Глиноземистый цемент способы производства

Глиноземистый цемент: производство, виды и характеристики

Цемент, как один из самых важных материалов для строительства, бывает нескольких разновидностей. Довольно часто используется глиноземистый, довольно дорогой цемент с рядом специфических характеристик. Он применяется для изготовления бетона, устойчивого к жаре и морозу, а также не пропускающего влагу, в ремонтных и аварийных работах.

Специфика производства

Второе название глиноземистого цемента — алюминатный. Это быстродействующая гидравлическая смесь, которая быстро затвердевает как в воздушной, так и в водной среде. Производство алюминатного цемента происходит по строгой технологии, с использованием одного из зарекомендовавших себя методов: спекания или плавления. Выбор делают в зависимости от состава бокситов (количества в них оксидов железа и кремниевой кислоты), качества кокса и стоимости электроэнергии.

Плавление

Основное сырье вместе с коксом и известняком загружают в ватержакетные печи, работающие на пылевидном топливе. Масса проходит через летку, снижает градус в изложницах печи, потом ссыпается в дробилку, где тщательно измельчается при помощи многокамерных мельниц и охлаждается.

Для производства могут использоваться:

• печи переменного тока (метод дуговой плавки);
• электроплавка (в процессе выделяется ферросилиций, что очищает смесь от излишков кремниевой кислоты).

Спекание

В этом случае используются заводские печи обычного типа и относительно невысокие температуры. Полученная смесь — геленит, при медленном охлаждении кристаллизуется в стеклообразную форму. Но нельзя допускать образования в цементе стекла, поэтому используют системы сверхбыстрого охлаждения. Выходящую из доменной печи смесь обрабатывают паровоздушным потоком, гранулируют.

Разновидности и структура

В продаже есть 2 типа глиноземистого цемента:

• стандартная смесь;
• высокоглиноземистая смесь.

Состав может иметь разные оттенки зеленого, желтого, черного и коричневого (цвет зависит от процента окисления составных ингредиентов и объема железа в смеси).

Марку продукта можно определить на третьи сутки после изготовления. Порошок фасуют в мешки по 40-50 кг.

Технические характеристики

В состав глиноземистого цемента входят бокситы и чистые известняки. Преобладающими оксидами являются алюминий, кальций и кремний, есть небольшое количество железа, титана, магния и серного ангидрида.

Бокситы — горная порода, состоящая из гидратов и разнообразных примесей. Используется для создания алюминия и огнеупоров, добычи абсорбентов.

Период начала затвердения составляет 30 и более минут, а окончательно процесс прекращается через 12 часов. Этот цемент стойкий к агрессивной внешней среде, прочен, но при этом деформируется под воздействием щелочной среды. Благодаря высокому показателю тепловыделения, алюминатный цемент можно использовать в зимних условиях (до -10 градусов). Он не подвержен коррозии и отличается отличной адгезией с массой иных материалов (например, металлической арматурой, магнезитом, шамотом, хромированной рудой). Устойчив к открытому пламени (до 1700 градусов), не пересыхает и не крошится.

Для корректировки сроков схватывания используют замедлители (хлористый кальций, буру, борную кислоту), либо ускорители (гипс, портландцемент, известь).

Наиболее благоприятная температура для затвердения является +15-20 градусов.

Маркировка

В ГОСТ 969-91 указаны три вида глиноземного цемента:

1. Глиноземный цемент ГЦ-40. Характеризуется следующими прочностными характеристиками: с 22,5 МПа до 40 за первые трое суток. Используется, в основном, в строительной отрасли. Цена этой марки ниже остальных.
2. 2. Глиноземный цемент ГЦ-50. Данный вид отличается возрастанием показателей: с 27,5 до 50 МПА. За счет этого характеристики улучшаются. Часто используется в топливно-энергетической сфере.
3. 3. Глиноземный цемент ГЦ-60. За 72 часа показатель вырастает с 32,4 до 60 Мпа. Благодаря повышенной прочности, востребован в оборонном комплексе и металлургии.

Самые известные производители цемента в мире: Cimsa Icidac , Ciment Fondu, Secar.

