Способы получения цементного клинкера

Что такое цементный клинкер и где применяется

Цементный клинкер представляет собой продукт, который производят в процессе обжига до состояния плавления или спекания сырьевой смеси определенного состава. Клинкер является промежуточным продуктом в процессе производства цемента.

В специальных печах, при очень высокой температуре (выше 1000 градусов) нагревают смесь известняков и разных глин, в итоге получая спекшийся гранулированный материал. Химически это смесь алюмината и алюмоферрита кальция с силикатами. Для приготовления цемента клинкер измельчают, добавляют в него гипс и другие вещества.

Стоимость клинкера находится в достаточно широких пределах и напрямую зависит от сорта. Применяется в самых разных ремонтно-строительных работах.

Производство цемента

В процессе нагревания смеси, которую получают из известняка (до 75%), глины (до 25%) либо других похожих по составу и активности материалов, до температуры +1450С достигается состояние частичного плавления – таким образом образуются гранулы клинкера.

Чтобы в итоге получить цемент, клинкер смешивается с 2-5% гипса (точный объем зависит от содержания SO3 в самом клинкере и марки гипса), затем перемалывается в тончайшую пыль. Благодаря гипсу удается обеспечить быстрое схватывание материала. Хотя, в некоторых случаях его частично заменяют иными формами сульфата кальция. При помоле также допускается вводить другие добавки.

Виды цемента, который производят из клинкера:

• Портландцемент – после обжига известняков, глинистых примесей, мергелей получают раствор цемента. Клинкер обычно смешивают с доменным шлаком, ракушечником и другими добавками. Портландцемент производят двумя способами: мокрым (когда компоненты смалывают и смешивают с водой, потом обжигают) и сухим (аналогичные действия, но без воды). Из портландцемента делают высокопрочные бетоны, облицовочные плитки, монолитные конструкции, даже искусственный мрамор и т.д.
• Романцемент – создается посредством обжига известняков (содержание глинистых минимум 25%) при температуре свыше +1000С. Применяют для производства блоков, стеновых панелей, бетонных смесей низких марок.

Стандартный клинкер предполагает такой состав:

• Трехкальциевый силикат (алит) – активный минерал, достаточно интенсивно набирает прочность и твердость с выделением тепла.
• Двухкальциевый силикат (белит) – медленно твердеет в первоначальной стадии.
• Трехкальциевый алюминат – обладает низким уровнем стойкости под воздействием серно-кислых соединений.
• Четырехкальциевый алюмоферрит – намного медленнее твердеет в сравнении с алитом, но все равно быстрее белита. Прочность демонстрирует более низкую, чем у алита.

Четыре главные фазы клинкера

Цементный клинкер – это основной материал, который используется для производства цемента разных марок. То есть, проводится два действия: сначала производится клинкер в виде гранул, который получают путем нагревания глины и извести (с добавками) методом плавления, потом клинкер смалывается, в него добавляется гипс и получается цемент.

Разные способы обработки обуславливают то, что клинкер может быть с элементарным химическим или минералогическим составом. От того, какие объемы клинкерных материалов использовались при обжиге, зависят свойства цемента: он может быть быстросохнущим, созданным специально для использования при минусе, обладать другими свойствами.

Состав представляет собой систему нескольких клинкерных минералов, которые появляются в процессе плавки и обжига. Но заметить части отдельных составляющих клинкера невозможно, так как речь идет об аморфных и тонкозернистых кристаллических фазах.

Прежде, чем производить цемент, клинкер подбирают по составу. Обычно речь идет о четырех основных фазах, указанных ниже. Кроме них, в небольших объемах в веществе могут присутствовать другие фазы (оксид кальция, щелочные сульфаты).

Самая важная составляющая любого клинкера для цемента. В составе должно быть минимум 50-70% трехкальциевого силиката (обозначается 3СаO*SiО2 или сокращенно C3S). Структура и состав данной фазы модифицируются благодаря размещению в решетке инородных ионов (в особенности Аl3+, Mg2+, Fе3+). Алит стремительно реагирует с водой, в нормальных цементах имеет самое большое значение для обеспечения прочности. Особенно важен алит для обеспечения набора прочности цемента в течение 28 суток.

Белит

Когда производится клинкер цементный, содержание белита должно быть равно 15-30%. Двухкальциевый силикат обозначается как 2СаO*SiО2 (либо сокращенно C2S), модификация происходит за счет добавления в структуру инородных ионов, чаще всего большей частью либо полностью присутствует в формате β-модификации.

Белит с водой реагирует достаточно медленно, не оказывает воздействия на уровень прочности цемента на протяжении 28 суток. Но он влияет на прочность в значительно поздние сроки, что также немаловажно. Так, через год в идентичных условиях показатель прочности чистого белита и чистого алита примерно одинаков.

Алюминатная фаза

Алюминатная фаза в клинкере цементном составляет 5-10%. Трехкальциевый алюминат обозначается как 3СаO*Al2O3, меняется по составу и структуре в некоторых случаях благодаря инородным ионам (в особенности Nа+, Si4+, К+, Fe3+). Фаза мгновенно реагирует с водой, из-за чего становится причиной быстрого высыхания, если в состав не был введен контролирующий скорость схватывания реагент, в качестве которого выступает обычно гипс.

Алюмоферритная фаза

Ферритная фаза составляет около 5-15% цементного клинкера, обозначается как 4CaO*Al2O3*Fe2O3 (сокращенно CaAlFe). Четырехкальциевый алюмоферрит существенно меняет состав при изменениях пропорции Al/Fe и нахождении в структуре инородных ионов.

Скорость реакции базы с водой может быть разной из-за отличий в составе. Как правило, показатель достаточно высокий на первых этапах, в более поздние сроки средний между показателями алита и белита.

Источник

Цементный клинкер: что это такое и как производится

При возведении высотных зданий и небольших домов используется цементный клинкер. Твердый раствор увеличивает срок службы покрытий, подходит для облицовки печей и искусственных водоемов. Клинкерной плиткой, вместо натурального камня, украшают фасады, применяют как керамогранит при отделке интерьера, а также для реставрации пенобетонных и деревянных поверхностей. Строительный материал выдерживает избыточную влажность и обладает высокими теплоизоляционными свойствами.

Что такое цементный клинкер

В ходе обжигания смеси, состоящей из известняка и нескольких разновидностей глины, при высокой температуре получается вязкий гранулированный полуфабрикат, называемый клинкером. Для производства цемента в вещество добавляют гипс или сульфат кальция и другие минеральные компоненты, которые измельчают в порошок.

Впервые процесс спекания строительного сырья, добываемого из недр земли, путем нагревания его до 1450°, был описан в 19 веке инженером из Франции, создавшим полуфабрикат и цемент. Луи Вика использовал полученный промежуточный продукт при возведении подвесного моста, чтобы доказать его качество.

Каким методом получают цементный клинкер

Для создания материала, не уступающего по прочности натуральному камню, голландские строители стали обжигать специальную глину при высокой температуре. Сейчас при производстве цементного клинкера используют сырье, в составе которого содержатся двух-трехкальциевые силикаты или алюминаты. Смесь нагревают в печах до плавления или спекания. На свойства клинкера влияют несколько факторов:

• характеристики используемых добавок и присадок;
• состав сырья;
• метод охлаждения и помола;
• технология нагрева.

При мокром способе обжига применяется много различных компонентов, среди которых триполифосфат, сода, торфяная вытяжка, жидкое стекло. Из шлама выделяются углекислоты, а клинкер приобретает форму шарика.

При сухом методе минеральные вещества высыхают в печи, а потом измельчаются в порошок. При комбинированном варианте смесь производят с помощью мокрого метода, затем влажность уменьшают до 16% путем фильтрования, после сырье обжигают. Если применяется сухой способ, то смесь соединяют с водой. А образовавшиеся гранулы высыпают в печь для дальнейшего спекания. Почти 67% в них приходится на оксид калия, 4% — алюминия. Около 22% составляет диоксид кремния, до 6% в составе гранул — добавки и присадки.

В клинкере, из которого производится цемент, количество минеральных искусственных компонентов достигает 70%.

Четыре главные фазы клинкера

Для возведения многоэтажных зданий требуется материал высокого качества. На свойства и характеристики цемента влияет объем и состав смесей, применяемых в процессе обжига. В клинкере обязательно должны присутствовать 4 компонента в определенных пропорциях.

В составе основного продукта, используемого для производства цемента, содержится силикат, представляющий собой смесь диоксида кремния и тройного объема оксида кальция. В клинкере его количество составляет не менее 52%. В кристаллической решетке алита вкраплены ионы:

Силикат быстро вступает в реакцию с водой. Такое свойство минерала обеспечивает прочность клинкера на всех этапах нагревания и обжига.

Белит

В полуфабрикате цемента от 14% до 31% приходится на фазу, представляющую смесь диоксида кремния и двойного объема оксида кальция. Вещество не вступает в реакцию с водой, но спустя год приобретает такую же прочность, как и алит. В кристаллической решетке белита выявляют ионы разных металлов.

Алюминатная фаза

В гранулах цементного клинкера содержится силикат, в котором оксид алюминия смешан с тройным объемом оксида кальция. На эту фазу в продукте приходится не менее 4%, но и не более 11.В кристаллической решетке в небольшом количестве наблюдаются вкрапления ионов микроэлементов:

При взаимодействии с водой вещество быстро схватывается. Для предупреждения нежелательной реакции в смесь добавляют гипс.

Алюмоферритная фаза

В промежуточном продукте цемента обязательно присутствует еще один компонент, объем которого составляет 5% — 15%. Четырехкальциевый алюмоферрит может менять состав в зависимости от концентрации оксида железа и алюминия. Дополнительные компоненты и примеси, содержащиеся в продукте, на его прочность влияния не оказывают. Скорость взаимодействия фазы с водой уменьшают или увеличивают, используя разные соединения.

Характеристика минералов цементного клинкера

Трехкальциевый силикат обуславливает свойства материала, включая скорость затвердевания. Вещество выделяет тепло и обладает высокой прочностью. Добавки, содержащиеся в фазе алита, влияют на его характеристики, изменяют структуру.

Двухкальциевый силикат (C₂S) медленно затвердевает, почти не выделяет тепло, но постепенно приобретает высокую прочность. Техническим свойствам портландцемент обязан белиту и алиту, поскольку концентрация этих твердых растворов в клинкере превышает 70%. Объем между кристаллами силикатов заполнен различными веществами, не влияющими на свойства материала.

В процессе обжига трехкальциевый алюминат очень быстро затвердевает и выделяет большой объем тепла, но при этом получается не очень прочным. Присутствие значительного количества минерала в клинкере провоцирует появление коррозии, в портландцементе содержание вещества не превышает 5%.

Целит обладает высокой скоростью взаимодействия с молекулами воды, однако раствор алюмофферита кальция не влияет на процесс затвердевания материала.

Содержание основных минералов в клинкере:

Щелочные оксиды попадают в сырье, используемое при производстве цемента, с полевым шпатом или глиной. Большая часть примесей при обжиге испаряется, а остальные включаются в состав других соединений. Количество щелочей в клинкере стараются уменьшить до 1%, поскольку они препятствуют затвердеванию раствора.

Окись кальция появляется при неполном обжиге, вследствие нарушения соотношения между основными компонентами сырья. Вещество присоединяет молекулы воды, увеличивает объем твердой фазы, что приводит к растрескиванию и потере пластичности клинкера.

Чтобы снизить содержание окиси кальция, гранулы перед измельчением месяц держат на складе.

Для производства клинкера в карьерах добывают сланцы и глинистые породы, в которых содержатся соединения алюминия, железа, а также известняки. Сырьевые смеси обжигают до спекания.

Полученный промежуточный продукт измельчают, добавляют гипс и производят портландцемент, из которого изготавливают прочный бетон, плитку для облицовки, искусственный камень.

Для создания других видов строительного материала клинкер соединяют с ракушечником и шлаком или смешивают с добавками.

Чтобы получить глиноземистый цемент, обжигают смесь бокситов и известняков. Состав не пропускает влагу, устойчив к высоким температурам, подходит для производства жаропрочного бетона, а также используется при аварийных работах.

При нагревании известняков до 1 тыс.° получают романцемент, который применяется для создания панелей и блоков, но обладает меньшей прочностью.

Источник

Производство цемента и состав цементного клинкера

Состав цементного клинкера который получается от производства цементного камня по новой технологии. Способы схем процесса производства цемента из клинкера.

Производство цемента из клинкера

Романцемент — получают путем обжига известняков, содержащих глинистых не менее 25% при температуре 1000-1200 градусов по Цельсию. Применение: производство бетонов низких марок, стеновые панели, блоки.

Портландцемент — после обжига известняков, мергелей и глинистых примесей получают цементный клинкер. Клинкер смешивают с добавками (ракушечник, доменный шлак).

Способы производства портландцемента

1. Мокрый — компоненты измельчают и смешивают в присутствии воды, полученную суспензию (шлам) обжигают.

2. Сухой — все тоже самое, только в сухом состоянии.

Минералогический состав цементного клинкера

Трехкальциевый силикат (алит) является активным минералом. Быстро твердеет и набирает прочность, сопровождается значительным тепловыделением.

Двухкальциевый силикат (белит) в начальный период твердеет медленно.

Трехкальциевый алюминат — низкая стойкость против серно-кислых соединений.

Четырехкальциевый алюмоферрит твердеет медленнее алита, но быстрее белита. Прочность ниже алита.

Приготовление растворов невысоких марок для кладочных и штукатурных работ, бетонные изделия.

Глиноземистый — быстро твердеет. Получают путем обжига известняков и бокситов (богаты глиноземом). Процесс твердения сопровождается большим тепловыделением.

Свойства: сульфатостойкий, водонепроницаемый, жаростойкий, в 3-4 раза дороже портландцемента.
Применение: срочные ремонтные работы, аварийные работы, бетонные работы в зимних условиях, производство жаростойких бетонов.

