку сырьевой смеси, а так же неблагоприятно отражается на процессе обжига и качества цемента. Известняки с крупными кремниевыми  включениями требуют предварительного обогащения.

В зависимости  от качества сырья меняются температура  обжига, производительность печей и  свойства конечного продукта. Чем  выше плотность известняков, тем  труднее идет процесс обжига.

Особым видом  карбонатного сырья является мергель. Это переходная горная порода от известняков  к глинам. Мергель представляет собой  тонкодисперсную смесь осадочного происхождения из 20 – 50% глинопесчаных  веществ и 50 – 80% углекислого кальция. В зависимости от содержания углекислого  кальция (CaCO₃) мергели подразделяются на песчаные, глинистые и известняковые. Наиболее ценное сырье – известковый мергель, содержащий 75 – 80% CaCO₃ и 20 – 25% глины. По химическому составу он близок к портландцементной сырьевой смеси, что упрощает технологию производства. Мергели, в которых содержание CaCO₃ соответствует составу портландцементной смеси, называют натуральными. Подобно известнякам и мелу мергели могут резко различаться по физическим свойствам: одни имеют плотную структуру и прочны, другие как и мел мягки, рыхлы и влагоемки. Средняя плотность мергелей 2200 – 2500 кг/м³, а влажность – 5 – 20%.

2. Характеристика  глинистых пород

Глины представляют собой тонкодисперсные осадочные  горные породы и легко дают суспензии при разбалтывании с водой. Характерный признак кристаллической решетки этих минералов – слоистое строение. Глины сильно различаются по минеральному и гранулометрическому составу часто в пределах одного месторождения. Нередко они содержат значительное количество включений в виде песка и гравия, что вызывает необходимость их предварительного обогащения.

По минеральному составу глины характеризуются  преимущественным содержанием водных алюмосиликатов и кварцевого песка. Химический состав глин характеризуется  наличием трех оксидов:

- SiO₂ – 60 – 80%

- Al₂O₃ – 5 - 20%

-Fe₂O₃ – 3 -15%

Иногда в глинах присутствуют соединения, содержащие SO₃, Na₂O и K₂O. Включения веществ с этими оксидами, а также MgO нежелательны и их количество должно быть минимальным. Влажность глин колеблется в пределах 15 – 20%. Средняя плотность комовой глины 1800 – 2000 кг/м³. В процесс обжига труднее всего вступают во взаимодействие крупнокристаллический кварцевый песок, крупные частицы полевых шпатов и слюд.

В цементном  производстве используются также глинистые  сланцы и лессы. Сланцы характеризуются  слоистостью и значительной прочностью.