Работа с бетоном чревата возникновением дерматита кожных покровов, заболеваний дыхательной системы, расстройствами слуховой и нервной систем. Поэтому важно соблюдать требования техники безопасности, такие как:

• работники должны пройти соответствующий инструктаж и получить разрешающее удостоверение;
• должны использоваться средства индивидуальной защиты — каски, очки, респираторы, спецодежда;
• все электрические провода должны быть подняты над землей, а изоляция проверена;
• в рабочий цикл запрещается вмешиваться до полной остановки механизма;
• электрические устройства можно переносить с места на место только выключенными.

Область применения

В промышленном строительстве использование глиноземистого цемента встречается в:

• реконструкции мостовых сооружений любого уровня сложности и конфигурации, их ремонта;
• быстрого возведения (за несколько суток) сооружений с максимальной устойчивостью;
• строительстве, где необходимо такое качество, как сульфатостойкость;
• закреплении анкерных болтов
• создании емкостей, которые в будущем будут контактировать с агрессивными веществами;
• обустройстве нефтяных скважин;
• застывании бетона, как ускоритель процесса;
• заделке крупных пробоин и деформаций в морских судах;
• залатывании течи в породе, если присутствует перерасход жидкости;
• для создания огнеупорного бетона, расширяющихся и водонепроницаемых составов;
• некоторых областях строительной химии (добавляют в клеевые составы);
• возведении морских и подземных конструкций, железобетонных сооружений;
• изготовлении водонепроницаемой штукатурки (используется при ремонте душевых и бассейнов, подземных коридоров, швов между тоннелями метрополитена).

Помимо промышленной строительной сферы, глиноземистый цемент популярен и в частном строительстве, а именно — для возведения жилых домов, а также:

• возведения каминов, топок и иных видов отопительных конструкций;
• дымоходов и вентиляционных систем (ремонт и реконструкция);
• обустройстве стяжки для пола, подоконников;
• строительстве цокольных этажей и подвалов в домах.

При использовании глиноземистого цемента в личных целях, следует знать правила его приготовления:

1. Смесь нужно как следует перемешать, что сделать вручную очень и очень сложно. Потому воспользуйтесь специальной бетономешалкой. Поскольку описываемый вид цемента гораздо более вязкий, чем остальные типы, то и перемешивание раствора занимает больше времени: не час-полтора, а 2-3 часа. Но не дольше! Иначе раствор «схватится» и его будет сложно наносить. Это же касается и бетономешалки: очищайте ее сразу после работы, иначе позднее вам придется затратить в разы больше усилий.
2. Лучше всего использовать свежий цемент. Если его срок годности подходит к концу, или мешки со смесью пролежали не распакованными несколько месяцев, цемент нужно разрыхлить. Это можно сделать через специальное вибрационное сито, купленное в строительном магазине. Порошок высыпают в аппарат при помощи лопастного строительного шнека и обрабатывают.
3. При работе с бетоном, в который добавлен глиноземистый цемент, следите за температурой. Если она поднимется выше 10-15 градусов, бетон начнет быстро застывать и нанести его вы просто не успеете.

Глиноземистый (алюминатный) цемент можно приобрести в любом специализированном магазине, а его стоимость зависит от объема фасовки и производителя. Отечественный продукт стоит существенно дешевле иностранного, не уступая последнему в качестве.

Заключение

Глиноземистый цемент — прекрасный современный материал. Он незаменим в оборонной отрасли, мосто — и шахтостроении, строительной химии. Однако использовать его нужно, зная некоторые технологические нюансы и правила безопасности.

Источник

Глиноземистый цемент способы производства

Согласно ГОСТ 969-91 содержание глинозема А12О3 в глиноземистом цементе (ГЦ) должно быть не менее 35 %. Наряду с глиноземистыми цементами выпускают цементы высокоглиноземистые (ВГЦ) с содержанием А12О3 60—80 %. Так в цементе ВГЦ I должно быть не менее 60 %, в цементе ВГЦ II – не менее 70 %. а в цементе ВГЦ III – не менее 80 % А12О3. Влияние отдельных оксидов на технологию получения и свойства глиноземистого цемента сводится к следующему. А12О3 обеспечивает легкоплавкость сырьевой смеси и образование алюминатов кальция, определяющих строительно-технические свойства глиноземистого цемента. СаО входит в состав всех основных минералов цемента. По содержанию СаО цементы разделяют на высокоизвестковые (СаО более 40 %) и низкоизвестковые (СаО менее 40 %). SiO2 и Fe2O3 в целом нежелательные составляющие сырьевой смеси, однако в небольших количествах (SiO2 4—5 %, Fe2O3 5—10 %) они способствуют более равномерному плавлению шихты и улучшению процесса минералообразования. MgO уменьшает температуру плавления сырьевой смеси и вязкость расплавов, однако избыток MgO (более 2 %) снижает активность клинкера. Щелочи также снижают температуру плавления сырьевой смеси, но отрицательно влияют на качество цемента. Минералогический состав глиноземистого цемента зависит от состава исходного сырья и технологии производства. Важнейший минерал глиноземистого цемента — моноалюминат кальция СаО-А12О3, который обеспечивает при нормальных сроках схватывания быстрое твердение цемента. Однокальциевый алюминат может образовываться как по реакциям в твердой фазе, так и путем кристаллизации из расплава. Условия обжига и охлаждения определяют форму и размер кристаллов СА.

В состав глиноземистого цемента входят и другие низкоосновные алюминаты: 5СаО-ЗА12О3, 12СаО-7А12О3, СаО-2А12О3. C5A3 и C12A7 взаимодействуют с водой очень активно и схватываются уже в течение нескольких минут; СА2 гидратируется менее энергично. Присутствие в сырье кремнезема и оксида железа обусловливает образование в клинкере глиноземистого цемента белита и твердых растворов алюмоферритов. Гидравлическая активность фаз, содержащих оксид железа, значительно ниже активности чистых кальциевых алюминатов. Двухкальциевый силикат — фактически инертная составляющая глиноземистого цемента, поскольку в сроки его твердения гидратации C2S не происходит.

В качестве основного сырья для изготовления глиноземистого цемента используют бокситы и известняки (или известь). Боксит представляет собой гидроксид алюминия с примесями SiO2, Fe2O3, ТiO2, СаО и MgO. По количеству связанной воды различают бокситы, приближающиеся к диаспорам (А12О3-Н2О) и к гидроаргиллитам (А12О3-ЗН2О). Плотность боксита 2800—3500 кг/м3 в зависимости от содержания железа. Пригодность бокситов для производства глиноземистого цемента оценивают по величине их кремниевого модуля, представляющего отношение содержания А12О3 к SiO2 (по массе). Этот показатель должен быть не менее 5—6.

К известняку, используемому для производства глиноземистого цемента, не предъявляется каких-либо особых требований, кроме ограничения содержания SiO2 (до 1,5 %) и MgO (до 2 %). Особенно нежелательно присутствие в сырье кремнезема, который при взаимодействии с СаО и А12О3 образует геленит C2AS. На каждый процент кремнезема получается 4,5 % геленита. Поскольку геленит в кристаллическом виде гидравлической активностью не обладает, то значительная часть глинозема связывается в инертном соединении.

Для получения глиноземистого цемента используются способ спекания и способ плавления. Выбор способа в основном зависит от химического состава бокситов.

Способом спекания получают глиноземистый цемент во вращающихся или шахтных печах. Предварительно исходные сырьевые материалы высушивают, подвергают совместному тонкому измельчению, тщательно гомогенизируют и подают на обжиг в виде порошка или гранул. Сырьевая смесь спекается в печи в клинкер, который после охлаждения измельчается в тонкий порошок.

Ведение обжига клинкера глиноземистого цемента затрудняется недостаточным интервалом между температурами спекания и плавления сырьевой смеси, что вызывает образование колец, сваров и приваров. Кроме того, при спекании все нелетучие соединения, входящие в состав сырья, переходят в цемент. Поэтому получение глиноземистого цемента способом спекания требует чистого сырья с небольшим содержанием кремнезема (до 8 %) и оксидов железа (до 10 %). Несмотря на меньший расход топлива и более легкую размалываемость получаемого этим способом клинкера, способ спекания менее распространен.

