Меню

Карбонатные породы для производства цемента



клинкер, карбонатные породы, глинистые породы, минерализаторы

сырьевые материалы, производство цемента

Для получения портландцементного клинкера требуемого состава сырьевую смесь составляют из нескольких компонентов. Основные компоненты: известковый, состоящий преимущественно из углекислого кальция (карбонатная порода), и глинистый, содержащий большое количество кислотных окислов SiO2 и А12О3. В некоторых случаях, когда имеется возможность, два основных компонента заменяют одним мергелем, представляющим собой природную смесь глинистых веществ и СаСО3 в необходимом для производства клинкера соотношении. Иногда вместо природного глинистого компонента используют отходы (шлаки, золы, нефелиновый шлам и др.) различных отраслей промышленности, имеющие подходящий состав.
Для регулирования содержания в смеси того или иного окисла в нее вводят корректирующие добавки. Если в сырьевой смеси недостает кремнезема, добавляют трепел, песок, опоку, диатомит и другие вещества с высоким содержанием SiO2; при недостатке глинозема (А12О3) применяют бокситы, алюминиевые шлаки или глину с высоким содержанием А12О3; недостаток окиси железа компенсируют добавкой железной руды, колчеданных огарков, колошниковой пыли.
Пригодность сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера устанавливают на основании их технологического изучения и технико-экономического анализа вопросов, вытекающих из организации цементного производства в данном районе (способ производства, вид топлива, качество цемента).

Карбонатные породы. Карбонатные породы образовались в ос.новном из остатков животного мира, осевших на дне водоемов, а также из химических осадков углекислого кальция. Они встречаются в природе в виде известняков, мела, известнякового туфа, известняка-ракушечника и мрамора. Все разновидности карбонатных пород находят применение в производстве портландцемента, за исключением мрамора. Чаще всего используют известняки и мел, осадочное происхождение которых обусловливает разнообразие их химического состава и физических свойств.
Химически чистый углекислый кальций содержит 56% СаО и 44% СО2. Наряду с СаСО3 природные известняки содержат MgCO3 , Аl2O3 , SiO2 и др.
Плотность и прочность карбонатных пород колеблются в лил значительных пределах: от плотных известняков плотностью 1500-2000 кгс/см 2 до мягких, рыхлых пород мела, способного распускаться в воде.
Физические свойства карбонатных пород, используемых для производства портландцемента, учитываются при выборе способа приготовления сырьевой смеси.
Карбонатные породы считаются пригодными для производства цемента при следующем химическом составе: СаО — не менее 40 — 43,5%; MgO — не более 3,2-3,7% при содержании окиси магния в глинистом компоненте не более 1% или из расчета получения клинкера с содержанием MgO не более 5%. Количество SiO2, А12О3, Fе20з в сочетании с содержанием их в глинистом компоненте должно обеспечивать получение необходимых значений коэффициента насыщения, кремнеземного и глиноземного модулей в сырьевой смеси и клинкере. Желательно, чтобы сумма Na2O и К2О не превышала 1%, а содержание SO3 не было больше 1,5-1,7%.

