Chel-remont174.ru

Ремонт 174
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сырьевые материалы для производства портландцемента

Сырьевые материалы для производства портландцемента.

Цементная промышленность – одна из наиболее материалоемких отраслей. Стоимость сырья и основных материалов составляет около 1/4 себестоимости цемента. Рост выпуска цемента связан с увеличением расхода сырья, а следовательно, и затрат на его добычу. Поэтому необходимо обеспечить максимальную отдачу от каждой тонны сырья, материалов и топлива, бережно относиться к природным богатствам.

Состав сырьевой смеси должен обеспечить возможность синтеза силикатов, алюминатов и алюмоферритов с заданными соотношениями между минералами. Так как все эти клинкерные минералы – кальциевые соли, то и преобладающим компонентом сырьевой смеси должны являться также соединения кальция. В природе наиболее распространены карбонаты кальция. Они являются основным сырьем цементной промышленности. Кислотные оксиды в состав сырьевой смеси вносятся с глинистыми породами. Примерное соотношение кар- бонатов кальция и глинистых пород чаще всего составляет, в % по массе, 75. 80 и 20. 25.

Карбонатные породы. Из них в цементной промышленности используют известняк, мел, известняк-ракушечник, мрамор, известковый туф и др. Эти породы состоят в основном из углекислого кальция СаСО3. Чаще применяют известняки и мел, осадочное происхождение которых обусловливает разнообразие химического состава и физических свойств. Качество карбонатных пород зависит от структуры, количества примесей, равномерности распределения их в массе сырья. По величине зерен известняки подразделяют на грубозернистые (2. 1 мм), крупнозернистые (1. 0,5 мм), среднезернистые (0,5. 0,25 мм), мелкозернистые (0,25. 0,1 мм), тонкозернистые (0,1. 0,01 мм). Мел – скрытокристаллическая слабосцементированная порода белого цвета. Он состоит почти целиком из микрозернистого (менее 0,01 мм) кальцита и мельчайших органических остатков.

Плотность известняков составляет 2 000. 2 800 кг/м3 , мела – 1 600. 2 400 кг/м3 , влажность известняков – 3. 10 %, мела – 15. 25 %, прочность на сжатие известняков – до 100 МПа, мела – 0,5. 15 МПа. Для производства портландцемента пригодны карбонатные породы при содержании 40. 43,5 % СаО, 3,2. 3,7 % MgO. Желательно, чтобы сумма Na2O и К2О не превышала 1 %, а содержание SО3 – 1,5. 1,7 %. Более благоприятны породы с постоянным химическим составом и однородной мелкокристаллической структурой. Наиболее реакционноспособны мел и мелкокристаллические известняки. Полезны примеси тонкодисперсного глинистого вещества и аморфного кремнезема при равномерном распределении их в карбонатной породе. Включения же значительных количеств доломитов, имеющих низкую реакционную способность, нежелательны. В зависимости от качества сырья меняются температура обжига, производительность печи и свойства продукта. Мраморовидные известняки повышенной плотности обжигаются труднее, чем известняки обычные.

Особым видом карбонатного сырья является мергель – горная порода осадочного происхождения, переходная от известняков к глинам. Мергель представляет собой природную тонкодисперсную, равномерную смесь глинисто-песчаных веществ (20. 50 %) и мельчайших частиц углекислого кальция (80. 50 %). В зависимости от содержания СаСО3 и глинисто-песчаного вещества мергели подразделяют на песчаные, глинистые и известковые. Наиболее ценное сырье – известковый мергель, содержащий 75. 80 % СаСО3 и 20. 25 % глины. По химическому составу он близок к готовой портландцементной сырьевой смеси, и его использование упрощает технологию производства портландцемента. Такие мергели, в которых содержание СаСО3 соответствует составу портландцементной сырьевой смеси, называют натуральными. По физическим свойствам мергели могут резко отличаться: одни имеют плотную структуру и высокую прочность, другие – мягкие, рыхлые.