Способ плавления при производстве глиноземистого цемента получил большее распространение, что объясняется сравнительно низкими температурами плавления сырьевых смесей (1380—1600 °С), возможностью использования грубомолотой сырьевой смеси с большим количеством примесей, которые частично при обжиге удаляются. Плавление шихты осуществляют в восстановительной и окислительной атмосфере в вагранках, доменных печах, электрических дуговых печах и конверторах.

В электродуговые печи загружают известь, прокаленныё до полного удаления воды бокситы, железную руду, металлический лом и кокс. При плавке оксиды железа и кремния, присутствующие в сырье, восстанавливаются и, реагируя между собой, образуют ферросилиций. В результате при использовании боксита, содержащего 15— 17 % SiO2, в цементе количество кремнезема снижается до 6—8 %. Так как плотность ферросилиция 6,5 г/см3, а расплавленного цемента 3 г/см3, расплав ферросилиция, осаждаясь, отделяется от расплава цемента. Сливая раздельно верхний и нижний слои расплава, получают два продукта — клинкер глиноземистого цемента и ферросилиций, используемый в металлургической промышленности. Плавка идет при 1800—2000 °С, апериодический выпуск расплава из печи в изложницы — при 1550—1650 °С. Охлажденный клинкер поступает на дробление и помол. Плавка в электрических печах обеспечивает получение глиноземистого цемента высокого качества, но требует большого расхода электроэнергии.

Способ доменной плавки чугуна и высокоглиноземистого шлака за рубежом называют «русским способом производства глиноземистого цемента». Сырьевую смесь, состоящую из железистого боксита, известняка, металлического лома и кокса, послойно загружают в печь. В результате доменного процесса получают из руды расплавленный чугун, а в виде шлака — расплав глиноземистого клинкера. Температура выпускаемого из домны расплава глиноземистого шлака 1600—1700 °С, а чугуна — 1450—1500 °С. Расплавленный глиноземистый шлак разливают в изложницы, где он медленно охлаждается и кристаллизуется. Количество получаемого чугуна примерно равно количеству клинкера. Бокситы, используемые при доменной плавке, могут содержать неограниченное количество Fe2O3, так как железо восстанавливается и переходит в состав чугуна. Однако SiO2 при доменной плавке восстанавливается в небольшой степени, поэтому требуются применение малокремнеземистого боксита и строгий контроль химического состава обжигаемой шихты. Обжиг в доменной печи очень экономичен, так как плавление сырья происходит за счет того же топлива, которое необходимо для выплавки чугуна.

В процессе нагревания сырьевой шихты при 450— 1000 °С удаляется вода из бокситов, при 900 °С разлагается СаСОз, а при 1000—1100 °С происходит распад глинистых минералов. Взаимодействие между СаО и А12О3 начинается при 800—900 °С с образованием в качестве первичной фазы однокальциевого алюмината. При 1000— 1100 °С образуется СА2, а выше 1200 °С — С5А3 и С3А. Образование алюмоферритов происходит при температуре более 1200 °С.

Микроструктура и качество плавленого клинкера определяются режимом охлаждения. При медленном охлаждении кристаллы растут в благоприятных условиях и достигают больших размеров. Быстроохлажденный клинкер содержит значительное количество не успевшей закристаллизоваться стекловидной фазы. Характерная для глиноземистых цементов высокая начальная прочность проявляется только у цементов, изготовленных из равномерно закристаллизованных, т. е. медленно охлажденных клинкеров.

Плавленый глиноземистый клинкер отличается высокой твердостью, поэтому необходимо его предварительное двухстадийное дробление в мощных дробилках. Продукт дробления подвергают электромагнитной сепарации для отделения металлического железа и ферросилиция.

Помол дробленого глиноземистого клинкера производят в шаровых мельницах. Для интенсификации помола применяют углеродсодержащие вещества (угольную мелочь, сажу). Вследствие большого износа мелющих тел при помоле глиноземистого цемента необходимо чаще, чем при помоле портландцемента, производить догрузку и перегрузку мельниц. Расход электроэнергии на помол плавленых клинкеров примерно вдвое выше, чем на помол цементов, полученных способом спекания. Размол производят до остатка на сите № 008 не более 10 %.

Источник