Как делают цемент: технология производства цемента

Любое строительство или ремонтные работы невозможны без использования универсального строительного материала – цемента разных видов и марок. Мы настолько привыкли к этому продукту, что даже не задумываемся над проблемой, а как делают цемент.  Можно ли его можно изготовить в домашних условиях и не переплачивать?

СодержаниеСвернуть

• Состав цемента
• Производство цемента на заводах
• Сухой способ
• Мокрый способ
• Комбинированные способы
• Как делают белый цемент
• Заключение

Сразу ответим на вопрос – можно ли сделать цемент своими руками? Имея необходимое оборудование и исходные материалы – получить цемент в домашних условиях можно. На данный момент времени в Российской Федерации большим спросом пользуются мини-заводы по производству цемента, мощностью порядка 120 000 тонн цемента в год. Производить же цемент для единичной стройки экономически невыгодно. Проще и дешевле купить этот необходимый строительный материал на заводе или в магазине.

Состав цемента

Цемент получается при длительном дроблении клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO₄·2H₂O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Производство цемента на заводах

На данный момент времени производителями цемента используются три технологии производства связующего:

• Мокрый способ.
• Сухой способ.
• Комбинированный метод.

Стоит заметить что «сухую» технологию используют зарубежные производители цемента: Египет, Турция и Китай. «Мокрая» же технология традиционно используется отечественными цементными заводами.

циклы производства цемента

Сухой способ

Здесь нет необходимости использовать воду. Исходный материал (глину и известняк) дробят на специальном оборудовании. Сушат и перемалывают в мелкодисперсную муку, смешивают пневматическим способом и подают на обжиг.

Образовавшийся в результате обжига цементный клинкер измельчается до соответствующей степени фракции, фасуется в упаковку и отправляется на склад готовой продукции. Данный способ позволяет снизить затраты на производство, однако отличается «капризностью» к однородности исходных материалов и является экологически опасным вариантом.

Мокрый способ

Неоспоримые достоинства данного метода заключается в возможности точного подбора состава исходного сырья при высокой неоднородности исходных компонентов: порода, вид породы и пр. Исходный материал (шлам) представляет собой жидкую субстанцию, содержащую до сорока процентов влаги.

Перед тем как сделать цемент, состав шлама корректируется в специальных технологических бассейнах. После выдержки сырья в бассейне, производится отжиг в специальных вращающихся печах и последующее измельчение.

Мокрый способ требует большего расхода тепловой энергии расходуемой на высушивание исходного сырья. Это существенно увеличивает себестоимость производства цемента, однако качество конечной продукции не страдает от возможной неоднородности клинкера, как при мокром варианте.

Комбинированные способы

Данная технология опирается на мокрый вид получения связующего. Промежуточную субстанцию обезвоживают по специальной технологии. Клинкер гранулируют с добавлением воды, после чего производят отжиг и последующее измельчение до той или иной марки цемента.

В числе достоинств комбинированного способа производства цемента: высокий выход «годного», возможность использования отходов металлургической промышленности.

Как делают белый цемент

Технология производства белого цемента незначительно отличается от технологии производства обычного «серого» материала. Как и обычный «серый» материал, белый цемент выпускают сухим и мокрым способом. Основное отличие технологии – обжиг исходного сырья при высокой температуре и резкое охлаждение в воде.

Клинкер белого цемента характеризуется как «маложелезистый» и содержит в своем составе: минеральные добавки, известняк, гипс, соли и другие компоненты. В качестве исходного сырья для клинкера используются карбонатная и глинистая порода (известняк, каолиновая глина, отходы обогащения, кварцевый песок).

В Российской Федерации белый цемент производится только на одном предприятии – ООО «Холсим (Рус) СМ» (до 2012 года ОАО «Щуровский цемент»). Большинство белого цемента поставляется на рынок России из-за рубежа следующими компаниями: «Холсим» (Словакия), «Cimsa иAdana» (Турция), «AalborgWhite»(Дания) и «AalborgWhite» (Египет).

Основное достоинство белого цемента его уникальная характеристика – белоснежность, а основной недостаток в разы большая стоимость по сравнению с обычным «серым» материалом.

Заключение

Теперь вы знаете, как делают цемент на заводе в общем случае. Информацию как правильно делать цемент во всех подробностях, цифрах, схемах, таблицах и других тонкостях смотрите в специальной литературе.

Способы производства цемента — Завод строительных смесей «ВосЦем»

Процесс производства цемента состоит из следующих основных технологических операций: добычи сырьевых материалов; приготовления сырьевой смеси, обжига сырьевой смеси и получения цементного клинкера; помола клинкера в тонкий порошок с небольшим количеством некоторых добавок.

В зависимости от способа подготовки сырья к обжигу различают мокрый, сухой и комбинированный способы производства цементного клинкера.

При мокром способе производства измельчение сырьевых материалов, их перемешивание, усреднение и корректирование сырьевой смеси осуществляется в присутствии определенного количества воды. А при сухом способе все перечисленные операции выполняются с сухими материалами. Мокрый способ приготовления сырьевой смеси применяют, когда физические свойства сырьевых компонентов (пластичной глины, известняка, мела с высокой влажностью и т.д.) не позволяют организовывать экономичный технологический процесс производства сырьевой смеси по сухому способу производства. При комбинированном способе сырьевую смесь приготовляют по мокрому способу, затем ее максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных установках и в виде полусухой массы обжигают в печи. Каждый из перечисленных способов имеет свои достоинства и недостатки.

Способ производства цемента выбирают в зависимости от технологических и технико-экономических факторов: свойств сырья, его однородности и влажности, наличия достаточной топливной базы и др.  

Мокрый способ производства цемента.

Сухой способ производства цемента.

Комбинированный способ производства цемента.

Производство цемента складывается в основном из следующий операций: добыча сырья; приготовления сырьевой смеси, состоящего из дробления и ее гомогенизации; обжига сырьевой смеси; помола обожженного продукта (клинкера) в тонкий порошок.

Существуют два основных способа производства – мокрый и сухой. При мокром способе производства сырьевую смесь измельчают и смешивают сырьевые материалы с водой. Получаемая сметанообразная жидкость – шлам – содержит 32-45% воды. По сухому способу сырьевые материалы предварительно высушивают, а затем измельчают и смешивают. Полученный тонкий порошок называют сырьевой мукой.

В зависимости от физических свойств исходных материалов и ряда других факторов при получении цемента по мокрому способу применяют разные схемы производства. Схемы эти отличаются одна от другой только способом приготовления сырьевой смеси. Приводим схему производства цемента по мокрому способу из твердого материала — известняка — и мягкого — глины.

При трехкомпонентной сырьевой смеси корректирующую добавку дробят, после чего она попадает в бункер, откуда вместе с известняком поступает в мельницу. Глину до болтушки пропускают через валковую дробилку. Сырьевые материалы дозируют перед мельницей специальными питателями.

Если при производстве по мокрому способу сырьевую смесь составляют из одних твердых материалов — известняка, мергелей и глинистых  сланцев, то их дробят в дробилках без добавки воды и размалывают совместно в мельнице, куда добавляют воду. В том случае в схеме отсутствует болтушка. При изготовлении цемента из одних мягких материалов (мела, глины, мягких мергелей) сырье измельчают в болтушках, после чего размалывают в более коротких шаровых мельницах. В этом случае воду добавляют в первой стадии процесса и материалы дозируют перед ,поступлением в болтушки.

При сухом способе производства выбор схемы зависит от рода поставляемого топлива, физических свойств сырья, мощности завода и ряда других факторов. При использовании для обжига клинкера угля с большим содержанием летучих обжиг ведут во вращающихся печах, — если же применяют топливо с малым содержанием летучих — то в шахтных.

Так как при соприкосновении мелкого порошка, образующегося при помоле, с влагой материала образуется пластичная масса, которая налипает на внутреннюю поверхность агрегата и препятствует дальнейшему помолу, то дробленые сырьевые материалы с естественной влажностью размалывать нельзя. Поэтому после выхода из дробилки сырьевые материалы высушивают и затем направляют в мельницу, где перемалывают в тонкий порошок. Однородные по физическим свойствам материалы можно дробить и сушить в одних и тех же аппаратах. В случае применения гранулированного шлака его подсушивают без предварительного дробления. Помол и сушку сырьевой смеси целесообразно вести одновременно в одном аппарате-мельнице — в том случае, если влажность сырьевых материалов не превышает 8-12%, например, при использовании известняков и глинистых сланцев. Если в качестве сырья используется непластичный глинистый компонент, то при сухом способе производства обжиг ведут только во вращающихся печах. При пластичном глинистом компоненте можно вести обжиг, как во вращающихся печах, так и в шахтных печах. В последнем случае сырьевую смесь вначале увлажняют в смесительных шнеках водой до 8-10%-ной влажности. Затем массу подают в грануляторы, где она вместе с дополнительно подводимой водой превращается в гранулы с влажностью 12-14%. Эти гранулы и поступают в печь.

При обжиге клинкера на газообразном или жидком топливе схема производства упрощается, так как отпадает необходимость в приготовлении угольного порошка.

В ряде случаев может оказаться целесообразным комбинированный способ производства, при котором сырьевая смесь в виде шлама, полученного при обычном мокром способе производства, подвергается обезвоживанию и грануляции, а затем обжигается в печах, работающих по сухому способу.

Выбор сухого или мокрого способа производства зависит от многих причин. Как тот, так и другой способ имеют ряд преимуществ и недостатков. При мокром способе легче получить однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь, обуславливающую высокие качества клинкера. Поэтому при значительных колебаниях в химическом составе известнякового и глинистого компонента он целесообразнее. Этот способ используется и тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, мягкую структуру и легко диспергируются водой. Наличие в глине посторонних примесей, для удаления которых необходимо отмучивание, также предопределяет выбор мокрого способа. Размол сырья в присутствии воды облегчается, и на измельчение расходуется меньше энергии. Недостаток мокрого способа — больший расход топлива. Если используют сырьевые материалы с большой влажностью, то расход тепла, затрачиваемого на сушку и обжиг, при сухом способе будет мало отличаться от расхода тепла на обжиг шлама при мокром способе. Поэтому сухой способ производства целесообразнее при сырье со сравнительно небольшой влажностью и однородным составом. Он же практикуется в случае, если в сырьевую смесь вместо глины вводят гранулированный доменный шлак. Его же применяют при использовании натуральных мергелей и тощих сортов каменного угля ,с малым содержанием летучих, сжигаемых в шахтных печах.

При изготовлении сырьевой смеси по любому способу необходимо стремиться к наиболее тонкому помолу, теснейшему смешению сырьевых материалов и к возможно большей однородности сырьевой смеси. Все это гарантирует однородность выпускаемого продукта и является одним из необходимых условий нормальной эксплуатации завода. Резкие колебания химического со·става сырьевой смеси нарушают ход производственного процесса. Высокая тонкость помола и совершенное смешение необходимы для того, чтобы химическое взаимодействие между отдельными составными частями сырьевой смеси прошло до конца в возможно более короткий срок.

При выборе той или другой схемы производства особое внимание следует обращать на рентабельность работы предприятия и возможность снижения себестоимости продукции. Основными мероприятиями, ведущими к снижению себестоимости являются: интенсификация производственных процессов, повышение коэффициента использования оборудования, рост выпуска цемента, повышение его качества (марки), снижение расхода топлива и электроэнергии, механизация производственных процессов и всех вспомогательных работ, автоматизация управления производственными процессами и некоторые другие.

Мощность цементных заводов устанавливают в зависимости от сырьевой базы и потребности района в цементе. На новых заводах она равна обычно 1-2 млн. т цемента в год. Характерным показателем производительности труда на цементных заводах является выпуск цемента на одного рабочего в год, который в 1963 г. составил 915 т. Выработка на одного работающего была 7-62 т. На заводах, оснащенных высокопроизводительным оборудованием, выработка цемента достигла соответственно 2000 и 1600 т.

На цементных заводах, а также на заводах по производству других вяжущих материалов приходится перемещать от одного аппарата к другому большие массы кускового порошкообразного и жидкого материала. Для транспортирования их применяют ковшовые элеваторы, шнеки, ленточные, пластинчатые и скребковые транспортеры, транспортные желоба, насосы, краны с грейферами. Для транспортирования порошкообразных материалов широко используют пневмовантовые и камерные насосы, а также пневмотранспортные желоба.

Транспортирование шлама имеет ряд особенностей, так как он представляет собой сметанообразную текучую массу, содержащую 32-45% воды. Чтобы уменьшить расход топлива на обжиг, стремятся снизить влажность шлама, а чтобы улучшить его транспортабельность, необходимо увеличить содержание воды. По условиям транспортабельности шлам должен течь по желобу, имеющему уклон в 2-4 %. Чем пластичнее сырьевые материалы, тем больше приходится добавлять воды для получения шлама нужной текучести. Обычно шлам транспортируется центробежными насосами.

На заводы сырьевые материалы доставляют из карьера в виде кусков размерами до 1000-1200 мм. Иногда сырьевые отделения расположены непосредственно на карьерах, откуда шлам поступает на заводы. Так, на Балаклейском цементном заводе отделение болтушек размещено на карьере. Сырьевые материалы в виде мела и глины поступают в дробилки, а затем в болтушки. Полученный глиняно-меловой шлам нормальной влажности перекачивается по шламопроводам на завод.

При выпуске цемента обычных марок сырьевые материалы и клинкер размалываются до остатка на сите №008 порядка 8-10%. Для получения цемента более высоких марок материалы размалываю тоньше — до остатка на том же сите около 5% и даже меньше. Измельчать сырьевые материалы до получения тонкого порошка в одном аппарате невозможно. Поэтому сначала материал подвергают в дробилках двyx — тpex стадийному дроблению до величины кусков, не превышающей 8-20 мм, а затем измельчают в мельницах в гонкий порошок с размерами зерен не более 0,06-0,10 мм, глину поступающую из карьера в кусках размером до 500 ММ, измельчают в валковых дробилках до кусков не больше 100 мм, а затем отмучивают в болтушках до получения глиняного шлама с влажностью 60-70%. Этот шлам и подают в сырьевую мельницу.

Удельный расход сырья зависит от его химического состава и зольности топлива и составляет 1,5-2,4 т на 1 т клинкера. Расход электроэнергии на 1 т выпускаемого цемента составляет 80-100 квт/ч.

Производство цемента | Американское литейное общество

Что такое портландцемент?

Многие путают термины «цемент» и «бетон». Портландцемент — это промышленный продукт, который входит в состав различных бетонных изделий. Портландцемент продается в виде тонкого порошка, который смешивают с водой и заполнителями для получения бетона на портландцементе (PCC). Портландцемент состоит из силикатов кальция, алюминатов кальция, алюмоферритов кальция и обычно небольшого количества гипса. Когда к цементу добавляется вода, минералы кальция гидратируются и образуют гель. Этот гель скрепляет заполнитель в бетоне.

Существует восемь типов портландцемента, каждый из которых имеет особое назначение и химические требования. Производственный процесс, однако, по существу такой же и является продуктом работы в печи. Производство цемента представляет собой двухэтапный процесс. Такие материалы, как известняк, содержащие оксид кальция, смешивают с материалами из кремнезема и глинозема, такими как песок, сланец или глина. Сырье обычно сушат и измельчают, а затем смесь нагревают во вращающейся печи для образования клинкера. Затем клинкер смешивают с гипсом и другими материалами и измельчают в мелкий порошок (сито 200 меш), известный как портландцемент.

Как литейный песок используется в производстве портландцемента?

Литейный песок считается «альтернативным материалом», которым можно заменить первичное сырье. Сырье, используемое в производстве портландцемента, должно содержать соответствующие пропорции оксида кальция, кремнезема, глинозема и оксида железа. Смеси портландцемента обычно содержат 10-12% кремнезема по весу и оксиды алюминия и железа (2-5% по весу). Эти минеральные компоненты являются важными компонентами большинства формовочных смесей, поэтому они могут заменить первичные минералы. Согласно опросу, проведенному Portland Cement Association в 2008 году, 13 цементных печей в стране использовали формовочный песок. Измельченный ваграночный шлак также может быть использован в качестве сырья для производства цемента.

