Что является сырьем для производства цемента

Что является сырьем для производства цемента

Сырьем для производства портландцемента служат в основном известковые и глинистые материалы, которые берутся в таких пропорциях, чтобы обеспечить определенный химический состав сырьевой смеси, необходимый для правильного обжига. При этом очень важно, чтобы химический состав оставался максимально постоянным, так как даже небольшие отклонения в содержании основных компонентов смеси могут значительно изменить свойства конечного продукта — цемента.

В качестве известковых материалов для производства портландцемента применяются: разновидности известняка, мергель, отходы производства щелочей. Из глинистых материалов используются: глина, глинистый сланец, доменный шлак, зола.

Сырьевые смеси могут состоять из двух и более компонентов. Возможны такие комбинации, как известняк и глина, известняк и «цементный камень», известняк и доменный шлак и др., а также смеси указанных основных компонентов с добавкой кремнезема из песчаника и железной руды, но без известковистых соединений, как, например, волластонит или гранит. В отдельных случаях применяются и смеси с видоизмененным известняком, содержащим известковистые минералы. Эти известняки обычно бывают загрязнены сланцами, глинистыми сланцами, гранитом и другими интрузивными породами, что затрудняет приготовление соответствующей сырьевой омеси для обжига клинкера.

Сырьевые материалы для цементной промышленности иногда содержат нежелательные компоненты.

«Цементный камень» долины Лихай

Главные месторождения «.цементного камня» в США находятся в долине Лихай (Восточная Пенсильвания). Они были открыты в начале нынешнего столетия. «Цементный камень» — это вид глинистого известняка, принадлежащий к так называемой джексонбургской формации и считающийся пригодным для производства хорошего портландцемента без добавки дополнительных материалов. Действительно, по своему химическому составу он вполне подходит для выпуска портландцемента типа I.

«Цементный известняк» долины Лихай

В некоторых районах долины Лихай, где расположены типичные месторождения «цементного камня», находятся залежи и другого вида известняка, тоже джексонбургской формации, который получил название «цементного известняка». Он содержит от 78 до 85% СаС03 и меньше 5% MgC03, т. е. представляет собой идеальное высококальциевое сырье, которое можно смешивать с породой, содержащей сравнительно мало извести. В некоторых карьерах эти два вида цементного сырья залегают близко один от другого, а в ряде мест «цементный известняк» совершенно не встречается.

Химический состав известняковых месторождений долины Лихай и других районов удовлетворял требованиям цементного производства до тех пор, пока выпускался лишь один вид цемента. Но для производства портландцемента типа II пришлось значительно изменить состав сырьевой смеси, что в скором времени привело к истощению многих месторождений высококачественного известняка.

Многие фирмы предпочитают ввозить для своих заводов высококачественный известняк с содержанием СаС03 свыше 90%, чтобы не истощать собственных карьеров, оставляя в них породу с малым содержанием СаС03.

Известняк и глина (или сланец)

На многих цементных заводах применяют сырьевую смесь из известняка и глины (или глинистого сланца). Обычно такие заводы строятся у самых известняковых карьеров и недалеко от месторождений глины или сланца.

Следует иметь в виду, что не всякий известняк пригоден для производства портландцемента. Месторождения известняка, содержащего большие примеси MgC03, обычно не могут быть использованы. Точно так же присутствие включений пирита или гипса может повысить содержание сульфатов в цементе, что нежелательно. Встречаются месторождения мела, засоренного большим количеством кремневой гальки, в связи с чем его трудно использовать для производства цемента.

В тех случаях, когда для составления сырьевой смеси применяется известняк с высоким содержанием извести, его необходимо смешать с глиносодержащими материалами такого химического состава, который мог бы обеспечить получение клинкера заданного состава.

Мергель и глина (или сланец)

Месторождения мергеля, представляющие собой обычно земляные россыпи известняка или мела, смешанные с глиной, сравнительно мало используются цементной промышленностью США. Они эксплуатируются главным образом в штатах Мичиган, Южная Каролина и Миссисипи.

Характер месторождения обычно определяет и способ производства цемента — сухой или мокрый. Типичные мергели способны удерживать от 20 до 34% влаги, поэтому их более выгодно применять при мокром способе производства, смешивая мергель и глину (или сланец) с водой перед помолом. В этом случае для получения однородной сырьевой смеси устанавливают несколько смесительных шламбасоейнов.

Известняк-ракушечник

На заводах, расположенных вдоль Мексиканского залива и на Калифорнийском побережье, в качестве известкового компонента используют известняк-ракушечник. Ракушки добыйаются со дна океана, промываются, просеиваются и смешиваются с глиной или другими материалами для получения сырьевой смеси. Обычно такие заводы работают по мокрому способу, причем шлам иногда характеризуется повышенной водопотреб-ностью, что объясняется наличием морских органических примесей в ракушках.

Доменный шлак

Доменный шлак, отход металлургического производства, состоит в основном из тех же окислов, что и портландцемент: кремнезема, глинозема, окиси железа и извести. Он отличается от портландцемента лишь меньшим содержанием извести.

При изготовлении сырьевой смеси шлак смешивается в расчетных количествах с известняком, измельчается и обжигается в печи как обычно.

Химические отходы

Для замены известняка при производстве портландцемента могут быть использованы отходы производства щелочей или синтетического сернокислого аммония, содержащие осажденную известь или карбонат кальция.

Сырье для производства цементного клинкера

На большинстве цементных заводов для производства клинкера используется искусственная сырьевая смесь карбонатных и глинистых пород. С карбонатными породами в сырьевую смесь вносится в основном окись кальция (в виде карбоната), а с глинистыми — кремнезем, глинозем и окислы железа.

Помимо природных сырьевых материалов для приготовления сырьевых смесей используются побочные продукты и отходы других отраслей производства: доменный шлак, белитовый шлам и др.

Карбонатные породы. В цементной промышленности широко применяют следующие разновидности карбонатных пород:

1. Известняки — породы осадочного происхождения, состоящие главным образом из кальцита обычно с примесью глинистого материала, доломита, кремнезема, окисей железа и др. Известняк с примесью глинистых частиц называется мергелистым, с примесью доломита — доломитизироваиным, с примесью песчаных частиц — песчанистым.

Среди известняков различают: рифовые, сложенные остатками морских колониальных животных или растений; ракушечники, состоящие из битых или целых раковин; органогенно-обломочные, содержащие обломки органических остатков размером 2-0,1 мм; обломочные, состоящие из окатанных карбонатных зерен различного размера.

Окраска известняков в зависимости от содержащихся в них примесей бывает различной -от белой до темно-серой и почти черной.

2. Мел — скрытокристаллическая (пелитоморфная) слабосцементированная разновидность известняков белого цвета. Она состоит обычно почти целиком из микрозернистого порошкообразного кальцита и мельчайших известковых органических остатков.

3. Мергель-карбонатная порода осадочного происхождения, имеющая пелитоморфную структуру и представляющая собой тонкую равномерную смесь мельчайших зерен карбоната и глинистых частиц.

Карбонат в мергелях обычно представлен в основном кальцитом. При повышенном содержании в мергеле доломита он называется доломитизироваиным.

Мергель, состоящий из 75-78% кальцита (42-43,7%СаО) и 18-20% глинистого вещества, при благоприятных значениях величин кремнеземного и глиноземного модулей представляет собой готовую сырьевую смесь для производства цемента; такой мергель называется натуралом (или натуральным).

Окраска мергелей обычно серая, зеленоватая, желтоватая.

Глинистые породы. Глинистыми называются горные породы, характеризующиеся значительным содержанием тонких (менее 0,001 мм) фракций, состоящих преимущественно из так называемых глинистых минералов.

Из других минералов в глинистых породах чаще всего встречаются кварц, полевые шпаты, гидроокислы железа, кальцит, гипс, пирит.

Характерной особенностью большинства глинистых пород является их пластичность. По мере увеличения равномерно распределенного карбонатного или песчаного материала глинистые породы могут переходить в карбонатные или песчаные породы (через промежуточные разновидности).

Основные разновидности:

• Глина-осадочная горная порода, обладающая способностью образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее после высыхания приданную ему форму. Глина содержит не менее 50% частиц размером меньше 0,01 мм и в том числе не менее 25-30% частиц меньше 0,001 мм. При заметной на ощупь примеси песка глина называется песчанистой.
• Суглинок-глина, содержащая 30-40% частиц меньше 0,01 мм, в том числе 10-30% частиц меньше 0,001 мм, и одновременно повышенное количество песчаных и пылеватых частиц. Суглинок, переходный по своим свойствам к лессу, называется лессовидным суглинком.
• Лесс — глинистая порода, состоящая в основном из относительно крупных пылеватых частиц размером 0,05-0,01 мм. Для лесса характерна большая пористость (достигающая 40-55%), отсутствие слоистости, сильная известковистость, низкая пластичность.
• Алеврит — рыхлая обломочная порода, состоящая в основном из зерен размером 0,1-0,01 мм, занимающая промежуточное положение между глинистыми и песчаными породами. Сцементированный уплотненный алеврит называется алевролитом.
• Глинистый сланец — метаморфизованная (измененная) твердая камнеподобная сланцеватая глинистая порода.

В цементной промышленности в основном используются глины, суглинки и лессы, а глинистые сланцы и алевролиты применяются только на отдельных цементных заводах.

В отличие от глин, суглинков и лессов глинистые сланцы и алевролиты обычно не распускаются в воде; их нужно подвергать дроблению, что связано с дополнительным расходом электроэнергии на переработку сырья.

Физические свойства глинистых пород в основном зависят от их минералогического и гранулометрического состава. Теоретический расход глинистых пород (в абсолютно сухом состоянии) на 1 т. клинкера при относительно чистых известняках колеблется в пределах 0,28-0,3 т.

Требования к качеству. Как и для карбонатных пород, решающее значение для оценки качества глинистых пород имеет их химический состав.

Требования к гранулометрическому составу сводятся к тому, чтобы количество фракций крупнее 0,2 мм не превышало 5%, а фракций -0,2+0,088 мм -10%.

Сырьевые материалы для производства глиноземистого цемента

Бокситы являются основным компонентом цементного сырья в производстве глиноземистых цементов. Это сырье содержит гидраты глинозема в виде диаспора, гидраргиллита, бемита, а также кремнезем, оксиды магния, железа, титана и других металлов. Процентное содержание глинозема в бокситах может доходить до 70 %.Иногда бокситы содержат железистый гематит, а также опаловый или кварцевый кремнезем. Бокситы в основном используются для производства металлического алюминия. Их качество определяется содержанием окиси алюминия и коэффициентом качества – массовым отношением количества глинозема к количеству оксида железа в бокситах.

Чтобы получить глиноземистый цемент высокого качества, используют бокситы марки Б-1с коэффициентом качества 9 и глиноземистым содержанием не менее 49 %, а также бокситы марки Б-2, Б-3, Б-7, которые характеризуются коэффициентом качества 7; 5; 5,6; соответственно и глиноземистым содержанием не менее 30 %. Другим видом сырья для производства глиноземистых цементов служат шлаки вторичной переплавки алюминия или алюминотермического производства ферросплавов. Чистый глинозем используется, чтобы получать высокоглиноземистые цементы и особо чистые высокоглиноземистые цементы.

Химический состав цементного клинкера зависит от содержания в исходной шихте железосодержащих соединений, способа производства глиноземистого цемента — методом плавления или спекания, кислотности среды обжига цементного клинкера, условий охлаждения и других факторов. В процессе восстановительной плавки кокс также является компонентой сырьевой шихты. Содержание оксида кальция в сырьевой шихте устанавливают в зависимости от того, сколько его должно быть в алюминатах, силикатах кальция, алюмосиликатах, алюмоферритах кальция.

Различают высокоизвестковые и низкоизвестковые глиноземистые цементы. В высокоизвестковых глиноземистых цементах содержание оксида кальция CaO составляет более 40%, в низкоизвестковых глиноземистых цементах — менее 40%. Высокоизвестковый глиноземистый цемент характеризуется меньшими сроками схватывания и повышенной начальной прочностью при замедленном росте в последующем, тогда как низкоизвестковый глиноземистый цемент характеризуется большими сроками схватывания при пониженной начальной прочности и длительным нарастанием прочности в течение длительных промежутков времени. В качестве известковой компоненты сырья служит известняк или обожженная известь. Вместо извести может также применяться гипс или фосфориты.

Наша компания осуществляет производство и оптовую продажу портландцемента марки М500, М400, НЦ 10, НЦ 20, гидроцементы. Мы осуществляем поставки высококачественного цемента оптом вагонами и машинами в мешках и навалом Мордовцемент, Евроцемент, Себряковцемент. Вы можете у нас купить качественные цементы для кладки и бетона, фундамента и растворов, строительства и ремонта, строительства крупногабаритных железобетонных конструкций. Мы осуществляем продажу только высококачественных цементов по заводским ценам на выгодных условиях с доставкой.

Сырье и биологическое разнообразие

Цементная промышленность как отрасль с большим потреблением сырья несет особую ответственность в сфере бережного отношения к природным ресурсам. С целью сокращения выбросов CO₂ в большем объеме используются альтернативные виды сырья, которые большей частью выступают побочными продуктами других промышленных процессов. В местах выемки производителей цемента возникают уникальные жизненные пространства для редких видов животных и растений. Поэтому известковые карьеры играют большое значение для сохранения видов и увеличения биологического разнообразия.

Использование сырья и эффективное использование ресурсов

Добыча природных ресурсов представляет собой основу для производства цемента. К основным видам сырья относятся известняк, известковый мергель, мел, глина, песок, гипс и ангидрит. В небольших количествах используются также бентонит, каолинит, железная руда, нефтяной сланец, трасс. Большинство цементных заводов в Германии по экологическим и экономическим причинам располагаются в непосредственной близости от мест добычи, чтобы иметь возможность на месте переработать полученное сырье и получить клинкер и цемент.

С целью бережного отношения к природным ресурсам и снижения выбросов CO₂ цементная промышленность использует альтернативные виды сырья. Они образуются чаще всего как побочные продукты промышленных процессов. Кроме того, они образуются как зольные вещества при использовании альтернативных видов топлива (например, сточный ил, изношенные шины). Более 90 процентов используемых видов альтернативного сырья применяются при помоле цемента. Они включаются как основные и дополнительные компоненты в цемент, снижают соответствующее содержание клинкера и тем самым выбросы CO₂. В перспективе используемые сегодня такие альтернативные виды сырья, как песок из гранулированного доменного шлака и летучая зола, больше не смогут использоваться или будут использоваться в очень небольших количествах в связи с новой энергетической политикой и изменением структуры промышленности.

Эффективное использование сырья

С целью бережного отношения к природным ресурсам и снижения выбросов CO₂ цементная промышленность использует альтернативные виды сырья. Вместе с тем, такое природное сырье, как известняк, глина, песок, гипс и ангидрит, в длительной перспективе остаются обязательными для производства цемента. Диаграмма, размещенная справа, отображает использование сырья в немецкой цементной промышленности в 2019 году.

Обеспеченность сырьем и его добыча

Добыча минерального сырья в Германии должна быть согласована в более комплексном рассмотрении с другими нуждами и интересами. Перед тем, как получить возможность добычи этого сырья, необходимо определить потенциальные области добычи или «обеспечить» их с помощью планирования. Это происходит сначала на уровне федеральной земли в рамках планов развития земель, а затем конкретизируется далее на уровне районов или административных округов в рамках региональных планов. Все чаще это приводит к конкурентному землепользованию, в связи с этим план по предоставлению ценных местных месторождений перевыполнен, а обеспеченность сырьем на постоянной основе становится недоступной для цементной промышленности.

Еще одной предпосылкой для добычи каменного и рудного сырья служит разрешение на работу карьера. Такая процедура допуска представляет сложную задачу, для решения которой требуется более продолжительный период времени, как правило, несколько лет. Для этого необходимо провести разведочные работы по определению геологических условий местности, установить контакт с органами власти, экспертами и общественности, а также подготовить множество заявочных документов. До того момента, пока разрешение вступит в неоспоримую силу, могут быть поданы возражения заинтересованными лицами, что существенно затягивает процедуру допуска.

Охрана видов и биологическое разнообразие

Места добычи сырья немецкой цементной промышленности характеризуются многообразием видов. Это возникает в связи с множеством типов биотопов на этих территориях, которых можно крайне редко встретить в немецком культурном ландшафте. Чаще всего речь идет о территориях с экстремальными условиями местоположения, которые представляют собой первоначальные жизненные пространства для специальных видов и биоценозов. Достаточно часто в местах добычи можно встретить многочисленных земноводных, например, желтобрюхую жерлянку или жабу-повитуху. Добыча сырья способствует сохранению этих видов животных, поскольку для жизни им необходим временный неглубокий водоем со стоячей водой и скудной растительностью. Даже такие вымирающие виды, как филин и сапсан, используют каменные карьеры как территории, куда они возвращаются.

Отведенные под разработку месторождений территории используются только ограниченный период времени, затем следует этап ренатурирования или рекультивации, в ходе которого территории с низкой до этого природоохранной ценностью превращаются предприятиями в высококачественные биотопы. Таким образом разрабатываемые участки немецких цементных заводов не препятствуют устойчивому развитию. С профессиональной точки зрения неоспоримым является тот факт, что заброшенные карьеры как заповедные зоны и вторичные биотопы играют положительную роль для охраны природы и видов. Частично это касается и еще работающих областей добычи, поскольку там ренатурирование начинается зачастую еще во время проведения работ по добыче.

Ценные биотопы

Известковые карьеры производителей цемента представляют собой уникальные жизненные пространства для редких видов животных и растений. Добыча сырья и охрана видов образуют прочное единство.