Технология производства портландцемента мокрым способом

Портландцементный клинкер — продукт обжига до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, которая содержит карбонатные горные породы с высоким содержанием углекислого кальция (известняки различного вида, мел, мергель) и глинистые породы (глины, сланцы), содержащие оксиды кремния, алюминия и железа. Соотношение между ними в сырьевой смеси выбирают расчетом для получения клинкера определенного химического состава. Ориентировочно смесь состоит из 75% известняка и 25% глины. Свойства портландцемента зависят главным образом от состава клинкера и степени его измельчения.

Для обеспечения нужного химического состава сырьевой смеси применяют корректирующие добавки, содержащие недостающие оксиды (кремнеземистые добавки (SiO2), кварцевые пески, трепел, железная руда, опока и др.). Все шире для изготовления ПЦ используют побочные продукты других производств: доменный шлак, нефелиновый шлам и т.п.

Портландцемент может так же выпускаться без добавок или с активными минеральными добавками в количестве до 15% от веса цемента. Для придания цементу специальных свойств (пониженной водопотребности, повышенного воздухосодержания, гидрофобных свойств и т.д.) в цемент могут вводиться специальные добавки.

Чаще всего используют известняки и мел, осадочное происхождение которых обусловливает разнообразие их химического состава и физических свойств. Плотность и прочность карбонатных пород колеблются в значительных пределах: от плотных известняков до мягких, рыхлых пород мела, способного распускаться в воде.

Мел — известняковая горная осадочная порода, которая легко растирается. (CaCO3) Мел не растворяется в воде. В составе мела обычно находится незначительная примесь мельчайших зёрен кварца и микроскопические псевдоморфозы кальцита по ископаемым морским организмам (радиолярии и др.). Нередко встречаются крупные окаменелости мелового периода: белемниты, аммониты и др.

Его элементы относятся к семейству щелочноземельных металлов, которые составляют подгруппу периодической системы элементов. Мел как широко доступный наполнитель приобретает исключительно важное значение для многих производств. Отличительная особенность этого природного материала связана с тем, что он легко добывается и перерабатывается при относительно небольших издержках.

Известняк — осадочная порода, сложенная преимущественно карбонатом кальция — кальцитом. Благодаря широкому распространению, легкости обработки и химическим свойствам известняк добывается и используется в большей степени, чем другие породы, уступая только песчано-гравийным отложениям. Известняки бывают разных цветов, включая черный, но чаще всего встречаются породы белого, серого цвета или имеющие коричневатый оттенок. В соответствии со своим осадочным происхождением имеют слоистое строение [1].

Двойной карбонат кальция и магния — доломит — обычно содержится в переменных количествах, и возможны все переходы между известняком, доломитовым известняком и горной породой доломитом. В процессе отложения известняка водой привносятся также глинистые частицы, порода становится глинистой, стираются четкие границы между известняком, глинистым известняком и глинистым сланцем.

Существует много разновидностей известняка. Ракушечником называют скопления обломков раковин, сцементированных в ячеистый агрегат. Если раковины имеют микроскопическую величину, образуется слабосвязанная, мягкая, тонко крошащаяся, мажущая порода — мел. Оолитовый известняк состоит из мелких, размером с рыбьи икринки, сцементированных между собой шариков. Ядро каждого такого шарика-оолита может быть представлено песчинкой, обломком раковины или частицей какого-либо другого инородного материала. Если шарики более крупные, величиной с горошину, их называют пизолитами, а породу — пизолитовым известняком.

Глина — широко распространенная горная порода. Глина представляет собой горную породу, очень сложную и непостоянную как по составу входящих в нее минералов, так и по физическим и технологическим свойствам. Чрезвычайно разнообразны и условия образования глин. Свойства глин целиком зависят от их химического и минерального состава, а также от величины составляющих их частиц.

Чистые глины, т.е. не загрязненные различными примесями, представляют собой породы, состоящие из очень маленьких частиц (около 0,01 мм и меньше), причем эти частицы относятся к определенным минералам. Эти минералы являются сложными химическими соединениями, в состав которых входят алюминий, кремний и вода. В минералогии их называют водными алюмосиликатами.

Важнейшими свойствами глин являются:

— способность в смеси с водой образовывать тонкие «взвеси» (мутные лужи) и вязкое тесто;

способность набухать в воде;

пластичность глиняного теста, т.е. способность его принимать и сохранять любую форму в сыром виде; способность сохранять эту форму и после высыхания с уменьшением объема;

водоупорность, т.е. способность после насыщения определенным количеством воды не пропускать через себя воду.

Гипс — гипс это вяжущий стройматериал, добываемый путем переработки природного двуводного гипса (СаSO4•2H2O). Природный гипс также называют гипсовым камнем. Еще одним сырьем, из которого добывают гипс, выступает природный ангидрид (СaSО4), а также некоторые промышленные отходы. Их получают в процессе очистки при помощи известняка дымовых газов от оксидов серы. В результате получают сульфат кальция и фосфогипс.

Гипс в портландцемент добавляют для регулирования скорости схватывания. Клинкерный порошок без гипса при смешивании с водой быстро схватывается и затвердевает в цементный камень, который характеризуется пониженными техническими свойствами.

Если гипс нагреть до 120 -140°С, он теряет часть кристаллизационной воды и превращается в так называемый полугидрат, именуемый в строительной технике «алебастром», смешанный с водой, полугидрат образует тесто, быстро твердеющее за счет обратного перехода в гипс и применяемое для изготовления всякого рода слепков, хирургических повязок, в качестве замазки, штукатурного материала.

Активные минеральные добавки (АМД) — это неорганические природные и искусственные материалы, обладающие гидравлическими и (или) пуццоланическими свойствами. При смешении в тонкоизмельченном виде с гидратной известью и гипсом при затворении водой они должны образовывать тесто, способное после предварительного твердения на воздухе продолжать твердеть под водой. Активные минеральные добавки вводят в состав цементов для улучшения их строительно-технических свойств.

Активные минеральные добавки подразделяются на природные и искусственные.

В качестве искусственных активных минеральных добавок используют:

— доменные гранулированные шлаки, которые состоят в основном из CaO, SiO2, A12O3 и MgO;

— кремнеземистые отходы — вещества, богатые активным кремнеземом, получаемые при извлечении глинозема, из глины при производстве алюминия;

— топливные золы и шлаки — остаточный продукт, образующийся при определенном температурном режиме сжигания некоторых видов топлива; он состоит из кислотных окислов (кремнезема, глинозема);

— обожженные глины — продукт искусственного обжига глинистых пород, а также самовозгорающиеся в отвалах пустые шахтные породы (глинистые и углекислые сланцы).

Природные активные минеральные добавки бывают осадочного и вулканического происхождения.

Осадочного происхождения, образованные в результате осаждения в водоемах остатков некоторых растений или в результате природного обжига глинистых пород:

— диатомиты — горные породы, состоящие преимущественно из скопления микроскопических панцирей диатомовых микроорганизмов и содержащие главным образом кремнезем в аморфном состоянии;

— опоки — уплотненные диатомиты и трепелы;

— трепелы — горные породы, состоящие из микроскопических округлых зерен и содержащие, главным образом, аморфный кремнезем;

Вулканического происхождения, образовавшиеся в результате извержения магмы:

— пеплы вулканические — представляющие собой рыхлые продукты извержения вулканов и содержащие в основном алюмосиликаты;

— туфы вулканические — уплотненные и сцементированные (склеенные) застывшей магмой вулканические пеплы;

— пемза — камневидные породы, характеризирующиеся пористым губчатым строением.

1.3 Расчет сырьевой смеси шихты и клинкера