Технологические линии производства цветного портландцемента

          Второй компонент-Зола ТЭС.Наиболее перспективным направлением, по мнению ряда специалистов, является применения золы как составной части цементов, что вполне объяснимо с точки зрения равномерного распределения частиц золы в объеме цемента. Кроме этого предлагается при производстве бетонов и растворов часть портландцемента заменять золой. В целом, применение золы в тяжелых бетонах рекомендуется в случаях применения цемента более высоких марок (классов), чем это необходимо для получения проектного класса бетона по прочности на сжатие; необходимости повышения плотности бетона и удобоукладываемости бетонной смеси; применения гидротермальной обработки (пропаривание в камерах при атмосферном давлении и в автоклавах под давлением, электропрогрев, инфракрасный прогрев) твердеющих бетонных изделий и конструкций; необходимости снижения теплоты гидратации твердеющего бетона в массивных сооружениях (фундаменты, гидротехнические сооружения).;

В качестве третьего компонента(корректирующего) принято решение использовать отходы обогащения железной руды , железосодержащий компонент, чтобы обеспечить требуемое количество Fe2O3 в смеси.

В результате деятельности горнорудных предприятий образуется огромное количество отходов обогащения руд различных металлов, оказывающих пагубное воздействие на окружающую среду и здоровье человека. В то же время возрастает потребность строительного комплекса в новых, эффективных, экономически выгодных строительных материалах с высокими эксплуатационными и физико-механическими показателями. Поэтому использование отходов обогащения горнорудной промышленности в качестве сырья для производства строительных материалов является актуальным направлением современности. Проведенные исследования и практический опыт показали, что отходы обогащения железных руд пригодны для производства бетонов, штукатурных растворов, каменного литья и стекол различного типа.

Таблица 4 – Химический состав исходного сырья

Наименование материалов	Химический состав, %								Естественная влажность, %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	R2O	ппп
Известняк	6,6	1,7	1,8	49,0	0,9	0,3	-	39,5	2,1
Зола-унос ТЭС	41,7	9,8	12,3	24,6	6,2	0,5	0,8	2,6	1,6
Отходы обогащения железных руд	40,2	12,3	16,2	12,1	6,2	3,8	2,6	5,2	2,5

 

Данные химического состава были импортированы в программу RSS, в результате чего был рассчитан состав сырьевой смеси.

По стандарту, влажность карбонатного компонента при сухом способе производства, должна не превышать 5%. В нашем случае влажность составляет 2,1% и полностью удовлетворяет требованиям технологического процесса. Влажность алюмосиликатного компонента не должна превышать 25%, поэтому 1,6% воды, содержащейся в золе ТЭС, также удовлетворяют технологическому процессу [1]. Отходы обогащения железных руд будут доставляться на завод в высушенном виде, поэтому его влажность не будет серьёзно влиять на влажность сырьевой смеси. Она составит примерно 2,5%. Естественно, что при сухом способе эта цифра немного велика, и сушка сырьевой смеси просто необходима. Сырьевая мука должна приводится к состоянию влажности около 1%. Отходы обогащения железных руд, выбранные в качестве корректирующего компонента, будут привозится с производства железной руды, где данный продукт является отходом производства. В цементной же промышленности они нашли активное применение.

 

Для получения портландцемента с заданными специальными свойствами используют следующие основные пути: регулирование минерального состава и структуры цементного клинкера, оказывающее решающее влияние на все строительно-технические свойства; введение минеральных и органических добавок, позволяющих направленно изменять свойства вяжущего, экономить клинкер, уменьшать расход цемента в бетоне; регулирование тонкости помола и зернового состава цемента, влияющих на скорость твердения, активность, тепловыделение и другие свойства цемента. [5]

 

2.2 Расчёт состава сырьевой смеси

Расчёт состава сырьевой был осуществлён с помощью ЭВМ. Для ввода данных в программу был осуществлён расчёт коэффициентов насыщения(КН), а также глинозёмистый и кремнезёмистый модули(p и n соответственно).

          (2)

где C, S, A, F – содержание оксидов соответственно

 

Коэффициент КН в значительной степени определяет отношение алита к белиту и показывает также, возможно ли, чтобы клинкер содержал недопустимое количество свободной извести, причем значение КН, равное 1,0 или выше, показывает, что свободная известь находится в равновесии при температуре клинкерообразования и таким образом, вероятнее всего, будет оставаться в клинкере. Коэффициент насыщения клинкера обычно составляет 0,88-0,92, следовательно, полученное значение(0,91) входит в этот интервал и при обжигании клинкера проблем не возникнет, так как CaO в достаточном количестве будет реагировать с кислотными оксидами [1].

 

            (3)

Обычно значение кремнезёмистого(силикатного) модуля колеблется в пределах 1,9-2,6. Следовательно, полученное значение(2,4) входит в данный промежуток, и мы можем сделать вывод, что доля силикатов кальция и промежуточная фаза находятся в достаточном для спекания отношении.

 

              (4)

Для обычных цементов глинозёмистый модуль составляет около 0,9-1,5. В нашем случае он получился равным (0,9) то есть смело можно утверждать, что связка С3A и С3AF будет достаточно прочной и комьев при обжиге образовываться не будет [1].

 

Рассчитан состав смеси с помощью программы RSS. Полученные результаты приведены в таблицах 5 и 6. Сведения о химическом и фазовом составах также приведены в разделе 1.1, таблица 2.

 

Таблица 5 – Состав сырьевой смеси для получения клинкера(RSS)

Содержание компонентов смеси %			КН	n	p	Химический состав Смеси %
Известняк	Зола ТЭС	Отходы обогащения железных руд				SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO		п.п.п
73,72(с.)	36,86	10,59	0,9	2,4	0,9	22,04	4,38	4,8	64,44		0,00
62,79(пр.)	51,65	14,44				15,32	3,05	3,33	44,8		30,49

 

Таблица 6 - Фазовый состав клинкера

Наименование	Алит (С3S)	Белит (С2S)	Трёхкальциевый алюминат(C3A)	Четырёхкальциевый алюмоферрит(С4AF)
RSS	58,62	18,97	3,46	14,58
Уравнение Богга	43,19	12,35	2,15	6,73

 

В составе клинкера согласно ГОСТу 10178 – 85 должно присутствовать 40-65% алита, 15-35% белита, 4-12% трёхкальциевого алюмината и 10-18% алюмоферрита. Полученный при расчёте состав полностью удовлетворяет заданным нормативной литературой требованиям. Анализируя состав полученного клинкера можно сравнить его с составом, расчитаным с помощью уравнения Богга, из таблицы видно, что составы схожи, а это значит, состав портландцементного клинкера был рассчитан правильно. 
 3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА  ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

3.1 Обоснование выбора способа производства и технологической схемы

Технология производства портландцемента включает в себя следующие этапы:

-Добыча, доставка сырьевых материалов;

-Приготовление сырьевой смеси: дробление исходных материалов;

Существует несколько способов производства портландцемента:

1. сухой

2. мокрый

3. полусухой

4. комбинированный

 Выбор способа производства  зависит от особенностей приготовления  сырьевой смеси. Два основных  способа производства портландцемента – мокрый и сухой ; они различаются по характеру переработки сырьевых материалов, а так же по физическим свойствам сырьевой смеси, поступающей     на обжиг.

При производстве портландцемента мокрым способом применяют следующую технологическую схему. Поступающий из карьера твердый известняк с размерами кусков до 1 м подвергается двух- или трехстадийному дроблению в дробилках с доведением кусков до 8-10 мм. Поступающую из карьера глину с размерами кусков до 500 мм измельчают в вальцовых дробилках до кусков размером 0-100 мм, а затем отмучивают в болтушках. Получаемый глиняный шлам с влажностью 60-70 % подают в сырьевую мельницу где он размалывается совместно с раздробленным известняком. При использовании мягкого известкового компонента (мел, известковый туф и др.) технологическая схема меняется. Мел, раздробленный в вальцовых дробилках вместе с глиной, отмучивается в болтушках, а затем подвергается размолу в мельнице.

 Полученный шлам, влажность  которого находится в пределах 32-40%, центробежными насосами транспортируется в вертикальные шламовые бассейны, где он корректируется. Это необходимо для того, чтобы обеспечить постоянство заданного заводской лабораторией химического состава шлама. Откорректированный шлам поступает из вертикальных бассейнов в горизонтальные, где и хранится до подачи в печь для обжига. В вертикальных бассейнах шлам перемешивается сжатым воздухом, а в горизонтальных – механическим путем и сжатым воздухом. Перемешивание предотвращает возможность осаждения шлама и позволяет достичь полной его гомогенизации. При использовании сырьевых компонентов, имеющих постоянный химический состав корректирование шлама производят не в вертикальных, а непосредственно в горизонтальных бассейнах большой емкости. Обжиг шлама на клинкер осуществляется во вращающихся печах. Полученный клинкер охлаждается в холодильниках, дробится и подается транспортерами в бункеры цементных мельниц для помола или же направляется на хранение механизированных в механизированный шихтовальный двор. Здесь складируются также гидравлические добавки и гипс, которые по мере надобности подаются в бункеры цементных мельниц для совместного помола с клинкером. Твердое топливо для обжига шлама поступает с шихтовальню двора в дробилку, затем в сепараторные мельницы для одновременной сушки и помола. Приготовленный угольный порошок поступает для сжигания в печь при использовании газообразного или жидкого топлива схема упрощается, так как в этом случае сооружение топливоподготовительного отделения не требуется.

 Полученный портландцемент транспортируется из мельниц пневматическим путем в силосы для хранения. После определения качества цемента часть его поступает в упаковочную машину. Здесь он автоматически насыпается в бумажные мешки, которые затем отгружаются с завода железнодорожным, автомобильным или водным транспортом. Остальную часть цемента отправляют навалом в специальных железнодорожных вагонах или в контейнерах цементовозах.

 При производстве портландцемента  сухим способом применят следующую  технологическую схему. Поступающие из карьера известняк и золу с низкой влажностью после дробления направляются в сырьевую сепараторную мельницу для одновременного помола и сушки. Полученная сухая сырьевая смесь транспортируется пневматическими установками к смесительным силосам, в которых перемешиваются сжатым воздухом и корректируются. При использовании пластичного глинистого компонента сырьевая мука из силосов направляется в смесительные шнеки, где увлажняется 8-10% воды. Затем эта масса поступает на грануляторы, куда одновременно подается добавочная вода. Здесь происходит образование прочных гранул с влажностью 12-14%, поступающих затем в печь на обжиг. При непластичном глинистом компоненте сырьевая мука транспортируется в питательные дозаторы печи непосредственно из смесительных силосов.

 Сырьевая смесь может обжигаться  в коротких вращающихся печах  с запеченными установками различных  конструкций или в длинных  вращающихся печах. При обжиге в автоматических шахтных печах, на спекательных решетках и во вращающихся печах конвеерными кальцинаторами сырьевая смесь должна подаваться только в виде прочных гранул. Дальнейшие этапы технологической схемы такие же как и при получении цемента по мокрому способу.

 При мокром способе легче  получить однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь. Поэтому при значительных  колебаниях химического состава  известнякового и глинистого  компонента он чаще применяется. Этот способ используют 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 – значительно больший расход топлива.

Сухой способ производства целесообразен при сырье с относительно меньшей влажностью и более однородным составом. Он же практикуется в случае, если в сырьевую смесь вместо золы вводят гранулированный доменный шлак. Его же применяют при использовании натуральных мергелей и тощих сортов каменного угля с малым содержанием летучих, сжигаемых в шахтных печах. Расход топлива при сухом способе во вращающихся печах гораздо меньше, чем при мокром. Поэтому доля сухого способа производства все возрастает и она должна в ближайшее время значительно увеличиться [10].