Меню

Химический состав известняка при производстве цемента



Цемент с известняком

Известняк является инертным минеральным компонентом, который широко используется для производства цемента в мировой практике. Данный материал не обладает ни гидравлической, ни пуццоланической активностью. Поэтому количество известняка при производстве цемента обычно ограничено цифрой не более 15-16%, в отличие от активных минеральных добавок — шлака и золы, которые можно вводить в количестве до 60%. Основная функция известняка состоит в оптимизации гранулометрического состава цемента, в уплотнении структуры и снижении пустотности цементного камня. Благодаря этому повышается начальная прочность растворов и бетонов. Также известняк, по причине хорошей водоудерживающей способности, снижает водоотделение цемента, что способствует производству более качественных и однородных по своей структуре бетонных и растворных смесей (отсутствие водоотделения и расслоения). Кроме того, известняк улучшает пластичность и удобоукладываемость бетонных смесей, что способствует получению более качественных поверхностей бетонных изделий, снижению количества пор и раковин.

Качество известняка оказывает большое влияние на качество цемента и может меняться в зависимости от сырьевой базы разных производителей. Чем выше содержание оксида кальция в известняке и меньше оксида магния и кремния, тем выше качество известняка.

Результаты химического анализа демонстрируют высокое качество карбонатных пород заводов ЛафаржХолсим Россия. Известняк месторождения «Приокское», которое является сырьевой базой завода Щурово к тому же используется для производства белого портландцемента, так как характеризуется высоким показателями по белизне.

Поскольку известняк является материалом собственной сырьевой базы наших заводов, мы можем управлять его стабильностью качества и, как следствие, стабильностью качества цемента. Цементы с минеральной добавкой известняка в настоящий момент производятся на всех заводах – в Щурово, Ферзиково и Вольске. Завод Ферзиково уже в течении нескольких лет производит цемент с известняком в навале и тарированном виде, который хорошо себя зарекомендовал с точки зрения качества. На Щуровском и Вольском заводе в текущем году начался процесс постановки на производство цементов с известняком по причине значительного роста стоимости шлака. Общий объем производства цементов с известняком на текущий момент уже достиг 1 млн. тонн.

Поскольку качество известняков на различных заводах отличает, поэтому его содержание в цементе на разных заводах также будет разное для достижения оптимального качества цементов – на Ферзиково и Вольске 14%, на Щурово 11%. Для сравнения, характеристики цементов с известняком различных заводов, а также бетона на его основе представлены в таблицах ниже.

ЦЕМ II/А-И 42.5Б ФЕР

ЦЕМ II/А-И 42.5Н ЩУР

ЦЕМ II/А-И 42.5Н ВОЛ

Продукт

Бетонная смесь

Бетон

Показатель

В/Ц

ОК / ОКt /t

см см мин

RТВО

МПа

R3суток

МПа

R7суток

МПа

R28суток

МПа

Цемент\Добавка

ЦЕМ II/А 42.5 Хим.добавка (1% от веса цемента)

ЦЕМ II/А-И 42.5Б ФЕР

ЦЕМ II/А-И 42.5Н ЩУР

ЦЕМ II/А-И 42.5Н ВОЛ

Из таблицы видно, что прочностные характеристики бетона на основе цементов с известняком различных заводов сопоставимы.

Прочностные характеристики бетонов на основе цементов с известняком заводов Щурово и Ферзиково сопоставимы с прочностными характеристиками бетонов на основе цементов с композиционной добавкой шлака и известняка и поэтому являются взаимозаменяемыми. Показатели долговечности бетона (морозостойкость, водонепроницаемость, коррозионная стойкость) завися от его структуры, от наличия открытой капиллярной пористости. Чем выше открытая капиллярная пористость бетона, тем выше его проницаемость для различных агрессивных сред, тем ниже долговечность. Открытая капиллярная пористость бетона зависит от показателя водоцементного отношения: чем выше водоцементное отношение, тем выше открытая капиллярная пористость. Поскольку водоцементное отношение бетонов на основе цементов с известняком находится на одинаковом уровне по сравнению с цементами с композиционной минеральной добавкой шлака и известняка, значит и показатели долговечности у бетонов на основе этих цементов будут сопоставимыми. Сравнительные результаты тестирования морозостойкости и водонепроницаемости бетонов на основе цементов с известняком и композиционных цементов заводов Щурово и Ферзиково подтвердили сопоставимость этих характеристик. Полученные показатели морозостойкости F1200 и водонепроницаемости W8 позволяют широко использовать цементы с известняком для общестроительного применения в изделиях, к которым не предъявляется специальных требований повышенной долговечности.

