Материальные технологические особенности в производстве цемента

Портландцементный клинкер

Портландцементный клинкер производится путем смешивания сырья, содержащего кальций, кремний, алюминий и железо как основные элементы. Когда все вещества смешаны в правильных пропорциях, новые минеральные добавки с гидравлическими свойствами - так называемые периоды клинкера - формируются после нагревания до спекания (или клинкеризации) при температуре 1450 ° C. Основные минеральные компоненты в клинкере - силикаты, алюминаты и ферриты с элементами кальция.

Процесс формирования клинкера может быть разделен на 4 ступени:

  1. Высыхание и подогрев (20 - 900 ° C): выделение свободной и химически связанной воды
  2. Прокаливание (600 - 900 ° C): высвобождение CO2- начальные реакции, в результате которых формируются клинкерные минералы и промежуточная фаза
  3. Спекание или клинкеризация (1250 - 1450 ° C): формирование силикатов кальция и жидкая фаза
  4. Обжиг (1350 - 1200 ° C): кристаллизация алюмината кальция и феррита кальция

В цементном клинкере содержится в небольших количествах необъединенный оксид кальция (“негашеная известь”), и оксид магния, а так же щелочные сульфаты.

Дополнительные химические элементы в сырье - марганец, фосфор, титан или тяжелые металлы главным образом входят в минеральные структуры главных периодов клинкера.

Свойства клинкера (и цемента, произведенного из него), главным образом определяются его минеральным составом и структурой.

Некоторые элементы в сырье, такие как щелочи, сера и хлориды испаряются при высоких температурах в печи, приводя к постоянному внутреннему циклу испарения и конденсации (“циркулирующие элементы”). Большая часть этих элементов останется в печи и покинет ее только вместе с клинкером. Меньшая часть выйдет с печными газами, и осядет с макрочастицами в обеспыливающей системе.

При избытке летучих элементов в печных газах барабанной печи, установка преднагревателя в "обход" может быть необходима. Фильтры и обходы могут полностью или частично вернуть цементную пыль на повторную переработку для цементного производства.

Компоненты смеси

Хорошо разработанная сырьевая смесь для изготовления клинкера состоит из:

  • Известковых компонентов, богатых кальцием, например > 75 % карбонатов (известняк, мел, мрамор, известковая глина)
  • Содержащих глину компонентов, богатых алюминием, кремнием и железом (известковая глина, мергелистая глина, сланец, глина)
  • Корректирующих компонентов, обогащенных одним из четырех основных элементов (глинозем, железная руда, песок, высокосортный известняк, и т.д.).

Коррективы используются в малых количествах только, чтобы скорректировать химический состав сырьевой смеси для получения необходимых качественных характеристик.

В зависимости от уровня пригодности и химического состава, и основное и корректирующее сырье может производится из индустриального ("неископаемого") источника ("альтернативное" сырье). Примеры - угольная зола - отходы электростанций, стальной шлак, песок литейного завода, канализационного отстоя, известкового отстоя, FCC катализаторы с нефтеперерабатывающих заводов и т.д.

Проект сырьевой смеси, основанной на данном сырье, должен учитывать технические данные продукта и экологические соображения. Хорошо разработанная высококачественная сырьевая смесь с постоянным химическим составом имеет значение и для хорошего качества продукции и для бесперебойной работы печи. Однородность и согласованность сырьевой смеси нуждается в тщательном контроле, основанном на постоянном осуществлении выборки и химического анализа.

Топливо

Главные виды органического топлива ("первичного" топлива) в цементной промышленности - уголь, топливный мазут, необработанная нефть, и - в меньшей степени - природный газ. "Альтернативные" виды неископаемого топлива получают из индустриальных источников, например, шин, отработанного масла, пластмассы, растворителей и т.д.

Химические компоненты пепла твердых топлив объединяются с сырьем и входят в состав произведенного клинкера. Таким образом, химический состав пепла должен быть рассмотрен при составлении проекта сырьевой смеси.

Таким же образом как основные элементы, металлы, которые могут быть введены с жидкостью или твердым топливом, будут также включены в состав клинкера. Исключения - металлы, которые частично или полностью испаряются в печи, например, ртуть, таллий или кадмий. Эти элементы будут захвачены в печи (фильтрами), или могут выделяться из дымовых труб (ртуть), если данный процесс не контролировать.

Компоненты цемента

Портландцемент производится путем смешивания клинкера с несколькими процентами природного или индустриального гипса или ангидрита (сульфат кальция) действующего как регулятор затвердевания. Во многих европейских странах, добавляют около 5 % “малых составляющих”, например, сырьевой смеси, известняка или пыли, уловленной фильтрами.

Смешанный (или "композитный") цемент частично состоит из минеральных добавок, полученных из природных или индустриальных источников. Эти минеральные добавки могут затвердевать в или имеют свойства наполнителя.

Состав цемента с добавками определен европейским стандартом цемента. Стандарт также включает качественные технические данные отдельных минеральных добавок.