Видеоканал РЦИТ на YouTUBE


Яндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru


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/м3,
  - а арагонита — 2,95 т/м3.
     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/м3.
     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

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, %:

Компонент Извест-няк Извест-няк Извест-няк Извест-няк Мергель Мергель Мергель
SiO2 3,76 6,75 4,91 4,74 27,98 33,20 21,32
Al2O3 1,10 0,71 1,28 2,00 10,87 8,22 4,14
Fe2O3 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
SO3 0,01 1,10 0,21 - 0,70 0,37 -

Потери при прокаливании

40,38 39,65 40,76 40,86 24,68 24,59 32,62

ИТОГО:

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 каолинов Al2O3-2SiO2-2H2O— каолинит, диккит, накрит, галлуазит;
  • группа монтмориллонитов —
    • монтмориллонит Al2O3-4SiO2-H2O+nH2O,
    • бейделлит Al203-3Si02-nH2O,
    • нонтронит (Аl, Fe)2O3-3SiO2-nH2O,
    • сапонит 2MgO-3SiO2-nH2O;
  • группа щелочесодержащих глин — глинистые гидрослюды, включая иллит,— минералы с различным соотношением К2О, MgO, Al2O3, SiO2, H2O.

Глинистый минерал Удельная поверхность
м2
Объемная
масса
т/м3
   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:

Компонент Тип глины
1-й 2-й 3-й 4-й

Потери при прокаливании

7,19 8,67 10,40 6,40
SiO2 67,29 62,56 52,30 60,10
Al2O3 8,97 15,77 24,70 18,00
Fe2O3 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
SO3 0,32 - 1,10 3,80
K2O 1,20 2,35 0,80 2,50

Na2O

1,51

ИТОГО:

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
SiO2 77,0 16-22 5-28 6-25 20-25 11-22 26-36 99,2
Al2O3
Fe2O3
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 -
SO3 - - 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.