Глинистые породы – второй основной компонент портландцементных сырьевых смесей – представляют собой осадочные землистые породы, сложенные из тонких частиц (менее 0,001 мм). Основой глин являются водные алюмосиликатные минералы. Глинистые породы подразделяют на группу каолинитов с преобладанием минерала каолинита Al2О3 · 2SiO2 · 2H2О; группу монтмориллонитов, включающую минералы: монтмориллонит Al2O3 · 4SiO2 · H2O + nH2O и другие; группу глинистых гидрослюд – минералов, близких по составу и структуре к монтмориллонитам, однако в состав этой группы входят до 4. 10 % щелочных ионов.

Читайте так же:
Какие марки цемента выпускают

Характерный признак кристаллических решеток всех глинистых минералов – слоистое строение. Внутри слоев между ионами существует прочная ионная и ковалентная связь, а между ионами пакетов – слабая связь за счет остаточных сил. Это обусловливает способность глин расщепляться на тонкие частицы, самопроизвольно диспергироваться в воде, набухать, поглощая между пакетами молекулы воды.

Глинистое сырье имеет разнообразный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. Химический состав легкоплавких глин характеризуется наличием трех оксидов (в % по массе): SiO2 – 60. 80, А12О3 – 5. 20 и Fe2O3 – 3. 15. В небольших количествах в глинах могут содержаться СаО и MgO в виде углекислых солей. Присутствуют и растворимые соли, содержащие Na2O и К2О. Эти примеси, а также MgO нежелательны. Их содержание в глинах должно быть по возможности минимальным. При обжиге труднее всего вступают во взаимодействие крупнокристаллический кварцевый песок, крупные частицы полевых шпатов и слюд. В связи с этим количество крупных фракций более 0,2 мм не должно превышать 10 %. Глинистые породы существенно отличаются по структуре и физическим свойствам. Основная их разновидность – глина – это осадочная горная порода, образующая с водой пластичное тесто и сохраняющая после высыхания приданную ему форму. Глина содержит не менее 50 % частиц размером меньше 0,01 мм, в том числе не менее 25. 30 % частиц меньше 0,001 мм. Плотность глины 1,7. 2,1 т/м 3 , естественная влажность 10. 30 %.

Наряду с глиной в цементной промышленности используют суглинки, лесс, глинистый сланец. Суглинки – глинистые породы, содержащие повышенное количество кварца. Они включают 30. 40 % частиц менее 0,01 мм, в том числе 10. 30 % частиц менее 0,001 мм. Плотность суглинков 1,7. 2,1 т/м 3 , влажность 7. 24 %. Лесс –землистая малопластичная порода, сложенная из слюд, каолинита, полевых шпатов, кальцита, кварца и состоящая из относительно крупных частиц размером 0,05. 0,01 мм. Ее плотность 1,4. 1,85 т/м 3 , влажность 3. 14 %. Глинистый сланец – продукт перекристаллизации глин, твердая камнеподобная слоистая глинистая порода плот- ностью 2,1. 2,4 т/м3 , влажностью 2. 12 %. Глинистый сланец в от- личие от других глинистых пород в воде не распускается.

Различная реакционная способность глинистого сырья обусловлена особенностями дисперсности, строения и наличием примесей. Наиболее реакционноспособны мергели, бентонит; менее активно вступают во взаимодействие с СаО лесс, сланец.

Пригодность карбонатного и глинистого компонентов сырьевой смеси определяется по их химическому составу и физическим свойствам и может быть выявлена только в их взаимосвязи. Поэтому при анализе пригодности сырьевой базы необходимо иметь конкретную характеристику всех компонентов сырьевой смеси. Требования, разработанные проектными институтами, жестко нормируют возможное содержание MgO, SO3, Na2О+К2О и Р2О5 в карбонатных породах в зависимости от наличия соответствующих оксидов в глинистом сырье и содержания СаО в карбонатном компоненте.

