Производство цемента

В этой статье рассмотрено производство, пожалуй, самого популярного строительного материала - производство цемента. Именно этот материал применяется в абсолютнои большинстве строительных работ и, конечно, при производстве бетона на бетонных заводах.

Промышленный процесс изготовления цемента подразумевает две разновидности сырья – известняк, который добывают на глубинах до 10 метров, а также глиноземистое сырье. Дозируя определенный сырьевой материал в утвержденных пропорциях, получают конкретную марку цемента с определенными свойствами, посредством добавления различных добавок и присадок.

Цементом принято называть определенную порошкообразную группу веществ, параллельно обладающих вязкостью и способностью в условиях смешивания с водным раствором, а в редких случаях с водным раствором солей, создавать пластичную консистенцию, а впоследствии при высыхании – превращаться в камневидный материал. Нужно отметить, что данный процесс не имеет обратного хода. Цемент используют при производстве иных стройматериалов в качестве составляющей (бетон, железобетон, стройсмеси и т.д.). Определяющая характеристика цемента – прочность, не поддающаяся воздействию времени.

Что касается количества видов цемента – список велик. Более всего популярен портландцемент, в котором на долю силикатов кальция приходится 70-80% от общей массы. Данная разновидность цемента получила название от одноименного английского острова Portland, поскольку его окрас схож с камнем, добываемым на этом острове. Визуально Portland цемент – это порошкообразное вещество зеленовато-серого цвета, существенно не отличающееся от стандартного цемента.

Фаворит мирового рынка по производству цемента – Китай. На сегодняшний день в условиях отечественного рынка небольшие предприятия останавливаются, а полноценными игроками рынка становятся крупные компании, способные использовать энергосберегающие технологии, снижая при этом затраты на производство больших объемов.

Сырье, предназначенное для производства цемента, подвергается высокотехнологической обработке при очень высоких температурах – первоначальное сырье достигает полной или частичной стадии плавления. Подобный продукт, полученный в результате обжига - принято называть клинкером (перевод – застывшая лава). В состав клинкера входят четыре минерала: алит (3-хкальциевый силикат); белит (2-хкальциевый силикат); 4-хкальциевый алюмоферрит; 3-хкальциевый алюминат. Все клинкерные минералы обладают своими индивидуальными свойствами, влияющими на характеристики финишного продукта – присутствие алита увеличивает прочность и быстроту твердения массы (цемента). 3-хкальциевый силикат образует высокомарочный портландцемент. Зная минералогический состав Portland- цементного клинкера и учитывая свойства составляющих минералов, можно уже предварительно точно иметь представление об основных характеристиках Portland цемента и нюансах процесса твердения в различных ситуациях.
 

Стадии производства цемента

Процесс производства цемента включает ряд технологических стадий:

• процесс производства клинкера
• дробление клинкера в сочетании с гипсом и прочими добавками – в результате – цемент.

Процедура обжига исходного материала (шихты) и финишное создание клинкера состоит из большого количества стадий. Главные из них:

• Процесс сушки исходного материала.
   
• Процесс распада компонентов исходного сырья. В условиях высоких температур известняк разлагается на углекислый газ и известняки. Глина же разлагается на алюминий оксид кремния
• Процесс экзотермических реакций. Для этих процессов характерно выделение тепла – происходит дополнительный прогрев массы, в которой происходят реакции
• Процесс спекания массы. Эта стадия очень важна в связи с тем, что в момент связывания на этой стадии происходит формирование будущей структуры клинкера. Одновременно на данной стадии происходит связывание свободной извести
• Процедура охлаждения. Этот процесс необходимо осуществлять резко

Во все применяемые технологии производства цемента обязательно включены вышеперечисленные стадии – разница возможна лишь в способах приготовления шихты.

В случае использования мокрого сырья или неоднородного по составу, рекомендуется применение мокрого способа создания клинкера – исходное сырье разбавляется водой до консистенции сметаны, измельчают и далее идет подача на обжиг. Данный способ требует использовать большие энергозатраты, поскольку введенная в шихту вода должна быть удалена путем испарения. На сегодняшний день на отечественном рынке в производстве цемента преобладает мокрый метод (87%), но начинается широкое применение в цементном производстве сухого метода. В случае, если исходное сырье сухое и однородное по своему составу, рациональнее применить сухой метод – процесс сушки и доработки происходит в сухом виде. В данном случае энергозатраты значительно меньшие, нежели при мокром способе, но встает вопрос кондиционности исходного сырья. При стремительном росте цен на энергоносители сухой метод стал теснить мокрый, в силу его оптимальности.

В определенных ситуациях сухая сырьевая смесь гранулируется с добавлением воды. Подобный способ именуют полусухим.

Комбинируемый метод основывается и на сухом и на мокром. В случае применения сухого метода, сырьевая смесь готовится по сухому, затем гранулируется с помощью добавления воды. Далее подают на обжиг. При мокром способе – смесь готовится по мокрому методу в качестве шлама, далее обезвоживают, а уже затем наполовину сухую смесь - на обжиг.

Для глиноземистого цемента характерно большое вхождение алюминатов кальция. Главный – однокалиевый алюминат. Для получения стандартного качества глиноземистого цемента используются бокситы, а для производства чистого ВГЦ применяется чистая окись алюминия. Наряду с бокситами возможно использование бокситовых железных руд с добавлением известняка, а также возможен железный лом.

Получение клинкера при производстве цемента

Процесс спекания очень напоминает технологию производства Portland-цементного клинкера, только применяемые температуры ниже. Получение высококачественного клинкера возможно лишь с применением способа плавления - затраты на способ спекания ниже. Хотя оба способа имеют свои плюсы и минусы, поэтому в каждом отдельном случае необходимо анализировать достоинства и недостатки. На мировой арене предпочтение отдают способу плавления. Технология производства глиноземистого цемента сложна, поэтому его производит небольшое количество предприятий: Россия - "Пашийский металлургическо-цементный завод", Уралцемент.

Помимо традиционных способов, связанных с рядом недостатков, существует альтернативная технология создания бесклинкерного цемента. При этом способе из технологического процесса вычленяется этап прокалки клинкера при высокой температуре, которая реализуется в очень дорогих барабанных печах, что сопровождается огромными финансовыми расходами. Альтернативный способ в значительной степени сокращает энергозатраты – практически в 33 раза снижается себестоимость продукции.

Производство бесклинкерного цемента

Производство бесклинкерного цемента на базе гидравлического шлака имеет 3 стадии:

• процесс плавления исходного сырья для получения шлака
• процесс охлаждения и помол

При резком охлаждении получают шлак с высочайшей потенциальной способностью реакции. Изготавливают цемент смешивая три компонента: сухой и гранулированный шлак; дополнительный материал в виде порошка; активизатор в малом количестве (2-5% от массы).

Бесклинкерный цемент получают еще перерабатывая гранулированные доменные шлаки, являющиеся отходами металлургического производства. Главными этапами при производстве цемента из шлаков являются: помол шлака, процесс добавления щелочной субстанции. На предприятиях страны накапливаются большие запасы металлургических шлаков. Одним словом – существуют многочисленные источники сырья для альтернативного производства.

Бесклинкерный цемент производят на базе нефелинового шлама. Данный цемент – продукт переработки элеолитовых (нефелиновых) концентратов. Нефелиновый цемент характеризуется небольшим тепловыделением, медленным увеличением прочности.

Ян Волховский, promplace.ru