Портлоцемсент- сырьевые материалы подготовка сырья

Производство портландцемента - сложный технологический и энергоемкий.процесс, включающий: добычу в карьере и доставку на завод сырьевых материалов известняка и глины; приготовление сырьевой смеси; обжиг сырьевой смеси до спекания - получение клинкера; помол клинкера с добавкой гипса - получение портландце­мента. Обеспечению заданного состава и качества клинкера подчине­ны все технологические операции.

Сырьевые материалы. Сырьевыми материалами для производст­ва клинкера служат известняки с высоким содержанием углекислого кальция (мел, плотный известняк, мергели и др.) и глинистые породы (глины, глинистые сланцы), содержащие ЗЮ₂, А1₂О₃ и Ре₂О₃. В сред­нем на 1 т цемента расходуется около 1,5 т минерального сырья; примерное соотношение между карбонатным и глинистым состав­ляющими сырьевой смеси 3:1 (т.е. берется около 75% известняка и 25% глины). В сырьевую смесь вводят добавки, корректирующие химический состав, регулирующие температуру спекания смеси и кристаллизацию минералов клинкера. Например, количество 8Ю2 повышают, добавляя в сырьевую массу трепел, опоку. Добавление колчеданных огарков увеличивает содержание Рб2Оз. '

Для производства портландцемента все шире используют по­бочные продукты промышленности. Весьма ценным сырьем являют­ся доменные шлаки, содержащие необходимые для получения клин­кера составные части (СаО, ЗЮг, А1;О₃, Ре2О₃). Нефелиновый шлам, получающийся при производстве глинозема, содержит 25-30% ЗЮт и 50-55% СаО; достаточно к нему добавить 15-20% известняка, чтобы получить сырьевую смесь. Использование нефелинового шлама по­вышает производительность печей примерно на 20% и снижает рас­ход топлива на 20-25%.

Основной и наиболее эффективный вид топлива - природный газ. отличающийся высокой теплотворной способностью. Сокращается применение мазута и твердого топлива, приготовляемого в специаль­ных установках для сушки и помола угля (антрацита, каменного уг­ля). Теплотворная способность твердого топлива ниже, чем газооб­разного; углевоздушные смеси подвержены взрывам; зольность углей 10-20%, и зола, попадая в обжигаемую сырьевую смесь, искажает расчетный минеральный состав клинкера.' Стоимость топлива состав­ляет до 25% себестоимости готового цемента, поэтому на цементных заводах много внимания уделяется его экономии.

Подготовка сырья. Приготовление сырьевой массы состоит в тонком измельчении и смешении взятых в установленном соотноше­нии компонентов, что обеспечивает полноту прохождения химиче­ских реакций между ними и однородность клинкера. Приготовление сырьевой смеси осуществляется сухим, мокрым и комбинированным способами.

Сухой способ заключается в измельчении и тесном смеше­нии сухих (или предварительно высушенных) сырьевых материалов, поэтому сырьевая смесь получается в виде минерального порошка, называемого сырьевой мукой. Тонкое совместное измельчение из­вестняка и глины осуществляют в трубных (шаровых) мельницах, в которых совмещаются помол и сушка сырьевых материалов до оста­точной влажности 1-2%.

Сырьевую муку направляют в силосы, в них корректируется со­став сырья и создается запас, необходимый для бесперебойной рабо­ты печей. Наиболее энергоемкий процесс-декарбонизация сырья -вынесен в специальное устройство - декарбонизатор, в котором он протекает быстрее и где СаСОз разлагается. При сухом способе про­изводства затраты тепла на обжиг клинкера в 1,5-2 раза меньше, чем при мокром способе. Сухой способ наиболее выгоден при использо­вании известняка и глины с невысокой влажностью (10-15%), одно­родного состава и физической структуры, когда можно получить го­могенную сырьевую муку при сухом помоле.

Мокрый способ приготовления сырьевой смеси применяют, если мягкое сырье имеет значительную влажность (мел, глины). Тон­кое измельчение и смешение исходных материалов осуществляется в водной среде, поэтому сырьевая смесь получается в виде жидко-текучей массы - шлама с большим содержанием воды (35-45%).

Совместное измельчение известняка, глины и корректирующих добавок (например, пиритных огарков, содержащих РезОз) обеспечи­вает тщательное смешение исходных материалов и получение одно­родной сырьевой смеси. Помол сырья производят до остатка на сите 008 не более 8-10%, следовательно, более 90% частиц смеси имеет размер менее 80 мкм. Из трубных мельниц известково-глиняный шлам перекачивают насосами в вертикальные или горизонтальные резервуары (шламбассейны), в них корректируют и усредняют хими­ческий состав шлама. Применение разжижителей шлама позволяет

снизить влажность шлама, но не устраняет основной недостаток мок­рого способа производства цемента - высокую энергоемкость процес­са получения клинкера. Пока наша цементная промышленность при­меняет производство "по мокрому способу", в условиях резкого удо­рожания энергоносителей стоимость 1 т цемента значительно выше по сравнению с "сухим способом".