Глинистые породы. Для цементного производства используют следующие виды этих пород: легкоплавкие глины, глинистый мергель, глинистый сланец, лёсс.
Глины представляют собой тонкодисперсные горные породы, легко распускающиеся в воде. Глины имеют разнообразный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. В тех случаях, когда глины содержат значительное количество грубых включений, обломков горных пород, их необходимо предварительно обогащать.
Минералогический состав глин представлен различными гидроалюмосиликатами, из которых наиболее часто встречаются каолинит, монтмориллонит и гидрослюды. Обычно глины содержат в виде примеси кварцевый песок.
Химический состав глин характеризуется в основном содержанием трех окислов: кремния 55-80%, алюминия 5-20% и железа 3-15%. В небольшом количестве могут содержаться в глинах СаО и MgO, хотя в отдельных разновидностях глин содержание окиси кальция может достигать 25%, а окиси магния»-5%» Присутствуют в глинах и растворимые соли NaCl, KC1. Эти примеси, а также MgCOs нежелательны, и их содержание в глинах, используемых для производства портландцемента, должно быть по возможности минимальным.
Мергели представляют собой природную смесь глинисто-песчаных веществ (20-50%) и мельчайших частиц углекислого кальция (50-80%)- В зависимости от содержания СаСО3 и глинисто-песчаного вещества мергели разделяются на песчаные, глинистые и известковистые.
Наиболее ценное сырье — известковистый мергель, содержащий примерно 75-80% СаСО3 и 20-25% глины. По химическому составу он близок клинкеру, что значительно упрощает производство портландцемента.
Мергели, в которых содержание CaСОз соответствует искусственно составленной портландцементной сырьевой смеси, называются натуральными.
По физическим свойствам мергели, подобно карбонатным породам, могут резко отличаться один от другого. Одни имеют плотную структуру и прочны, другие подобны мелу — мягкие, рыхлые.
Лёсс представляет собой пористую осадочную горную породу серо желтого цвета, близкую по химическому составу глинистым мергелям, но отличающуюся более грубо дисперсными частицами. Лёсс состоит в основном из частиц размером 0,1-0,5 мм; глинистые частицы (меньше 0,01 мм) содержатся в незначительном количестве, но в то же время в лёссе почти нет частиц песка с зернами круп.нее 0,25 мм.
Глинистые сланцы относятся к породам метаморфическим (видоизмененным). Образовались они в результате видоизме.нения глин под действием большого давления, которое возникает при перемещении верхних слоев земной коры в более глубокие. По химическому составу глинистые сланцы подобны глинам, но отличаются от них физическими свойствами — они обладают высокой плотностью, прочностью и не размокают в воде.
Установлены следующие ориентировочные требования к химическому составу глинистых пород, используемых при производстве цемента. Количество СаО не ограничивается. Допустимое содержание MgO зависит от содержания его в известковом компоненте и ограничивается условием получения клинкера с содержанием MgO не более 5%. Количество SiO2, A12O3 > Fe2O3 в сочетании с окислами известкового компонента должно обеспечивать получение необходимых значений коэффициента насыщения, кремнеземного и глиноземного модулей сырьевой смеси и клинкера (с учетом возможности введения корректирующих добавок). Желательно, чтобы содержание Na2O и КгО в сумме не превышало 3.4%, a SO3 было не более 1%.

Читайте также:  Производство штукатурка известково цементная

Промышленные отходы. В качестве сырьевых компонентов на некоторых цементных заводах используются отходы различных отраслей промышленности. Наиболее широко применяют доменные шлаки (см. — 12) и нефелиновый шлам, представляющий собой отход глиноземного производства. Нефелиновый шлам состоит из 80-85% тонкодисперсного частично гидратированного двухкальциевого силиката. Состав шлама доводят до состава портландцементной сырьевой смеси. Недостатками шлама являются повышенное содержание щелочей и необходимость использования двух корректирующих добавок для повышения содержания АО3 и Fe2O3 в сырьевой смеси.

Источник

Из чего делают цемент

Чтобы создать цемент, применяют карбонатные (мел, известняк, мергель) и глинистые породы. При выборе породы учитываются их характеристики, определяющие стоимость и качество материала. Предпочтение отдается породам с аморфной структурой. В отличие от кристаллической она способна лучше контактировать с компонентами смеси.

Переходная порода, являющаяся чем-то средним между известняком и глиной, называется мергель. Ее плотность, рыхлость и влажность зависят от содержания глинистых элементов. Смеси, основой которых является мергель, используют для обустройства печей и каминов.

Мел представляет собой один из видов известняка. Это осадочная порода, отличающаяся мягкостью, поэтому ее очень легко измельчать и растирать. Благодаря этому мел широко используют в производстве цемента.

Также цемент производят из мергелистых и пористых известняковых пород, которые не имеют кремниевых примесей, а также не способны выдерживать слишком сильное сжатие. Кроме того, для изготовления цемента применяются суглинки, лесс, лессовидные суглинки, глинистый сланец.

В состав различных горных и глинистых пород входят минералы, разбухающие и становящиеся пластичными при добавлении жидкости. Если цемент производится сухим способом, то пластичность и вязкость глины позволяет формировать гранулы и брикеты. В случае высокого содержания песка и пыли в глине получается суглинок.

Глинистые сланцы – это один из видов горных пород, обладающих повышенной плотностью и твердостью. Они могут расслаиваться на тонкие пластины и отличаются низкой влажностью и постоянством состава.

Лессом называют горную породу, характеризующуюся рыхлостью и пористостью. Она состоит из тонких частичек кварца, полевого шпата и прочих силикатных соединений. Вещество имеет низкую пластичность.

Для изменения свойств цемента при его изготовлении применяют множество добавок. Речь идет о глиносодержащих, кремне- и глиноземистых компонентах. Также состав цемента зависит от расположения завода по его производству, от наличия сырья и от типа применяемого оборудования.