Как ведет себя портландцемент при использовании литейного песка?

Портландцемент, изготовленный из литейного песка, соответствует всем требованиям к качеству и характеристикам портландцемента, изготовленного исключительно из первичных материалов. Исследование, проведенное Американским литейным обществом, показало, что портландцемент, изготовленный из литейного песка, может иметь более высокую прочность на сжатие, чем портландцемент, изготовленный из обычного сырья.

Литейный песок используется в качестве производственного сырья при производстве портландцемента. Разные типы портландцемента имеют разные химические и физические требования из-за различного применения цемента. Стандарт ASTM C-150, Стандартная спецификация для портландцемента, определяет различные типы портландцемента.

Какие технические проблемы связаны с литейным песком в производстве портландцемента?

Химическая консистенция формовочных песков важнее физических характеристик при определении пригодности для производства портландцемента. Содержание кремнезема в формовочных песках превышает минимальное содержание кремнезема в 80%, которое требуется для печей для обжига портландцемента, а присутствие других элементов, таких как железо и алюминий, является преимуществом. Содержание глины в формовочном песке может быть проблемой, если оно создает проблемы с текучестью в цементных печах с влажными процессами смешивания сырья.

Хотя формовочный песок может быть отличным сырьем для производства портландцемента, транспортные расстояния могут стать препятствием для получения большего количества формовочного песка для печей для обжига портландцемента. В Соединенных Штатах всего 118 печей для обжига цемента, некоторые из которых владеют прилегающими карьерами, где известняк и другие первичные заполнители перерабатываются для производства цемента.

Существуют ли какие-либо конкретные вопросы ОК/КК, о которых должны знать поставщики и/или конечные пользователи?

Просеянный формовочный песок может быть желательным сырьем для производства цемента, если расстояния транспортировки не препятствуют его использованию. Системы подачи в печь предназначены для работы с гранулированными материалами, а просеянный литейный песок уже является мелким заполнителем. Это означает, что использование литейного песка позволяет избежать затрат и воздействия на окружающую среду, связанного с измельчением другого сырья.

Формовочный песок, предназначенный для цементной печи, должен быть просеян, чтобы в нем не было мусора, осколков керна, случайного металла и посторонних материалов. Брызги металла, в частности, могут повредить системы подачи печи. Остывшие керны можно измельчать и смешивать с другими потоками песка при условии сохранения химической консистенции. Следует избегать формовочных песков с силикатным натрием, поскольку этот конкретный тип вяжущего меняет химический состав цемента. Самым большим недостатком увеличения использования формовочного песка в производстве цемента является постоянное получение необходимого количества просеянного песка.

Существуют ли какие-либо особые экологические проблемы, связанные с использованием литейного песка в портландцементе?

Ассоциация портландцемента разработала программу, направленную на то, чтобы сделать производство и использование портландцемента более устойчивым. Использование формовочного песка в процессе производства портландцемента помогает создать более экологичный продукт. Для удовлетворения спроса на портландцемент требуется огромное количество сырья, содержащего известь, кремнезем, глинозем и оксид железа. Производство цемента является очень энергоемкой промышленной деятельностью. В дополнение к сокращению использования первичных материалов, использование литейного песка экономит энергию за счет отказа от добычи, дробления и измельчения первичных сырьевых материалов до размера зерен.

Нажмите на ссылки ниже для получения дополнительных ресурсов и информации о цементе.

Portland Cement Association
http://www.cement.org/manufacture/

• Отчет PCA об экологически безопасных методах производства
  http://www.cement.org/docs/default-source/fc_cemmanuf_pdfs/manufacturing /sustainreport11_final.pdf

Процесс производства цемента

Для производства цемента необходимо добывать различные полезные ископаемые. Большую часть составляют известняк (содержащий минерал кальцит), глина и гипс. Геологическая служба США отмечает, что цементное сырье, особенно известняк, геологически широко распространено и (к счастью) в изобилии. Внутреннее производство цемента неуклонно растет: с 66,4 млн тонн в 2010 году до примерно 80,5 млн тонн портландцемента в 2014 году, согласно данным Геологической службы США за 2015 год о цементных и минеральных товарах. Общая стоимость реализации цемента составила около $8,9.миллиардов, большая часть которых была использована для производства бетона на сумму около 48 миллиардов долларов. В большинстве строительных проектов используется бетон в той или иной форме.

Существует более двадцати видов цемента, используемых для изготовления различных специальных бетонов, однако наиболее распространенным является портландцемент.

Производство цемента представляет собой сложный процесс, который начинается с добычи и последующего измельчения сырья, включающего известняк и глину, в мелкий порошок, называемый сырьевой мукой, который затем нагревают до температуры спекания до 1450 °C в цементной печи . В этом процессе химические связи сырья разрушаются, а затем они рекомбинируются в новые соединения. Результат называется клинкером, который представляет собой округлые узелки диаметром от 1 мм до 25 мм. Клинкер измельчают в мелкий порошок на цементной мельнице и смешивают с гипсом для получения цемента. Затем порошкообразный цемент смешивают с водой и заполнителями для получения бетона, который используется в строительстве.

Качество клинкера зависит от состава сырья, который необходимо тщательно контролировать для обеспечения качества цемента. Избыток свободной извести, например, приводит к нежелательным эффектам, таким как увеличение объема, увеличение времени схватывания или снижение прочности. Можно использовать несколько лабораторных и онлайн-систем для обеспечения контроля процесса на каждом этапе процесса производства цемента, включая образование клинкера.

Для обеспечения контроля процесса можно использовать несколько лабораторных и онлайн-систем

Лабораторные рентгенофлуоресцентные (XRF) системы используются лабораториями контроля качества цемента для определения основных и второстепенных оксидов в клинкере, цементе и сырье, таком как известняк, песок и бокситы. Прочтите Анализ клинкера и цемента с помощью последовательного спектрометра Thermo Scientific ARL OPTIM’X WDXRF, чтобы узнать, почему XRF является предпочтительным методом для элементного анализа в цементной промышленности. Комбинированные рентгенофлуоресцентные (XRF) и рентгеновские дифракционные (XRD) системы выполняют химический фазовый анализ для более полной характеристики образца. Фазовый анализ клинкера обеспечивает постоянное качество клинкера. Такое оборудование может быть оснащено несколькими монохроматорами XRF для анализа основных оксидов и системой компактной дифракции (XRD), которая позволяет измерять кварц в сырьевой муке, свободную известь (CaO) и фазы клинкера, а также кальцит (CaCO 9).0073 3 ) в цементе.

Прочтите Комбинированные приборы XRF/XRD могут обеспечить полный контроль качества клинкера и цемента , чтобы узнать больше о технологии, которая сочетает в себе преимущества как XRF, так и XRD.

Анализаторы поперечной ленты, основанные на технологии оперативного гамма-нейтронно-активационного анализа (PGNAA), устанавливаются непосредственно на конвейерную ленту для непрерывного измерения всего потока материала в режиме реального времени для устранения неполадок при контроле запасов перед смешиванием и управлении карьером, дозировании сырьевой смеси контроль и сортировка материалов. Читать PGNAA улучшает процесс и контроль качества в производстве цемента , чтобы узнать, что делает PGNAA особенно подходящим для анализа цемента.

Точное производство цемента также зависит от систем конвейерных весов, которые контролируют производительность и запасы или регулируют выгрузку продукции, а также от металлодетекторов для защиты оборудования и обеспечения бесперебойной работы. Блок-схема процесса производства цемента показывает, где в процессе каждый тип технологии имеет значение.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Нужны конвейерные весы для обработки сыпучих материалов? Чтобы помочь вам решить, какая система конвейерных весов лучше всего подходит для вашей горнодобывающей деятельности, мы описали варианты в удобном для чтения руководстве по выбору системы конвейерных весов, чтобы вы могли решить, какая система конвейерных весов подходит именно вам. Нажмите на изображение, взгляните на диаграмму и посмотрите, поможет ли она вам принять решение.

Обновление: посетите Центр производства цемента на нашем веб-сайте, где вы найдете бесплатные ресурсы, которые помогут вам оптимизировать процесс производства цемента.