Корректирующие добавки. Только при особо благоприятном химическом составе сырьевых материалов портландцементная сырьевая смесь заданного состава может быть приготовлена из двух компонентов – карбонатного и глинистого. В большинстве случаев требуемую смесь из двух компонентов получить практически не удается, и поэтому применяют третий или даже четвертый компонент – корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из оксидов, недостающих в сырьевой смеси. В качестве железистых добавок обычно используют пиритные огарки с сернокислотных заводов, реже – колошниковую пыль доменных печей. Глиноземистыми добавками являются богатые глиноземом маложелезистые глины, боксит. Кремнеземистыми добавками являются кварцевые пески, опока, трепел. Содержание оксидов в корректирующих добавках должно быть следующим: железистых Fe2O3 – не менее 40 %; кремнеземистых SiO2 – не менее 70 %; глиноземистых А12О3 – не менее 30 %. Железистые добавки применяют на большинстве цементных заводов, кремнеземистые – значительно реже, а глиноземистые – только в единичных случаях при использовании в качестве сырьевого компонента белитового шлама.

Читайте так же:
Какая затирка лучше цементная или силиконовая

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Цементное сырье

Цементное сырье — это различные горные породы — карбонатные, глинистые, кремнистые сульфатные, которые используются для получения цемента. Мировое производство этого необходимого строительного материала неуклонно возрастает, приближаясь в настоящее время к 1 млрд т. Имеется множество различных типов, сортов, марок цемента , различающихся своими свойствами. Важнейшим вяжущим материалом этого семейства является портландцемент . Для приготовления 1 т его клинкера (полупродукта, получаемого при обжиге тонко-измельченной смеси минеральной шихты) расходуется 1,7 — 2,1 т исходного сырья — карбонатных (известняки, мел, мергель) и глинистых (глины, глинистые сланцы, аргиллиты) горных пород , смешиваемых в строго определенных соотношениях. Доля первых составляет 75-82 %, вторых — 18-25 %.

Первоначально портландцемент изготавливался из глинистых известняков, так называемых мергелей-натуралов, характеризующихся почти оптимальным для цемента отношением оксида кальция к кремнезему. Такие месторождения широко известны в штате Огайо (США), районе Регби-Лейстер (Великобритания), районе Новороссийска (Россия). Однако истощение месторождений мергелей-натуралов и резкое повышение спроса на цемент привело к тому, что для производства портландцемента стали использовать глины и известняки различных месторождений.

Качество цемента определяется соотношением его главных клинкерных компонентов и наличием загрязняющих примесей и зависит от химического состава исходной смеси карбонатных и глинистых пород (шихта), а также вводимых в цементный клинкер гипса и других добавок. Общими требованиями к качеству цементного сырья являются его однородность, выдержанность химического состава и отсутствие крупных включений других пород и минералов.

Среди месторождений карбонатного сырья для цементной промышленности наибольшее значение имеют три геолого-промышленных типа (Еремин, 2007):

  • субгоризонтальные пласты и линзы мела, мергелей, известняков и доломитов в разрезах платформенных карбонатно-терригенных формаций различного возраста (Вольские и другие многочисленные месторождения Русской платформы и других платформ);
  • круто- и пологопадающие пласты, линзы и пачки ритмичного чередования мергелей, известняков и карбонатных глин мощностью в десятки метров в разрезах складчатых геосинклинальных карбонатно-терригенных флишевых толщ большой мощности (Новороссийские месторождения);
  • слабо наклоненные, быстро выклинивающиеся пластовые, линзовидные и сложной формы залежи доломитов и органогенных известняков с мелом и мергелями в составе карбонатных, рифогенных, соленосных, терригенных и угленосных толщ краевых и межгорных прогибов и внутренних впадин (Еленовское месторождение в Донбассе, месторождения штатов Огайо, Индиана и Иллинойс в США).

Источником глинистого сырья помимо мергелей служат месторождения морских глин, глинистых илов, аргиллитов и глинистых сланцев, представленные пластовыми и линзовидными залежами.

