Полезные ископаемые

В зоне испарения происходит высушивание поступившей сырьевой смеси при постепенном повышении температуры с 70 до 200 °С (в конце этой зоны), поэтому первую зону называют еще зоной сушки. Подсушенный материалкомкуется, при перекатывании комья распадаются на более мелкие гранулы.

В зоне подогрева, которая следует за зоной сушки сырья, при постепенном нагревании сырья с 200 до 700 °С сгорают находящиеся в нем органические примеси, из глиняных минералов удаляется кристаллохимическая вода (при 450 – 500 °С) и образуется безводный каолинит А12Оз – SiO2. Подготовительные зоны (испарения и подогрева) при мокром способе производства занимают 50 – 60 % длины печи (считая от холодного конца); при сухом же способе подготовка сырья сокращается за счет зоны испарения.

В зоне декарбонизиции (ее протяженность 20 – 23 % длины печи) температура обжигаемого материала поднимается с 700 до

1100 °С. Здесь завершается  процесс диссоциации карбонатных  солей кальция и магния и  появляется значительное количество  свободного оксида кальция. Термическая  диссоциация СаСОз – это эндотермический процесс, идущий с большим поглощением теплоты (1780 кДж на 1 кг СаСОз), поэтому потребление теплоты в третьей зоне печи наибольшее. В этой же зоне происходит распад дегидратированных глинистых минералов на оксиды SiO2, А12Оз, F2O3, которые вступают в химическое взаимодействие с СаО. В результате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образуются минералы ЗСаО·А12О3, СаО·А12О3 и частично 2CaO·SiO2.

В зоне экзотермических реакций (1100 – 1250 °С) проходят твердофазовые реакции образования ЗСаО·А12О3; 4CaO·Al2O3·Fe2O3 и белита. Эти экзотермические реакции на сравнительно коротком участке печи (5 – 7 % ее длины) сопровождаются выделением большого количества теплоты (до 420 кДж на 1 кг клинкера) и интенсивным повышением температуры материала (на 150 – 200 °С).

В зоне спекания (1300 – 1450 – 1300 оС) температура обжигаемого материала достигает наивысшего значения (1450 °С), необходимого для частичного плавления материала и образования главного минерала клинкера – алита. В начале спекания, начиная с 1300 °С, образуется расплав в количестве 20 – 30 % объема обжигаемой массы из относительно легкоплавких минералов ЗСаО·А12Оз, 4CaO·AI2O3·Fe2O3, а также MgO и легкоплавких примесей. При повышении температуры до 1450 °С в клинкерной жидкости растворяются 2CaO·SiO2 и СаО и из них в расплаве происходит образование алита ЗСаО·SiO2, проходящее почти до полного связывания оксида кальция (в клинкере СаОсвобне более 0,5 – 1 %). В расплаве сначала образуются тетраэдры SiO44-, которые потом соединяются с ионами Са2+, образуя кристаллическую решетку трехкальциевого силиката. Алит плохо растворяется в расплаве и вследствие этого выделяется из него в виде мелких кристаллов, что влечет дальнейшее растворение в расплаве 2CaO·SiO2 и СаО. Процесс образованияалита заканчивается за 15 – 20 мин пребывания материала в зоне спекания (ее протяженность 10 – 15 % длины печи). Поскольку при вращении печи частично расплавленный материал непрерывно перекатывается, мелкие частички слипаются в гранулы. Понижение температуры с 1450 до 1300 °С вызывает кристаллизацию из расплава ЗСаО·А12О3, 4CaO·Al2O3·Fe2O3 и MgO (в виде периклаза), которая заканчивается в зоне охлаждения, следующей за спеканием.

В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1000 °С; здесь полностью формируются его структура и состав, включающий алит С2S, белит C2S, C3A, C4AF, MgO (периклаз), стекловидную фазу и второстепенные составляющие.

Цементный клинкер выходит из вращающейся печи в виде мелких камнеподобных зерен — гранул темно-серого или зеленовато-серого цвета. По выходе из печи клинкер интенсивно охлаждается с 1000 до 100 – 200 °С в колосниковых, рекуператорных и других холодильниках воздухом, идущим навстречу клинкеру или просасываемым через слой горячего клинкера. После этого клинкер выдерживается на складе одну-две недели.

Из расходных силосов сырьевая мука сначала поступает в систему циклонных теплообменников, где, находясь во взвешенном состоянии, нагревается движущимися навстречу (снизу — вверх) отходящими газами и уже горячей подается в декарбонизатор.

Помол клинкера в тонкий порошок производится преимущественно в сепараторных установках, работающих по открытому или замкнутому циклу.

Трубная мельница представляет собой барабан, облицованный внутри стальными броневыми плитами и разделенный дырчатыми перегородками на две – четыре камеры (рис.21). Материал в трубных мельницах измельчается под действием загруженных в барабан мелющих тел – стальных шаров (в камерах грубого помола) и цилиндров (камерах тонкого помола). При вращении мельницы мелющие тела поднимаются на некоторую высоту и падают, дробя и истирая зерна материала.

При работе по отрытому циклу мельница работает «на проход», т.е. материал (клинкер и добавки) непрерывно поступает со стороны камер грубого помола через полую ось, а измельченный материал выходит из камеры тонкого помола и далее транспортируется в силосы.

Замкнутый цикл помола включает помольный агрегат и центробежный сепаратор, отделяющий крупные зерна, возвращаемые на домол (рис.21), в результате чего достигается высокая тонкость помола. Помольные установки, работающие по замкнутому циклы, дают возможность тонко измелчать клинкер и регулировать в цементе содержание частиц различного размера, что необходимо для получения быстротвердеющего и других специальных портландцементов. При помоле к клинкеру добавляют гипс (так, чтобы общее содержание SO3 в цементе было не более 3,5 %) для замедления схватывания портландцемента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок - 21. Трубная многокамерная мельница

 

 

1 – торцевое днище; 2 –  подшипник; 3 – загрузочная воронка; 4 – пустотелая цапфа; 5 – между  камерные перегородки; 6 – корпус; 7 – крышка; 8 – диафрагменная  перегородка; 9 – конус; 10 – торцевое  днище; 11 – лопасти; 12 – разгрузочный  конус; 13 – кожух; 14 – сито; 15 –  разгрузочный патрубок; 16 – разгрузочные  отверстия.

 

Рисунок - 22. Схема размола клинкера по замкнутому циклу а – с двумя мельницами: 1 – мельница грубого помола; 2 – элеватор; 3 – центробежный сепаратор; 4 – мельница тонкого помола; б – с одной мельницей:1—элеватор; 2 – сепаратор; 3 – мельница; 4 – крупка; 5 – готовый цемент.

 

 

Готовый портландцемент – очень тонкий порошок темно – серого или зеленовато – серого цвета; по выходе из мельницы он имеет высокую температуру (80 – 120 °С) и направляется пневматическим транспортом в силосы, которые обычно выполняют в виде железобетонных банок диаметром 8 – 15 м и высотой 25 – 30 м. Большие силосы вмещают 4000 – 10000 т цемента. Цемент в силосах выдерживают до его охлаждения и гашения остатков свободного оксида кальция, которое происходит под действием влаги воздуха. Из силосов цемент погружают в автоцементовозы, в вагоны-цементовозы или крытые железнодорожные вагоны. Часть цемента поступает на отвешивающие и упаковывающие машины и поставляется в мешках (по 50 кг цемента).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 23 - Схема производства портландцемента по мокрому способу

 

 

1– глина из карьера; 2 – подача воды; 3 – гдиноболтушки; 4– подача глиняной суспензии в сырьевую мельницу; 5 – известняк из карьера; 6 – дробилка; 7– дозаторы; 8 – сырьевая трубная мельница; 9 – шлам-бассейны; 10 – дозатор шлама; 11– вращающаяся печь; 12 – подача топлива; 13 – транспортирование клинкера; 14 – склад клинкера; 15 – дробление и дозирование гипса; 16 – склад гипса; 17 – трубная мельница для помола клинкера (с гипсом); 18 – пневматический насос; 19 – компрессор; 20 – склад (силоса) цемента; 21 – упаковка цемента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1. Классификация  металлургических процессов

 

 

 

  Металлургия  или производство металлов является высокотемпературными процессами.

 

  Металлургия – это наука о промышленных способах получения металлов.

 

 Цель металлургического производства – это получение металлов из перерабатываемого сырья в свободном состоянии или в виде химического соединения.

Задача металлургии – это получение металлической продукции из руд и компонентов и других видов металлосодержащего сырья.

Металлургия делится:

- пирометаллургические  процессы;

- гидрометаллургические  процессы.

Пирометаллургические процессы проводятся при высоких температурах чаще всего с полным и реже частичным расплавлением материалов.

Гидрометаллургические процессы – в водных средах при температурах максимально до 300° С.

 

  Иногда в отдельную группу выделяют – электрометаллургические процессы. Они могут быть, как пирометаллургическими, так и гидрометаллургическими процессами. Отличительная особенность этих процессов является использование электроэнергии в качестве движущей энергетической силы для их протекания.

Пирометаллургические процессы по характеру поведения в процессе компонентов и их конечных результатам можно разделить на три группы: обжиг, плавка, диссциляция.

Обжиг – металлургический процесс, проводимый при высоких температурах (500-1200° С) с целью изменения химического состава перерабатываемого сырья. Все обжиговые процессы, за исключением обжига со спеканием, являются твердофазными.

Плавка – пирометаллургический процесс, проводимый при тепмпературах, обеспечивающих в большинстве случаев полное расплавление перерабатываемого материала. Различают две разновидности плавок: рудные и рафинирование.

Рудные плавки, в свою очередь делятся на:

- восстановительную  плавку – цель получение металла  за счет восстановления его  оксидных соединений углеродистыми  восстановителями и перевода  пустой породы в шлак (применяется  при получении свинца, олова);

- плавку на  штейн – извлечение металла  в полупродукт, называемый штейном (сплав сульфидов). (второй продукт  – шлак – оксидные компоненты)(применяется  при производстве меди, никеля);

- электролиз  расплавленных солей ведут при  воздействии постоянного тока  на расплавленную среду, состоящую  из оксидов или хлоридов. В  результате на катоде выделяет  металл, на аноде – газ.(применяется  при получении алюминия, магния  и других легких и редких  металлов)

- реакционная  плавка – основана на получении  металла за счет взаимодействия  его оксида и сульфида (примером  может быть получение металлической  меди и свинца).

Рафинировочные плавки проводят с целью очистки полученных металлов от примесей. В основе их лежит различие в физико-химических свойствах основного металла и металлов-примесей. Существуют следующие разновидности:

- окислительное (огневое) рафинирование – основано на разнице в сродстве к кислороду основного металла и примеси (при получении черновой меди);

- ликвационное  рафинирование - в основе лежит принцип образования и разделения по плотности двух фаз, одна из которых является рафинируемым металлом (при получении с винца);

- сульфидирующее  рафинирование – применяется при очистке металла от примесей, обладающих повышенным сродством к сере (рафинирование свинца от меди);

- хлорное  рафинирование – основано на различии сродства металла и примесей к хлору.

Дистилляция – процесс испарения вещества при температуре несколько выше точки кипения, дающий возможность разделить компоненты обрабатываемого материала в зависимости от его летучести (применяется при металлургии цинка и легких и редких металлов).

Гидрометаллургические процессы проводятся при низких температурах на разделе чаще всего твердой и жидкой фаз. Любой гидрометаллургический процесс состоит из трех основных стадий: выщелачивания, очистки растворов от  примесей и осаждении металла из раствора.

Современные металлургические процессы получения металлов должны удовлетворять следующим требованиям: