Технология производства портландцемента

Для производства цемента применяют мокрый, сухой  и комбинированный способы.

     Сухой способ производства. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом показана на рис. 10.  

    
 
 
 
 
 
 
 

 Рис. 10. Принципиальная технологическая схема получения  портландцемента сухим способом.  

  Измельчение материалов в мельницах может  производиться при влажности  сырья не более 1 %. В природе сырья  с такой влажностью практически  нет, поэтому обязательная операция сухого способа производства — сушка. Желательно совмещать процесс сушки  с размолом сырьевых компонентов. Это эффективное решение нашло применение на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу производства. В шаровой (трубной) мельнице совмещены процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка — сырьевой муки.

    Возрастающие  требования к экономии расхода топлива  вынуждают перерабатывать по сухому способу материалы с все более высокой влажностью. С другой стороны такие материалы характеризуются пониженной плотностью и соответственно прочностью. Предварительное измельчение таких материалов целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения « Аэрофол», позволяющих перерабатывать сырьё влажностью до 25 %. Однако полностью высушиться сырьё при этом не успевает, и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой массы должна производиться её досушка.

    Сырьевая  мука подается в железобетонные силосы, где производится корректирование ее состава до заданных параметров и гомогенизация путем перемешивания при помощи сжатого воздуха. Далее готовая шихта поступает на обжиг во вращающиеся печи с запечными теплообменниками. Полученный клинкер охлаждают в охладителе и подают на склад, где создается его запас, обеспечивающий бесперебойную работу завода. Вместе с тем выдерживание клинкера на складе повышает качество цемента. На складе также хранят гипс и активные минеральные добавки. Эти компоненты предварительно должны быть подготовлены к помолу. Активные минеральные добавки высушивают до влажности не более 1 %, гипс подвергают дроблению. Совместный тонкий размол клинкера, гипса и активных минеральных добавок в шаровых (трубных) мельницах обеспечивает получение цемента высокого качества. Из мельниц цемент поступает в склады силосного типа. Отгружают цемент либо навалом( в автомобильных и железнодорожных цементовозах, специализированных судах), либо в таре – многослойных бумажных мешках.

    Основное  преимущество сухого способа производства – снижение расходов топлива. Также  при сухом способе на 35 – 40 % уменьшается  объем печных газов,  что соответственно снижает стоимость обеспыливания  и предоставляет большие возможности  по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важное достоинство сухого способа производства и более высокий съем клинкера с 1 м³ печного агрегата. Еще немаловажным фактором является то, что при обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды.

    В мировой цементной промышленности сухой способ производства занял ведущее место. В настоящее время доля сухого способа занимает в Японии, Германии и Испании 100 %, в других развитых странах – 70 – 95 %. В России доля сухого способа производства всего 13 %.

   В приложении 1 изображена схема размещения оборудования технологической линии по производству цемента сухим способом производительностью 3000 т/сут. За исходное сырье приняты известняк и глина. Известняк проходит двухстадийное дробление в щековых, а затем в молотковых дробилках. Глина измельчается в валковых дробилках и сушится в сушильных барабанах. Каждый компонент сырьевой шихты, поступающий со склада, направляется в бункера 1, снабженные затворами и весовыми дозаторами 2, и далее к конвейерам 3, доставляющим их в загрузочную воронку мельницы 4.

 В отделении  для помола сырья установлены две сырьевые мельницы 4 размером 4,2×10 мм. При влажности шихты, не превышающей 8% , мельница работает с подводом сушильного горячего газа от запечных теплообменников. При большей влажности сырья устанавливают топочное устройство, из которого в мельницу дополнительно подают горячий газ.

 Каждая  мельница работает по схеме пневматической разгрузки с воздушно-проходным сепаратором 5. Крупка, отделенная сепаратором, возвращается в мельницу на домол, готовый продукт через циклоны 14, аэрожелобы и расходомер поступает в силосы 13 сухой сырьевой муки, оборудованные системой смесительной аэрации. Из силосов 13 сырьевая мука по аэрожелобам 15 и затем пневматическими подъемниками направляется в циклонный теплообменник (10, 11), где нагревается газами, выходящими из печи, до 700... 750 °С и частично (до 20%) декарбонизуется, после чего поступает во вращающуюся печь 12.

