Оборудование аналитической лабаратории цементного производства

Основная часть

1. 
   Основная часть
   

1.1 Основное сырые для получения цемент.
Сырьевыми материалами для производства клинкера служат карбонатные горные породы с высоким содержанием углекислого кальция, глинистые породы, содержащие кремнезем, глинозем и окись железа, и гипс. В среднем на изготовление 1 тонны цемента требуется до 1,5 тонн исходного сырья. Окись кальция CaO вводится в цемент в виде известняков независимо от содержания в них глины. Известняки и мел содержат до 90% и более углекислого кальция и небольшие количества кварцевого песка, глинистых минералов и др. Плотность известняков 1750-2950 кг/м³, влажность 0,13-10,7%. С глиной вводятся кремнезем SiO2 (70-80%), глинозем Al2O3 (3-10%), окись железа Fe2O3 (3-6%) и небольшое количество карбонатов кальция и магния.
Включения веществ, содержащих окислы SO3, Na2O, K2O, а также MgO нежелательны, и их количество должно быть минимальным. Влажность глин колеблется в пределах 15-25%, плотность 1800-2000 кг/м³. Поскольку не всегда удается получить клинкер требуемого состава, то применяют корректирующие добавки, содержащие значительное количество какого - либо из недостающих окислов клинкера. К примеру, кварцевый песок применяют для увеличения содержания SiO2. Наряду с материалами природного происхождения цементная промышленность использует побочные продукты разных отраслей промышленности, например доменные шлаки. В состав доменных шлаков входят окислы: CaO, SiO2, Al2O3, MgO, FeO и сернистые соединения CaS, MnS, FeS. В незначительных количествах встречаются и другие окислы, существенно не влияющие на свойства шлаков. Преобладающими в доменных шлаках являются CaO, SiO2, Al2O3 и отчасти MgO, суммарное содержание которых достигает 90-95%.
Главными фазами в шлаках являются преимущественно мелилит, ларнит и анортит. При обычных температурах (до 15-25ºС) шлаки почти не проявляют во взаимодействии с водой и, следовательно, не твердеют Доменные шлаки, предназначенные для изготовления вяжущих веществ гранулируют, то есть охлаждают водой, паром или воздухом. При производстве цемента с целью замедления сроков его схватывания в состав шихты, наряду с клинкером, вводят гипс - двуводный сульфат кальция (CaSO4·2H2O), содержание которого в цементе определяется качеством породы - гипсового камня. Плотность гипса колеблется от 1,35 до 1,45 г/см
Сырьем для производства цемента служат известняк и глина
Эти иещетва перемещивают иобжигают.
При этоь протекеают следующие химисеские реакции:


Al2O3*2H2O2*2SiO2Al2O3*2SiO2+2H2O
CaCO3CaO+CO
CaO+SiO2CaSiO3
Цемент делается из смеси кварца и окислолов калция алюминия и железа.Високотемпературная печь нагревает сырые преоброзования его химически и физически в клинкер.Это серый галькообразный материал включает в себя специальные составы благодаря которым цемент приобретает связующие свойства
Цемент – материал, который участвует в строительстве каждого объекта. На сегодняшний день существует три основных метода производства портландцемента – мокрый, сухой и комбинированный. Компании – производители выбирают способ исходя из технологических, технических и
экономических факторов.

Технологический процесс производства цемента состоит из трех основных стадий: Механические процессы по добыче и переработке сырьевых материалов (измельчение, перемешивание, корректировка) с получением сырьевой смеси для ее последующего обжига.

Термический процесс обжига сырьевой смеси в печных агрегатах с получением клинкера – основного компонента для производства цемента.
Механический процесс совместного измельчения (или раздельного измельчения и последующего смешивания) клинкера, гипсо содержащего материала и минеральных добавок с получением различных типов цемента.
Первая стадия. Подготовка сырьевой смеси. Известняк, его модификации (мел, мергель) и глина являются основой для производства цемента. В непосредственной близости от цементных заводов обычно расположены карьеры, где производитель добывает эти материалы. Для того, чтобы обеспечить требуемый химический состав сырья, используются
покупные материалы – песок, зола, бокситы, пирит и другие.
Сырьевая смесь состоит из четырех основных оксидов: кальция, алюминия, железа и кремния. Источниками этих оксидов служат:
СаО – известняк, мел, мергель;
Si2O3 – песок, глина, шлак, сланцы;
Al2O3 – глина, бокситы, зола;
Fe2O3 – пирит, железная руда.
основные клинкерные минералы


Обжиг сырьевой смеси в печных агрегатах является важнейшим этапом производства цемента, определяющим качество клинкера. Современные заводы, производящие цемент сухим методом, используют для обжига печной агрегат, состоящий из двух основных частей. В вертикальной части находятся циклонные теплообменники с декарбонизатором, в которых происходит подготовка сырьевой смеси (дегидратация, декарбонизация) перед непосредственным поступлением в печь. В горизонтальной части находится печь высокотемпературного обжига 1450 ºС, где из расплава формируются основные клинкерные минералы. Здесь же расположен холодильник, в котором, в результате резкого охлаждения, происходит стабилизация клинкерных фаз.
Для полумокрого способа изготовления цемента процесс обжига идентичен вышеописанному, который используют заводы работающие по сухому методу. На цементных заводах, работающих по мокрому способу производства, печной агрегат состоит из одной большой печи, длинной до 180 метров. Значительную часть такой печи занимает зона с цепной завесой. В ней происходит удаление из материала большого количества свободной влаги, которая характерна для мокрого способа производства.

Цепная завеса увеличивает интенсивность теплообмена между окружающей газовой средой и материалом.Энергопотребление печных агрегатов современных заводов сухого способа производства на 30-40% ниже, чем заводов мокрого способа, за счет отсутствия необходимости испарения большого количества свободной влаги сырьевого шлама. Высокотемпературная зона печи футеруется изнутри огнеупорным кирпичом для уменьшения теплопотерь в атмосферу и снижения температурного воздействия на металлическую обечайку печи. Печной агрегат имеет небольшой угол наклона и вращается со скоростью 3-4 оборота в минуту, за счет чего происходит перемещение материала внутри печи.Печной агрегат для производства цемента можно условно разделить на несколько зон:испарение свободной влаги (t 100 ºС) – характерна для печей мокрого способа производства; дегидратация (t 350-650 ºС) - глина теряет кристаллизационную влагу;декарбонизация (t 650-950 ºС) - процесс разложения карбоната кальция и магния с получением оксидов кальция и магния;клинкерообразование (t 1300-1450 ºС) - из расплава формируются основные клинкерные минералы, которые определяют свойства цемента;охлаждение (t 1250 ºС) - в результате резкого охлаждения происходит стабилизация клинкерных фаз.Дальнейшее охлаждения клинкера до температуры 100 ºС происходит в колостниковом холодильнике, после чего он поступает на хранение в крытые силоса, которые защищают клинкер от атмосферных воздействий и сохраняют еговысокое качество.

Вторая стадия. Для сжигания различных видов топлива в печи на цементных заводах используют многофункциональные горелки. Помимо природного топлива (газ, уголь, мазут) широко используются альтернативные виды топлива (бытовые отходы, материалы с очистных сооружений, резиновые покрышки и другие), доля которых с каждым годом увеличивается и в некоторых странах достигает 80%.В результате процесса обжига сырьевой смеси формируются основные клинкерные минералы.
Клинкерные минералы определяют свойства цемента, а именно:трехкальциевый силикат (алит) С3S – главный компонент цемента, обеспечивает быструю кинетику набора прочности, высокую начальную и хорошую марочную прочность; трехкальциевый алюминат С3А - обеспечивает быструю кинетику набора прочности, высокую начальную прочность, значительно влияет на свойства бетона (реология, коррозионная стойкость); (чем больше его в составе цемента, тем темнее цвет).Наряду с основными клинкерными минералами в составе клинкера также содержатся побочные компоненты, поступающие из сырьевых материалов (Mg, K, Na, Cl, SO3) или из топлива (Fe2O3, P2O5, K, Na, Cl, SO3). Их количество незначительно (3-6%), однако они влияют на:гранулометрический составклинкера и образование колец в печи;
блокировку проходимость циклонных теплообменников;
состав пыли печей;
выбросы в атмосферу;
качество цемента.
Щелочные оксиды калия и натрия оказывают существенное влияние на кинетику набора прочности цемента, существенно ее увеличивая в начальные сроки и снижая в марочном возрасте - 28 дней.
Третья стадия. Помол цемента. Помол цемента – это механический процесс совместного измельчения (или раздельного измельчения и последующего смешивания) клинкера, гипсосодержащего материала и минеральных добавок с получением различных типов цемента. Помол цемента выполняется в цементных мельницах двух типов – вертикальной (подробная информация в разделе «Подготовка сырьевой смеси») и шаровой трубной мельнице. Шаровая мельница – это металлическая обечайка, футерованнаяизнутри бронеплитами для защиты корпуса мельницы от износа.
Двухкамерные мельницы между собой разделены диафрагмой с регулируемой подачей материала. На выходе из мельницы также имеется диафрагма с ячейками оптимального размера. При использовании однокамерных мельниц дополнительно перед мельницей устанавливают роллер-пресс для предварительного измельчения материалов. Внутри мельницы находятся мелющие тела (шары разного диаметра), которые, при вращении мельницы, путем удара в первой камере и истирания во второй камере измельчают материал.
Обязательным компонентом при производстве цемента является гипс, который применяется для регулирования сроков схватывания цемента. Трехкальциевый алюминат С3А является очень активным компонентом и при
взаимодействии с водой происходит структурообразование с быстрой потерей подвижности цемента.
Для того, чтобы этого не происходило, гипс формирует защитный слой вокруг С3А и предотвращает быстрое схватывание цемента.Есть несколько модификаций гипса, которые отличаются по своим свойствам, в частности по активности. Наиболее активной формой является полуводный гипс CaSO4•0.5H2O, далее следует двуводный гипс CaSO4•2H2O, наименее активная форма – ангидрит CaSO4.

В процессе помола при повышенной температуре в мельнице, более 70 ºС, двуводная форма гипса переходит в полуводную форму с негативным влиянием на реологические характеристики цемента и, как следствие, бетона и раствора (увеличивается водопотребность, снижаетсясохраняемость подвижности).