В цемент для улучшения его способности к гидратации в небольшом количестве добавляются высококремнистые породы с активным кремнеземом — диатомиты, трепелы и опоки определенного химического состава. В качестве активных добавок используются также вулканические породы опал-кристобалитового ряда: пуццоланы и трассы. Месторождения этого сырья широко развиты среди молодых осадочных пород Поволжья, Зауралья и других регионов.

В различные сорта цемента для регулирования его свойств добавляют гипс (до 3 %). Главным геолого-промышленным типом месторождений гипса и ангидрита являются протяженные линзовидные и пластовые залежи в толщах карбонатных и терригенных пород — известняков, доломитов, глин и мергелей. Эти месторождения широко распространены в различных регионах.

Главными требованиями к месторождениям горных пород , используемых как строительные материалы и как сырье для их производства, являются: значительные размеры, открытый способ разработки, обеспечивающий возможность переработки значительных объемов горной массы, близость к потребителям, комплексность сырья.

Карбонатные сырьевые материалы для производства цемента

Типичным сырьем в технологии портландцемента являются известняк и глина.

Месторождения мергеля, сформировавшиеся в результате совместного осаждения известняка или мела и глины в водных бассейнах, встречаются реже. В России используют чаще мел и глину. Стоимость сырья составляет 25. 30% от себестоимости цемента. Соотношение ме­жду компонентами в под­готовленной сырьевой смеси

составляет по массе 75. 80% карбоната кальция и 20…25% глины. За­вод, выпускающий 1,8-2,4 млн. т цемента в год, потребляет 3. 4 млн. т мела и 720. 960 тыс. т глины.

Известняки — наиболее распространенная осадочная, горная порода. Под термином «известняк» подразумеваются многочисленные разновид­ности карбоната кальция, но, как правило, это два минерала: кальцит и арагонит. Кальцит, наиболее распространенный в земной коре минерал, формирует массивы известняковых гор, образующихся при различных геологических процессах. Самостоятельной разновидностью карбоната кальция органогенного происхождения является мел — мягкая, слабосцементированная порода, содержащая 98. 99% карбоната кальция в виде скелетных остатков фораминифер — простейших корненожек. Мел имеет сильно развитую внутреннюю пористость и высокую удельную поверхность, значительно превышающую все другие разновидности карбонатных пород. Мел залегает большими толщами на территории Русской платформы в районах Белгорода, Брянска, Курска, юга Воронежской области, Мордовии, Средней Волги, Славянска в Украине.

Мощные толщи меловых отложений достигают 30. 80 м. Качество известняковых пород зависит от их структуры. Считают, что мелкозернистый (менее 0,01 мм ) кальцит мела легче взаимодействует с кислотными оксидами глины. СаО, выделившийся из плотных мраморовидных извес т няков, реагирует медленнее, отдельные кристаллы кальцита в известняка могут быть повышенной твердости в сравнении с основной породой недостаточно измельченными поступают в печь. Несмотря на большой расход энергии на помол сырья, с установкой печей большой длины высокая плотность известняка часто рассматривается технологами как положительный фактор.

При низкой естественной влажности плотные известняки позволяют работать с пониженной влажностью шлама. Кроме того, при помоле сырья плотного известняка нет переизмельченных частиц (диметром 5 мкм и меньше), трудно улавливаемых в электрофильтрах и выносимых из печей с отходящими газами. Удается осуществить хороший контакт сырьевых реагентов при обжиге.

Сильно развитая внутренняя поверхность мела обусловливает как избыточное обводнение шлама для перемещения по заводским коммуникациям, так и ограниченный контакт частиц мела и глины на начальных этапах обжига.

Кроме структуры сырья важно постоянство химического состава поступающего из карьера известняка. Кремниевые включения в виде так называемого карста, кремниевые желваки и кварцевые зерна нежелатель­ны. Равномерно распределенные, ограниченные глинистые примеси по­вышают однородность сырьевой смеси.

Химический состав известняков, используемых цементными заводами, характеризует высокое содержание СаО (47. 55%). Допустимо примене­ние пород, в которых СаО не менее 42% при работе на газе и мазуте и 44% СаО при работе на угольном топливе. Использование известняка при меньшем, чем указанные величины СаО, возможно при условии, если второй компонент вносит в сырьевую смесь недостающее количество ок­сида кальция.

Ввиду близости ионных радиусов с ионом кальция (1,04Ả) в известня­ках могут содержаться примеси ионов Мп 2+ (0,91), Fe 2+ (0,80), Zn + (0,83) и Mg 2+ (0,74) [3,23]. Допустимое содержание MgO — 3,2%.

Цементное сырье

Основным видом цемента является портландцемент. Для его изготовления применяется разнообразное природное и техногенное сырье. Различают основное сырье, предназначенное для составления подлежащей обжигу сырьевой смеси, и добавки, которые вводят в уже обожженную смесь — клинкер. Добавки бывают корректирующие и активные. Сюда относится и гипс, который вводится в клинкер при его помоле. Регулируя состав сырьевой смеси, количество и вид добавок, получают различные виды портландцементов (пуццолановый, шлако-портландцемент, сульфатостойкий, тампонажный и др.).

Природным цементным сырьем являются карбонатные и глинистые породы, которые используются для составления сырьевых смесей, а также железные руды и охристые глины (железистые добавки), кварцевые пески, опоки, трепела, маршаллит (кремнеземистые добавки), маложелезистые глины и бокситы (глиноземистые добавки), различные пирокластические и эффузивные породы, диатомиты,глиежи (активные добавки).

В качестве карбонатного сырья в производстве цемента служат известняки, мел и мергели, причем доля последних, по мере развития цементной промышленности уменьшается. Кроме того, отдельными заводами применяются мраморы, известковые туфы-травертины, пролювиальные галечники, состоящие из известковой гальки, сцементированной лессовым материалом. Вредной примесью в портландцементном клинкере является магний, поэтому доломитизированные известняки и мергели применяются лишь в виде исключения в смеси с маломагнезиальными породами. Нежелательна также примесь кварца в виде песка. Предпочтительно применение карбонатных пород небольшой и равномерной прочности.

Из глинистых пород используются чаще всего глины, суглинки реже лессы и лессовидные суглинки. На некоторых заводах применяются глинистые сланцы, аргиллиты, опоки (в сочетании с глинистым мелом). Глинистые породы должны быть легкоплавкими.

Утвержденные требования к качеству сырьевых материалов для производства цементных клинкеров отсутствуют, поскольку в связи с многокомпонентностью сырьевой смеси используемые виды сырья могут оцениваться только в комплексе друг с другом.

Техногенные виды цементного сырья многочисленны. К ним относятся вскрышные породы месторождений целого ряда полезных ископаемых, а также различные шлаки (металлургические, электротермофосфорные, золошлаковые отходы тепловых электростанций), нефелиновые шламы, отсевы дробления карбонатных пород (флюсовых, химических известняков, карбонатного строительного камня и пр.).

Пригодные для производства цемента горные породы встречаются во вскрыше месторождений железистых кварцитов (мел, мергель, глинистые сланцы, глины, суглинки), флюсовых известняков (известняки), вольфрам молибденовых руд (известняки), алмазов (известняки), марганцевых руд (глины), кобальтсодержащих магнетитовых руд (опоки), серы (гипс), угля (глины) и других полезных ископаемых. Используются эти породы в СНГ очень мало. Детально разведаны они лишь на 6 разрабатываемых месторождениях, запасы по которым составляют около 2 % от всех разведанных.

Значительно шире в цементном производстве применяются шлаки и шламы, позволяющие не только экономить природные ресурсы, но и сокращать энергетические затраты при обжиге клинкера, повышать качество цемента, придавать ему те или иные специфические свойства. Металлургические и электротермофосфорные шлаки используются в гранулированном виде. Гранулы получают путем резкого охлаждения огненно-жидких шлаков преимущественно в водной среде. Наиболее освоено в СНГ применение доменных гранулированных шлаков, которые пригодны как в качестве активной минеральной добавки, так и основного компонента сырьевой смеси. Одним из главных, преимуществ использования шлаков в производстве цементного клинкера является экономия топлива, что особенно важно в условиях энергетического кризиса, охватившего сейчас почти все страны мира.

