Новая технология производства клинкера. Новые цементы - ABCD42.RU

Новая технология производства клинкера. Новые цементы

Новая технология производства цемента из промышленных отходов

Ю. А. Бурлов, И. Ю. Бурлов

Ушедший XX в. оставил человечеству значительные свершения в области науки, техники, высоких технологий, а также химии и технологии производства вяжущих веществ. Вместе с этим деятельность человека зачастую негативно влияет на экологическое состояние планеты. Здесь много проблем, и среди них — очистка окружающей среды от загрязняющих веществ, а также отходов промышленных производств.

Известно, что традиционным способам производства цемента присущи недостатки:

• мокрый способ характеризуется большими энергозатратами на производство клинкера, связанными в основном с испарением влаги, и высокими капвложениями;

• сухой способ отличается сложностью приготовления сырьевой смеси, управления процессом производства, обусловленного необходимостью разделять процессы термической обработки материалов в стационарных теплообменниках и вращающейся печи, и соответственно высокими металле- и капиталоемкостью, а также низким ассортиментом продукции.

В связи с этим отечественные и зарубежные ученые и специалисты уделяют большое внимание разработкам других способов производства цемента. Появившиеся в последнее десятилетие новые способы получения клинкера (радиационная технология, обжиг в «кипящем» слое, обработка материала в микроволновой печи) по ряду причин остались на стадии лабораторных экспериментов.

Один из перспективных способов — метод плавления. В отличие от известного способа изготовления плавленого клинкера в конверторах (метод Серова), разработке которого уделялось много внимания в 1960-х гг., авторы предлагают использовать плазменные печи.

В последнее время электродуговые (или электроплазменные) печи широко применяют при производстве огнеупоров, кварцевого стекла, в металлургической промышленности. Процесс получения плавленых материалов в данных агрегатах технологичен, КПД установок достигает 50—70 %, обеспечивается выпуск изделий широкого ассортимента.

Проведенные исследования с использованием лабораторной электродуговой печи установили принципиальную возможность плазменной переработки цементного сырья различного химического состава, в том числе и техногенных материалов. Полученные данные послужили основой для изготовления опытно-промышленной печи (реактор-сепаратор) и технологической схемы (см. рисунок) для отработки технологических параметров производства портландцементного и специальных видов клинкеров.

Назначение реактора-сепаратора многофункционально: от термической подготовки сырьевых компонентов, завершения эндотермических процессов и обеспечения термовзрыва до синтеза вяжущего в расплаве и селективного извлечения тугоплавких и легкоплавких металлов.

Это связано в первую очередь с тем, что при твердофазовом синтезе цементных клинкеров во вращающихся печах реакции минералообразования завершаются только при многократном обжиге сырьевых смесей, а наличие расплава в системе резко ускоряет процессы химического взаимодействия оксидов. Синтез материалов в данном случае происходит в считанные минуты. При этом достигается значительная степень завершенности реакций образования минералов.

Физико-химическими исследованиями полученных материалов установлено, что во всех случаях наблюдается повышенное (до 10 %) по сравнению с расчетным содержание фазалита в портланд цементном клинкере и диалюмината кальция в высокоглиноземистом клинкере. Это объясняется тем, что при высоком градиенте температуры кристаллизации расплава минералы образуются одновременно без взаимной перекристаллизации. Ускоренное формирование минералов обусловливает также и существенную зональность строения крупных кристаллов, что определяет их большую дефектность и тем самым высокую гидравлическую активность.

Другое важное преимущество новой технологии состоит в том, что при подаче сырьевой смеси через внутренний канал плазмотрона происходит термическое дробление материала и интенсификация процесса теплообмена, что исключает из технологического процесса операцию тонкого измельчения сырьевой смеси.

Получение клинкеров в электроплазменной печи показывает, что данный технологический процесс по затратам сопоставим с мокрым способом производства цемента, а в случае использования высокотемпературных отходов промышленности (например, огненно-жидких шлаков) — с сухим способом. С увеличением емкости печи и соответственно ее производительности, а также при решении вопросов утилизации тепла отходящих газов и при охлаждении расплава удельные энергозатраты могут быть еще уменьшены.

При выпуске специальных клинкеров, таких как высокоглиноземистый, несколько большие энергозатраты существенно не влияют на себестоимость цемента, поскольку она определяется, главным образом, стоимостью исходных сырьевых материалов. При использовании в качестве сырьевых компонентов отходов металлургических производств, наряду с получением клинкеров (вяжущего), почти на 100 % извлекаются и утилизируются редкие и цветные металлы. В этом случае экономическая целесообразность процесса несомненна и очевидна.

Важное значение для получения высококачественного продукта имеет режим охлаждения расплава. Установлено, что оптимальный режим охлаждения достигается при паровоздушной грануляции клинкера. При этом обеспечивается необходимое время для кристаллизации основных фаз и создания напряженно-дефектной структуры клинкерных гранул, что улучшает размолоспособность материала. Размолы клинкеров плавленых и полученных по традиционной технологии не отличаются. Но могут быть использованы и новые методы помола клинкера.

Другое очень важное преимущество новой технологии — возможность комплексной переработки техногенных материалов, в частности, совместное получение сплавов цветных металлов и клинкера. Исследования, проведенные на опытно-промышленной печи, подтвердили такую принципиальную возможность.

