Производство цемента

Введение

Производство цемента включает ряд технологических операций, которые можно разделить на две основные группы. Первая – это операции по производству клинкера (обожженная смесь известняка и глины), вторая – измельчение клинкера совместно с гипсом и активными минеральными добавками. Получение клинкера – сложный и энергоемкий процесс, требующий больших капитальных и эксплуатационных затрат. Доля клинкера в себестоимости портландцемента достигает 70-80 %. 

Химический состав исходного сырья меняется в широких пределах, поэтому получение сырьевой смеси постоянного состава – сложная задача. Для каждого вида сырья должен быть выбран такой способ подготовки, который обеспечивал бы тонкое измельчение и равномерное перемешивание компонентов шихты с минимальными энергетическими затратами. Это послужило причиной появления трех способов производства, отличающихся технологическими приемами подготовки сырьевых смесей: мокрого, сухого и комбинированного. В данной курсовой работе я рассмотрю технологию производства цемента по сухому способу.

При сухом способе сырьевую шихту готовят в виде тонкоизмельченного сухого порошка, поэтому перед помолом или в процессе его сырьевые материалы высушивают. Приготовление сырьевой смеси в виде порошка усложняет технологическую схему. Увеличивается число энергоемкого оборудования, более «капризного» при эксплуатации. Также при сухом способе сложнее обеспечить санитарные условия и охрану окружающей среды. Однако одно из важнейших преимуществ сухого способа – более высокий съем клинкера с 1 м³ печного агрегата. Это позволяет проектировать и строить печи в 2-3 раза более мощные, чем для производства мокрым способом. Таким образом, по общим технико-экономическим показателям сухой способ превосходит мокрый. При использовании мощных печей он обеспечивает снижение удельного расхода топлива на обжиг клинкера примерно вдвое, рост годовой выработки на одного рабочего примерно на 40 %, уменьшение себестоимости продукции на 10 % и сокращение капиталовложений при строительстве предприятий на 50 %. 

Сухой способ производства цемента рационально применять при использовании сырья однородного состава с небольшой влажностью, натуральных мергелей и замене глины гранулированным доменным шлаком.

Глава 1: Сырьевые материалы для производства цемента. 

Сырьевые материалы, применяемые при производстве портландцемента, разделяются на две группы. К первой группе относятся материалы, предназначенные для получения клинкера, ко второй - материалы, добавляемые к клинкеру при помоле.

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 основном 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.  

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.  

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.

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 крупнее 0,25 мм.

Глинистые сланцы относятся к породам метаморфическим (видоизмененным). Образовались они в результате видоизменения 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.

Промышленные отходы. В качестве сырьевых компонентов на некоторых цементных заводах используются отходы различных отраслей промышленности. Наиболее широко применяют доменные шлаки 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.

Минерализаторы. Минерализаторами называются вещества, которые активно участвуют в образовании клинкерных минералов при обжиге и сами частично входят в их состав. При использовании минерализаторов повышается реакционная способность портландцементной сырьевой смеси и создаются благоприятные условия для образования двухкальциевого и трехкальциевого силикатов.

В качестве минерализаторов в цементной промышленности используют плавиковый шпат - флюорит (CaF2), кремнефтористый натрии (Na2SiFa6), апатит (Са5 /РО4/3F) , гипс, фосфогипс и другие.

Введение небольших количеств (0,5-1%) этих химических веществ в портландцементную сырьевую смесь способствует снижению требуемой температуры клинкерообразования, а соответствующим подбором этих соединений можно регулировать минералогический состав клинкера и, следовательно, свойства будущего цемента.

Добавки к клинкеру необходимые при изготовлении портландцемента

Активные минеральные добавки. Активные минеральные добавки подразделяются на природные и искусственные.

Природные активные минеральные добавки бывают:

-осадочного происхождения, образованные в результате осаждения  в водоемах остатков некоторых  растений или в результате  природного обжига глинистых  пород (диатомиты, трепелы, опоки);

-вулканического происхождения, образовавшиеся в результате  извержения магмы (пеплы вулканические, туфы вулканические, пемза) .

Назначение активных минеральных добавок в портландцементе состоит в том, чтобы связать в нерастворимые в воде соединения свободный гидрат окиси кальция, выделяющийся при твердении цемента. В соответствии с этим основным показателем качества гидравлической добавки является способность ее связывать Са(ОН)2. Эта способность добавки характеризуется ее активностью.

Искусственные активные минеральные добавки:

-доменные гранулированные  шлаки;

-кремнеземистые;

-топливные золы и шлаки;

-обожженные глины;

-гипс. 

Поверхностно-активные добавки:

- Пластифицирующие поверхностно-активные добавки применяют в виде концентратов сульфитно-спиртовой барды (ССБ). Они образуются как отход при получении целлюлозы по сульфитному способу. Оптимальное количество вводимой добавки в цемент находится в пределах 0,15-0,25% от массы цемента, считая на сухое вещество добавки.

- применяют в виде асидо Гидрофобизующие поверхностно-активные добавки ла, асидол-мылонафта и мылонафта, являющихся нафтеновыми (нефтяными) кислотами, образующимися при переработке нефти. Кроме указанных веществ, применяют также олеиновую кислоту. Она содержится в животных жирах. Количество вводимой гидрофобизующей добавки зависит от ее вида и состава цемента и устанавливается опытом. Обычно величина этой добавки находится в пределах от 0,06 до 0,30% от массы цемента, считая на сухое вещество добавки.

Глава2 Технология производства цемента сухим способом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производство цемента по сухому способу предполагает что сырье с естественной влажностью перерабатывается без добавления воды. Широкое распространение этот способ получил на большинстве зарубежных предприятий. Расход условного топлива на обжиг клинкера по этой технологии значительно ниже и составляет 120…140 кг на тонну. В России доля заводов, работающих по сухому способу невелика и не превышает 15%.

При сухом способе снижается расход топлива и увеличивается производительность печей. Однако при сухом способе производства значительно возрастает потребление электроэнергии, а также предъявляются более жесткие требования к составу сырья. В частности из-за опасности образования настылей в циклонных теплообменниках ограничивают содержание в сырье щелочей и хлора.