 При нормальном режиме работы газы, отходящие из теплообменников  11, направляются дымососом 9 в сырьевые мельницы, из которых дымососом 6 подаются в электрофильтр 7 на обеспыливание и затем дымососом 8 — в дымовую трубу. Температура выходящих из мельницы газов около 50°С. Но если мельница не работает, то газы, выходящие из циклонного теплообменника с температурой 300...350°С, в газоходе охлаждаются распыленной водой до требуемой температуры.

       Особенность процесса обжига состоит в том, что  дегидратация сырья и частично декарбонизация перенесены в зону запечных теплообменников, вследствие чего печь получается короче по сравнению с печью соответствующей  производительности, работающей по мокрому  способу. Выданный печью клинкер  проходит через охладитель 16, из которого пластинчатым конвейером 18 подается в силосы 19, а затем через дозаторы 20 по конвейеру 21 поступает вместе с добавками на помол в мельницы 22. Цемент из мельницы подается пневмокамерными насосами 23 в силосы 24 или в упаковочное отделение. Отработанные газы из охладителя 16 поступают в бункер 17.  

2.3. Особые виды портландцемента.

     Для более полного удовлетворения специфических  требований отдельных видов строительства  промышленность выпускает особые виды портландцемента.

     При получении портландцементов с заданными специальными свойствами используют следующие основные пути: 1) регулирование минерального состава и структуры цементного клинкера, оказывающих решающее влияние на строительно-технические свойства цемента; 2) регулирование тонкости помола и зернового состава цемента, влияющих на скорость твердения, прочность, тепловыделение и другие важнейшие свойства вяжущего; 3) изменение вещественного состава портландцемента введением в него активных минеральных и органических добавок, позволяющих направленно изменять свойства вяжущего, экономить клинкер и расход цемента в бетоне.

  Виды  цемента:

     Быстротвердеющий портландцемент

  Cульфатостойкий  портландцемент

  Цемент  с поверхностно - активными добавками

  Гидрофобизирующие добавки

  Белые портландцементы

  Цветные портландцементы

  Тампонажные портландцементы

  Пуццолановый  портландцемент

  Шлаковые  цементы

  Глиноземистый цемент

  Расширяющиеся цементы 

 Быстротвердеющий  портландцемент (БТЦ) .

     Быстротвердеющий  портландцемент (БТЦ) – это портландцемент с минеральными добавками, который отличается интенсивным нарастанием прочности в первый период твердения. Повышенная механическая прочность БТЦ достигается надлежащим подбором минералогического состава клинкерной марки БТЦ 400 и 500. Для этого вида цемента нормируется прочность не только в 28-суточном возрасте, но и в 3-суточном. Предел прочности при сжатии через 3-е суток должен быть не менее 20-25 МПа соответственно. БТЦ предназначен для изготовления железобетонных конструкций и изделий в заводских полигонных условиях, а также для скоростного строительства. Применение БТЦ дает возможность отказаться от тепловлажностной обработки бетона.

 Cульфатостойкий  портландцемент.

   Сульфатостойкость обеспечивается снижением содержания в клинкере алюминатов кальция, главным образом трехкальцевого алюмината 3CaO*Al₂O₃. Выпускают сульфатостойкий портландцемент, в который не допускается введение активных минеральных добавок и сульфатостойкий портландцемент с активными минеральными добавками. Активность данного цемента меньше, чем БТЦ марки 400 и 500.

    Цемент  с поверхностно - активными добавками (ПАВ).

     Для улучшения некоторых свойств  цемента допускается введение при  помоле поверхностно-активных добавок (пластифицированных и гидрофобных) в количестве 0,3 от массы цемента  в пересчете на сухое вещество. Абсорбируясь на зернах цемента, пластифицированные добавки образуют на них защитные пленки, устраняющие сцепление зерен  цемента друг с другом. В результате растворы и бетоны на таком цементе  приобретают повышенную подвижность  и удобоукладываемость.

    Белые портландцементы.

    Отличаются  от обычных цветом. Сырьем служат известняки и глины, содержащие минимальное количество красящих оксидов: железа, марганца, титана. Тонкость помола несколько выше, остаток носителя не больше 12%.

    Цветные портландцементы.

    Для получения цвета на помол клинкера вводят пигменты. Количество пигмента должно быть: минерального – не более 10%, органического – 0,3%. 

    Тампонажные портландцементы.

    Предназначены для тампонирования нефтяных и газовых  скважин с целью их изоляции от грунтовых вод. Тампонажным цементам предъявляются жесткие технические  требования: высокая текучесть, независимость  от температуры и давления, конкретные в зависимости от давления и температуры  сроки схватывания, прочность затвердевшего  цементного раствора в ранние сроки, обеспечивающая закрепление колонны  труб в стволе скважины. Сроки схватывания  не ранее 2 часов и не позднее 10 часов.

  Пуццолановый  портландцемент.

    Получается  местным помолом портландцементного клинкера нормированного минералогического  состава, гипсов и активных минеральных добавок. При повышенных температурах весьма интесивно твердеет, а при автоклавной обработке прочность с бетоном на его основе через 6-8 часов превышает прочность бетона нормального твердения в 28-суточном возрасте. Недостатки: чувствителен к температурным условиям твердения, при 0⁰ С полностью перестает твердеть, поэтому непригоден для зимних работ. Имеет пониженную воздухостойкость и морозостойкость. Выпускают марки 300 и 400. Предназначен для изготовления подземных и подводных конструкций зданий и сооружений. Не допускается его применение для сооружений, работающих в условиях попеременного замораживания и таяния, увлажнения и высыхания.

  Шлакопортландцемент (ШПЦ).

    Получается  местным помолом портландцементого  клинкера, гипса и гранулированного доменного шлака. Шлаки должны быть не менее 21% и не более 60%. Чем больше шлака, тем меньше активность цемента. Выпускают марки 300, 400, 500. По сравнению  с портландцементом ШПЦ характеризуется  замедленным нарастанием прочности  в первые сроки, в дальнейшем скорость твердения повышается и к 6-12 месяцам  его прочность приближается к прочности портландцемента. Используют при гидротехническом строительстве, в строительстве портовых сооружений. Не рекомендуется применять ШПЦ для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и таянию, а также при пониженных температурах.

  Известковошлаковый  цемент (ИШЦ).

    Получается  совместным помолом доменных шлаков с известью до 30%. Допускается добавка  гипса 5% и портландцемента 10-20%. ИШЦ  медленно схватывается и медленно твердеет. Прочность изделий на его основе по истечении времени может быть 5-20 МПа. Стоек в пресных и сульфатных водах, на воздухе его прочность  снижается. Применяется в строительных растворах для кладки и штукатурки, а также для изготовления низкомарочных  бетонов.

  Глиноземистый цемент.

    Это быстро твердеющие в воде и в воздухе высокопрочные вяжущие, получаемые путем обжига до спекания смеси материала, богатого глиноземом и оксидом кальция, и последующего тонкого помола продукта обжига. Глиноземистый цемент в отличие от обычного портландцемента не содержит ни гипса, ни минеральных добавок. Качество цемента тем выше, чем больше оксида алюминия. Важнейший минерал глиноземистого цемента алюминат кальция, обеспечивающий при нормальных сроках схватывания быстрое твердение цемента. Глиноземистый цемент быстро твердеет, но не быстро схватывается. Сроки схватывания глиноземистого цемента не ранее 30 мин и не позднее 12 часов. С увеличением тонкости помола цемента и повышением температуры воды сроки схватывания сокращаются. Они резко сокращаются также при добавке извести и портландцемента. Поэтому смешивать глиноземистый цемент с другими вяжущими нельзя. Выпускают три марки: 400, 500, 600. Максимальная прочность, выше на 50% от марочной, достигается к 1-му и 3-м годам твердения. Отличается высокой устойчивостью против сульфатных, хлористых, углекислых и других минерализированных вод. Однако, растворы щелочей разрушают цементный камень. Используют глиноземистый цемент при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании. На его основе можно получать жаростойкие бетоны.