Сырье и производство портландцемента

Портландцемент является основным гидравлическим вяжущим веществом и в настоящее время ши­роко применяется в строительстве. От общего объема цемент­ного производства его выпуск составляет примерно 50%.

Портландцемент - продукт тонкого измельчения цементного клинкера, Который получается обжигом до спекания (t ≈1450°) известковых мергелей или искусственной смеси из известняка (75%) и глины (25%). Для регулирования сроков схватывания при помоле клинкера в него добавляют до 5% гипса, а в целях снижения стоимости цемента - до 15% активной минеральной добавки.

В сырье, а следовательно, и в клинкере должно быть строго нормированное содержание четырех основных окислов:
СаО - 63-67%,    SiO2 - 21-24%,  Аl2O3 - 4-7% и Fе2O3 - 2,5-4%.

Цементные заводы обычно работают на искусственных сме­сях по так называемому «мокрому способу», схема которого представлена на рисунке 13. Сырье, доставленное на завод, сна­чала подвергают предварительному измельчению (известняк - в дробилках, глину - в глиноболтушках), затем густую сметанообразную глинистую массу перемешивают


Рис. 13 Схема производства портландцемента по мокрому способу:
1 - подача известняка из карьера; 2 - дробилка: а - подача глины из карьера; 4 - по­дача воды; 5 - болтушка; 6 - сырьевая мельница; 7 - шламбассейны; 8 - вращающаяся печь; 9 – холодильник; 10 - склад угля; 11 - элеватор; 12 - сушильный барабан; 13 - угольная мельница; 14 - бункер для угольного порошка; 15 - склад гипса; 16 - бункер для гипса; 17 - склад клинкера; 18 - мельница; 19 - силосы для цемента; 20 - упако­вочная  машина.

с известняком и полу­ченный шлам с влажностью 35-40% подают в трубные мель­ницы, где смесь подвергается окончательному тонкому измельче­нию. Трубная мельница представляет собой стальной барабан длиной до 13 м и диаметром 2-2,5 м, вращающийся вокруг го­ризонтальной оси и разделенный дырчатыми перегородками на несколько камер. Смесь поступает в барабан через полую цапфу и, постепенно передвигаясь к другому концу мельницы, тонко измельчается стальными шарами различного диаметра, которые находятся в барабане.

Измельченный шлам вытекает из мельницы и при помощи на­сосов транспортируется в шлам-бассейны, откуда поступает на обжиг во вращающиеся печи. Современная вращающаяся печь состоит из стального барабана длиной 125-185 м и диаметром 3-5 м, футерованного внутри огнеупорными материалами. Для облегчения продвижения смеси печь устанавливается с уклоном 4° по длине, вращается она со скоростью до 1 об/мин.

Шлам поступает в верхнюю часть печи, а с противоположной ее стороны нагнетается угольная пыль, при сгорании которой образуются раскаленные дымовые газы, движущиеся навстречу шламу. Медленно продвигаясь к факелу горения (в нижней части печи), сырье постепенно нагревается. Сначала из шлама испаряется вода, затем выгорают органические вещества и, на­конец, при температуре 800° начинает разлагаться углекислый кальций:

СаСО3→СаО + СО2

При температуре 1000-1100° разложение углекислого кальция полностью заканчивается, и образовавшаяся свободная известь (СаО) начинает соединяться с окислами кремния (SiO2), алю­миния (Аl2О3) и железа (Fе2О3), находящимися в глине. Все эти реакции по мере дальнейшего повышения температуры до 1450° приводят к образованию сложных соединений, носящих общее название клинкерных минералов: 3СаО∙SiO2 - трех-кальциевый силикат, 2СаО∙SiO2 - двухкальциевый силикат; 3СаО∙Аl2O3 - трехкальциевый алюминат и 4СаО∙Аl2O3∙Fе2O3 - четырехкальциевый алюмоферрит. Эти четыре соединения яв­ляются основными частями цементного клинкера, причем первые два составляют примерно 70-80% его общего веса.

Полученный в результате обжига сырья горячий цементный клинкер, представляющий собой спекшиеся камневидные куски, при выходе из печи охлаждается в холодильнике и отправ­ляется на склад для окончательного охлаждения и выдержива­ния (магазинирования) перед помолом. При магазинировании свободная известь, если она содержится в клинкере, гасится вла­гой воздуха, что повышает качество готового цемента.

После выдерживания цементный клинкер тонко измельчается в труб­ной мельнице совместно с добавками или без них, и портланд­цемент отправляется в силосы.