Производство гидрофобного портландцемента мокрым способом

  Комбинированный способ производства может базироваться как на мокром, так и на сухом способе приготовления шихты. В первом случае сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, а затем обезвоживают на фильтрах до влажности 16-18 % и подают на обжиг в печи полусухой массы. Во втором случае сырьевую смесь готовят по сухому способу, а затем гранулируют с добавкой 10-14 % воды и подают на обжиг в виде гранул. Комбинированный способ по ряду данных почти на 20-30 % снижает расход топлива по сравнению с мокрым способом, но при этом возрастают трудоемкость производства и расход электроэнергии.

  Каждый  способ может быть реализован в виде нескольких технологических схем, отличающихся как последовательностью операций, так и видом используемого оборудования. Выбор конкретного варианта определяется свойствами перерабатываемого сырья (твердостью, однородностью, влажностью). При этом необходимо стремиться к получению продукции высокого качества с минимальными затратами сырьевых, энергетических и трудовых ресурсов.[2]

  При производстве портландцемента мокрым способом применяют следующую технологическую  схему. Для производства портландцемента применяют твердые и мягкие горные породы; при этом как к первым, так и ко вторым могут относиться глинистые и известковые компоненты сырьевой смеси. К мягким глинистым компонентам относится глина, лёсс, а к твердым — глинистый мергель, глинистый сланец. Среди мягких известковых компонентов применяют мел, а среди твердых — известняк.

  Мягкие  компоненты успешно измельчают в  болтушках, твердые же компоненты могут  быть измельчены только в мельницах. Поэтому технологическую схему  измельчения сырьевых материалов при мокром способе выбирают в зависимости от их физико-механических свойств. Существует три варианта технологических схем:

• два мягких материала — глина и мел измельчаются в болтушках;
• два твердых материала — глинистый мергель и известняк измельчаются в мельницах;
• один материал мягкий — глина измельчается в болтушках; другой твердый — известняк измельчается в мельнице.

   Начальной технологической операцией получения  клинкера является измельчение сырьевых материалов.

   Необходимость измельчения сырьевых материалов до весьма тонкого состояния определяется условиями образования однородного по составу клинкера из двух или нескольких сырьевых материалов. Химическое взаимодействие материалов при обжиге происходит вначале в твердом состоянии (в твердых фазах). Это такой вид химической реакции, когда новое вещество образуется в результате обмена атомами и молекулами двух соприкасающихся между собой веществ. Возможность такого обмена появляется при высокой температуре, когда атомы и молекулы начинают совершать свои колебания с большой силой. Образование при этом новых веществ происходит на поверхности соприкасающихся между собой зерен исходных материалов. Следовательно, чем больше будет поверхность этих зерен и чем меньше сечение зерна, тем полнее произойдет реакция образования новых веществ.

   Куски исходных сырьевых материалов нередко  имеют размеры в несколько  десятков сантиметров. При существующей помольной технике получить из таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно только за несколько приемов. Вначале куски подвергают грубому измельчению — дроблению, а затем тонкому помолу.

B зависимости от свойств исходных материалов в цементной промышленности тонкое измельчение производят в мельницах и болтушках в присутствии большого количества воды. Мельницы применяют для измельчения твердых материалов (известняк, глинистые сланцы), а болтушки — для материалов, легко распускающихся в воде (мел, глина).

     Из  болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов позволяет получать более однородный сырьевой шлам.

     В сырьевую мельницу известняк и глиняный шлам подают в строго определенном соотношении, соответствующем химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке не удается получить из мельницы шлам необходимого химического состава. Причиной этого в основном служат колебания характеристики сырья в пределах месторождения.

     Чтобы получить шлам строго заданного химического  состава, его корректируют в специальных бассейнах. Для этого в одной или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или заведомо высоким титром (содержанием углекислого кальция СаСО3), и этот шлам в определенной пропорции добавляют в корректирующий шламовый бассейн.

     Приготовленный  таким образом шлам, представляющий собой сметанообразную массу с содержанием воды до 40%, насосами подают в расходный бачок печи, откуда равномерно сливают в печь. Для обжига клинкера при мокром способе производства применяют только вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан длиной до 150—185 м и диаметром 3,6—5 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом; производительность таких печей достигает 1000—2000 т клинкера в сутки.

     Барабан печи устанавливают с наклоном в 3—4°. Шлам загружают со стороны поднятого конца печи, а топливо в виде угольной пыли, газа или мазута вдувают в печь с противоположной стороны. В результате вращения наклонного барабана находящиеся в нем материалы непрерывно продвигаются к опущенному концу. В области горения топлива развивается наиболее высокая температуры — до 1500°С, что необходимо для взаимодействия окиси кальция, образовавшейся при разложении СаС0₃, с окислами глины и получения клинкера.

   Дымовые газы движутся вдоль всего барабана печи навстречу обжигаемому материалу. Встречая на пути холодные материалы, дымовые газы подогревают их, а сами охлаждаются. В результате, начиная от зоны обжига, температура вдоль печи снижается с 1500 до 150—200° С.

     Из  печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом. Охлажденный клинкер отправляют на склад для магазинирования. Магазинирование — это вылеживание (до 2—3 недель) с целью гашения свободной извести в клинкере влагой из воздуха и предупреждения этим неравномерности изменения объема цемента при его твердении.

     Высоко  организованный технологический процесс  получения клинкера обеспечивает минимальное содержание свободной СаО в клинкере (менее 1%) и исключает этим необходимость его магазинирования . В этом случае клинкер из холодильника направляют непосредственно на помол. Перед помолом клинкер дробят до зерен размером 8—10 мм, чтобы облегчить работу мельниц. Измельчение клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками, если последние применяются. Совместный помол обеспечивает тщательное перемешивание между собой всех материалов, а высокая однородность цемента является важным фактором его качества. Гидравлические добавки, будучи материалами сильно пористыми, имеют, как правило, высокую влажность (до 20—60% и более). Поэтому перед помолом их высушивают до влажности примерно 1%, предварительно раздробив до зерен крупностью 8—10 мм. Гипс только дробят, так как его вводят в незначительных количествах, и содержащаяся в нем влага легко испаряется теплом, образующимся при помоле цемента в результате ударов и истирания в мельнице мелющих тел. Из мельницы цемент выходит с температурой до 100° С и более. Для охлаждения, а также создания запаса его отправляют на склад. Для этой цели применяют силосные склады, оборудованные механическим (элеваторы, шнеки), пневматическим (пневматические насосы, азрожелоба) или пневмомеханическим транспортом.

     Отгружают цемент потребителю в таре — в  многослойных бумажных мешках весом 50 кг или навалом в контейнерах, автомобильных или железнодорожных цементовозах, в специально оборудованных судах. Каждая партия цемента снабжается паспортом.

     Проект  предусматривает мокрый способ производства цемента с использованием в качестве сырьевых материалов одного твердого (известняка) и одного мягкого (глины) компонентов сырьевой смеси.

      ВИДЫ  ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

   Выпускаемый портландцемент не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым к нему при производстве и применении бетонных и железобетонных изделий и конструкций в некоторых областях строительства. Например, в гидротехническом строительстве предпочтительны цементы с пониженным тепловыделением, более стойко выдерживающие воздействие попеременного замораживания и оттаивания в минерализованных водах.

   Портландцемент, используемый при устройстве бетонных покрытий автомобильных дорог, должен характеризоваться не только высокой прочностью и морозостойкостью, но и трещиностойкостью, а также пониженными показателями усадки и набухания при частых изменениях температуры и влажности бетона.

   Возведение  бетонных и железобетонных сооружений при отрицательных температурах значительно облегчается при использовании портландцементов, быстро твердеющих в начальные сроки и обладающих повышенным тепловыделением. Быстротвердеющие цементы предпочтительны и при заводском производстве бетонных и железобетонных изделий, так как их применение способствует ускорению оборачиваемости форм и сокращению производственного цикла.

   Для более полного удовлетворения специфических  требований отдельных видов строительства  к свойствам цементов промышленностью  организован выпуск особых видов портландцемента. В наименовании этих портландцементов или подчеркиваются их особые свойства (быстротвердеющий, сульфатостойкий, гидрофобный, белый и др.), или указываются области их применения (цемент для бетонных покрытий автомобильных дорог, цемент для производства асбестоцементных изделий, тампонажный цемент и др.), или указывается их отличие от обычных цементов по химическому составу (кремнеземистый и др.).

      1.Портландцементы с пластифицирующими и гидрофобизирующими добавками. Предельное количество этих добавок в портландцемеитах—0,3% по массе вяжущего.

      По  ГОСТ 10178—76 раствор из смеси пластифицированного цемента с нормальным песком состава 1:3 и В/Ц—0,4 должен обладать такой пластичностью, при которой расплыв раствора после 30 встряхиваний на встряхивающем столике был бы не менее 135 мм. Расплыв такого же раствора на портландцементе не превышает обычно 106—115 мм. Пластифицирующие добавки позволяют получать бетоны или растворы заданной удобоукладываемости и прочности с пониженным расходом цемента (на 5—10 % меньше) по сравнению с бетонами, получаемыми на портландцементе без добавок. При одинаковом расходе пластифицированного цемента получают бетонные смеси равной подвижности, но при меньшем водоцементном отношении, что способствует увеличению плотности, прочности, морозостойкости и водонепроницаемости бетона.

      Цементы с гидрофобными добавками отличаются пониженными гигроскопичностью и капиллярным подсосом, способны длительное время сохранять активность при хранении даже в среде с повышенной влажностью воздуха и не превращаться в комки при кратковременном воздействии воды. По ГОСТ 10178—76, цементы с гидрофобизирующей добавкой не должны впитывать в себя воду в течение 5 мин с момента нанесения капли на поверхность вяжущего. В обычный цемент вода впитывается за 1—2 с.

      Во  время перемешивания растворной или бетонной смеси гидрофобные  пленки легко удаляются с частиц цемента зернами заполнителей, в  результате чего смесь приобретает способность нормально схватываться и твердеть. Более того, при этом увеличивается однородность смеси, повышается ее пластичность. Последнее объясняется прежде всего смазывающим действием гидрофобных пленок, уменьшающих трение между частицами смеси.

      Портландцементы с гидрофобными добавками целесообразнее всего применять при изготовлении бетонов для гидротехнического, дорожного, аэродромного и других видов  строительства, где наиболее эффективно используются его специальные свойства (повышенная водонепроницаемость, стойкость против попеременного замерзания и оттаивания, увлажнения и высыхания и др.), Весьма рационально применять гидрофобизироваиный цемент для облицовки и оштукатуривания зданий. Это уменьшает опасность появления выцветов. 

      2. Быстротвердеющий портландцемент (БТПЦ) получают совместным тонким измельчением специального портландцементного клинкера и гипса. При помоле допускается введение не более 10% активных минеральных добавок осадочного происхождения и не более 15 % доменных и электротермофосфорных гранулированных шлаков, глиежей.

      Клинкер быстротвердеющего портландцемента  содержит обычно 60 - 65 % трехкальциевого  силиката и трехкальциевого алюмината  и ограниченное (до 0,5 %) количество СаО своб. Содержание MgO в нем не должно превышать 5 %.

      Гипс  в быстротвердеющий цемент вводят в  обычной дозировке: в пересчете  на S0₃ не более 3,5 % в зависимости от минерального состава клинкера (содержание С₃А) и от тонкости помола цемента. Для получения быстротвердеющего портландцемента применяют возможно однородные сырьевые материалы с пониженным содержанием MgO.

      При производстве БТЦ сырьевые смеси готовят с повышенным по сравнению с обычным портландцементом коэффициентом насыщения кремнезема оксидом кальция (КН=0,9...0,92), их более тонко измельчают и тщательно гомогенизируют. Клинкер обжигают при несколько более высоких температурах, применяя по возможности малозольные высококалорийные каменные угли.