Таким образом, цементы с известняком имеют отличные перспективы для их использования в сегментах товарного бетона, сборного железобетона (особенно там, где требуется высокое качество поверхности), мелкоштучных изделий и сухих строительных смесей.

Источник

Химический состав известняка при производстве цемента

Сырьем для производства портландцемента служат в основном известковые и глинистые материалы, которые берутся в таких пропорциях, чтобы обеспечить определенный химический состав сырьевой смеси, необходимый для правильного обжига. При этом очень важно, чтобы химический состав оставался максимально постоянным, так как даже небольшие отклонения в содержании основных компонентов смеси могут значительно изменить свойства конечного продукта — цемента.

В качестве известковых материалов для производства портландцемента применяются: разновидности известняка, мергель, отходы производства щелочей. Из глинистых материалов используются: глина, глинистый сланец, доменный шлак, зола.

Сырьевые смеси могут состоять из двух и более компонентов. Возможны такие комбинации, как известняк и глина, известняк и «цементный камень», известняк и доменный шлак и др., а также смеси указанных основных компонентов с добавкой кремнезема из песчаника и железной руды, но без известковистых соединений, как, например, волластонит или гранит. В отдельных случаях применяются и смеси с видоизмененным известняком, содержащим известковистые минералы. Эти известняки обычно бывают загрязнены сланцами, глинистыми сланцами, гранитом и другими интрузивными породами, что затрудняет приготовление соответствующей сырьевой омеси для обжига клинкера.

Сырьевые материалы для цементной промышленности иногда содержат нежелательные компоненты.

«Цементный камень» долины Лихай

Главные месторождения «.цементного камня» в США находятся в долине Лихай (Восточная Пенсильвания). Они были открыты в начале нынешнего столетия. «Цементный камень» — это вид глинистого известняка, принадлежащий к так называемой джексонбургской формации и считающийся пригодным для производства хорошего портландцемента без добавки дополнительных материалов. Действительно, по своему химическому составу он вполне подходит для выпуска портландцемента типа I.

«Цементный известняк» долины Лихай

В некоторых районах долины Лихай, где расположены типичные месторождения «цементного камня», находятся залежи и другого вида известняка, тоже джексонбургской формации, который получил название «цементного известняка». Он содержит от 78 до 85% СаС03 и меньше 5% MgC03, т. е. представляет собой идеальное высококальциевое сырье, которое можно смешивать с породой, содержащей сравнительно мало извести. В некоторых карьерах эти два вида цементного сырья залегают близко один от другого, а в ряде мест «цементный известняк» совершенно не встречается.

Химический состав известняковых месторождений долины Лихай и других районов удовлетворял требованиям цементного производства до тех пор, пока выпускался лишь один вид цемента. Но для производства портландцемента типа II пришлось значительно изменить состав сырьевой смеси, что в скором времени привело к истощению многих месторождений высококачественного известняка.

Многие фирмы предпочитают ввозить для своих заводов высококачественный известняк с содержанием СаС03 свыше 90%, чтобы не истощать собственных карьеров, оставляя в них породу с малым содержанием СаС03.

Известняк и глина (или сланец)

На многих цементных заводах применяют сырьевую смесь из известняка и глины (или глинистого сланца). Обычно такие заводы строятся у самых известняковых карьеров и недалеко от месторождений глины или сланца.

Следует иметь в виду, что не всякий известняк пригоден для производства портландцемента. Месторождения известняка, содержащего большие примеси MgC03, обычно не могут быть использованы. Точно так же присутствие включений пирита или гипса может повысить содержание сульфатов в цементе, что нежелательно. Встречаются месторождения мела, засоренного большим количеством кремневой гальки, в связи с чем его трудно использовать для производства цемента.

В тех случаях, когда для составления сырьевой смеси применяется известняк с высоким содержанием извести, его необходимо смешать с глиносодержащими материалами такого химического состава, который мог бы обеспечить получение клинкера заданного состава.