В качестве перерабатываемых материалов выбрали отработанный вольфрамникелевый катализатор и мел. Основа катализатора — оксид алюминия (80 % по массе). В нем также содержатся вольфрам (17 %) и никель (3 %). Состав сырьевой смеси рассчитывали таким образом, чтобы в процессе плавки получался высокоглиноземистый клинкер и ферросплав, содержащий 32 % вольфрама и 5,5 % никеля. Отработанный катализатор применяли также потому, что этот материал — один из наиболее сложных для выплавки металлов. Тугоплавкие металлы (Ni, W) плавятся при температурах 1478 и 3200 0С соответственно, а их сплав имеет температуру плавления 1540 0С при условии содержания в этом сплаве вольфрама до 32 %.

В процессе экспериментов подача сырьевой смеси осуществлялась через один полый электрод, а через другой — для стабилизации плазмы подавали азот. Полученный высокоглиноземистый клинкер по своему химическому составу и физико-механическим свойствам соответствует клинкеру для получения высокоглиноземистого цемента.

С точки зрения комплексной переработки материалов представляют интерес шлаки промышленных производств, а также «хвосты» золотоизвлекательных фабрик.

Таким образом, полученные результаты экспериментальной отработки новой технологии позволяют спроектировать производство с низкими затратами. Установку изготовляют индивидуально для каждого вида отходов и монтируют вблизи отвалов.

Технологическая схема работы установки следующая. Сырьевые материалы в виде отходов промышленных предприятий и дополнительных компонентов (СаСОз), необходимые для получения вяжущего заданного состава, подаются в приемные бункеры, оснащенные дозаторами. Затем в дробильном сушильном отделении 2 происходит измельчение смеси до 5 мм, усреднение и подсушка. После этого смесь поступает в реактор-сепаратор 3. Подача материала осуществляется, прямо через плазмотроны в рабочее пространство печи, где происходит термическое дробление, плавление и синтез вяжущего. На выходе из печи в грануляторе клинкерный расплав гранулируется и охлаждается до температуры 60 0С.

С целью утилизации вторичного тепла отходящие газы и возгоны металлов проходят через фильтр 5 и далее в установке 7 происходит утилизация углекислого газа, который перерабатывается в сухой лед.

Тугоплавкие металлы оседают в донной части и периодически сливаются в приемник 8, Легкоплавкие металлы возгоняются и улавливаются в рукавных фильтрах 5. Энергоснабжение технологической линии осуществляется от силового блока 6.

В заключение следует еще раз отметить, что применение плазмы в технологии получения цемента из отходов промышленного производства с одновременным извлечением содержащихся в них металлов и их оксидов позволяет сделать производство мобильным, экологически чистым, с низкими капитальными вложениями, сократить до минимума выбросы пыли и газов, использовать нетрадиционное сырье. Плазма при термообработке материалов — это максимальная для нынешнего состояния техники концентрация энергии и интенсификация технологических процессов. Незначительный расход технологических газов по сравнению с обычными процессами тепловой обработки материалов, в которых используется органическое топливо, позволяет применять современные высокопроизводительные способы пылеулавливания и газоочистки. Высокая (2500 °С) температура в реакционной зоне деструктирует на молекулярном уровне вредные вещества, нейтрализует канцерогены типа диоксинов и бензопиренов, уничтожает неприятные запахи технологических газов.

Наличие эффекта термического дробления компонентов, вызванного высоким температурным градиентом, снижает требования к механическому измельчению сырьевых материалов и исключает из технологической схемы сырьевые шаровые мельницы.

Гомогенизация сырьевых компонентов в расплаве обусловливает высокую реакционную способность сырьевой смеси, ускорение процессов минералообразования, полное усвоение минералообразующих оксидов и, как следствие, высокое качество вяжущего. Возможность полной безотходной утилизации отходов металлургической промышленности в виде шлаковых расплавов, а также утилизация шлаковых отвалов, позволяющих при этом осуществить селективное разделение металлов при одновременном получении вяжущих материалов, предопределяет высокую экономическую, экологическую и энергосберегающую значимость предлагаемой технологии. Создание модульной системы комплектования технологической линии позволяет создать завод по переработке техногенных отходов производительностью по клинкеру от 10 тыс. т в год и более с низкими капитальными затратами.

В результате внедрения новой технологии появляется реальная возможность решения экологической проблемы по утилизации промышленных отходов, накопленных за последние десятилетия на нашей планете.

Инновационное производство цемента

Новейшие технологии производства экологически чистого цемента, которые обещают в ближайшее время дать огромную экономию энергии, разработаны учеными из Технологического института Карлсруэ (KIT). В ближайшее десятилетие новый цемент с названием «Celitement ®» имеет способен значительно сократить глобальные выбросы парникового и углекислого газа в атмосферу и тем самым способствовать защите климата и окружающей среды.

Производство цемента является очень энергоёмким процессом. Цементные заводы ежегодно выделяют более миллиарда тонн углекислого газа (CO2) — то есть пять процентов мировых выбросов CO2. Ученым KIT удалось разработать характеристики сопоставимые с обычным портландцементом, на основе связующего, которое ранее было неизвестно, гидравлически активного кальция гидро-силиката.

В простейшем случае сырьём для двухступенчатой технологии производства Celitement ® являются негашеная известь и песок. Процесс происходит при температурах ниже 300ºС, что значительно ниже1450 ºС, необходимых для производства обычного цемента. В результате экономится до 50 процентов энергии. Учёные также снизили требование по извести. В дополнение к экономии энергии, особенно выбросов в атмосферу, решение выглядит новаторским: в производстве Celitement ® по сравнению с традиционными технологиями для производства клинкера портландцемента в окружающую среду выбрасывается в два раза меньше CO2.

Ежегодно около двух миллиардов тонн цементных заводов по всему миру производят вяжущие для строительной отрасли. «Если думать о будущем, то перевод всех цементных заводов в мире на нашу технологию ежегодно позволит выбрасывать в атмосферу на пол миллиарда тонн меньше углекислого газа, что окажет огромное влияние на климат»,- говорит доктор Питер Штеммерман из Института технической химии (КВТ) KIT. Вместе с тремя коллегами из ITC, он развивал идею новой технологии получения экологически чистого цемента. Это стало возможным только благодаря использованию синхротронного излучения, что позволило исследовать цемент в нанометровом диапазоне. В энергетических исследованиях Технологический институт Карлсруэ (KIT) является одним из ведущих институтов Европы. Центр КIТ сочетает в себе фундаментальные и прикладные исследования, относящиеся ко всем видам энергии для промышленности и домашних хозяйств. Специалисты участвуют в целостном взгляде на эффективность энергетического цикла и процессов преобразования энергии.

Читайте также  Ивановский И. Д. Возникновение вирусологии как науки

Исследователи во всем мире ищут новые методы для улучшения энергетического и экологического баланса в производстве цемента. В целях постепенного внедрения новых цементных вяжущих на рынок строительных материалов, учёные объединили свои усилия с партнером в промышленности компанией Celitement GmbH. Следующим шагом является создание пилотной установки на севере Баден-Вюртемберг. [По материалам Stroisvoigrad].

Тема 2 (Лекция 3)

Инновации технологиях минеральных вяжущих веществ и бетонов на их основе

-основной вектор развития технологии бетона — многокомпонентные модифицированные составы с управляемым структурообразованием;

-химические добавки для модификации бетона (регулирующие реологические свойства бетонных смесей, регулирующие кинетику твердения, придающие специальные свойства);

— бетон структурированный наночастицами;

-применение модифицированных заполнителей и наполнителей, прогрессивного армирования и микроармирования.

Бетон – искусственный каменный материал, получаемый путем затвердевания рационально подобранной смеси минерального или органического вяжущего вещества, заполнителей, воды и добавок. В сочетании со стальной арматурой этот материал называют железобетоном.

В качестве вяжущего вещества для изготовления обычного тяжелого бетона наиболее широко применяют портландцемент и его разновидности. Цемент и вода являются активными составляющими бетона; в результате их взаимодействия образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей в единый монолит.

Заполнители бетона. Заполнители часто называют инертными материалами, однако они существенно влияют на структуру и свойства бетона. Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента, являющегося наиболее дорогим и дефицитным компонентом, кроме того, они улучшают технические свойства бетона. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность и модуль деформации бетона, снижает его ползучесть, т. е. необратимые деформации, возникающие при длительном действии нагрузки. Заполнитель воспринимает усадочные напряжения, а также в несколько раз уменьшает усадку бетона по сравнению с усадкой цементного камня, способствуя получению более долговечного материала.

В качестве заполнителей экономически целесообразно использовать местные сырьевые и техногенные вторичные (шлаки и др.) ресурсы. Применение этих дешевых заполнителей снижает стоимость бетона, так как на их долю обычно приходится до 80 % его объема. Легкие пористые заполнители снижают плотность бетона и улучшают его теплотехнические свойства.

В бетоне применяют мелкий и крупный заполнители. Мелким заполнителем (менее 5 мм) для тяжелого бетона является природный или искусственный песок.

В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона с размером зерен 5. 70 мм, иногда до 150 мм, используют щебень и реже гравий.

В современном строительстве находят применение десятки видов бетонов, среди которых традиционные бетоны, фибробетоны, полистиролбетоны, пористые, гидроизолирующие и другие. По некоторым показателям они приблизились к природному камню и даже металлу.

Процесс изучения и создания новых бетонов продолжается. Все в больших объемах обычные бетоны замещаются многокомпонентными модифицированными, что дает возможность, применяя компьютерное проектирование состава бетонов и технологии их приготовления, прогнозировать физико-механические и эксплуатационные характеристики, эффективно управлять структурообразованием на всех технологических этапах и получать материал с требуемыми свойствами.

Сегодня нигде в мире бетон не производится без разного рода химических добавок. К сожалению, в России объемы производства бетона с добавками пока составляют всего лишь 50–60%. Но модифицированный бетон куда более эффективен, чем обычный. В этой области мы очень сильно отстаем от зарубежных игроков. Специалисты отмечают, что пока лишь два отечественных модификатора отвечают мировому уровню — суперпластификатор СЗ и комбинированный модификатор МБ на основе микрокремнезема и того же суперпластификатора СЗ. Большинство других добавок мы пока вынуждены закупать за рубежом. Это и ускорители твердения, в том числе и суперпластифицирующие комплексы.

Наиболее активные разработки в области модификации цементных бетонов и растворов полимерными композициями в настоящее время осуществляются в Японии, в частности в университете г. Корияма под руководством профессора И. Охама. Среди новых разработок следует упомянуть применение дисперсий стирол-бутадиеновых латексов, эмульсий полиэтиленвинилацетатных и полиакриловых эфиров, полимерных порошков с восстанавливаемой дисперсией (полиэтиленвинилацетат) и других композиций. К новинкам можно отнести модификацию растворов и бетонов стандартной эпоксидной смолой, причем модифицирующая композиция в этих случаях используется без отвердителя, что существенно снижает ее токсичность. Полимеризация смолы проистекает в ходе гидратации цемента, а в случае ее ускорения за счет прогрева наблюдается заметный рост прочности бетона.

ДОБАВКИ в бетон

В настоящее время созданы и все чаще применяются пятикомпонентные системы, которые наряду с такими традиционными исходными материалами, как цемент, вода и крупный и мелкий заполнитель, включают в себя специальные добавки. Благодаря применению таких дополнительных компонентов, с одной стороны, представилась возможность разработки целого ряда новых видов бетона со специальными, превосходными свойствами и высоким инновационным потенциалом: самоуплотняющийся, высокопрочный, высокопластичный с добавлением синтетических фибриллярных материалов и т.д.; с другой стороны, применение добавок и дополнительных средств позволяет осуществить целенаправленную, эффективную и экономичную корректировку нужных сочетаний соответствующих свойств свежеприготовленного и затвердевшего бетона в «традиционных» составах в широком диапазоне различных вариаций.

Добавки вводятся с целью воздействия на технологические, физико-химические и физико-механические свойства бетонной смеси, свежесформованного и затвердевшего бетона. К подобным свойствам относятся, например, удобоукладываемость смеси, прочность, проницаемость, долговечность, декоративные свойства бетона. Как правило, для применения добавок в бетоны требуется получение от органов строительного надзора разрешения, если добавки еще не стандартизированы. Особенно высокие требования при получении допуска к применению предъявляются к таким добавкам, которые должны использоваться в бетоне при изготовлении несущих конструктивных элементов.

Классификация важнейших химических добавок для бетона по их основному эффекту действия в бетонной смеси в соответствии с международной классификацией, обозначение этих добавок, их активные составляющие и принцип действия приведены в табл. 8.

Дата добавления: 2018-04-05 ; просмотров: 1137 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Производство цемента и состав цементного клинкера

Состав цементного клинкера который получается от производства цементного камня по новой технологии. Способы схем процесса производства цемента из клинкера.

Производство цемента из клинкера

Романцемент — получают путем обжига известняков, содержащих глинистых не менее 25% при температуре 1000-1200 градусов по Цельсию. Применение: производство бетонов низких марок, стеновые панели, блоки.

Портландцемент — после обжига известняков, мергелей и глинистых примесей получают цементный клинкер. Клинкер смешивают с добавками (ракушечник, доменный шлак).

Способы производства портландцемента

1. Мокрый — компоненты измельчают и смешивают в присутствии воды, полученную суспензию (шлам) обжигают.

2. Сухой — все тоже самое, только в сухом состоянии.

Минералогический состав цементного клинкера

Трехкальциевый силикат (алит) является активным минералом. Быстро твердеет и набирает прочность, сопровождается значительным тепловыделением.

Двухкальциевый силикат (белит) в начальный период твердеет медленно.

Трехкальциевый алюминат — низкая стойкость против серно-кислых соединений.

Четырехкальциевый алюмоферрит твердеет медленнее алита, но быстрее белита. Прочность ниже алита.

Применение портландцемента

Приготовление растворов невысоких марок для кладочных и штукатурных работ, бетонные изделия.

Виды портландцемента

Глиноземистый — быстро твердеет. Получают путем обжига известняков и бокситов (богаты глиноземом). Процесс твердения сопровождается большим тепловыделением.

Свойства: сульфатостойкий, водонепроницаемый, жаростойкий, в 3-4 раза дороже портландцемента.
Применение: срочные ремонтные работы, аварийные работы, бетонные работы в зимних условиях, производство жаростойких бетонов.

Водонепроницаемый расширяющийся портландцемент получают путем тщательного измельчения глиноземистого цемента, гипса и гидроалюминатов кальция. При взаимодействии двух последних происходит образование гидросульфатоалюминатов кальция. Твердение сопровождается увеличением объема.

Применение: создание гидроизоляционных покрытий, заделка стыков и трещин железобетонных конструкций.

Быстротвердеющий портландцемент характеризуется быстрым нарастанием прочности.

Конечно, скорость твердения не сравнить с гипсом. Но самая быстрая из всех видов цемента.

Применение: возведение монолитных сооружений, приготовление высокопрочных бетонов.

Шлакопортландцемент жаро-, водо- и сульфатостойкий. Процесс твердения медленный.

Применение: изготовление железобетонных конструкций для работы в горячих цехах, гидротехнические сооружения.

Пуццолановый портландцемент твердеет медленно, требует систематического увлажнения.

Свойства: водостойкий, сульфатостойкий, не морозостойкий.

Применение: бетонные и ж/б конструкции.

Пластифицированный позволяет снизить водопотребление бетонных смесей и расход цемента на 5-8%.

Применение: дорожные бетоны, аэродромное и гидротехническое строительство.

Гидрофобный по своим свойствам похож на пластифицированный. Применение тоже.

Белый и цветной портландцемент

Белый изготавливают из сырья в котором мало окрашивающих оксидов (чистый известняк). Цветной — в которых много (охра, железный сурик).
Применение: облицовочные плитки, фактурный слой стеновых панелей, искусственный мрамор.

Сульфатостойкий портландцемент изготавливают из клинкера с другими примесями не более 7%.

Производство цемента

Цемент — это один из самых востребованных строительных материалов на рынке. Однако, производство готового цемента является затратным как по капитальным вложениям, так и по использованию энергии. Заводы по его производству обычно расположены вблизи мест добычи основного сырьевого компонента, каковым является известняк. Сам цемент используется в строительстве, как в чистом виде, так и в качестве основы для изготовления незаменимых материалов (бетона и железобетона).

Производство цемента начинается с добычи клинкера. Затем клинкер измельчают и получают вещество в виде порошка, в которое добавляют гипсовый компонент и другое. Расходы на добычу клинкера — большая доля затрат в себестоимости цемента. В итоге такая статья затрат, как добыча сырья, составляет долю в себестоимости готового продукта равную 70%.

Метод, с помощью которого осуществляют добычу и разработку залежей известняка называется «сносом». Используя этот метод, часть горной породы «сносят», освобождая путь к известняку желто-зеленого цвета. Глубина залегания известняка обычно составляет 10 м, толщина пласта равна 70 см. До принятой глубины породу желто-зеленого цвета можно встретить еще примерно четыре раза. На следующем этапе добытый известняк с помощью ленты для транспортировки отправляется на измельчение. Здесь известняковая порода должна приобрести размер кусков не более 10 см в диаметре. Измельченный до таких размеров известняковый компонент транспортируется на сушку и повторное перемалывание, где к нему добавляются другие составляющие. Затем известняковая смесь обжигается. Так происходит процесс получения клинкера.

Читайте также  Жизнь и творчество В.В. Маяковского

Следующая стадия заключается в обработке клинкера. В первую очередь, клинкер дробят. Одновременно проходит процесс подсушки минеральных компонентов и дробление гипсового камня. Затем все компоненты смешивают и еще раз подвергают перемалыванию.

Поскольку сырье имеет порой разные технические и физические характеристики, то в промышленности существует три метода производства готового продукта. Так, при производстве цемента применяется три способа изготовления готовой смеси: мокрый, сухой и комбинированный.

Цементная смесь, произведенная мокрым способом, сделана на основе карбоната (мела), силикатов (глины) и добавок, содержащих железо. К последним относятся конвертерный шлам, огарки пирита и железистый продукт. При этом глина должна содержать влагу не более 20%, а мел не более 29%. Все компоненты смеси проходят измельчение в воде, в итоге получается суспензия, влажность которой составляет 30-50%. Суспензия, а вернее шлам, поступает в специальные печи, где проходит обжиг. Печь для обжига имеет весьма внушительные размеры: ее высота составляет 7 м, а длина — 200 м. В процессе обжига из шлама происходит выделение углекислот. На выходе из печи после обжига получается клинкер, который имеет вид шариков. Эти шарики измельчают и получают готовую цементную смесь.

При сухом способе производства происходит сушка всех сырьевых составляющих цемента, и только затем перемалывание. Таким образом, смесь имеет вид порошка.

При комбинированном способе осуществляется частичное использование двух предыдущих. Таким образом, комбинированный способ производства подразделяется на два вида. При первом из них смесь сырьевых компонентов готовят по мокрому способу, и только затем влажность смеси снижают с помощью специальных фильтров, она не должна превышать 16-18%. Потом эту массу отправляют на обжиг. При втором виде для получения смеси используется способ сухого получения первоначальной смеси, а затем в нее добавляют воду. Так получают гранулы, размер которых составляет не более 10-15 мм. Затем эти гранулы отправляют в печь для обжига.

Дата публикации статьи: 6 ноября 2014 в 11:32
Последнее обновление: 19 января 2021 в 15:50

Цементный клинкер: что это такое и как производится

При возведении высотных зданий и небольших домов используется цементный клинкер. Твердый раствор увеличивает срок службы покрытий, подходит для облицовки печей и искусственных водоемов. Клинкерной плиткой, вместо натурального камня, украшают фасады, применяют как керамогранит при отделке интерьера, а также для реставрации пенобетонных и деревянных поверхностей. Строительный материал выдерживает избыточную влажность и обладает высокими теплоизоляционными свойствами.

Что такое цементный клинкер

В ходе обжигания смеси, состоящей из известняка и нескольких разновидностей глины, при высокой температуре получается вязкий гранулированный полуфабрикат, называемый клинкером. Для производства цемента в вещество добавляют гипс или сульфат кальция и другие минеральные компоненты, которые измельчают в порошок.

Впервые процесс спекания строительного сырья, добываемого из недр земли, путем нагревания его до 1450°, был описан в 19 веке инженером из Франции, создавшим полуфабрикат и цемент. Луи Вика использовал полученный промежуточный продукт при возведении подвесного моста, чтобы доказать его качество.

Каким методом получают цементный клинкер

Для создания материала, не уступающего по прочности натуральному камню, голландские строители стали обжигать специальную глину при высокой температуре. Сейчас при производстве цементного клинкера используют сырье, в составе которого содержатся двух-трехкальциевые силикаты или алюминаты. Смесь нагревают в печах до плавления или спекания. На свойства клинкера влияют несколько факторов:

  • характеристики используемых добавок и присадок;
  • состав сырья;
  • метод охлаждения и помола;
  • технология нагрева.

При мокром способе обжига применяется много различных компонентов, среди которых триполифосфат, сода, торфяная вытяжка, жидкое стекло. Из шлама выделяются углекислоты, а клинкер приобретает форму шарика.

При сухом методе минеральные вещества высыхают в печи, а потом измельчаются в порошок. При комбинированном варианте смесь производят с помощью мокрого метода, затем влажность уменьшают до 16% путем фильтрования, после сырье обжигают. Если применяется сухой способ, то смесь соединяют с водой. А образовавшиеся гранулы высыпают в печь для дальнейшего спекания. Почти 67% в них приходится на оксид калия, 4% — алюминия. Около 22% составляет диоксид кремния, до 6% в составе гранул — добавки и присадки.

В клинкере, из которого производится цемент, количество минеральных искусственных компонентов достигает 70%.

Четыре главные фазы клинкера

Для возведения многоэтажных зданий требуется материал высокого качества. На свойства и характеристики цемента влияет объем и состав смесей, применяемых в процессе обжига. В клинкере обязательно должны присутствовать 4 компонента в определенных пропорциях.

В составе основного продукта, используемого для производства цемента, содержится силикат, представляющий собой смесь диоксида кремния и тройного объема оксида кальция. В клинкере его количество составляет не менее 52%. В кристаллической решетке алита вкраплены ионы:

  • железа;
  • алюминия;
  • магния.

Силикат быстро вступает в реакцию с водой. Такое свойство минерала обеспечивает прочность клинкера на всех этапах нагревания и обжига.

Белит

В полуфабрикате цемента от 14% до 31% приходится на фазу, представляющую смесь диоксида кремния и двойного объема оксида кальция. Вещество не вступает в реакцию с водой, но спустя год приобретает такую же прочность, как и алит. В кристаллической решетке белита выявляют ионы разных металлов.

Алюминатная фаза

В гранулах цементного клинкера содержится силикат, в котором оксид алюминия смешан с тройным объемом оксида кальция. На эту фазу в продукте приходится не менее 4%, но и не более 11.В кристаллической решетке в небольшом количестве наблюдаются вкрапления ионов микроэлементов:

  • железа;
  • кремния;
  • калия;
  • натрия.

При взаимодействии с водой вещество быстро схватывается. Для предупреждения нежелательной реакции в смесь добавляют гипс.

Алюмоферритная фаза

В промежуточном продукте цемента обязательно присутствует еще один компонент, объем которого составляет 5% — 15%. Четырехкальциевый алюмоферрит может менять состав в зависимости от концентрации оксида железа и алюминия. Дополнительные компоненты и примеси, содержащиеся в продукте, на его прочность влияния не оказывают. Скорость взаимодействия фазы с водой уменьшают или увеличивают, используя разные соединения.

Характеристика минералов цементного клинкера

Трехкальциевый силикат обуславливает свойства материала, включая скорость затвердевания. Вещество выделяет тепло и обладает высокой прочностью. Добавки, содержащиеся в фазе алита, влияют на его характеристики, изменяют структуру.

Двухкальциевый силикат (C2S) медленно затвердевает, почти не выделяет тепло, но постепенно приобретает высокую прочность. Техническим свойствам портландцемент обязан белиту и алиту, поскольку концентрация этих твердых растворов в клинкере превышает 70%. Объем между кристаллами силикатов заполнен различными веществами, не влияющими на свойства материала.

В процессе обжига трехкальциевый алюминат очень быстро затвердевает и выделяет большой объем тепла, но при этом получается не очень прочным. Присутствие значительного количества минерала в клинкере провоцирует появление коррозии, в портландцементе содержание вещества не превышает 5%.

Целит обладает высокой скоростью взаимодействия с молекулами воды, однако раствор алюмофферита кальция не влияет на процесс затвердевания материала.

Содержание основных минералов в клинкере:

Щелочные оксиды попадают в сырье, используемое при производстве цемента, с полевым шпатом или глиной. Большая часть примесей при обжиге испаряется, а остальные включаются в состав других соединений. Количество щелочей в клинкере стараются уменьшить до 1%, поскольку они препятствуют затвердеванию раствора.

Окись кальция появляется при неполном обжиге, вследствие нарушения соотношения между основными компонентами сырья. Вещество присоединяет молекулы воды, увеличивает объем твердой фазы, что приводит к растрескиванию и потере пластичности клинкера.

Чтобы снизить содержание окиси кальция, гранулы перед измельчением месяц держат на складе.

Для производства клинкера в карьерах добывают сланцы и глинистые породы, в которых содержатся соединения алюминия, железа, а также известняки. Сырьевые смеси обжигают до спекания.

Полученный промежуточный продукт измельчают, добавляют гипс и производят портландцемент, из которого изготавливают прочный бетон, плитку для облицовки, искусственный камень.

Для создания других видов строительного материала клинкер соединяют с ракушечником и шлаком или смешивают с добавками.

Чтобы получить глиноземистый цемент, обжигают смесь бокситов и известняков. Состав не пропускает влагу, устойчив к высоким температурам, подходит для производства жаропрочного бетона, а также используется при аварийных работах.

При нагревании известняков до 1 тыс.° получают романцемент, который применяется для создания панелей и блоков, но обладает меньшей прочностью.

Что такое цементный клинкер и где применяется

Цементный клинкер представляет собой продукт, который производят в процессе обжига до состояния плавления или спекания сырьевой смеси определенного состава. Клинкер является промежуточным продуктом в процессе производства цемента.

В специальных печах, при очень высокой температуре (выше 1000 градусов) нагревают смесь известняков и разных глин, в итоге получая спекшийся гранулированный материал. Химически это смесь алюмината и алюмоферрита кальция с силикатами. Для приготовления цемента клинкер измельчают, добавляют в него гипс и другие вещества.

Стоимость клинкера находится в достаточно широких пределах и напрямую зависит от сорта. Применяется в самых разных ремонтно-строительных работах.

Производство цемента

В процессе нагревания смеси, которую получают из известняка (до 75%), глины (до 25%) либо других похожих по составу и активности материалов, до температуры +1450С достигается состояние частичного плавления – таким образом образуются гранулы клинкера.

Чтобы в итоге получить цемент, клинкер смешивается с 2-5% гипса (точный объем зависит от содержания SO3 в самом клинкере и марки гипса), затем перемалывается в тончайшую пыль. Благодаря гипсу удается обеспечить быстрое схватывание материала. Хотя, в некоторых случаях его частично заменяют иными формами сульфата кальция. При помоле также допускается вводить другие добавки.

Виды цемента, который производят из клинкера:

  • Портландцемент – после обжига известняков, глинистых примесей, мергелей получают раствор цемента. Клинкер обычно смешивают с доменным шлаком, ракушечником и другими добавками. Портландцемент производят двумя способами: мокрым (когда компоненты смалывают и смешивают с водой, потом обжигают) и сухим (аналогичные действия, но без воды). Из портландцемента делают высокопрочные бетоны, облицовочные плитки, монолитные конструкции, даже искусственный мрамор и т.д.
  • Романцемент – создается посредством обжига известняков (содержание глинистых минимум 25%) при температуре свыше +1000С. Применяют для производства блоков, стеновых панелей, бетонных смесей низких марок.
Читайте также  Классификация лесных товаров. Характеристика жидких и газообразных топлив

Стандартный клинкер предполагает такой состав:

  • Трехкальциевый силикат (алит) – активный минерал, достаточно интенсивно набирает прочность и твердость с выделением тепла.
  • Двухкальциевый силикат (белит) – медленно твердеет в первоначальной стадии.
  • Трехкальциевый алюминат – обладает низким уровнем стойкости под воздействием серно-кислых соединений.
  • Четырехкальциевый алюмоферрит – намного медленнее твердеет в сравнении с алитом, но все равно быстрее белита. Прочность демонстрирует более низкую, чем у алита.

Четыре главные фазы клинкера

Цементный клинкер – это основной материал, который используется для производства цемента разных марок. То есть, проводится два действия: сначала производится клинкер в виде гранул, который получают путем нагревания глины и извести (с добавками) методом плавления, потом клинкер смалывается, в него добавляется гипс и получается цемент.

Разные способы обработки обуславливают то, что клинкер может быть с элементарным химическим или минералогическим составом. От того, какие объемы клинкерных материалов использовались при обжиге, зависят свойства цемента: он может быть быстросохнущим, созданным специально для использования при минусе, обладать другими свойствами.

Состав представляет собой систему нескольких клинкерных минералов, которые появляются в процессе плавки и обжига. Но заметить части отдельных составляющих клинкера невозможно, так как речь идет об аморфных и тонкозернистых кристаллических фазах.

Прежде, чем производить цемент, клинкер подбирают по составу. Обычно речь идет о четырех основных фазах, указанных ниже. Кроме них, в небольших объемах в веществе могут присутствовать другие фазы (оксид кальция, щелочные сульфаты).

Самая важная составляющая любого клинкера для цемента. В составе должно быть минимум 50-70% трехкальциевого силиката (обозначается 3СаO*SiО2 или сокращенно C3S). Структура и состав данной фазы модифицируются благодаря размещению в решетке инородных ионов (в особенности Аl3+, Mg2+, Fе3+). Алит стремительно реагирует с водой, в нормальных цементах имеет самое большое значение для обеспечения прочности. Особенно важен алит для обеспечения набора прочности цемента в течение 28 суток.

Белит

Когда производится клинкер цементный, содержание белита должно быть равно 15-30%. Двухкальциевый силикат обозначается как 2СаO*SiО2 (либо сокращенно C2S), модификация происходит за счет добавления в структуру инородных ионов, чаще всего большей частью либо полностью присутствует в формате β-модификации.

Белит с водой реагирует достаточно медленно, не оказывает воздействия на уровень прочности цемента на протяжении 28 суток. Но он влияет на прочность в значительно поздние сроки, что также немаловажно. Так, через год в идентичных условиях показатель прочности чистого белита и чистого алита примерно одинаков.

Алюминатная фаза

Алюминатная фаза в клинкере цементном составляет 5-10%. Трехкальциевый алюминат обозначается как 3СаO*Al2O3, меняется по составу и структуре в некоторых случаях благодаря инородным ионам (в особенности Nа+, Si4+, К+, Fe3+). Фаза мгновенно реагирует с водой, из-за чего становится причиной быстрого высыхания, если в состав не был введен контролирующий скорость схватывания реагент, в качестве которого выступает обычно гипс.

Алюмоферритная фаза

Ферритная фаза составляет около 5-15% цементного клинкера, обозначается как 4CaO*Al2O3*Fe2O3 (сокращенно CaAlFe). Четырехкальциевый алюмоферрит существенно меняет состав при изменениях пропорции Al/Fe и нахождении в структуре инородных ионов.

Скорость реакции базы с водой может быть разной из-за отличий в составе. Как правило, показатель достаточно высокий на первых этапах, в более поздние сроки средний между показателями алита и белита.

Преимущества и технологии цементного мини-завода

Описание мини-завода – отличия от масштабных линий производства

Согласно официальным статистическим данным, спрос на цемент растет с каждым годом на 5%. Для удовлетворения локального дефицита в конкретном районе города или области имеет смысл организовать небольшое производство. В этом случае строить крупномасштабный завод нет смысла.

Производство цемента в России

Мини-линию можно установить вблизи стройки и не тратить дополнительные средства на транспортировку, что снизит себестоимость продукции. И строительной компании от этого будет своя выгода, поскольку снизится и розничная цена цемента. Часто компании заключают подрядные договоры с мини-заводами, размещают комплекс на своей территории и имеют более выгодные условия.

Плюсы мини-завода по изготовлению цемента:

  • можно установить его на небольшой площади, даже на улице;
  • мобильность – можно легко собрать/разобрать и перевезти на новое место; Мини завод по производству цемента
  • экономичность – низкое потребление ресурсов (воды, электроэнергии, топлива);
  • быстрая окупаемость вложенных средств;
  • сервисное обслуживание – производители предлагают своих специалистов для отладки процесса изготовления, а также гарантийное обслуживание мини-линии в течение года.

Его недостатком является только более низкая производительность, по сравнению с крупными заводами, однако, и в этом есть преимущество – не нужно больших складских помещений. А если есть договоренность со строительными компаниями, то можно поставлять для них цемент без упаковки – это снизит себестоимость.

Составные элементы производственного комплекса

Мини-завод по производству цемента должен включать следующие механизмы и узы:

  • дробильно-сырьевой узел для обработки сырья;
  • помольный механизм; План схема агломерации (дробления, мойки, сушки)
  • печно-обжигательный комплекс;
  • узел дробления и смешивания гипса и клинкера;
  • механизм помола цемента;
  • упаковочный агрегат;
  • лабораторный комплекс для контроля качества.

Технические характеристики оборудования на примере мини-завода Т-100-190, страна-производитель – Россия.

  • мощность комплексов – до 250 кВт/ч;
  • производительность – до 100 т в сутки; Мини завод по производству цемента, Россия
  • необходимые производственные площади – 4800 м 2 , из них закрытые для склада сырья и готового продукта – 1300 м 2 ;
  • количество обслуживающего персонала – 42 человека для работы в три смены (сутки);
  • стоимость – 123 000 000 рублей.

Менее производительный комплекс – Dry Mill от компании Росатех. Характеристики:

  • производительность – 4 т в час;
  • мощность – 700 кВт;
  • необходимая площадь – 50*100 м 2 ;
  • вес комплекса – 170 т;
  • стоимость – 2 900 000 рублей.

Комплекс LUN-PRC

Китайские производственные комплексы будут стоить гораздо дороже, например, LUN-PRC, выработкой 120000 тонн в год, цена 137 700 000 рублей.

Технология производства

Процесс производства состоит из нескольких этапов:

  • подготовка сырья. Исходное сырье, поступающее с добывающих карьеров на производство, имеет различные фракции. Для начала, его следует очистить от посторонних примесей с помощью сита. Далее сырье направляется в бункер для помола. Процесс производства цемента
  • измельчение всех компонентов. Известняк и глина должны измельчаться отдельно друг от друга. Для этого предусмотрены специальные камеры. Измельченная смесь транспортируется в отдел гомогенизации;
  • следующий этап – смешивание всех компонентов. С помощью дозаторов исходное сырье поступает в смесительный бункер. Пропорции закладываются в систему автоматизированного управления комплексом заранее, согласно выбранной рецептуре. Далее – смешивание и помол полученной смеси. В результате последнего измельчения необходимо добиться однородной массы, чтобы отдельные фракции всех компонентов были одинаковыми; Технология производства цемента в общих чертах
  • гранулирование. В полученное сырье добавляется небольшое количество воды, и формируются гранулы. Этот этап может быть опущен, в зависимости от комплектации оборудования;
  • обжиг клинкера. Процесс обжига осуществляется с помощью печной установки. Объем печи небольшой – это необходимо для лучшего теплообмена компонентов. На выходе получается клинкер – цемент разных фракций. Есть некоторые модели мини-заводов, которые рассчитаны на определенный вид топлива для печи обжига. Например, оборудование от компании ЛОРИС, работает только на угле. Это стоит учитывать при приобретении комплекса, поскольку нужно будет позаботиться о закупке и хранении топлива. Есть более простые модели, работающие на природном газе; Схема изготовления цемента на заводе
  • помол цемента – его нужно привести к однородному состоянию. Для этого снова используются дробильные механизмы. На этом этапе необходимо добавлять гипс в состав цемента, в пропорциях, согласно рецептуре. Процесс проходит в достаточно мощных бункерах – 75% потребляемой электроэнергии приходится на эти действия;
  • фасовка и упаковка готового продукта. Дозирующий механизм наполняет сухой смесью бумажные мешки, которые затем направляются по конвейерной ленте на склад готовой продукции.

Материал для производства

Основными составляющими портландцемента являются:

  • известняк – природный компонент, который должен содержать не менее 50% оксида кальция и не более 5% карбоната кальция; Портландцемент
  • глина – в ее составе должен быть оксид алюминия – до 18% и диоксид кремния – не более 60%;
  • уголь – имеющий теплоту сгорания – 4000 ккал/кг;
  • гипс – сульфат кальция (минимум 75%);
  • минеральные добавки – согласно рецептуре.

Из чего делают цемент

Для производства одной тонны цемента понадобятся следующие объемы сырья:

  • известняк – 694 кг; Состав цемента
  • гипс – 50 кг;
  • глина – 125 кг;
  • уголь/зола – 80 кг;
  • добавки минеральные – 40 кг.

К тому же, приобрести разрешение и организовать добычу полезных ископаемых — довольно хлопотное и затратное дело.

Бизнес-план по производству

Для того, чтобы определить экономические выгоды мини-бизнеса по производству цемента, необходимо рассчитать себестоимость:

  • затраты сырья:
    • известняк – 1,100 руб. за 1 кг * 694 кг = 763, 40;
    • гипс – 6 руб. за 1 кг * 50 кг = 300, 00;
    • глина – 10 руб. за 1 кг * 125 кг = 1250, 00; Производство цемента в РФ по регионам
    • уголь – 4,20 руб. за 1 кг * 80 кг = 336, 00;
    • итого – 2649,40;
  • стоимость электроэнергии – расход на 1 т – 7 кВт * 3,5 = 24,50;
  • стоимость технической воды – 50 л на 1 тонну * 3,00 = 150, 00;
  • заработная плата – 1400,00;
  • итого себестоимость – 4201,90 руб. за 1 тонну, в сутки (три смены) можно произвести 100 т, в месяц – 2200 т.

Себестоимость месячного объема – 2200 * 4201,90 = 9 244 180,00.

Производство цемента в 2014-2016 году

Цена реализации 1 т — 6 000,00.

Выручка в месяц – 13 200 000,00.

Прибыль – 3 955 820,00.

Стоимость оборудования, обеспечивающего такую производительность – 123 000 000 рублей.

Срок окупаемости составит: от 31 месяца.

Видео: Вертикальная цементная мельница Титан

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: