Технология производства цемента.

Цемент не является природным материалом. Его изготовление - процесс дорогостоящий и энергоемкий, однако результат стоит того - на выходе получают один из самых популярных строительных материалов, который используется как самостоятельно, так и в качестве составляющего компонента других строительных материалов (например, бетона и железобетона). Цементные заводы, как правило, находятся сразу же на месте добычи сырьевых материалов для производства цемента.

Производство цемента включает две ступени: первая - получение клинкера, вторая - доведение клинкера до порошкообразного состояния с добавлением к нему гипса или других добавок. Первый этап самый дорогостоящий, именно на него приходится 70% себестоимости цемента. А происходит это следующим образом: первая стадия - это добыча сырьевых материалов. Разработка известняковых месторождений ведется обычно сносом, т. е. часть горы «сносят вниз», открывая тем самым слой желтовато-зеленого известняка, который используется для производства цемента. Этот слой находится, как правило, на глубине до 10 м (до этой глубины он встречается четыре раза), и по толщине достигает 0,7 м. Затем этот материал отправляется по транспортеру на измельчение до кусков равных 10 см в диаметре. После этого известняк подсушивается, и идет процесс помола и смешивания его с другими компонентами. Далее эта сырьевая смесь подвергается обжигу. Так получают клинкер. Вторая стадия тоже состоит из нескольких этапов. Это: дробление клинкера, сушка минеральных добавок, дробление гипсового камня, помол клинкера совместно с гипсом и активными минеральными добавками. Однако надо учитывать, что сырьевой материал не бывает всегда одинаковым, да и физико-технические характеристики (такие как прочность, влажность и т. д.) у сырья различные. Поэтому для каждого вида сырья был разработан свой способ производства. К тому же это помогает обеспечить хороший однородный помол и полное перемешивание компонентов. В цементной промышленности используют три способа производства, в основе которых лежат различные технологические приемы подготовки сырьевого материала: мокрый, сухой и комбинированный.

Мокрый способ производства используют при изготовлении цемента из мела (карбонатный компонент), глины (силикатный компонент) и железосодержащих добавок (конверторный шлам, железистый продукт, пиритные огарки). Влажность глины при этом не должна превышать 20%, а влажность мела - 29%. Мокрым этот способ назван потому, что измельчение сырьевой смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии - шлама влажностью 30 - 50%. Далее шлам поступает в печь для обжига, диаметр которой достигает 7 м, а длина - 200 м и более. При обжиге из сырья выделяются углекислоты. После этого шарики-клинкеры, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок, который и является цементом.

Сухой способ заключается в том, что сырьевые материалы перед помолом или в его процессе высушиваются. И сырьевая шихта выходит в виде тонкоизмельченного сухого порошка.

Комбинированный способ, как уже следует из названия, предполагает использование и сухого и мокрого способа. Комбинированный способ имеет две разновидности. Первая предполагает, что сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, потом её обезвоживают на фильтрах до влажности 16 - 18% и отправляют в печи для обжига в виде полусухой массы. Второй вариант приготовления является прямо противоположным первому: сначала используют сухой способ для изготовления сырьевой смеси, а затем, добавляя 10 -14% воды, гранулируют, размер гранул составляет 10 - 15 мм и подают на обжиг.

Для каждого способа используется определенный вид оборудования и строго определенная последовательность операций. Далее цемент фасуется в бумажные мешки по 50 кг. Отправка производится на автомобилях или по железнодорожной дороге. Без цемента не обходится ни одно строительство, а это лучший показатель его высоких эксплуатационных характеристик.

Технология производства извести.

Более чем 3 тысячи лет назад для скрепления камней при строительстве стали применять вяжущие вещества. Одними из самых первых были гипс и известь. Первоначально полученную при обжиге известь, в виде комьев, измельчали путем ее гашения водой.

В Древнем Риме потребности строительной техники вызвали широкое производство извести для применения ее в кладочных и штукатурных растворах. В начале XVIII века было получено новое ценное строительное вяжущее средство - гидратную известь. Гидратную известь стали применять для кладки фундаментов здании, подземных и гидротехнических сооружений. Это привело к еще более значительному расширению производства извести.

Негашеная комовая известь (кипелка) представляет собой воздушную известь после ее обжига в печи. Известь молотую получают помолом в мельнице негашеной комовой извести совместно с металлургическими и топливными шлаками, кварцевым песком, золой и другими минеральными добавками.

Гашеную известь получают действием определенного количества воды на негашеную воздушную известь, в результате которого образуется продукт в виде порошка (пушонки), известкового теста или известкового молока.

Пишонка - тончайший порошок, который получается, если при гашении используют столько воды, сколько необходимо для полного протекания реакции гидратации (соединения с водой). При гашении воздушной извести в пушонку происходит увеличение объема последней в 2-3,5раза. Выделяющееся при гидратации СаО тепло вызывает интенсивное парообразование. Образующийся пар разрыхляет известь, превращая ее в тонкий порошок с размером частиц около 6 микрон (мк).

Вследствие испарения влаги для получения пушонки требуется значительно большее количество воды, чем необходимо в соответствии с химической реакцией. Так, при гашении извести в пушонку на открытом воздухе воды необходимо брать не 32 13% от веса СаО, а 70%.

Однако слишком большое количество воды также нежелательно, так как выделяющегося при реакции тепла будет недостаточно для превращения ее в пар и часть воды останется в пушонке, ухудшая ее качество. Известковое тесто получается в том случае, когда при гашении воздушной извести воду вводят в количестве, превышающем теоретически необходимое в десять раз. В среднем берут-2,5 л воды на 1 кг извести. Размер Са(ОН)2 при этом меньше, чем при гашении в пушонку.

Известковое молоко образуется при введении количества воды, превышающего теоретически необходимое более чем в десять раз. Средний размер частиц при гашении в известковое молоко равен одному микрону. При дальнейшем увеличении количества воды продукт гашения носит название известковой воды.

Известняки образовались в основном из останков живых организмов, обитавших миллионы лет назад в морской воде. Скопления скелетов, раковин, панцирей, в состав которых входил углекислый кальций, образовали известняковый ил, который под действием огромного давления столба воды и вышележащих пластов уплотнялся. Чем больше времени прошло с момента образования таких скоплений, тем более плотным является известняк.

Некоторая часть известняков образовалась химическим путем вследствие перехода растворимой в воде двууглекислой соли кальция в нерастворимую углекислую (химические известняки). В природе встречаются известняки самой разнообразной окраски: белой, серой, желтой, зеленоватой, бурой, красноватой, черной и пестрой. Цвет известняка определяется примесями. Желтоватый, бурый, красный и коричневый цвет известняка определяется наличием окислов железа и марганца; серый и черный цвет обусловлены примесями битуминозных смол и углистых веществ; зеленоватый связан с наличием в известняке закисных соединений железа.

Известняки с матовой поверхностью имеют повышенное содержание магния, а с кристаллическим блеском - повышенное содержание кремния. Пахучесть известняка говорит о значительном содержании в нем органических остатков. Все известняки классфицируют по двум признакам: по структуре, т. е. по строению материала, и по химическому составу. По структуре различают следующие виды известняков: зернистокристаллической известняк, или мрамор; плотный известняк; рыхлый известняк; мел; известняковый туф; известняк-ракушечник. Мрамор в основном применяется в качестве отделочного материала. Некоторые разновидности мрамора Кольского полуострова, а также отходы мрамора (мраморная крошка Карадагских карьеров в Азербайджане и др.) используются для обжига на известь. Плотный известняк имеет тонкозернистую структуру. Такие известняки образовались путем химического осаждения или в условиях спокойного состояния воды на некотором удалении от берегов, где отлагались только мельчайшие частицы.

С начала XX столетия объем известковых строительных растворов в индустриальном строительстве стал постепенно уменьшаться. Известковые растворы с успехом вытесняются из строительной практики такими эффективными вяжущими, как высокопрочный и водостойкий портландцемент, быстро твердеющий и более дешевый строительный гипс. Однако потребность в извести продолжает увеличиваться. Это объясняется тем, что известь получила широкое применение как основной компонент многочисленных технологических процессов.

В промышленности строительных материалов известь в большом количестве применяют в производстве силикатного кирпича и силикатобетонных изделий. В непрерывно возрастающем объеме потребляют известь металлургическая и химическая промышленность Большое количество извести используется в производстве сахара, бумаги, целлюлозы, битума, дезинфекционных средств. В развитии технологии производства извести можно отметить следующие этапы. На первом этапе, длившемся в ряде стран до начала XX в., технология обжига извести была весьма примитивной.

Собранные или добытые в карьере вручную куски известняка подвергались естественной сушке в кучах с последующим обжигом в напольных или камерных печах. Напольная печь представляет собой сложенные в кучу чередующиеся слои каменного угля и известняка. Снаружи кучу обкладывают крупными кусками известняка и обмазывают глиной. Под кучей устраивают очаг, в который кладут дрова.

Часто напольные печи устраивали так, что тремя стенами их служил пласт известняка, а четвертую (фасадную) выкладывали из кусков известняка на глиняном или известковом растворе. Время обжига известняка в напольной печи длилось до двух недель. Выгрузка печи производилась вручную и продукция подвергалась тщательной ручной сортировке, так как брак ("недожог" извести) доходил до 35% общего количества извести в напольной печи. Расход топлива при этом доходил до 800 кг. Вследствие применения тяжелого ручного труда стоимость продукции была высокой.