Мергель и глина (или сланец)

Месторождения мергеля, представляющие собой обычно земляные россыпи известняка или мела, смешанные с глиной, сравнительно мало используются цементной промышленностью США. Они эксплуатируются главным образом в штатах Мичиган, Южная Каролина и Миссисипи.

Характер месторождения обычно определяет и способ производства цемента — сухой или мокрый. Типичные мергели способны удерживать от 20 до 34% влаги, поэтому их более выгодно применять при мокром способе производства, смешивая мергель и глину (или сланец) с водой перед помолом. В этом случае для получения однородной сырьевой смеси устанавливают несколько смесительных шламбасоейнов.

На заводах, расположенных вдоль Мексиканского залива и на Калифорнийском побережье, в качестве известкового компонента используют известняк-ракушечник. Ракушки добыйаются со дна океана, промываются, просеиваются и смешиваются с глиной или другими материалами для получения сырьевой смеси. Обычно такие заводы работают по мокрому способу, причем шлам иногда характеризуется повышенной водопотреб-ностью, что объясняется наличием морских органических примесей в ракушках.

Доменный шлак, отход металлургического производства, состоит в основном из тех же окислов, что и портландцемент: кремнезема, глинозема, окиси железа и извести. Он отличается от портландцемента лишь меньшим содержанием извести.

При изготовлении сырьевой смеси шлак смешивается в расчетных количествах с известняком, измельчается и обжигается в печи как обычно.

Для замены известняка при производстве портландцемента могут быть использованы отходы производства щелочей или синтетического сернокислого аммония, содержащие осажденную известь или карбонат кальция.

Источник

Химический состав известняка при производстве цемента

ПРОЕКТЫ ГРУППЫ КОМПАНИЙ
«Регионального Центра Инновационных Технологий»
ЦЕМЕНТ, БЕТОН и СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ
Компоненты для производство цемента.

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

  • оксид кальция (CaO, негашеная известь),
  • кремнезем (SiO2, диоксид кремния),
  • глинозем (Al2O3, оксид алюминия, корунд),
  • оксид железа (Fe2O3).

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, как правило, служат :

известняк и глина или

известняк и мергель .

1. 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.

Известняк (СаСО3, Карбонат кальция) 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 т/м 3 ,
— а арагонита — 2,95 т/м 3 .
Макрозернистой разновидностью известкового шпата является мрамор. Однако использовать мрамор для производства цемента неэкономично. Наиболее распространенными и часто похожими 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/м 3 .
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 SiO2, Аl2О3 и MgCO3.

Мергель . Известняк с примесями кремнезема и глинистых веществ, а также оксида железа называют мергелем. Мергели представляют собой переходную ступень к глинам. Благодаря широкому распространению мергели часто служат сырьем для производства цемента.
В геологическом отношении мергели относятся к осадочным породам, образовавшимся при одновременном осаждении карбоната кальция и глинистых веществ. Твердость мергеля ниже твердости известняка; чем больше глинистых веществ содержится в мергеле, тем ниже его твердость. Иногда в мергеле также содержатся битумные составляющие. Цвет мергеля зависит от глинистых веществ и меняется от желтого до серо-черного. Мергели являются прекрасным сырьем для производства цемента, так как представляют собой однородную смесь карбонатной и глинистой составляющих.

В зависимости от количественного соотношения карбонатного и глинистого компонентов в состав цементной сырьевой смеси входят различные карбонатно-глинистые породы.

Таблица. Классификация карбонатно-глинистых пород:

Порода

Показатель Блейн НГ Н\Ксхв R2суток R28суток
см2\г % мин МПа МПа
Содержание
CaCO3 ( % )
Содержание
CaO ( % )
Известняк 95-100 53,2-56,0
Известняк мергелистый 90-95 50,4-53,2
Мергель известковый 75-90 42,0-50,4
Мергель 40-75 22,4-42,0
Мергель глинистый 20-40 11,2-22,4
Глина мергелистая 5-20 2,8-11,2
Глина 0-5 0-2,8

Известняки и мергели различных химических составов применяются для производства цемента.

Таблица. Химический состав известняков и мергелей, %:

Потери при прокаливании

ИТОГО:

Компонент Извест-няк Извест-няк Извест-няк Извест-няк Мергель Мергель Мергель
SiO 2 3,76 6,75 4,91 4,74 27,98 33,20 21,32
Al2O 3 1,10 0,71 1,28 2,00 10,87 8,22 4,14
Fe2O 3 0,66 1,41 0,66 0,36 3,08 4,90 1,64
CaO 52,46 49,80 51,55 51,30 30,12 27,30 39,32
MgO 1,23 1,48 0,63 0,30 1,95 1,02 0,75
K2O 0,18 Следы Следы 0,16 0,20 0,12 0,06
Na2O 0,22 Следы Следы 0,28 0,33 0,18 0,08
SO 3 0,01 1,10 0,21 0,70 0,37
40,38 39,65 40,76 40,86 24,68 24,59 32,62
100,00 99,96 100,00 100,00 99,91 99,90 99,93

2. Глинистые породы

Другим важным сырьем для производства цемента является глина. Глины в основном представляют собой продукты выветривания щелочных и щелочноземельных алюмосиликатов, таких как полевые шпаты и слюды. Основными компонентами глин являются гидроалюмосиликаты. Глины подразделяются на следующие минеральные группы [6]:

группа щелочесодержащих глин — глинистые гидрослюды, включая иллит,— минералы с различным соотношением К2О, MgO, Al2O3, SiO2, H2O.

Глинистый минерал Удельная поверхность
м 2 /г
Объемная
масса
т/м 3
Каолин около 15 2,60 — 2,68
Галлуазит около 43 2,00 — 2,20
Иллит около 100 2,76 — 3,00
Монтмориллонит около 800

Точка плавления глин находится в интервале 1150—1785°С

Химический состав глин различен; имеются глины, содержащие чистые глинистые минералы, и глины, в состав которых входит значительное количество химических примесей, например, гидроксид железа, пирит, кварц, карбонат кальция и т. д.
Гидроксид железа чаще всего является красящим компонентом глины; различную окраску глинам также могут придавать органические вещества. Глина без примесей имеет белый цвет.
Главным источником появления щелочей в цементах является глинистый компонент сырьевой смеси.

Таблица. Химический состав глин, применяющихся при производстве портландцемента:

Потери при прокаливании

Na2O

ИТОГО:

Компонент Тип глины
1-й 2-й 3-й 4-й
7,19 8,67 10,40 6,40
SiO 2 67,29 62,56 52,30 60,10
Al2O 3 8,97 15,77 24,70 18,00
Fe2O 3 4,28 4,47 6,10 8,20
CaO 7,27 4,80 4,40 0,80
MgO 1,97 1,38 0,10 0,20
SO 3 0,32 1,10 3,80
K2O 1,20 2,35 0,80 2,50
1,51
100,00 100,00 99,90 100,00

3. Корректирующие добавки

Корректирующие добавки вводят в цементную сырьевую смесь в тех случаях, когда ее химический состав не отвечает установленным требованиям.
Для повышения содержания кремнезема в качестве добавки или корректирующего материала применяют песок, глину с высоким процентом кремнезема, трепел и т.д.
При недостатке оксида железа в качестве корректирующего материала применяют колчеданные огарки, железную руду и т.д.

Таблица. Химический состав корректирующих добавок, %:

Компонент Диатомит Боксит Огарки Колчедан-
ные огарки
Железная руда Колошни-
ковая пыль
Зола-унос Песок
Потери при прокаливании 6,2 15-20 0,5-15,4 5-12 5-15 0,2-4,0 0,2
SiO 2 77,0 16-22 5-28 6-25 20-25 11-22 26-36 99,2
Al2O 3
Fe2O 3
9,6 44-58 0,3-18,2
51,1-83,6
2-16
62-87
3-9
45-60
5-14
54-69
6-9
5-8

0,5
CaO 0,3 10-16 0,7-0,9 0,5-2,5 1-9 42-50
MgO 0,9 0,2-1,0 0,2-2,0 1,5-7,0 0,5-2,5 3-4
SO 3 0,1-8,6 0,8-8,0 0,3-0,6 0,2-2,5 2,5-3,0
Na2O
K2O
1,5



0,8-3,5

Для производства 1 тонны цементного клинкера расходуется 1,6-2,0 тонны основного природного минерального сырья средней влажности.

Источник

Читайте также:  Как сэкономить цемент при стяжке