Источник

Все о цементе: состав, разновидности способы производства на заводе и дома

Цемент – это искусственное порошкообразное вещество, которое выполняет функцию вяжущего при замешивании бетонной смеси. В сочетании с водой он образует пластичную массу, которая в дальнейшем застывает и становится камневидной. То, из чего состоит цемент, в первую очередь зависит от способа производства. В общем случае основой служит клинкер в сочетании с минеральными добавками и гипсом.

История цемента

Слово «цемент» происходит от латинского caementum, что переводится как «дробленый, битый камень». Это вещество стало результатом поиска способов справиться с низкой водостойкостью гипсовых и известняковых пород. С этой целью в их состав вводились водостойкие минеральные вещества. В самом начале ими выступали остатки кирпичей из обожженной глины и вулканические породы. Древние римляне применяли отложения пепла знаменитого вулкана Везувия – пуццоланы.

Оптимальная технология производства цемента была выработана много лет спустя, когда потребность в большом количестве недорого и прочного вяжущего не стала наиболее острой. Наибольший вклад в исследования внесли:

  1. Каменщик Джон Аспинд, который в 1824 г. получил патент на портландцемент.
  2. Русский строитель Егор Челиев, написавший в 1825 г. книгу о цементе для подводных работ.

Название портландцемент происходит от английского острова Портленд, состоящего из известковых пород. В Англии камни с этого острова считались самым престижным строительным материалом. Аспинду удалось получить искусственный камень, который по прочности и цвету был очень похож на указанный материал.

Но он изготавливался без обжига исходного сырья. Большее соответствие технологии тому, что сегодня является портландцементом, отмечается именно в процессе производства Челиева.

Из чего делают цемент: состав и основное сырье

В состав цемента входят следующие компоненты:

  1. Известь (оксид кальция, CaO) – 60%.
  2. Кремниевый диоксид (SiO2) – 20%.
  3. Алюминий (глинозем, Al2O3) – 4%.
  4. Гипс и оксиды железа (Fe2O3) – 2%.
  5. Магния оксид (MgO) – 1%.

Указанное процентное соотношение перечисленных компонентов характерно для наиболее популярного вида цемента – портландцемента. Оно может несколько видоизменяться. Все зависит от технологии производства и класса цементной продукции.

Важно! Существованием различных видов и марок объясняется отсутствие точной химической формулы цемента. Всю важную информацию дают показатели минералогического состава.

Основное, из чего делают цемент – это клинкер. Так называют продукт обжига исходного сырья – известняка и глины, которые берут в пропорции 3:1. Клинкер – это полуфабрикат для получения цемента. После обжига при температуре до 1500 °C клинкер измельчают, в результате чего он оказывается представлен в форме гранул диаметром до 60 мм.

Читайте также:  Смешать грунт с цементом

При измельчении в состав клинкера вводят добавки:

  1. Гипс (CaSO42H2O), регулирующий сроки схватывания.
  2. Корректирующие добавки (до 15-20%), улучшающие определенные свойства цемента: пластификаторы, присадки и пр.).

В качестве главного исходного сырья для производства цемента используются разные горные породы:

  1. Ископаемые карбонатного типа. Могут иметь аморфную или кристаллическую структуру, которая определяет, насколько эффективно материал будет взаимодействовать с другими компонентами в составе при обжиге.
  2. Осадочного происхождения. Это глинистое сырье с минеральной основой, которое при избыточном увлажнении становится пластичным и разбухает, т. е. увеличивается в объеме. Главная особенность материала – вязкость, которой обусловлено его применение при сухом процессе производства.

Карбонатные породы

Среди карбонатных пород для производства цемента используются:

  1. Мергелистый известняк, или мергель. Содержит в себе примеси глины, поэтому считается переходным материалом между карбонатными и глинистыми породами.
  2. Мел – разновидность мажущего известняка, которая характеризуется легкостью в перетирании.
  3. Ракушечник. Для него характерна пористая структура, которая не слишком устойчива к сжимающим нагрузкам.
  4. Доломитовые породы. Из всех видов карбонатных пород отличаются самыми ценными физическими свойствами.

Глинистые породы

К глинистым породам, используемым при изготовлении цемента, относятся:

  1. Глина. Основная разновидность глинистых пород с минеральными включениями в составе.
  2. Суглинок. Отличается от глины увеличенной концентрацией пылеобразных частиц и песчаной фракции.
  3. Лёсс. Менее пластичная горная порода. Для нее больше характерны пористость, рыхлость и мелкозернистость. В составе лесса могут присутствовать включения кварца или силиката.
  4. Глинистый сланец. Из всех видов подобных пород имеет наиболее высокую прочность. При измельчении сланец преобразуется в пластинчатые частицы. В материале мало влаги, его характеризует стабильный гранулометрический состав.

Корректирующие добавки

С целью корректировки в состав цемента вводят специальные минеральные добавки. В первую очередь это модификаторы на базе ископаемых, содержащих:

  1. железо,
  2. кремнбелитовый
  3. плавиковый шпат,
  4. апатиты,
  5. глинозем.

Еще корректирующие добавки могут быть представлены промышленными отходами с других производств. В качестве них используются:

  1. пиритные огарки;
  2. пыль из доменных печей;
  3. белитовый шлам;
  4. минерализаторы.

Применение добавок позволяет улучшить характеристики цемента и бетонного раствора, который готовится на его основе. Каждый из модификаторов придает смеси особые свойства, к примеру:

  1. CemFrio – обладает противоморозным, пластифицирующим и ускоряющим действиями.
  2. CemPlast – позволяет получить высокоподвижную бетонную смесь с повышенной удобоукладываемостью, а также повысить активность вяжущего, т. е. цемента, и обеспечить полноту гидратации.
  3. CemAqua и CemAquaStop – гидроизолирующая дводоредуцирующаясное водоотталкивающее средство для обработки поверхностей.
  4. CemBase – увеличивает прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и долговечность бетонных изделий.
  5. Plastix – многофункциональная водоредуцирующая и пластифицирующая добавка, повышающая марочную прочность бетонных изделий.
  6. CemFix – добавка-ускоритель, используемая для бетонных смесей, к которым предъявляются требования высокой ранней прочности.

Как делают цемент: 3 главных способа

Производство цемента в современных условиях осуществляется одним из трех способов:

  1. Мокрым. Ее главная особенность – замена извести мелом, а также процесс производства с добавлением воды. Сырьем для изготовления здесь становится шихта (смесь исходных материалов) с влажностью до 50%.
  2. Сухим. Эта технология с минимальными энергозатратами и себестоимостью, поскольку здесь несколько технологических операций объединены в один процесс. Поступая в шаровую мельницу, все компоненты одновременно и размалываются, и сушатся.
  3. Комбинированным. Этот способ производства объединяет особенности процессов сухой и мокрой технологии. Здесь по результатам обжига получается полусухой состав с влажностью 18%.

Сухой способ производства

Как делают цемент по сухой технологии:

  1. Исходное сырье подвергают дроблению.
  2. Просушивают его до определенного уровня влажности.
  3. Высушенную смесь измельчают до состояния муки.
  4. Ее обжигают внутри вращающейся печи, после чего охлаждают и отправляют на склад.

Мокрая технология производства

В отличие от сухого метода изготовления здесь после измельчения компонентов к ним дополнительно добавляют воду. В результате получается не мука, а сырьевой шлам, который и попадает в печь на обжиг, а затем – в холодильник на охлаждение. Уже охлажденные клинкер подвергают измельчению и дополнению добавками.

Комбинированная технология изготовления

Комбинированный способ производства цемента объединяет в себе этапы сухого и мокрого:

  1. Сначала по мокрой технологии получают сырьевой шлам.
  2. Шлам подвергают обезвоживанию и гранулированию.
  3. Гранулы проходят обжиг в печи, которая применяется для сухой технологии.

Бесклинкерный способ производства

В бесклинкерной технологии производства в качестве исходного сырья для изготовления цемента используют гидравлический или доменный шлак. Его также дополняют различными добавками и активаторами. Полученную шлако-щелочную смесь подвергают дроблению и перетиранию до порошкообразного состояния. Подобная технология производства имеет несколько преимуществ:

  1. Повышение чистоты окружающей среды за счет переработки отходов металлургической отрасли.
  2. Получение продукта с высокой устойчивостью к негативному влиянию окружающей среды.
  3. Возможность производить цемент с разными свойствами и в широком спектре оттенков.
  4. Более низкие затраты на электро- и тепловую энергию.
Читайте также:  Состав цементного раствора для стяжек

Виды цемента по составу и сфере применения

Видео: что такое шлакопортландцемент

Производство цемента на заводах

Изготовление цемента мокрым способом традиционно осуществляется отечественными цементными заводами. За рубежом чаще применяют сухую технологию. Ею пользуются цементные заводы в Китае, Турции и Египте. Белый цемент выпускается только одним российским предприятием – ООО «Холсим (Рус) СМ». Большая часто подобного вяжущего поставляется зарубежными компаниями, такими как:

  1. AalborgWhite (Дания).
  2. Cimsa/Adana (Турция).
  3. «Холсим» (Словакия).

В общем виде технология производства цемента включает несколько этапов:

  1. Смешивание всех компонентов для изготовления клинкера (75% известняка и 25% глины).
  2. Обжиг исходного сырья при высокой температуре. На этом этапе и получают клинкер, который является основой для цемента.
  3. Измельчение клинкера в шаровых мельницах. В результате должно получиться вещество порошкообразной консистенции. Шаровая мельница – это горизонтальные барабаны со стальными шарами внутри.

Обратите внимание: чем меньше фракция помола клинкера, тем выше эксплуатационные характеристики и марка цементного состава.

Оборудование для производства цемента

Производства цемента на каждом этапе требует применения специального оборудования. Его делят на следующие категории:

  1. для добычи исходного сырья;
  2. для транспортировки сырья на место производства;
  3. печь для обжига;
  4. шаровые мельницы для измельчения и смешивания клинкера;
  5. станки для фасовки готового цемента.

Как сделать цемент в домашних условиях

Получить цемент можно в домашних условиях, но только если иметь все исходные материалы и необходимое оборудование:

  1. доменная печь для обжига при температуре 1500 °C;
  2. дробилка для измельчения клинкера в муку.

В одном из способов домашнего изготовления цемента используются смола и сера. Полученный цемент можно применять для кладки плитки и кирпича, создания цементной стяжки. Технология изготовления следующая:

  1. Растопить в металлической емкости 1 кг смолы, в огнеупорной емкости – 1 кг серы.
  2. Соединить жидкие компоненты, перемешать до однородной консистенции.
  3. Ввести 2 кг просеянного однородного песка и 3 кг оксида свинца (свинцового глета).
  4. Постоянно подогревая смесь, размешивать ее до получения однородной массы.
  5. Произвести обжиг в доменной печи и дать продукту отстояться.

В реальности с изготовлением цемента в домашних условиях возникают определенные трудности, поскольку для производства нужны печь для обжига и мельница для размалывания. В связи с этим в домашних условиях приходится несколько менять рецептуру цемента, используя для его изготовления воду, водную известь и каменную золу. Полученный раствор пригоден для заделки мелких трещин, причем использовать его необходимо сразу же после изготовления.

Видео: как сделать огнеупорный цемент из золы

Как делают белый цемент

Отличие белого цемента также заключается в составе. В нем содержится меньше железа, чем в сером, а еще присутствуют добавки:

Исходным сырьем для изготовления белого цемента служат глинистые или карбонатные породы. Главное преимущество вяжущего – его белоснежный цвет, которая повышает декоративные свойства цементной смеси. Из-за этого белый цемент часто еще называют декоративным. В то же время ввиду более сложной технологии производства материал имеет более высокую стоимость.

Видео: стол из белого бетона в стиле Loft

Видео: как приготовить раствор на белом цементе

Видео: как и из чего делают цемент

Как правильно приготовить цементный раствор

Для замешивания цементного раствора необходимо соблюдать пропорции его составляющих. На 1 часть цемента приходится 3 части песка. Вода же добавляется в зависимости от того, насколько пластичный или вязкий нужно получить раствор. Также пропорции выбираются с учетом типа работ и марки цемента. К примеру, для приготовления раствора на стяжку пола пользуются пропорциями из таблицы:

Сначала между собой смешивают сухие фракции, т. е. цемент и песок. Только потом начинают небольшими порциями добавлять воду, постепенно доводя состав до нужной консистенции. В качестве наполнителя можно использовать не только песок, но еще и гравий или щебень.

Обратите внимание: лучше для замешивания раствора использовать осадочную воду, а не водопроводную.

Классы раствора для разных типов работ:

  1. М50 или М100 – для штукатурных работ;
  2. М50 или М100 – для возведения кирпичной кладки;
  3. М100 или М200 – для стяжки пола;
  4. М200 или М300 – для фундаментов и оснований.

Для замешивания раствора необходимо использовать специальный поддон или бетономешалку. Последняя позволяет получить смесь наиболее однородной консистенции.

Видео: цементный раствор, приготовления без инструмента

Видео: как правильно замешивать цементный раствор

В заключение

В современном мире цемент производится в большом количестве разных видов, что позволяет подобрать вяжущее для любых строительных работ. За счет применения различных добавок цементу можно придавать определенные свойства и использовать его в различных сложных условиях, например, для конструкций, эксплуатируемых под водой или при низких температурах. Цемент очень прост в применении, а также может быть приготовлен в домашних условиях, если знать его состав и общую технологию изготовления.

Источник