Водонепроницаемый расширяющийся портландцемент получают путем тщательного измельчения глиноземистого цемента, гипса и гидроалюминатов кальция. При взаимодействии двух последних происходит образование гидросульфатоалюминатов кальция. Твердение сопровождается увеличением объема.
Применение: создание гидроизоляционных покрытий, заделка стыков и трещин железобетонных конструкций.

Быстротвердеющий портландцемент характеризуется быстрым нарастанием прочности.
Применение: возведение монолитных сооружений, приготовление высокопрочных бетонов.

Шлакопортландцемент жаро-, водо- и сульфатостойкий. Процесс твердения медленный.
Применение: изготовление железобетонных конструкций для работы в горячих цехах, гидротехнические сооружения.

Пуццолановый портландцемент твердеет медленно, требует систематического увлажнения.
Свойства: водостойкий, сульфатостойкий, не морозостойкий.
Применение: бетонные и ж/б конструкции.

Пластифицированный позволяет снизить водопотребление бетонных смесей и расход цемента на 5-8%.
Применение: дорожные бетоны, аэродромное и гидротехническое строительство.

Гидрофобный по своим свойствам похож на пластифицированный. Применение тоже.

Белый и цветной портландцемент. Белый изготавливают из сырья в котором мало окрашивающих оксидов (чистый известняк). Цветной — в которых много (охра, железный сурик).
Применение: облицовочные плитки, фактурный слой стеновых панелей, искусственный мрамор.

Сульфатостойкий портландцемент изготавливают из клинкера с другими примесями не более 7%.

Цемент — это один из самых востребованных строительных материалов на рынке. Однако, производство готового цемента является затратным как по капитальным вложениям, так и по использованию энергии. Заводы по его производству обычно расположены вблизи мест добычи основного сырьевого компонента, каковым является известняк. Сам цемент используется в строительстве, как в чистом виде, так и в качестве основы для изготовления незаменимых материалов (бетона и железобетона).

Производство цемента начинается с добычи клинкера. Затем клинкер измельчают и получают вещество в виде порошка, в которое добавляют гипсовый компонент и другое. Расходы на добычу клинкера — большая доля затрат в себестоимости цемента. В итоге такая статья затрат, как добыча сырья, составляет долю в себестоимости готового продукта равную 70%.

Метод, с помощью которого осуществляют добычу и разработку залежей известняка называется «сносом». Используя этот метод, часть горной породы «сносят», освобождая путь к известняку желто-зеленого цвета. Глубина залегания известняка обычно составляет 10 м, толщина пласта равна 70 см. До принятой глубины породу желто-зеленого цвета можно встретить еще примерно четыре раза. На следующем этапе добытый известняк с помощью ленты для транспортировки отправляется на измельчение. Здесь известняковая порода должна приобрести размер кусков не более 10 см в диаметре. Измельченный до таких размеров известняковый компонент транспортируется на сушку и повторное перемалывание, где к нему добавляются другие составляющие. Затем известняковая смесь обжигается. Так происходит процесс получения клинкера.

Следующая стадия заключается в обработке клинкера. В первую очередь, клинкер дробят. Одновременно проходит процесс подсушки минеральных компонентов и дробление гипсового камня. Затем все компоненты смешивают и еще раз подвергают перемалыванию.

Поскольку сырье имеет порой разные технические и физические характеристики, то в промышленности существует три метода производства готового продукта. Так, при производстве цемента применяется три способа изготовления готовой смеси: мокрый, сухой и комбинированный.

Цементная смесь, произведенная мокрым способом, сделана на основе карбоната (мела), силикатов (глины) и добавок, содержащих железо. К последним относятся конвертерный шлам, огарки пирита и железистый продукт. При этом глина должна содержать влагу не более 20%, а мел не более 29%. Все компоненты смеси проходят измельчение в воде, в итоге получается суспензия, влажность которой составляет 30-50%. Суспензия, а вернее шлам, поступает в специальные печи, где проходит обжиг. Печь для обжига имеет весьма внушительные размеры: ее высота составляет 7 м, а длина — 200 м. В процессе обжига из шлама происходит выделение углекислот. На выходе из печи после обжига получается клинкер, который имеет вид шариков. Эти шарики измельчают и получают готовую цементную смесь.

При сухом способе производства происходит сушка всех сырьевых составляющих цемента, и только затем перемалывание. Таким образом, смесь имеет вид порошка.

При комбинированном способе осуществляется частичное использование двух предыдущих. Таким образом, комбинированный способ производства подразделяется на два вида. При первом из них смесь сырьевых компонентов готовят по мокрому способу, и только затем влажность смеси снижают с помощью специальных фильтров, она не должна превышать 16-18%. Потом эту массу отправляют на обжиг. При втором виде для получения смеси используется способ сухого получения первоначальной смеси, а затем в нее добавляют воду. Так получают гранулы, размер которых составляет не более 10-15 мм. Затем эти гранулы отправляют в печь для обжига.

Источник