Производство портландцемента

Содержание

 

Введение...................................................................................................................2

1 Характеристика сырьевых  материалов..............................................................3

2 Расчет состава сырьевой смечи…………….......................................................8

3 Характеристика выпускаемых  цементной промышленностью цементов  на основе ПЦ клинкера.......……………………………………………….....…......10

4 Выбор способа производства…………………………………………………19

 5 Расчет производительности основных цехов и подбор основного оборудования……………………………………………………………………………...24

6 Составление карт  контроля качества цемента……………………………….29

Список использованной литературы…………………………….…………......33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Минеральными вяжущими веществами называют порошкообразные  материалы, образующие при смешивании с водой пластичную удобообрабатываемую массу, затвердевающую со временем в камневидное прочное тело. В зависимости от условий твердения различают вяжущие материалы: гидравлические, воздушные, кислотоупорные и автоклавного твердения.

Гидравлические вяжущие  вещества способны твердеть и длительно  сохранять свою прочность не только на воздухе, но и в воде. В начальный период твердения необходимо, чтобы в среде, где находится вяжущее вещество, присутствовала влага. Иначе вяжущее быстро теряет большую часть воды затворения и течение химических реакций, благодаря которым формируется прочность материала, замедляется. В благоприятных условиях, когда влажность окружающей среды достаточна, гидравлические вяжущие со временем повышают прочность. Таким образом, по своим свойствам и области применения гидравлические вяжущие вещества более универсальны. В группу гидравлических вяжущих входят портландцемент и его разновидности, пуццолановые и шлаковые вяжущие, глиноземистый и расширяющиеся цементы, гидравлическая известь. Их используют как в надземных, так и в подземных и подводных конструкциях.

Индустрия вяжущих материалов играет важную роль в современном  общественном и экономическом развитии, так как во многом определяет потенциал промышленного и жилищного строительства. Чтобы построить 1 м. жилой площади, в среднем нужно израсходовать примерно 300 кг вяжущих материалов. От темпов роста выпуска вяжущих материалов зависят масштабы капитального строительства, его экономичность и технический уровень. Цементы принадлежат к немногим важнейшим видам продукции, объем выпуска, которых определяет экономический 
потенциал страны и уровень технического прогресса.

 

 

1. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Промышленность строительных материалов - одна из наиболее материалоемких отраслей экономики. Ежегодно добывается и перерабатывается более 2,5 млрд. т сырья. Качество сырьевой базы, правильный выбор состава шихты предопределяют качество вяжущего, производительность печей, расход топлива и т. д. При всем разнообразии используемого сырья материалы могут быть сведены в несколько групп [3].

Карбонатные породы. Они широко распространены в природе, что способствует развитию на их основе производства вяжущих материалов. Из карбонатных пород используют известняк, мел, известняк-ракушечник, мрамор, известковый туф и др. Все эти породы содержат в основном углекислый кальций СаСО₃. Чаще применяют известняки и мел, осадочное происхождение которых обусловливает разнообразие их химического состава и физических свойств.

Известняки состоят из кристаллов кальцита различных размеров. Мел "представляет собой рыхлую, слабо сцементированную породу с землистым изломом. Плотность известняков составляет 2000...2800, мела - 1600...2400 кг/м³; влажность известняков - 3...10, мела — 15...25%; прочность при сжатии известняков — 100, мела —0,5...15 МПа.

Карбонатные породы —  основной вид сырья при производстве портландцемента, глиноземистого цемента и строительной воздушной извести. Качество карбонатного сырья зависит от его структуры, количества примесей и равномерности их распределения в массе сырья и определяется видом изготовляемого вяжущего.

Для производства портландцемента  пригодны карбонатные породы при содержании 40...43,5% СаО и 3,2...3,7% MgO. Желательно, чтобы содержание Na₂O и К₂О в сумме не превышало 1%, a SO₃ - 1,5...1,7%. Более благоприятны породы с постоянным химическим составом и однородной мелкокристаллической структурой. Полезны примеси тонкодисперсных глин и аморфного кремнезема при равномерном их распределении в карбонатной породе.

В зависимости от качества сырья меняются температура обжига, производительность печей и свойства конечного продукта. Чем выше плотность известняков, тем труднее идет процесс обжига. Свойства сырья влияют на выбор обжигового агрегата. Например, сырье с землисто-рыхлой структурой (мел) нельзя обжигать в шахтной печи. Куски мела легко крошатся, и образующаяся мелочь заполняет промежутки между обжигаемыми кусками, затрудняя тягу.

Особым видом карбонатного сырья является мергель — переходная горная порода от известняков к глинам, используемая при производстве портландцемента. Мергель представляет собой природную тонкодисперсную смесь осадочного происхождения из 20...50% глинисто-песчаных веществ и 50...80% углекислого кальция. В зависимости от содержания СаСО₃ мергели подразделяют на песчаные, глинистые и известковые. Наиболее ценное сырье — известковый мергель, содержащий 75,..80% СаСО_э и 20...25% глины. По химическому составу он близок к портландцементной сырьевой смеси, что упрощает технологию производства. Мергели, в которых содержание СаСО₃ соответствует составу портландцементной сырьевой смеси, называют натуральными. По физическим свойствам мергели могут резко отличаться: одни имеют плотную структуру и высокую прочность, другие — мягкие, рыхлые.

Глинистые породы. Это осадочные землистые породы, состоящие из тонких частиц размером менее 0,001 мм. Характерный признак кристаллических решеток этих минералов - слоистое строение. Внутри слоев между ионами существует прочная ионная и ковалентная связь; а между ионами пакетов - связь слабая за счет остаточных сил. Особенности строения этих пакетов обусловливают способность глинистых минералов расщепляться на тонкие частицы, самопроизвольно диспергироваться в воде, набухать, поглощая между пакетами молекулы воды.

Глинистое сырье (глины, глинистый мергель, глинистый сланец, лёсс и др.) необходимо для производства портландцемента. Глины имеют различный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. Минералогический состав глин представлен преимущественно водными алюмосиликатами и кварцем, химический состав глин характеризуется наличием трех оксидов, %: SiO₂ — 60...80, Аl₂О₃ — 5...20 и Fe₂O₃ — 3...15. В небольших количествах в глинах могут содержаться СаО и MgO в виде карбонатов. Щелочи (Na₂O и К₂О), а также MgO нежелательны, и их содержание в глинах, используемых для производства портландцемента, ограничивается. В процессе обжига труднее всего вступают во взаимодействие крупнокристаллический кварцевый песок, крупные частицы полевых шпатов и слюд, В связи с этим количество крупных частиц размером более 0,2 мм не должно превышать 10%.

Активные минеральные  добавки. К ним относят природные или искусственные минеральные вещества, которые сами по себе вяжущими свойствами не обладают, но, будучи смешанными, в тонкомолотом виде с известью, образуют при затворении водой тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой, а при смешивании с портландцементом повышают его водостойкость и антикоррозионные свойства. Основное назначение активных минеральных добавок - связать известь в нерастворимые, способные к водному твердению вещества и повысить водостойкость вяжущего. Эти добавки предназначены для производства вяжущих материалов на основе портландцементного клинкера. Активные минеральные добавки несколько снижают себестоимость цемента.

Различают активные минеральные  добавки: природные и искусственные.   Природные  бывают   двух  видов – осадочные и вулканические. Осадочные породы образовались в результате осаждения в водоемах остатков растений и содержат в основном активный кремнезем (диатомиты, трепел, опоки). К ним же относятся глиежи — горные породы, образовавшиеся в результате природного обжига глины при подземных пожарах. Вулканические породы (пепел, пемза, туф, трассы и др.) образовались при извержении вулканов в прежние геологические эпохи и содержат в основном алюмосиликаты.

В качестве искусственных  активных минеральных добавок используют отходы промышленности: доменные гранулированные электротермофосфорные шлаки; белитовый (нефелиновый) шлам; топливные шлаки и золы. В отличие от природных активных минеральных добавок искусственные добавки обладают слабо выраженными собственными вяжущими свойствами, что связано с наличием в их составе соединений, способных к твердению в воде. Возможно применение и некоторых других естественных и искусственных минеральных добавок к цементам, но в каждом случае необходимо Предварительное проведение специальных исследований.

Минеральная добавка считается  активной, если она обеспечивает схватывание теста, приготовленного на основе добавки и гидратной извести, не позднее 7 сут после затворения и обеспечивает водостойкость образца из того же теста в течение не менее 3 сут после окончания схватывания.

Гипсосодержащие породы. Такие породы являются сырьем для производства гипсовых вяжущих, применяются как добавка к цементу с целью регулирования сроков его схватывания, а также входят в состав известково-гипсового, сульфатно-шлакового и других смешанных вяжущих. Применяют природный двуводный гипс (гипсовый камень) CaSO·2Н₂О и природный ангидрит CaSO₄. Двуводный гипс широко распространен в природе. Обычно он содержит примеси других минералов — известняка, доломита, глин. Во многих месторождениях гипсовый камень залегает вместе с ангидритом. Гипс и ангидрит — минералы кристаллического строения. Твердость, определяемая по шкале Мооса: ангидрита — З...3,5; гипса — 1,5. Содержание примесей в гипсовом камне, используемом для производства гипсовых вяжущих материалов, должно быть не более 5, 10, 20 и 30% для гипса 1, 2, 3 и 4-го сортов соответственно. Важное значение имеет характер кристаллизации двуводного гипса. Мелкокристаллический гипс обезвоживается быстрее и при более низкой температуре.

Поверхностно-активные добавки (ПАВ). Добавки вводят в портландцемент при помоле клинкера. В основном применяют пластификаторы, ускорители твердения (в комбинированных с пластификаторами), гидрофобизирующие.

При введении пластификаторов достигается  уменьшение потери активности цемента при длительном хранении; снижение водопотребности, увеличение пластичности бетонных смесей, уменьшение их расслаиваемости и водоотделения; увеличение морозостойкости (за счет воздухововлечения) растворов, их коррозионной стойкости (повышение плотности камня) и др.

ПАВ могут снижать  скорость гидратации и твердения  цемента, особенно в начальные сроки, при целесообразности вместе с ними вводятся добавки-ускорители твердения, которые также являются антифризами - снижают температуру замерзания воды.

Добавки-гидрофобизаторы  образуют на поверхностях зерен цемента  водоотталкивающие пленки. Цементы, модифицированные гидрофобизаторами, характеризуются пониженной гигроскопичностью и капиллярным подсосом, способны длительное время сохранять активность при хранении даже в условиях повышенной влажности воздуха и не превращаться в комки при кратковременном воздействии воды. Гидрофобно-пластифицирующие добавки влияют и на процессы твердения, способствуют образованию цементного камня с более однородной и мелкозернистой структурой [3].

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТ СОСТАВА СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ

 

2.1. Химический состав исходных сырьевых материалов приведен в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав исходных материалов, %

Компоненты	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	П.п.п.	Сумма	n	p
Известняк	1,89	0,79	0,36	53,67	0,50	0,61	42,04	99,86	1,64	2,19
Глина	53,18	15,22	7,45	5,60	2,40	0,70	13,64	98,19	2,34	2,04

 

Для пересчета на сумму, равную 100%, значения коэффициента k оказались равны: k₁=100/99,86=1,0014, k₂=100/98,19=1,0184.

2.2. Производим пересчёт исходных материалов на 100%. Данные пересчёта приводятся в таблице 2.

Таблица 2 – В пересчёте на 100%

Компоненты	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	П.п.п.	Сумма
Известняк	1,89	0,79	0,36	53,75	0,50	0,61	42,1	100
Глина	54,16	15,50	7,59	5,70	2,45	0,71	13,89	100