Сырье для производства цемента


Лекция Портландцемент

Лекция: «Портландцемент»

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают высокоосновные силикаты Са (70-80%). Его получают совместным помолом клинкера с добавкой природного гипса (3-5%). Клинкер представляет собой зернистый камнеподобный материал, получаемый обжигом до спекания (при 1450 0С) тщательно подобранной сырьевой смеси. Добавка гипса вводится для регулирования сроков схватывания портландцемента.

Открытие портландцемента (1824-1825 гг.) связывают с именами Е.Г.Челиева и Д.Аспдина (Великобритания).

Сырьем для производства портландцемента служат:

- известняки с высоким содержанием СаСО3 (мел, плотный известняк и др.);

- глинистые породы состава Al2O3.nSiO2.mh3O (глины, глинистые сланцы);

- корректирующие добавки (пиритные огарки, трепел, опока, бокситы и др.).

Соотношение между карбонатными и глинистыми составляющими сырьевой смеси 3:1 (75% известняка и 25% глины).

Возможна замена глинистого и частично карбонатного компонента побочными продуктами промышленности - доменными или электротермофосфорными гранулированными шлаками, а также нефелиновым шламом, получающимся при производстве глинозема.

Химический состав клинкера выражают содержанием оксидов (% по массе):

СаО - 63-66 %, SiO2 - 21-24 %, Al2O3 - 4-8 %, Fe2O3 - 2-4 %.

В процессе обжига, доводимого до спекания смеси, главные оксиды образуют силикаты, алюминаты и алюмоферрит кальция в виде минералов кристаллической структуры, а некоторая их часть входит в стекловидную фазу.

Минеральный состав клинкера:

- алит 3СаО∙SiO2 (С3S) - 45-60% - самый важный минерал, определяет быстроту твердения, прочность и другие свойства;

- белит 2СаО∙SiO2 (С2S) - 20-30% - медленно твердеет, но достигает высокой прочности при длительных сроках твердения;

- трехкальциевый алюминат 3СаО∙Al2O3 (С3А) - 4-12% - быстро гидратируется и твердеет, но конечная прочность его небольшая; является причиной сульфатной коррозии цементного камня;

- четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО∙Al2O3 ∙Fe2O3 (С4АF) - 10-20% по скорости твердения занимает промежуточное положение между С3S (алит) и С2S (белит).

- клинкерное стекло 5-15% - затвердевшая в виде стекла часть расплава, содержит СаО, Al2O3 , Fe2O3 , MgO, К2О, Na2O.

- свободные оксиды кальция и магния могут присутствовать в виде зерен (СаО своб) и в виде минерала периклаза (MgО своб); их содержание не должно превосходить 1% и 5% соответственно; в случае их повышенного содержания может проявляться неравномерное изменение объема цемента при твердении и появление трещин;

- щелочные оксиды Na2O и К2О – их содержание не должно превышать 0,6%, так как при большем содержании они могут явиться причиной коррозии цементного бетона.

Производство портландцемента - сложный технологический и энергоемкий процесс, состоящий из ряда операций, которые можно разделить на две основные стадии. Первая - производство клинкера, вторая - измельчение клинкера совместно с гипсом, а в ряде случаев и с активными минеральными добавками.

Производство клинкера складывается из следующих технологических операций:

- добыча и доставка сырьевых материалов, их подготовка;

- приготовление сырьевой смеси заданного состава путем помола и смешивания сырьевых компонентов в определенном количественном соотношении;

- обжиг до спекания;

- интенсивное охлаждение клинкера;

- складирование клинкера.

Производство портландцемента включает:

- подготовку минеральных добавок (дробление, сушку);

- дробление гипсового камня;

- помол клинкера с активными минеральными добавками и гипсом;

- складирование, упаковку и отправку цемента потребителю.

Производство клинкера может осуществляться сухим, мокрым и комбинированным способом.

Сухой способ заключается в приготовлении сырьевой муки в виде тонкоизмельченного сухого порошка (из сухих или предварительно высушенных материалов) с остаточной влажностью 1-2%.

При мокром способе сырьевые материалы измельчаются и смешиваются в присутствии воды, поэтому смесь получается в виде водной суспензии - шлама с влажностью 35-45%. Это наиболее энергоемкий способ.

Комбинированный способ заключается в том, что приготовленный шлам до поступления в печь обезвоживается на фильтрах до влажности 16-18%. Однако энергоемкость производства в целом остается высокой.

Обжиг сырьевой смеси осуществляется в основном во вращающихся печах, работающих по принципу противотока. Печь имеет небольшой наклон и вращается со скоростью 1-2 об/мин. При мокром способе производства длина печи достигает 185 м. Сырье подается в печь со стороны ее верхнего (холодного) конца и при вращении печи медленно двигается к нижнему (горячему) концу, со стороны которого вдувается топливо (природный газ, мазут, воздушно-угольная смесь), сгорающее в виде 20-30-метрового факела. Двигаясь навстречу горячим газам, образующимся при сгорании топлива, сырье проходит различные температурные зоны. В каждой зоне проходят различные физико-химические превращения, в результате которых и получается цементный клинкер. Полученный в печи раскаленный клинкер поступает в холодильник, где резко охлаждается холодным воздухом. Клинкер выдерживают на складе 1-2 недели.

Твердение портландцемента происходит благодаря сложным физико-химическим процессам взаимодействия клинкерных минералов и гипса с водой.

2(3СаО·SiO2) + 6h3O = 3СаО·2SiO2·3h3O + 3Са(ОН)2

гидросиликат Са гидроксид Са

2(2СаО·SiO2) + 4h3O = 3СаО·2SiO2·3h3O + Са(ОН)2

3СаО·Al2O3+ 6h3O = 3СаО·Al2O3·6h3O

гидроалюминат Са

В присутствии 3-5% гипса образуется практически нерастворимое соединение - гидросульфоалюминат кальция (эттрингит), который предотвращает быструю гидратацию С3А за счет образования защитного слоя на его поверхности и замедляет схватывание.

Кроме того, роль добавки гипса состоит в улучшение свойств цементного камня (прочности, морозостойкости) за счет уплотнения структуры, связанного с увеличением объема эттрингита в еще не затвердевшей системе.

3СаО·Al2O3 + 3(СаSO4·2h3O) + 26 h3O = 3СаО·Al2O3 ·3СаSO4·32h3O

гидросульфоалюминат кальция (эттрингит)

4СаО·Al2O3·Fe2O3 + mh3O = 3СаО·Al2O3·6h3O + СаО·Fe2O3·nh3O

гидроалюминат Са гидроферрит Са

Структура цементного камня может быть представлена как микроскопическая неоднородная дисперсная система - “микробетон” (по В.Н. Юнгу).

Цементный камень включает:

- продукты гидратации цемента

  • гель гидросиликатов (до 75% объема) и другие новообразования;

  • кристаллы Са(ОН)2 и эттрингита;

- непрореагировавшие зерна клинкера - клинкерный фонд;

- поры:

  • поры геля (менее 0,1 мкм),

  • капиллярные поры (от 0,1 до 10 мкм) между агрегатами частиц геля,

  • воздушные поры (от 50 мкм до 2 мм).

Свойства портландцемента

  1. Тонкость помола цемента определяет быстроту твердения и прочность цементного камня. Она должна быть такой, чтобы через сито № 008 проходило не менее 85% массы пробы (Удельная поверхность 1 г цемента 2500-3000 см2/г.

Sуд = 2500-3000 см2/г.).

  1. Истинная плотность = 3,05-3,15 г/см3.

  2. Насыпная плотность в среднем составляет 1300 кг/м3.

  3. Водопотребность (НГц.т. = 21-28%) портландцемента характеризуется количеством воды (% от массы цемента), необходимым для получения цементного теста нормальной густоты и составляет 21…28%.4.

  1. Сроки схватывания цементов определяют с помощью прибора Вика (табл.1). Для информации в таблице приведены сроки схватывания и основного алюминатного цемента – глиноземистого.

Таблица 1

Сроки схватывания цементов

Цемент

Сроки схватывания

начало, мин., не ранее

конец, ч., не позднее

Портландцемент

45

10

Глиноземистый цемент

30

12

  1. Равномерность изменения объема. К неравномерному изменению объема приводят местные деформации, вызываемые расширением СаО своб и MgО своб при их гидратации.

  2. Марка портландцемента определяется испытанием стандартных образцов размером 4х4х16 см, изготовленных из цементно-песчаного раствора 1:3 (по массе) через 28 суток твердения (первые сутки - в формах во влажном воздухе, затем без форм в воде). Марки портландцемента представлены в табл.2.

Тепловыделение зависит от минерального состава клинкера и тонкости помола. Данные тепловыделения клинкерных минералов приведены в табл.3.

Таблица 2

Требования к прочности образцов

Марка

портландцемента

Предел прочности,

МПа (кгс/см2), не менее

при сжатии

при изгибе

400

39,2 (400)

5,4 (55)

500

49,0(500)

5,9(60)

550

53,9 (550)

6,1(62)

600

58,8(600)

6,4(65)

Таблица 3

Тепловыделение клинкерных минералов

Минерал

Выделение теплоты, Дж/г,

минералами при сроке твердения

3 сут

28 сут

3 мес

С3S

406

486

519

С2S

63

168

197

С3А.

591

876

930

С4АF

176

377

415

В целях гармонизации российских стандартов с европейскими нормами ГОСТ 31108-2003 и ГОСТ 30515-97 предусматривают разделение цементов по классам прочности. Эти стандарты действуют параллельно со старыми стандартами ГОСТ 10178 и ГОСТ 310, ориентированными на деление цементов на марки по прочности. Соотношение марок и классов портландцементов приведено в табл. 4. Цементы всех классов делятся по скорости твердения на подклассы: нормальнотвердеющие (индекс Н) и быстротвердеющие (индекс Б).

Таблица 4.

Соотношение марок и классов портландцемента

Марка портландцемента

(ГОСТ 10178-85, ГОСТ22236-85)

Класс прочности

(ГОСТ 31108- 2003)

300

22,5Н

400

32,5Н

400Б

32,5Б

500

42,5Н

500Б

42,5Б

550

52,5Н

600

52,5Б

Класс и марка выражаются в разных единицах измерения – в МПа и кгс/см2 соответственно. Различия в численных значениях класса и марки при выражении их в одинаковых единицах измерения обусловлены только разными условиями испытания цемента.

Применение. Портландцемент - основной материал современной строительной индустрии, применяется для строительных растворов, бетонных и железобетонных изделий и конструкций, для специальных видов цемента, а также при изготовлении ряда других строительных материалов.

Специальные виды портландцемента получают:

- регулированием химико-минерального состава и структуры цементного клинкера;

- изменением вещественного (компонентного) состава цемента (введением добавок);

- регулированием тонкости помола и зернового состава цемента.

Ряд специальных видов портландцемента представлен в табл.6.6.

Глиноземистый цемент

Портландцемент является самым главным силикатным цементом, а глиноземистый цемент – самый главный алюминатный цемент. Свое название он получил от технического названия оксида алюминия Al2O3 - «глинозем». Это быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, состоящее преимущественно из моноалюмината кальция CaO·Al2O3.

Производство глиноземистого цемента началось во Франции в 1912 году под названием «цемент Фондю», и в Европе он до сих пор носит это название.

Сырьем для получения клинкера глиноземистого цемента служат чистые известняки и бокситы – горная порода, состоящая в основном из Al2O3·nh3O. Производство глиноземистого цемента более энергоемко, чем портландцемента, а учитывая еще и дефицитность сырья (бокситы), стоимость его гораздо выше, чем портландцемента.

В России разработан способ производства глиноземистого цемента путем плавки в доменной печи бокситовой железной руды с добавкой известняка и железного лома. При этом доменная печь выдает чугун и шлак, представляющий собой клинкер глиноземистого цемента.

Однокальциевый алюминат CaO·Al2O3 определяет быстрое твердение и другие основные свойства глиноземистого цемента. В сравнительно небольших количествах в клинкере также содержатся другие алюминаты кальция, алюмосиликат кальция-геленит и белит.

Свойства: очень быстрое твердение; марки его в возрасте 3 суток – 400, 500, 600. Портландцемент приобретает такую прочность только через 28 суток нормального твердения. Однако глиноземистый цемент имеет высокую прочность только в том случае, если он твердеет при умеренных температурах не более 250С. Поэтому его нельзя применять при бетонировании массивных конструкций из-за разогрева бетона, а также подвергать тепловлажностной обработке.

При столь быстром твердении глиноземистый цемент имеет нормальные сроки схватывания (начало схватывания не ранее 30 мин., конец – не позднее 12 часов от момента затворения). По сравнению с портландцементом он более стоек к коррозии выщелачивания (ввиду отсутствия в продуктах гидратации Ca(OH)2) и к сульфатной коррозии. Однако затвердевший глиноземистый цемент разрушается в растворах кислот и щелочей. Усадка глиноземистого цемента при твердении на воздухе ниже, чем у портландцемента, в 3-5 раз, пористость также ниже.

С учетом специфических свойств и высокой стоимости глиноземистого цемента его целесообразно использовать при аварийных и срочных работах, при зимнем бетонировании, для получения расширяющихся цементов, а также для получения жаростойких бетонов и растворов.

Расширяющиеся цементы

Расширяющиеся цементы относятся к числу смешанных, иногда многокомпонентных цементов. Известно много видов расширяющихся, водонепроницаемых и напрягающих цементов. Основа расширения чаще всего – образование гидросульфоалюмината кальция 3CaO·Al2O3·3CaSO4·3h3O, соединения связывающего химически большое количество воды и за счет этого увеличивающего объем всей твердеющей массы. Расширяющиеся цементы состоят из глиноземистого цемента или портландцемента и компонентов, обеспечивающих образование гидросульфоалюмината кальция в количестве, достаточном для получения требуемого эффекта расширения.

Разновидности: водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) – быстросхватывающееся и быстротвердеющее вяжущее, получаемое тщательным смешиванием глиноземистого цемента (70%), гипса (20%) и молотого специально изготовленного высокоосновного гидроалюмината кальция.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент получают совместным измельчением высокоглиноземистого клинкера (70%) и природного гипса (30%). Этот цемент обладает свойством расширения при твердении воде; при твердении на воздухе он является безусадочным.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают совместным помолом портландцементного клинкера (60-65%), высокоглиноземистого доменного шлака или глиноземистого клинкера, гипса и активной минеральной добавки.

Напрягающий цемент состоит из портландцемента (65-75%), глиноземистого цемента (13-20%) и гипса. При затворении водой он сначала твердеет и набирает прочность, затем расширяется как твердое тело и напрягает железобетон. Самонапряженный железобетон применяется в напорных трубах, в монолитных и сборных резервуарах для воды, в спортивных и подземных сооружениях.

Перспективная область применения бетонов и растворов на расширяющихся и безусадочных цементах – бесшовные тонкослойные стяжки или лицевые покрытия полов большой площади, получаемых из сухих смесей.

К разновидностям портландцемента относятся также безусадочный (ПЦ-400-БУС СТБ 942-93). Цемент используют для гидроизоляционных работ, изготовления водонепроницаемых бетонов и растворов.

Тампонажные портландцементы применяют для цементирования холодных (до 22°С) и горячих (до 75°С) нефтяных и газовых скважин.

Шлакопортландцемент

Шлакопортландцемент — вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, доменного гранулированного шлака и гипса или путем тщательного смешения тех же, но раздельно измельченных компонентов.

Шлакопортландцемент твердеет несколько медленнее, чем портландцемент, в особенности при пониженных положительных температурах. Это объясняется значительным содержанием шлака. Однако при тончайшем помоле, в особенности двухступенчатом, и содержании шлака около 30–35% скорость твердения шлакопортландцемента такая же.

Шлакопортландцемент отличается от портландцемента, приготовленного из такого же клинкера и имеющего ту же тонкость помола, несколько меньшей прочностью.

Согласно ГОСТ 970–61 в зависимости от прочности на сжатие выпускают шлакопортландцемент четырех марок: 300, 400, 500 и 600.

Шлакопортландцемент характеризуется пониженным или умеренным тепловыделением при твердении, а также меньшими объемными деформациями в растворе и бетоне — усадкой (на воздухе) и набуханием в воде. Шлакопортландцемент предназначен в основном для бетонных и железобетонных наземных, а также подземных и подводных конструкций, подвергающихся воздействию пресных, а также минерализованных вод с учетом норм агрессивности воды — среды.

9

studfiles.net

Портландцемент. Сырье, принципы производства.

Портландцемент представляет собой гидравлический вяжущий продукт тонкого помола цементного клинкера, который получается путем обжига до спекания природного сырья или искусственной сырьевой смеси определенного состава. Сырье, пригодное для получения портландцемента должно иметь 75-78% карбоната кальция и 22-25% глины. Такое природное сырье встречается крайне редко, поэтому заводы производящие цемент отлично работают на искусственных смесях из карбонатных пород и глины. Спёкшаяся сырьевая смесь в виде зерен 40-50 мм называется клинкером.

Получение портландцемента хорошего качества зависит от содержания главнейших оксидов в клинкере, процент которых должен быть в пределах: CaO – 60-68%. SiO2 – 19-25%, оксида алюминия 4-8%, оксида железа 2-6%.

При содержании в портландцементе серного ангидрида SO3 более 3.5% или MgO более 4.5% наблюдается неравномерность изменения объема. Гидравлический модуль портландцемента 1.7 – 2.7. С целью увеличения содержания в портландцементе того или иного оксида в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки, т.е. вещества, содержащие значительное количество того или иного оксида. При помоле клинкера добавляют до 5% гипса для регулирования сроков схватывания.

Улучшение некоторых свойств портландцемента и снижение его стоимости возможно путем введения до 15% активной минеральной добавки при измельчении клинкера. Портландцемент с активными минеральными добавками маркируют следующим образом: ПЦ 500Д15. Без добавок: ПЦ 500Д.

Технология получения цемента

Основные технологические операции выполняющиеся для получения цемента:

Добыча сырья и приготовление сырьевой смеси.

Обжиг сырьевой смеси и получение цементного клинкера.

Помол цементного клинкера с добавкой

Добыча сырья

Добыча сырья является основной в ступени производства цемента. Сырьём для цемента служит слой известняка зеленовато – жёлтого цвета. Добыча ведётся открытым способом. Залегания цементного известняка располагается на глубину до 10 м. неравномерными слоями до 0,7 м. Из опыта геологоразведочных работ таких слоёв, как правило, четыре. Первичная обработка

После добычи известняк транспортируют и производят специальную сушку и первичный помол с добавлением специальных добавок. В маркировке такого цемента добавляется обозначение Д20, например ПЦ500 Д0 обозначает 0% добавок, а ПЦ 400Д20 - 20% добавок. В конце прохождения этой стадии смеси подвергают обжигу – таким образом получается клинкер. Конечная обработка

Далее полученный клинкер ещё раз размалывают и сушат с добавлением известкового камня и активными минеральными добавками. Полученный материал является готовым цементом с заданными свойствами.

Поскольку у каждого вида исходного сырья есть свои особенности: минеральный состав, влажность, прочность каждое производство имеет свою уникальную технологию, позволяющую добиться необходимых свойств цемента. В основном при производстве цемента на второй стадии используют одну из трёх отработанных технологий:

мокрый;

сухой;

комбинированный.

Мокрый способ

Применяется при производстве цемента из сырья состоящий из мела, глины, железосодержащих добавок. Требование к глине по влажности не более 20%, к мелу – не более 29%. Измельчение сырья производится в воде. Полученная шихта в виде суспензии влажностью до 50% поступает в печь для обжига. Диаметр печи может составлять 7 метров и длиной более 200 метров. В результате обжига получаются небольшие шарики – клинкеры, которые после тонкого помола станут готовым цементом. Сухой способ

Основным отличием данного способа является то, что сырьё после или во время измельчения не увлажняется, а наоборот сушится. Таким образом, порошкообразная шихта поступает на обжиг уже в сухом виде. Данный вид обработки является наиболее экономически целесообразным, поскольку позволяет экономить не только сырьё, но и энергию, которая при мокром способе тратится на удаления воды из шихты. Комбинированный способ

Данный способ производства совмещает в себе два способа и предполагает две разновидности технологий.

Мокрым способом готовят сырьевую смесь – шлам. После чего шлам пропускают через фильтры, осушая смесь до 16-18%, а затем отправляют на обжиг.

Химический и минеральный составы портландцементного клинкера.

Химический состав клинкера колеблется в сравнительно широких пределах.

Хим. Св-ва выражает содержание оксидов. Главные оксиды; CaO-63-67%

SiO2_20-24%, Al2O3_4-9%,Fe2O3_2-4% их сумма 95-97%. В небольших количествах могут входить оксиды:MgO. Для обозначения минералов приняты сокращенные написания оксидов CaO-C,SiO2-S

Влияние минералогического состава клинкера на свойства портландцемента.

Повышенное содержание окиси кальция (при условии обязательного связывания в химические соединения с кислотными окислами) обусловливает обычно повышенную скорость твердения портландцемента, его высокую конечную прочность, но несколько пониженную водостойкость. Цементы с повышенным содержанием кремнезема в составе клинкерной части характеризуются пониженной скоростью твердения в начальные сроки при достаточно интенсивном нарастании прочности в длительные сроки; они отличаются повышенными водо- и сульфатостой-костью.

При повышенном количестве А1203, а следовательно, и алюминатов в составе цементов последние приобретают способность к ускоренному твердению в начальные сроки. Цемент при повышенном содержании глинозема характеризуется меньшими водостойкостью, сульфато-стойкостью и морозостойкостью.

14. Физико-механические свойства портландцемента.

1. Абсолютная плотность ρ = 3050 – 3200 кг/м3

2. Насыпная плотность (ρнц) = 900-1100 кг/м3 в рыхлом состоянии, 1400-1700 кг/м3 – в уплотненном состоянии.

3. Тонкость помола.Чем тоньше помол, тем выше скорость схватывания и быстрее нарастает прочность.

4. Влияние длительности хранения цемента на его свойства. При хранении портландцемента на него воздействуют пары воды и углекислый газ воздуха.

5. Водопотребность – количество воды в процентах к массе цемента, необходимой для получения теста нормальной густоты.

6. Связующая способность.Показывает возможность введения в цементное тесто большого количества заполнителей, что уменьшает усадку, увеличивает долговечность, уменьшает расход цемента.

7. Водоотделение и водоудерживающая способность.Водоотделение обусловлено процессами седиментации (осаждением твердых частиц под действием сил тяжести)

8. Сроки схватывания.Схватывание - процесс, при котором цементное тесто постепенно теряет свою подвижность без приобретения прочности, но с потерей удобоукладываемости. Определяют иглой прибора Вика на тесте нормальной густоты.

9. Усадка и набуханиеУсадка происходит при высыхании, а набухание при увлажнении цемента

10. Выделение тепла при твердении цемента.Наибольшее количество тепла и за короткие отрезки времени выделяют цементы с повышенным содержанием C3S и C3A и цементы высоких марок и более тонкого помола.

11. Равномерность измерения объема цемента.При твердении цементного теста иногда наблюдается искривление изделий, их растрескивание, или полное разрушение.

12. Прочность цемента (активность, марка и класс цемента)Прочностные свойства цемента при изгибе и сжатии цемента определяют на образцах – балочках 40×40×160 мм, приготовленных из стандартного мало пластичного (нормальной консистенции) цементного раствора состава 1:3 (цемент: стандартный песок) и = 0,4

13. Влияние условий твердения на прочность портландцемента. Снижение температуры окружающей среды замедляет твердение цементных растворов тем сильнее, чем ниже температура.

14. Огнестойкость и жаростойкость бетонов и растворов.При нагреве бетона свыше 547 °C в цементном камне происходит диссоциация Ca(OH)2 → CaO + h3O (При температуре больше 547 °C) образующаяся известь разрушает изделие.

15. Морозостойкость.Повышают: Уменьшением водоцементного отношения.· Увеличением тонкости помола до S = 5000 – 6000 см2/г.



infopedia.su

Добыча сырья для производства цемента, его транспортирование и хранение.

Сырье, необходимое для изготовления цемента, добывают, как правило, в карьерах, расположенных вблизи заводов. На привозном сырье, удорожающем производство, работают редко. Целесообразно привозить только те материалы, которые употребляются в небольших количествах, например корректирующие добавки.

Весьма важны не только химический состав сырья, но и его физические свойства. К ним относятся: крепость породы, угол ее естественного откоса, влагоемкость, водопроницаемость, разрыхляемость (степень увеличения объема после добычи по сравнению с массивом горной породы), объемный вес, предел прочности при сжатии и ударе. Изучая условия залегания, необходимо определить мощность вскрыши, характер залегания полезного ископаемого, чередование различных пластов сырья и их мощность, угол наклона этих пластов, уровень и приток грунтовых вод и т. д.

В процессе разработки карьера уточняют свойства сырья и условия его залегания. Это осуществляется путем опережающих разведочных работ, на основании результатов которых составляют опережающую карьерную сетку с указанием химического состава сырья, его свойств и условий залегания.

Сырье в карьерах цементных заводов обычно добывают открытым способом одним или несколькими уступами. Предварительно  вскрывают полезное ископаемое, т. е. удаляют покрывающие его породы и земляной нанос. Кроме того, готовят подъездные  пути, по которым отвозят породу и доставляют к заводу полезное ископаемое. Пустую породу перевозят в опрокидываемых вагонетках и сваливают в выработанные места карьеров. Для нормальной эксплуатации карьера необходимо, чтобы работы по удалению пустой породы (вскрыши) шли с достаточным опережением основных работ по добыче (не менее 8-10 месяцев). Вскрышные работы проводят обычно в теплое время года, так как зимой удалять замерзший грунт трудно. Отношение между мощностью полезного ископаемого и мощностью вскрыши колеблется в известняковых карьерах от 1 : 0,5 до 1: 3. Высота отступа для твердых пород обычно составляет 10-15 м, а для мягких - 8-10 м.

Вскрышные работы, а также добыча сырья в карьерах при мягких породах могут осуществляться экскаваторами или гидромеханическим способом - путем размывания породы струей воды, подаваемой под давлением. При твердых породах куски их отделяют от горного массива взрывом, после чего экваторами загружают в вагонетки или автосамосвалы и доставляют в сырьевое отделение завода.

Добытое в карьере сырье, а также прибывающие по железной дороге топливо и другие материалы перевозят в различных транспортных устройствах. Если карьер находится на расстоянии более 8 км от завода и в нем добывается большое количество сырья, то при надлежащем рельефе местности используют железнодорожный транспорт широкой колеи (1524 мм) и перевозят сырье в саморазгружающихся вагона думпкарах грузоподъемностью 60 т и более. При расстоянии примерно до 8 км целесообразно применять автомобили-самосвалы грузоподъемностью 5-45 т.

Для транспортирования сырья по сильно пересеченной местности служат подвесные канатные или как их иначе называют воздушноканатные дороги. Они состоят из двух стальных несущих канатов, по которым движутся четырехколесные вагонетки емкостью до 1,5 м3 и ведущего тягового каната для передвижения вагонеток. По одному несущему канату движутся груженые, а по другому - порожние вагонетки. На такой дороге имеются  погрузочная и разгрузочная станции, а при извилистой трассе устанавливают еще одну или несколько промежуточных угловых станций. Карбонатный компонент при воздушноканатной дороге дробят в карьере и подвозят автотранспортом к погрузочной станции.

Мягкие, рыхлые и мелкокусковые породы можно доставлять на завод при сравнительно небольшом расстоянии и благоприятных климатических условиях ленточными конвейерами мягкие сырьевые материалы (глину, мел) можно подавать на завод гидротранспортом. В этом случае их вначале обрабатывают в установленной на карьере болтушке.

Южгипроцемент разработал конструкцию комбайна для добычи, переработки и гидротранспорта мягких пород. Сырье добывают с помощью вращающегося ротора с ковшами. Ленточный транспортер доставляет материал в мельницу - мешалку. Образующийся шлам откачивается насосом и по магистральному шламопроводу поступает на завод. Вся установка находится на гусеничном ходу и передвигается по мере продвижения забоя.

Наиболее высоки капиталовложения при воздушноканатном и железнодорожном транспорте, самые низкие при автомобильном. Однако эксплуатационные расходы при доставке автотранспортом более высокие. Самые низкие они при использовании воздушноканатных дорог и ленточных конвейеров.

На крупных заводах целесообразно всегда иметь запас сырья или шлама, который обеспечил бы непрерывную работу на случай прекращения добычи сырья в карьере (непогода, авария экскаваторов или транспортных устройств). Для хранения нормативных запасов сырьевых материалов, клинкера, топлива, гипса, корректирующих и других добавок на заводах устраивают склады (шихтовальные дворы). Погрузочно-разгрузочные работы на территории складов должны быть механизированы. С этой целью применяют мостовые краны с грейфером, мостовые перегружатели (козловые краны), тельферы, ленточные транспортеры и другое оборудование.

Склад представляет собой бетонированную площадку, вдоль которой установлены железобетонные колонны для ферм перекрытия, несущие одновременно и подкрановые пути. Между колоннами имеются подпорные стены высотой до 6 м, что позволяет насыпать материал более толстым слоем. Часть склада, где хранится топливо, а в районах с мягким климатом и ряд других материалов, делают открытыми. В отдельных случаях применяют и силосные склады. На крупных заводах для разгрузки железнодорожных вагонов устанавливают вагоноопрокидыватели.

www.voscem.ru

Сырье для производства цемента

Сайт строителя

Для производства цемента могут применяться как природные вещества, так и промышленные продукты. Исходными материалами служат минералы, содержащие главные составные части цемента: оксид кальция, кремнезем, глинозем и оксид железа.

Эти компоненты редко содержатся в нужном соотношении в каком-либо одном виде сырья. Поэтому часто приходится подбирать сырьевую смесь по расчету из составляющей, богатой известью (карбонатный компонент), и составляющей, бедной известью, но содержащей кремнезем, глинозем и оксид железа (глинистый компонент). Двумя основными компонентами сырьевой смеси для получения цемента, как правило, служат известняк и глина или известняк и мергель.

Карбонатные породы

Содержание карбонатного компонента в цементной сырьевой смеси обычно достигает 76—80%. Поэтому химические и физические свойства этого компонента оказывают решающее влияние на выбор технологии производства цемента и производственных агрегатов.

Известняк

Карбонат кальция СаС03 широко распространен в природе. Для производства портландцемента пригоден карбонат кальция всех геологических формаций. Наиболее чистыми формами известняка являются известковый шпат (кальцит) и арагонит. Известковый шпат имеет гексагональную кристаллическую структуру, а арагонит — ромбическую. Плотность известкового шпата равна 2,7, а арагонита — 2,95 т/м3. Макрозернистой разновидностью известкового шпата является мрамор. Однако использовать мрамор для производства цемента неэкономично.

Наиболее распространенными и часто похожим на мрамор формами карбоната кальция являются известняк и мел. Известняк имеет в основном мелкозернистую кристаллическую структуру. Твердость известняка определяется его геологическим возрастом: чем древнее геологическая формация, тем, как правило, тверже известняк. Твердость известняка находится в интервале от 1,8 до 3,0 по шкале твердости Мооса, а плотность — в интервале от 2,6 до 2,8 т/м3. Наиболее чистый известняк имеет белый цвет. Чаще всего в известняке содержатся примеси глинистых веществ и соединений железа, которые и определяют его цвет.

Мел

С точки зрения геологии мел является относительно молодой осадочной породой, образовавшейся в меловой период. В противоположность известняку мел имеет более рыхлую, землистую структуру; это свойство позволяет отнести мел к сырью, как бы специально предназначенному для мокрого способа производства цемента. Поскольку добыча мела производится без взрывных работ и, кроме того, мел не требует дробления, применение такого сырья значительно снижает стоимость производства цемента. Обычно содержание карбоната кальция в меле составляет 98—99% при незначительных примесях Si02, А1203 и MgC03.

Книга Вальтера Дуды «Цемент».

Книга «Цемент»

stroyremkom.ru


Смотрите также