Производство цемента включает в себя различные сырьевые материалы и процессы. Каждый процесс объясняется химическими реакциями при производстве портландцемента.
Цемент – это порошок зеленовато-серого цвета, изготовленный из прокаленной смеси глины и известняка. При смешивании с водой превращается в твердый и прочный строительный материал.
История цемента уходит корнями в Римскую империю. Современный цемент. Это портландцемент, который был впервые получен английским каменщиком Джозефом Аспдином в 1824 году, который приготовил цемент на своей кухне. Он нагрел смесь известняка и глины на своей кухне и измельчил смесь в порошок, получив цемент, который затвердел при смешивании с водой. Название Портланд было дано изобретателем, так как оно напоминает камень, добываемый на острове Портланд.
Впервые современный портландцемент был использован при строительстве туннеля в реке Темза в 1828 году.
Процесс производства цемента
Ниже описан процесс производства портландцемента.
1. Смешивание сырья
Основными сырьевыми материалами, используемыми при производстве цемента, являются кальций, кремний, железо и алюминий. Эти минералы используются в различных формах в зависимости от их наличия.
В таблице приведены сырьевые материалы для производства портландцемента
Процедура смешивания при производстве цемента осуществляется двумя способами,
- сухой способ
- мокрый процесс
a) Сухой процесс
Известковое и аргиллитовое сырье сначала измельчается в гирационных дробилках до получения кусков размером 2-5 см. Измельченные материалы снова перемалываются для получения мелких частиц в шаровой или трубной мельнице.
Каждый тонко измельченный материал после просеивания хранится в бункере. Теперь эти порошкообразные минералы смешиваются в необходимой пропорции для получения сухой сырьевой смеси, которая затем хранится в силосах и готовится к отправке во вращающуюся печь. Теперь сырье смешивается в определенных пропорциях, чтобы сохранить средний состав конечного продукта.
Производство цемента сухим способом
b) Мокрый процесс
Сырье сначала измельчают, превращают в порошок и хранят в силосах. Затем глина промывается в промывочных мельницах для удаления прилипших органических веществ, содержащихся в глине.
Порошкообразный известняк и промытая водой глина направляются в каналы и передаются в мельницы, где они полностью перемешиваются и образуется паста, т.е. так называемая суспензия.
Процесс помола может осуществляться в шаровой или трубной мельнице или даже в обеих. Затем суспензия поступает в сборный резервуар, где ее состав можно регулировать. Суспензия содержит около 38-40% воды, которая хранится в резервуарах и готовится к работе во вращающейся печи.
Производство цемента мокрым способом
Сравнение сухого и мокрого способов производства цемента
Критерии
Сухой процесс
Мокрый процесс
Твердость сырья
Довольно твердый
Любой тип сырья
Расход топлива
Низкий
Высокий
Время процесса
Меньше
Выше
Качество
Низкое качество
Высшее качество
Себестоимость продукции
Общая стоимость
Дорого
Дешевле
Физическое состояние
Сырьевая смесь (твердая)
Суспензия (жидкая)
2. Обжиг сырья
Процесс обжига осуществляется во вращающейся печи при вращении сырья со скоростью 1-2 об/мин вокруг продольной оси. Вращающаяся печь состоит из стальных труб диаметром 2,5-3,0 метра и длиной 90-120 метров. Внутренняя сторона печи выложена огнеупорным кирпичом.
Печь опирается на колонны из каменной кладки или бетона и опирается на роликовые опоры в слегка наклонном положении под уклоном от 1 к 25 до 1 к 30. Сырьевая смесь сухого процесса исправленной суспензии мокрого процесса вводится в печь с верхнего конца. Печь нагревается с помощью порошкообразного угля, масла или горячих газов с нижнего конца печи так, что образуется длинное горячее пламя.
Поскольку положение печи наклонное и она медленно вращается, материал, загруженный с верхнего конца, движется к нижнему концу со скоростью 15 м/час. В верхней части вода или влага из материала испаряется при температуре 400oC, поэтому этот процесс известен как зона сушки.
В центральной части, т.е. зоне кальцинации, температура составляет около 10000C, где происходит разложение известкового камня. После выделения CO2 оставшийся материал находится в виде небольших комочков, известных как конкреции.
CaCO3 = CaO + CO2
Нижняя часть (зона клинкера) имеет температуру в пределах 1500-17000C, где известь и глина вступают в реакцию с образованием алюминатов кальция и силикатов кальция. Эти алюминаты и силикаты кальция сплавляются и образуют небольшие и твердые камни, известные как клинкер. Размер клинкера варьируется от 5-10 мм.
Нижняя часть, т.е. зона клинкеризации, имеет температуру около 1500-1700C. В этой зоне известь и глина вступают в реакцию с алюминатами кальция и силикатами кальция. Эти продукты алюминатов и силикатов кальция сплавляются вместе, образуя твердые и мелкие камни, известные как клинкеры. Размер мелких и твердых клинкеров варьируется от 5 до 10 мм.
2CaO + SiO2 = Ca2SiO4 (силикат кальция (C2S))
3CaO + SiO2 = Ca3SiO5 (трехкальциевый силикат (C3S))
3CaO + Al2O3 = Ca3Al2O6 (дикальциевый алюминат (C2A))
4CaO + Al2O3 + Fe2O3 = Ca4Al2Fe2O10 (тетракальциевый алюмоферрит (C4AF)).
Клинкер, выходящий из зоны обжига, очень горячий. Чтобы снизить температуру клинкера, в основание вращающейся печи подается воздух в направлении против течения. Охлажденные клинкеры собираются в небольшие тележки.
3. Измельчение клинкера
Охлажденные клинкеры поступают из охлаждающих ванн и отправляются в мельницы. Клинкер мелко перемалывается в порошок в шаровой или трубной мельнице. Во время окончательного измельчения добавляется 2-3% порошкообразного гипса в качестве замедляющего агента. В итоге получается цемент, который не оседает быстро при контакте с водой.
После начального времени схватывания цемент становится жестким, а гипс замедляет растворение трехкальциевых алюминатов, образуя трикальциевый сульфоалюминат, который является нерастворимым и предотвращает слишком ранние дальнейшие реакции схватывания и твердения.
3CaO.Al2O3 + xCaSO4.7H2O = 3CaO.Al2O3.xCaSO4.7H2O
4. Хранение и упаковка
Измельченный цемент хранится в силосах, откуда он поступает на рынок либо в контейнерах, либо в мешках по 50 кг.
Читайте далее:- Силосы для хранения – типы и преимущества [PDF].
- Обычный портландцемент – состав, свойства, виды и применение.
- Строительная известь – свойства извести, преимущества и применение в строительстве.
- 5 основных типов клапанов в водопроводной системе.
- Производство кирпича для кладки – методы и процесс.
- Испытания известняка.
- Пуццолановый портландцемент – производство, свойства и применение.