Требования к качеству гранулированных шлаков лимитируются ГОСТом 3476-74 "Шлаки доменные и электротермофосфорные для производства цемента". Важное значение при использовании шлаков имеют химический и фазовый составы. Отрицательную роль играет влажность, которая приводит к смерзаемости шлака при транспортировке в зимнее время. Освоение сухой грануляции (пелитизации) позволит избежать смерзаемости и сократить затраты топлива на сушку.

Не менее ценным, чем металлургические шлаки, цементным сырьем являются золошлаковые отходы тепловых электростанций. Они применяются как компонент сырьевой смеси, иногда полностью заменял глину, а также как активная добавка. Для получения клинкера пригодны лишь золы, содержащие повышенное количество оксида кальция. В качестве добавки к цементу употребляют сухую и гидроудаляемую золу-унос текущего выхода, а также золошлаковую смесь из отвалов ТЭС. Кроме того, можно использовать гранулированные топливные шлаки, получаемые в топках ТЭС с жидким шлакоудалением.

Полная или частичная замена в сырьевой смеси глины золой уменьшает расход топлива на 15-18 % . Наиболее эффективно применение сухой золы, поэтому строительство установок для сухого удаления, улавливания, хранения и отгрузки золы является чрезвычайно важным для увеличения объемов утилизации.

Как правило, содержание в цементе золы от сжигания углей недолжно превышать 15 %, иначе увеличивается водопотребление цемента и замедляется рост его прочности в начальные сроки. Требования к качеству золошлаковых отходов регламентируются ТУ 34-46-14-71 ‘Золы ТЭС. Отходы золошлаковые для производства цемента".

Нефелиновые (белитовые) шламы, образующиеся при производстве глинозема из нефелиновых пород, по химическому составу приближаются к цементу, что позволяет использовать их для получения высококачественного вяжущего в шихте с известняком с добавкой бокситов и колчеданных огарков. Кроме того, шламы, содержащие не более2,5% щелочей, в том числе водорастворимых не более 0,5 %, применяются в качестве гидравлической добавки. Многолетний опыт применения нефелинового шлама в цементной промышленности показал высокую его эффективность: производительность печей увеличивается в среднем на 25-30 %, расход топлива уменьшается на 20-25 %.

Кроме перечисленных видов техногенного сырья, в цементной промышленности широко применяются в качестве различных добавок хвосты мокрой магнитной сепарации железных руд, флотации медно-никелевых руд, фосфогипсы, борогипсы, запечная пыль, улавливаемая из отходящих газов электрофильтрации.

Разведанные запасы природного цементного сырья в СНГ составляют по промышленным категориям (млрд.т): карбонатных пород — 18, глинистых — 4, гидравлических добавок — 0,9. Разведано также (млн.т): песчанистых добавок — 61, железных руд — 12, гипса — 40. Добывается ежегодно (млн.т): карбонатных пород — 170, глинистых — 29, гидравлических добавок — 8, гипса — 1, песков — 1. По основным сырьевым компонентам запасы и добыча территориально распределяется более или менее пропорционально производству цемента и в целом удовлетворяют существующие и намечаемые потребности отрасли. Не имеют надежной сырьевой базы лишь отдельные предприятия. В частности, не были достаточно обеспечены карбонатным и глинистым сырьем Подольский, Ульяновский заводы. В целом же состояние ресурсов природного цементного сырья следует оценивать как благополучное. Тем не менее необходимо увеличивать утилизацию отходов в цементном производстве, поскольку она позволяет экономить природные ресурсы, получать более качественную и разнообразную продукцию, снижать затраты топлива и улучшать экологическую обстановку.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector