Как делают сухой цемент: мокрый и сухой способ производства цемента, технология

Как делают сухой цемент: мокрый и сухой способ производства цемента, технология

Сухой цемент представляет собой искусственное вещество, которое поставляется в формате порошка и используется в качестве вяжущего в процессе замешивания разного типа бетонных растворов. В момент смешивания с водой цемент провоцирует прохождение химической реакции с изменением структуры материала, который застывает и превращается в камень, обеспечивая монолиту должные характеристики прочности, стойкости, способности выдерживать механические нагрузки.

Состав цемента может быть разным, что напрямую зависит от вида вяжущего и возложенных на него функций, требуемых свойств материала. Классический цемент делают из клинкера (обожженные и спаянные в куски известняк и глина, взятые в определенной пропорции), смешанного с гипсом и различными минеральными добавками.

• Известь (оксид кальция) – около 60%.
• Кремниевый диоксид – до 20%.
• Алюминий (глинозем) – 4%.
• Гипс, оксиды железа – до 2%.
• Магния оксид – 1%.

Данное процентное соотношение актуально для портландцемента – самого распространенного вида материала. Пропорции могут меняться, в соответствии с классном и технологией производства цемента. Ввиду существования большого числа марок и видов цемента точного рецепта его производства (и химической формулы) не существует – тут все зависит от показателей минералогического состава.

Производство цемента осуществляется из клинкера – продукта обжига глины и известняка, взятых в пропорции 1:3. Клинкер представляет собой полуфабрикат для создания цемента. После обжига при высокой температуре (до 1500 градусов) клинкер мелко измельчают до гранул величиной около 6 сантиметров. Потом клинкер измельчают до порошкообразного вида, вводя различные добавки.

1. Гипс, который регулирует длительность схватывания.
2. Корректирующие добавки для улучшения определенных характеристик цемента (присадки, пластификаторы и т.д.).

В качестве основного исходного сырья в производстве цемента используют различные горные породы – карбонатного типа (могут быть с кристаллической либо аморфной структурой, определяющей уровень эффективности взаимодействия материала с остальными компонентами состава в процессе обжига) и осадочного происхождения (глинистое сырье с минеральной базой, которое при сильном увлажнении разбухает и становится пластичным, увеличиваясь в объеме; материал вязкий, применяется при производстве сухим способом).

Мокрая технология производства цемента

Производство цемента мокрым методом начинается так же, как и в любом другом случае: с добывания твердого известняка из карьеров, который потом дробят на куски разной величины. Потом куски измельчают в специальных дробильных агрегатах до тех пор, пока фракция известняка не будет равна максимум 8-10 миллиметрам.

Потом на завод доставляют глину из карьера, ее обрабатывают в вальцевых дробилках до тех пор, пока размер кусков не будет равен максимум 100 миллиметрам. Измельченную смесь глины отмачивают в болтушках до момента получения глиняного шлама влажностью в пределах 70%. Потом шлам отправляют в мельницу, где его смешивают и размалывают вместе с известняком.

Далее шлам, влажность которого находится уже на уровне 40%, отправляют в вертикальный бассейн, где осуществляется окончательный процесс корректировки. Данная операция чрезвычайно важна, так как именно тут формируется и обеспечивается правильная химическая формула состава шлама.

После проверки качества шлама его транспортируют для реализации последующих этапов: цементную массу из вертикального бассейна транспортируют в горизонтальный, где смесь хранят до того, как отправить в печь для обжига. Сырье в горизонтальном бассейне постоянно перемешивается механически с использованием сжатого воздуха. Это не позволяет шламу выпадать в осадок и дает возможность полностью гомогенизироваться.

Далее шлам отправляют на обжиг в печь, где он превращается в клинкер. Клинкерная основа, полученная в итоге, отправляется в промышленный холодильник и там охлаждается. Потом клинкер дробят, подают в емкости мельниц, повторно измельчают до состояния порошка.

В случае, когда процесс обжига шлама требует применения твердого топлива, необходимо позаботиться о строительстве дополнительного помещения (где будет храниться, готовиться уголь). Если технологическая схема производства цемента требует применения газообразного/жидкого топлива, процесс обжига клинкера упрощается.

На завершающем этапе производства цемент из бункеров мельниц направляют в специальные помещения, где он хранится. Здесь лаборанты исследуют качество продукции, определяют марку. Только по завершении проверки цемент может отправляться на упаковочные аппараты.

Преимущества

Рассматривая мокрый способ производства цемента, стоит учитывать его плюсы и минусы. Как и любой технологический процесс, данный обладает своими особенностями.

• Понижение технологических затрат на измельчение сырьевой базы – глина и мел прекрасно намокают в воде в бассейне при первичной обработке, в связи с чем измельчаются легче и проще.
• Транспортировка, усреднение, корректировка шлама осуществляются проще, безопаснее с точки зрения экологии, особенно в сравнении с аналогичными процессами при производстве цемента сухим способом.
• Намного меньше образуется пыли.
• Печи обжига по конструкции простые, надежные, обладают высоким коэффициентом использования пространства (варьируется в пределах 0.89-0.91).
• Есть возможность использовать в производстве компоненты с достаточно «пестрым» (разным) химическим составом, а также обеспечена хорошая гомогенизация шлама.

Недостатки

Недостатков в мокром методе производства цемента мало, но они есть и не учитывать их нельзя.

1. Высокий удельный расход тепловой энергии в процессе обжига сырья. Сырье, которое поступает для обжига, обладает в среднем влажностью до 45%. И для испарения влаги, правильного прогрева компонентов необходимо до 6800 кДж/кг тепловой энергии либо 35% тепловой мощности печи. В связи с такими расчетами часть обжиговой печи функционирует в качестве сушильного агрегата с последующими сложностями.
2. Высокий уровень материалоемкости печей для обжига наряду с не очень большой производительностью.

Сухая технология производства

Сухой способ производства цемента использует другую технологическую схему. Известняк и глина, которые добывают из карьера, дробятся и отправляются в сепараторную мельницу. Тут они смалываются, смешиваются, сушатся. Полученную смесь доставляют в смесительные аппараты, окончательно перемешивают с использованием сжатого воздуха. Сейчас же корректируется и химический состав цемента.

При применении глинистого компонента сырье подают для смешивания в шнеки, где частично увлажняют водой. Создаются прочные гранулы со влажностью максимум 14%, потом они поступают для обжига в печь.

Обжиг сырья при сухом методе может осуществляться в разных печах – в данном случае особое внимание обращают на приготовление сырья. А дальнейшие этапы производства сходны с мокрым методом.

Плюсы технологии

В сравнении с мокрым, сухой метод обладает некоторыми преимуществами, которые обязательно нужно учитывать при расчетах (когда планируется организовать бизнес по производству цемента, к примеру).

• Сравнительно невысокий удельный расход энергии тепла на обжиг клинкера – в пределах 2900-3700 кДж/кг.
• Объем печных газов меньше на 30-40%, их можно вторично применять для сушки сырья и значительно снизить энергозатраты на создание клинкера, уменьшить затраты на обеспыливание.
• Значительно меньшая металлоемкость печей для обжига при повышенной производительности в сравнении с мокрой технологией. Мощность печей при «сухом» методе составляет 3000-5000 тонн в сутки, что больше в 1-2 раза аналогичного оборудования мокрого метода.
• Нет необходимости в мощных источниках воды.

Минусы технологии

Несмотря на явные преимущества, есть у технологии и свои минусы.

• Значительно больше выделяется пыли, что усложняет соблюдение санитарных норм, правил охраны окружающего пространства.
• Сложность конструкции печей для обжига и их требовательность в плане колебаний химического состава сырья, его степени влажности, дисперсности.
• Сравнительно низкий коэффициент использования печей – где-то 0.7-0.8.

Отличия мокрой технологии производства от сухой

Обе технологии производства цемента обладают своими нюансами, плюсами и минусами. Но есть ключевые особенности, которые необходимо учитывать в первую очередь при планировании бизнеса и просчете расходов, прибыли. Главный недостаток мокрого метода производства цемента – существенная энергоемкость всего процесса, которая отражается соответствующим образом на цене конечного продукта в сторону повышения.

Сухая же технология менее экологична и опасна для окружающей среды, в связи с чем требует значительных расходов на устранение этого фактора. При этом, сам процесс производства обходится дешевле по всем пунктам, позволяет понизить цену конечного продукта.

Особенности полусухого способа

Полусухой метод производства цемента достаточно схож с сухим, но предполагает некоторые отличия. Фракция сырья, что проходит стадию гранулирования, равна примерно 10-20 миллиметрам, уровень влажности 11-16%. Сначала сырье обжигают в печах Леполь, потом создавшиеся гранулы отправляют в конвейерный кальцинатор.

Из печи выходят газы, проходящие сквозь гранулы, находящиеся на решетке. Таким образом сырье нагревается до 900 градусов, полностью высушиваясь в процессе. Такая термообработка способствует декарбонизации смеси примерно на 25-30%, что нужно для производства. После сырье отправляют в печь – это завершающий этап производства цемента.

Комбинированный метод производства

Данный способ базируется на подготовке компонентов сырья по мокрому методу, а вот их обжиг осуществляется по схеме полусухого метода. Шлам, полученный в сырьевой мельнице, обладает влажностью в диапазоне 30-45%, он отправляется в фильтр: тут обезвоживается до уровня влажности в 15-20%, потом сырье смешивают с пылью, влажность доводят до показателя в 12-14%.

На следующем этапе смесь отправляется на обжиг, который осуществляется в печах полусухого способа изготовления цемента. Все остальные операции ничем не отличаются от аналогичных этапов мокрого метода производства.

Подходящий метод производства цемента выбирают в соответствии с технологическими и технико-экономическими факторами – качеством и типом сырья, влажностью и однородностью смеси, наличием соответствующего оборудования, возможностей и т.д. В Москве заводы работают по всем трем схемам и поставляют на рынок цемент высокого качества.

Как изготавливают цемент

Производство цемента — одно из перспективных направлений бизнеса. При благоприятных условиях оборудование быстро окупится и обеспечит стабильно высокую чистую прибыль. Особенно выгодно открывать завод поблизости от карьера, где можно добывать глину и известняк.

Сырье для создания цемента

Используют смесь из двух типов компонентов:

• Карбонатные породы. К ним относятся: мел, известняк-ракушечник (не имеющий вкраплений кремния), доломитовые породы, мергелистый известняк, известковый туф.
• Глинистые породы. Глина, суглинки с высокой концентрацией песка, лесс, лессовидные суглинки, глинистые сланцы.

Выбор сырья зависит от местонахождения завода и доступности тех или иных пород. Разработку месторождений производят открытым методом с поверхности. Мягкие породы добывают экскаватором, мел и глину иногда гидромеханическим способом — путем вымывания под давлением струи воды. На заводе рекомендуется иметь запас сырья для поддержания непрерывного процесса в случае временного прекращения поступления материалов.

Стандартное соотношение компонентов: на 3 части известняка 1 часть глины. Для регулирования срока схватывания на последнем этапе в состав вводят гипс (до 6 %). Дополняют смесь железистыми добавками, флюоритом, фосфогипсом, кремнефтористым натрием, гранулированными доменными шлаками, золой уноса или угля, осадочными или вулканическим и горными породами.

Описание технологии производства

Основные этапы изготовления:

• Измельчение и смешивание глины и известняка.
• Получение шлама — суспензии или порошка для обжига.
• Обжиг шлама, получение клинкера — гранулированной массы.
• Помол охлажденного клинкера с добавлением гипса и других дополнительных компонентов.

Для частного строительства теоретически можно использовать цемент собственного производства, но получить качественный продукт в домашних условиях невозможно.

1. Измельчение сырьевых материалов.

Получение предельно однородного клинкера — необходимое условие изготовления качественного портландцемента. Этой цели можно добиться лишь при максимально тонком измельчении сырья. Чем меньше размер частиц и больше их общая поверхность, тем полнее происходит реакция между компонентами смеси. Куски могут иметь изначальный размер до десятков сантиметров, поэтому дробление производят по сложной схеме в несколько этапов, добиваясь высокой степени измельчения.

2. Способы получения шлама.

Твердые сырьевые компоненты в два-три этапа измельчают в дробилке до размера частиц не более 10 мм. Мягкие глину или мел сначала дробят до размера 100 мм, затем распускают в воде. Сырье подают в емкость небольшими порциями вместе с жидкостью. По этой схеме получается шлам — суспензия с влажностью до 40 %. Его перекачивают в емкость для помола с известняком. Отрегулировать химический состав в процессе измельчения невозможно, поэтому его корректируют в специальных бассейнах. Шлам сначала поступает в первый — вертикальный, где берутся пробы. Во второй — тоже вертикальный, заливают шлам с составом, подобранным таким образом, чтобы от корректировать основной. Из этих бассейнов составы поступают в третий — горизонтальный, где происходит механическое перемешивание.

Преимущества мокрой технологии:

• меньше затраты на измельчение сырья;
• значительно меньше пылеобразование;
• проще и экологически безопаснее транспортировка и корректирование шлама;
• возможность использования химически неоднородного сырья.

• больше затраты энергии на обжиг шлама из-за высокой его влажности, часть печи работает как сушильный аппарат;
• низкая производительность оборудования, сравнительно высокая себестоимость готового продукта.

2.2. Сухой способ.

Принципиальное отличие этой схемы от мокрой технологии заключается в том, что шлам поступает на обжиг уже в сухом виде. После раздельного измельчения известняк и глина попадают в разные сушильные барабаны (смешивают уже высушенные компоненты). Затем смесь подают в мельницу, после нее отправляют на гомогенизацию (тщательное перемешивание для достижения полной однородности). Все последующие операции проводят так же, как и при мокром методе.

• намного ниже затраты энергии на обжиг;
• высокая производительность печей;
• меньше выброс печных газов;
• нет необходимости в наличии источников технологической воды.

• намного больше пылеобразование;
• сложнее конструкция печей;
• выше требования со стороны оборудования к химической однородности сырья;
• повышенная трудоемкость помола компонентов шлама.

2.3. Комбинированный способ.

Для компенсации недостатков сухого и мокрого применяют такой метод. Существуют две схемы:

• В сухую смесь известняка и глины для гранулирования добавляют до 14 % воды.
• Шлам, полученный по мокрой технологии, до поступления в печь высушивают фильтрами до влажности не выше 18 %.

3. Получение и помол клинкера.

Для обжига шлама используют специальные вращающиеся печи, их устанавливают под наклоном. Жидкий или сухой шлам подают со стороны поднятого конца. Снизу поступает топливо, при сгорании которого образуются раскаленные газы. Они движутся навстречу шламу и нагревают его до 1450°С и выше, сами при этом охлаждаясь. При мокрой методике процесс начинается с испарения влаги из жидкого состава.

На выходе из печи получаются гранулы клинкера — камнеподобные зерна темно-серого или зеленовато-серого цвета. Этот полуфабрикат с температурой до 1100°С отправляют в холодильник. Здесь он остывает до 180—300°С и его перемещают на хранение. Затем клинкер подвергают помолу. Его осуществляют в несколько этапов в трубной мельнице. В процессе добавляют гипс и другие добавки. Высокой тонкости добиваются за счет того, что крупные зерна возвращаются на домол до достижения нужного размера частиц. Готовый портландцемент — очень тонкий темно-серый порошок с температурой до 120°С. Его отправляют для охлаждения в силосы.

Бесклинкерная технология

Основные недостатки всех способов производства из клинкера:

• дорогостоящее оборудование;
• высокая степень загрязнения окружающей среды;
• большие затраты энергии.

Поэтому была изобретена альтернатива. Себестоимость готового продукта ниже в три раза при полной идентичности свойств. Вместо клинкера используют гидравлический или доменный шлак.

Линия по изготовлению цемента:

1. Дробилка для измельчения известняка и других твердых ингредиентов.
2. Мельница-мешалка (болтушка) для измельчения глины, мела или других мягких компонентов шлама. Внутри нее установлены грабли.
3. Сушильный барабан — только при сухом способе.
4. Трубная мельница для смешивания измельченных известняка и глины.
5. Вращающаяся печь. Печи для мокрой технологии длиннее, чем для сухой, в два раза, так как процесс начинается с испарения влаги из жидкого шлама.
6. Холодильник барабанный, колосниковый или рекуперативный. Барабанные применяют в комплекте с вращающимися печами старой конструкции.
7. Шаровая трубная мельница для дробления клинкера. Она состоит из двух-четырех камер. Сначала полуфабрикат попадает в камеры грубого помола, затем в камеры тонкого. Измельчение происходит за счет мелющих тел, находящихся внутри. Для грубого помола это стальные шары, для тонкого — цилиндры. При вращении мельницы они поднимаются вверх и падают, истирая гранулы клинкера.
8. Силосы — емкости цилиндрической формы на опорном каркасе, предназначенные для хранения цемента. Разновидность — гомогенизационный (смесительный) силос.
9. Оборудование для фасовки в мешки.
10. Шламбассейн — емкость, оснащенная приспособлением для перемешивания шлама до получения однородности, требуется только мокрой технологии.

Выбор конкретного типа зависит от схемы получения шлама и вида сырья: если используются только твердые компоненты, то мельница-болтушка не нужна, если только мягкие — не понадобится дробилка. Окупаемость мини-завода по выпуску портландцемента — от 6 лет.

Схемы и способы производства цемента – полный обзор

Данный строительный материал без преувеличения является самым востребованным. Цемент используется как сам по себе (в основном, в виде растворов), так и в качестве одного из компонентов при изготовлении других видов продукции. Применение его универсально, поэтому и организация изготовления этого неорганического вяжущего – дело высокодоходное.

Известно несколько разновидностей данной продукции, которые отличаются основным ингредиентом (минералом) и, следовательно, особыми свойствами. В настоящее время производство цементов отдельных видов не практикуется (например, романцемента), а некоторые используются не так широко. Наиболее известный стройматериал, который применяется повсеместно, а в частном секторе практически всегда – это портландцемент. Он отличается преобладанием алита (трехкальциевого силиката), содержание которого в сырье может составлять от 45 до 60 %. Именно это в первую очередь определяет прочность и скорость отвердевания (характеризуется быстрой реакцией с жидкостями), а также ряд других показателей.

Общая технология получения цемента

Данный материал получается в результате смешивания тонко измельченных клинкера и гипса. Их долевое соотношение зависит от того, какая марка цемента необходима. Что собой представляет первый компонент? Это смесь мелких фракций известняка и глины, которые при повышении температуры до 1 400–1 500 °C начинают плавиться и «схватываются» между собой. Как результат – образование клинкерных гранул. На следующем этапе производства они доводятся до состояния «муки» и перемешиваются с гипсом (до однородной массы).

Схема изготовления цемента

Исходя из специфики производства, ее можно условно разделить на такие этапы:

• доставка сырья. Учитывая стоимость перевозок, предприятия по изготовлению цемента экономически выгодно размещать вблизи мест добычи глины и известняка (основных компонентов);
• процесс измельчения и перемешивания фракций;
• обжиг цементной массы;
• измельчение до порошкообразного состояния;
• добавление гипса и ряда других веществ (если это предусмотрено технологией изготовления цемента);

Львиная доля всех производственных затрат на цемент (до 75–80 %)приходится именно на получение клинкера.

Существует несколько технологий его изготовления. Выбор оптимального варианта зависит от качества исходных материалов и имеющихся на предприятии мощностей (в первую очередь, по термической обработке материалов).

Способы производства клинкера

Они различаются спецификой подготовки и переработки сырья.

Из названия понятно, что использование жидкости не предполагается. Сначала основные ингредиенты цемента дробятся на мелкие фракции, измельчаются до состояния порошка, а потом производится тщательное перемешивание этой муки (известь + глина) при помощи сжатого воздуха (с одновременным высушиванием и корректировкой долевого соотношения ингредиентов). Заключительный этап – обжиг полученной смеси и превращение в цементную «муку». Он может производиться в печах как вращающихся, так и шахтных.

Особенность данной методики в том, что не нужно принимать меры к обеспечению искусственного испарения влаги, а значит, эн/затраты на цемент значительно снижаются. Но при этом должна быть обеспечена максимальная однородность порошковой смеси.

Такой способ является наиболее экономичным и все чаще используется на новых или модернизированных предприятиях.

Существует несколько методик реализации этого способа изготовления цемента, которые зависят от свойств компонентов (в первую очередь, их плотности). Рассмотрим наиболее используемые.

Куски известняковой породы, поступающие на предприятие, довольно крупные. Поэтому сначала организуется их дробление (в 2 – 3 стадии), пока не будут получены все фракции размерами не более 10 мм. При необходимости на вальцевых агрегатах производится дополнительное (заключительное) дробление.

Та же методика подготовки сырья для цемента применяется и к глине, которая потом замачивается в так называемых «болтушках». Влажность полученного шлама может составлять 65–70 %. Он подается в «мельницу», в которую одновременно поступает и измельченный известняк. Здесь происходит одновременное дополнительное перемалывание глины и смешение компонентов клинкера.

Если в производстве цемента используется туф или мел (мягкие известняки), то технология несколько меняется. Перемешивание с глиной производится еще на стадии измельчения (в дробилках), после чего масса замачивается. Окончательный помол производится также в «мельнице».

Полученная масса, содержащая не более 40 % влаги, при помощи насосов подается в бассейн вертикального типа, где окончательно корректируется процентный состав компонентов цемента. Далее – бассейн горизонтальный, из которого производится загрузка в печь для обжига.

Завершающим этапом является охлаждение массы и превращение ее в «муку». Далее – в бункера для хранения готового цемента.

Этот способ позволяет достичь высокой гомогенности продукта даже в случаях, когда исходные вещества резко отличаются по своим характеристикам (к примеру, твердости), или в них присутствуют примеси. Но есть и недостаток – повышенный расход тепловой энергии.

В основном именно таким способом организовано производство цемента на большинстве наших предприятий, так как они строились еще в советский период и были «заточены» именно на эту методику.

После измельчения до размеров фракций не более 20 мм глина и известняк высушиваются. После окончания процесса уровень влажности материалов находится в пределах 10 – 15 %. Предварительная термообработка компонентов цемента производится в «печах Леполь». Гранулы находятся на решетчатом поддоне, сквозь который проходят газы, разогревающие их до 950 °C. Это позволяет не только просушить массу, но и снизить уровень ее карбонизации примерно на ¼. После этого клинкер поступает в печь (шахтную) для обжига. Далее – помол и в бункер.

Такой способ сочетает в себе 2 методики («мокрую» и «полусухую»). Подготовленный в «мельнице» шлам с влажностью на уровне 40–45 % проходит через фильтр, где происходит его обезвоживание (до 15- 18 %). Далее – смешивание сырья для цемента с пылью от газов в печи «Леполь». Это дополнительно снижает уровень содержания жидкости на 3–5 %.

После этого масса подается во вращающуюся печь, обжигается, и после заключительного измельчения в «муку» готовый цемент отправляется в хранилище.

Изготовление цемента белого

Этот вопрос требует отдельного рассмотрения. Такая продукция широко применяется при отделке поверхностей, хотя белый цемент иногда целесообразно использовать и в процессе строительства, к примеру, чтобы более эффектно подчеркнуть ровность кладки (из красного кирпича).

• Спектр использующихся компонентов более обширный – диатомит и ряд добавок, придающих цементу белизну.
• Для получения клинкера берется сырье с незначительным содержанием железа.
• К чистоте воды предъявляются повышенные требования. Ее доля в общей массе не превышает 45 %.

Белый цемент выпускается в основном марок от М300 до М600. Даже низший сорт продукции (3) характеризуется белизной не менее 70 %, хотя есть и ультрабелая, у который этот показатель превышает 90 %.

Технология приготовления растворов бетонных с таким цементом также отличается компонентами. В качестве наполнителей берутся не обычные песок, щебенка или гравий, а крошка белого мрамора. На нашем рынке данный цемент от отечественного производителя представлен мало. В основном это продукт из Дании, Индии или Турции.

Производство бесклинкерного цемента

По сравнению с вышеописанными, традиционными методиками, такая технология имеет не только многочисленные преимущества, но и ряд особенностей. Клинкер для цемента, получение которого – процесс дорогостоящий, не используется. Вместо него в качестве сырья берется шлак (доменный) и зольная пыль. Причем по некоторым характеристикам такой цемент превосходит материалы, изготовленные обычными способами.

• Резкое сокращение расходов на эл/энергию, что положительно отражается на себестоимости цемента.
• Такое производство предпочтительнее с точки зрения экологии (так как минимизируется вредное воздействие на атмосферу) и сохранения природных запасов (сырьем являются доменные отходы).
• Упрощенная технология производства («холодный способ»), особенность которой в том, что шлак не нуждается в длительном обжиге.
• Возможность выпуска цемента в более широком ассортименте и по низкой цене.

Кратко технологию можно описать так: смешение ингредиентов – термическая обработка (плавление) – охлаждение массы – помол до состояния пыли.

Заниматься самостоятельным изготовлением вяжущего вряд ли целесообразно.

1. Во-первых, цемент собственного производства в домашних условиях можно использовать только в ряде случаев (для отмосток, стяжек, ненагруженных конструкций), так как получить его марку выше «200» вряд ли удастся.
2. Во-вторых, качество материала будет неудовлетворительным по той причине, что в домашних условиях добиться тщательного измельчения гранул до состояния «муки» – нереально. Для этого требуется соответствующее оборудование. И если с печью вопрос еще решить можно, то как быть с мельничными жерновами для получения цемента? А ведь от степени помола зависят такие показатели, как время отвердевания и прочность искусственного камня.
3. В-третьих, эн/емкость процесса сделает его нерентабельным (особенно если учесть, что тарифы для населения выше, чем для предприятий), а времени потребуется много. Причем не только на саму работу, но и на подготовительные мероприятия. Например, как организовать закупку и доставку сырья для цемента в необходимых масштабах?

В отдельных случаях можно поступить так:

• Цемент для заделки швов, трещин и тому подобное. Сделать водный раствор на основе золы и извести. После получения «сметану» можно использовать в качестве замазки.
• Цемент для фиксации в основе (к примеру, в кирпиче) металлических деталей – штырей, крюков и так далее. Готовится смесь (в долевом соотношении) – каолин (2), песок речной (20), известь гашеная (3), мел молотый (4), «жидкое стекло» (15).

Есть и другие рецепты. Кого они заинтересуют, соответствующую информацию без труда найдет в интернете.

О ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ СВЧ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ЭКОЛОГИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

В статье рассмотрена актуальность внедрения СВЧ технологий в промышленное производство цементного клинкера. Кратко освещены клинкерообразующие реакции и влияние на их протекание сверхвысокочастотного (СВЧ) воздействия на сырьевую смесь.

Ключевые слова: экологизация, клинкерообразование, комбинированные сверхвысокочастотные (СВЧ) технологии.

Podlesnykh A.I.

Postgraduate student, Moscow Civil Engineering University

THE FEASIBILITY OF COMBINED MICROWAVE TECHNOLOGY FOR ECOLOGIZATION CEMENT CLINKER PRODUCTION

Abstract

The article discusses the relevance of the introduction of microwave technology in the industrial production of cement clinker. Clinker formation reactions are highlight briefly, and the impaction of the microwave (UHF) effects on the course of this reactions during feed mixture treatment.

Keywords: ecologization, clinker formation, combined ultrahigh-frequency (UHF) technology.

Экологизация цементной промышленности направлена, прежде всего, на снижение природоемкости производственных процессов, за счет создания технологически более совершенного, высокоэффективного и чистого производства. Экологизация предполагает внедрение в промышленное производство инновационных технологий, позволяющих увеличивать объемы конечного продукта производства при меньших затратах энергии и первичных ресурсов, а также сокращение количества производственных отходов [1]. Таким образом, акцент делается как на повышение эффективности производства, так и на снижение его энергетической и ресурсной затратности.

В технологии производства портландцемента самым важным и энергозатратным процессом является обжиг сырьевой смеси, в ходе которого происходит ряд физических и физико-химических превращений и образуется клинкер. Сложный минералогический состав и микрокристаллическая структура клинкера коренным образом отличается от минералогического состава исходных сырьевых материалов, что обусловливает приобретение им совершенно иных, специфических свойств.

При производстве портландцементного клинкера смесь сырьевых материалов нагревают до 1450°С. В процессе обжига сырьевой шихты происходит химическое взаимодействие основного оксида СаО с кислотными оксидами. Вначале реакции взаимодействия происходят в твердой фазе, затем при повышении температуры обжига до 1450°С около 20–30% смеси переходит в жидкую фазу – расплав, и образование большей части клинкерных минералов происходит именно через жидкофазные реакции [2].

Кинетика процесса алитообразования зависит от реакционной способности СаО и свойств расплава, таких как степень вязкости и сила поверхностного натяжения. От вязкости зависят условия необходимые для полного обмена между растворяющимися и кристаллизующимися фазами, а от величины поверхностного натяжения механизм реакции происходящей на границе между кристаллами и расплавом.

Таким образом, большее значение при клинкерообразовании имеет температура обжига. При высоких температурах ускоряется синтез алита, за счет снижения вязкости жидкой фазы и увеличения ее количества, что оказывает решающее влияние на процессы клинкерообразования. В исследованиях различных авторов указывается, что при 1600°С реакции минералообразования в сырьевой смеси проходят за 5–10 мин, при 1700—1800°С – за несколько секунд, а в интервале 1900–2000°С – за доли секунд [3]. Однако значительное повышение температуры обжига во вращающихся печах невозможно из-за отсутствия огнеупоров требуемого качества для футеровки зоны спекания.

Применение комбинированных сверхвысокочастотных (СВЧ) технологий позволяет достичь необходимых температур и тем самым сократить время воздействия на сырье, а соответственно и потребление топлива. В процессе клинкерообразования жидкая фаза, образующаяся в материале непосредственно в зоне спекания, составляет порядка 25–45%. В отличие от обжига во вращающейся печи, где материал перекатывается и мелкие гранулы и зерна слипаются в более крупные, при комбинированном СВЧ воздействии такого эффекта не возникает благодаря специфике нагрева, а также постоянной продувке расплава газовыми потоками.

Конструкция всей системы разработана таким образом, что горящий плазменный шнур оказывается строго параллельным потоку выдуваемого газа, и это позволяет получить устойчивое и равномерное горение. При прокачке воздухом и подаче газа на выходе наблюдается продольный факел горящего газа внутри СВЧ-резонатора, температура в центральной зоне которого достигает 6000 о С.

Также немаловажным является протекание реакций в зоне охлаждения, где температура клинкера постепенно снижается с 1300 до 1100–1000 о С. В СВЧ установках конструкционное решение, обеспечивающее внутреннее завихрение рабочих газов и струи СВЧ плазмы, позволяет осуществлять быстрое и равномерное охлаждение конечного продукта направленными потоками воздуха.

Согласно существующей классификации, в зависимости от особенности приготовления сырьевых смесей, принято выделять четыре способа производства портландцемента: мокрый, сухой, полусухой и комбинированный. Каждый способ имеет свои достоинства и недостатки. Основным недостатком мокрого способа является то,
что более порядка 50% энергии расходуется на предварительную просушку сырья [2]. В связи с чем цементная промышленность во всем мире нацелена на полный переход на сухой способ, характеризующийся более низкими энергозатратами и более высокой производительностью. Однако, учитывая высокую естественную влажность исходных материалов смеси, гораздо более целесообразен переход на комбинированный способ производства, при котором более половины содержащейся в шламе воды удаляется за счет быстрого испарения при помощи СВЧ воздействия на материал, что позволяет снизить затраты на удаление воды почти в 10 раз, а объем инвестиций, по сравнению со строительством сухой линии в 5 – 8 раз.

Технологии СВЧ воздействия на сырьевую смесь имеет ряд отличительных свойств. Внутреннее устройство резонаторной камеры устроено таким образом, что в ней происходит направленное завихрение рабочих газов и струи СВЧ плазмы. Это позволяет существенно сократить размеры камеры и изготовить установку в очень компактном исполнении, что может быть очень востребовано на мини-цементных заводах и в условиях ограниченной производственной площади.

Внедрение в производство подобных сверхвысокочастотных (СВЧ) технологий поддерживающих комбинированный режим горения позволит не только гораздо быстрее достигать высоких температур, необходимых для образования клинкера, но и снизить количество вредных выбросов за счет сокращения времени требующегося для нагрева материала до нужной температуры и розжига печей, а так же получить экономию газа.

Помимо этого, характер воздействия на сырьевую смесь позволяет существенно увеличить скорость протекания реакции клинкерообразования за счет повышения количества расплава на начальной стадии силикатообразования и последующей кристаллизации части жидкой фазы за счет быстрого охлаждения расплава. Такое комбинированное воздействие на вещество приводит к его направленному изменению.

Рабочим топливом, помимо традиционных могут являться также промышленные газы, бытовые и промышленные отходы, газовые выбросы предприятий и ТЭЦ, а также низкокалорийное топливо.

Выводы

Экологизация цементной промышленности призвана вывести промышленное производство на высокий эколого-экономический уровень. Применение верхвысокочастотных (СВЧ) технологий позволяет снизить затраты на удаление воды из сырьевой смеси почти в 10 раз, а объем инвестиций, по сравнению с переводом производства на сухой метод в 5 – 8 раз. Поэтому возможность применения рассматриваемых в данной статье СВЧ технологий, имеющих высокий КПД и позволяющих получить экономию газо-нефтепродуктов до 50%, приобретают особую актуальность при решении вопросов экологизации и увеличения объемов производства цементного клинкера.

Однако вопрос внедрения данных технологий в промышленных масштабах недостаточно разработан и нуждается в дальнейшем изучении.