Применение "комбинированного способа" дает воз­можность на 20-30% снизить расход топлива по сравнению с мокрым способом. Сущность этого способа заключается в том, что приготов­ленный шлам до поступления в печь обезвоживается на специальных установках. Однако при этом возрастает расход электроэнергии, т.е. энергоемкость производства в целом остается высокой.

Обжиг. Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах. Шахтные печи применяют иногда только при сухом способе производства. Вращающаяся печь представляет собой длинный, рас­положенный слегка наклонно цилиндр (барабан), сваренный из лис­товой стали с огнеупорной футеровкой внутри (рис.8.3). Длина печей 95-185-230 м, диаметр 5-7 м Вращающиеся печи работают по принципу противотока. Сырье в виде порошка (сухой способ) или в виде шлама (мокрый способ) по- 1 дается автоматическим питателем в печь со стороны ее верхнего (хо­лодного) конца, а со стороны нижнего (горячего) конца вдувается топливо (природный газ, мазут, воздушно-угольная смесь), сгораю­щее в виде факела на протяжении 20-30 м длины печи. Горячие газы поступают навстречу сырью. Сырье занимает только часть печи по поперечному сечению, и при ее вращении со скоростью 1-2 об/мин медленно движется к нижнему концу, проходя различные темпера­турные зоны.

В зоне испарения происходит высушивание поступившего сырья при постепенном повышении температуры с 70-80°С (в конце этой зоны), поэтому первую зону называют еще зоной сушки. Подсушен­ный материал комкуется, при перекатывании комья распадаются на более мелкие гранулы. .

В зоне подогрева, которая следует за сушкой сырья, при посте­пенном нагревании сырья с 200°С до 700°С, сгорают находящиеся в нем органические примеси, из глинистых минералов удаляется кри-сталлохимическая вода (при 450-500°С) и образуется каолинитовый ангидрит А12Оэ-25Ю_г и другие подобные соединения.

В зоне кальцинирования температура обжигаемого материала под­нимается с 700°С до 1100°С, здесь завершается процесс диссоциации углекислых солей кальция и магния и появляется значительное коли­чество свободного оксида кальция. В этой'же зоне происходит распад дегидратированных глинистых минералов на оксиды ЗЮ₂, А1₂Оэ, Ре₂Ол, которые вступают в химическое взаимодействие с СаО. В ре­зультате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образу­ются минералы ЗСаО-А1₂О₃, СаО-А1₂Од и частично 2СаО51Сь - бели-та.

В зоне экзотермических реакций (1100-1250°С) проходят твердо-фазовые реакции образования ЗСаОА^СЬ; 4СаО-А1;ОгРе₂О₁ и бели-та.

В зоне спекания (1300-1450°С) температура обжигаемого ма­териала достигает наивысшего значения, необходимого для частич­ного плавления материала и образования главного минерала клин­кера - элита ЗСаО-5Ю; почти до полного связывания оксида кальция (в клинкере СаО_1ВОбод- не более 0,5-1%).

В зоне охлаждения температура клинкера понижается с ! 300*0 до 1000°С; здесь полностью формируется его структура и состав.

Цементный клинкер выходит из вращающейся печи в виде мелких камнеподобных зерен-гранул ("горошка") темно-серого или зелено­вато-серого цвета. По выходе из печи клинкер интенсивно охлажда­ется с 1000°С до 100-200°С. После этого клинкер выдерживается на складе 1-2 недели.

Помол. Помол клинкера в тонкий порошок производится пре­имущественно в трубных (шаровых) мельницах. Трубная мельница представляет собой стальной барабан, облицованный внутри сталь­ными броневыми плитами и разделенный дырчатыми перегородками на 2-4 камеры. Крупнейшими помольными агрегатами являются мельницы размером 3,95x11 м, производительностью 100 т/ч и раз­мером 4,6x16,4 м, производительностью 135 т/ч.

Материал в трубных мельницах измельчается под действием за­груженных в барабан мелющих тел - стальных шаров (в камерах гру­бого помола) и цилиндров (в камерах тонкого помола). При враще­нии мельницы мелющие тела поднимаются на некоторую высоту и падают, дробя и истирая зерна материала.

Готовый портландцемент - очень тонкий порошок темно-серого или зеленовато-серого цвета; по выходе из мельницы он имеет высо­кую температуру (80-120°С) и направляется пневматическим транс­портом для хранения в силосы, которые обычно выполняются в виде железобетонных банок диаметром 8-15 м и высотой 25-30 м. Большие силосы вмещают 4000-10000 т цемента.

Цемент в силосах выдерживают до его охлаждения и гашения ос­татков свободного оксида кальция, которое происходит под дей­ствием влаги воздуха. Из силосов цемент погружается в автоце­ментовозы, в ва го но цементе возы или крытые железнодорожные ва­гоны. Часть цемента поступает на отвешивающие и упаковывающие машины и поставляется в мешках по 50 кг. Схема производства порт­ландцемента представлена на рис. 8.4.

Твердение