Технологический процесс для производства цемента

Технология производства цемента в промышленных и домашних условиях

Процесс производства цемента достаточно сложен и трудоемок. Он требует наличия специального оборудования и соблюдения технологических норм и условий. Все это сказывается на конечной стоимости цемента. В статье будут рассмотрены особенности приготовления цемента в заводских и домашних условиях, а также рассмотрено необходимое для этого оборудование.

Технология производства цемента

Существуют определенные технологии изготовления, благодаря которым на выходе получают цемент достойного качества. Любые отступления от них изменяют свойства готового продукта и влияют на возможность его дальнейшего применения в строительстве.

Сырье для производства

В качестве исходного сырья используют:

1. Различные виды глины (глина, глинистая горная порода, суглинок, глинистые сланцы, лессовидный суглинок).
2. Карбонатные породы (мел, известняк, мергель, доломитовые осадочные горные породы, известняк-ракушечник).

Помимо основных компонентов в состав цемента вводятся корректирующие добавки, изменяющие свойства цемента. Это гипс, фосфогипс, апатит, а также кремнеземистые, глиносодержащие и глиноземистые добавки.

Сырье добывают на известковых и глиняных месторождениях в виде руды. На транспортере происходит измельчение руды до кусков 10-15 см в диаметре. Данный материал транспортируется на завод, где измельчается и обжигается в печах.

Схема изготовления цемента на заводе

Оборудование

В процессе производства цемента необходимы комплекты оборудования для выполнения следующих операций:

• Добыча сырья.
• Транспортировка сырья к месту производства.
• Дробление сырья.
• Обжиг сырья для получения клинкера.
• Измельчение гранул клинкера.
• Смешивание измельченных компонентов.
• Фасовка цемента в мешки.

Мини-завод

В отличие от огромных заводов по производству цемента, мини-завод дает возможность в короткие сроки начать собственное производство этого стройматериала. Отпадает необходимость возведения капитальных сооружений. Небольшие размеры позволяют сократить штат сотрудников.

Используемое оборудование имеет меньшие размеры и энергопотребление, поэтому быстро окупается. При всей экономии, качество производимого цемента соответствует европейским стандартам. Цена такого мини-завода зависит от комплекта оборудования. В среднем она может составлять около 2,5 миллиона рублей.

Сухой способ производства и его технология

Данный способ является наиболее экономичным. Вода в работе не используется. Известняк и глинистую породу дробят, сушат, а затем мелко перемалывают. Смешивают полученную муку и обжигают в печах для получения клинкерных гранул. Дальнейший процесс не отличается от приготовления цемента другими способами. Клинкер перемалывается, в него вводятся корректирующие добавки. На выходе получается готовый продукт.

Как сделать цемент от этапа добычи до момента складирования можно посмотреть на видео:

Пластификатор

Пластификатор представляет собой химическую добавку в цемент, которая способна повысить прочность цементного раствора и улучшить его пластичность. Тем самым сокращается расход цемента, а прочность застывшего раствора увеличивается.

Кроме того, некоторые разновидности пластификаторов способны улучшать морозостойкость, водонепроницаемость и устойчивость раствора к образованию «высолов». Цементный раствор, в который добавлены пластификаторы, не будет растрескиваться на морозе или на жаре, а служить будет в несколько раз дольше.

Формы

При испытании цемента на прочность используются специальные формы.

Они изготавливаются из стали и служат для следующих целей:

1. Для изготовления образцов цемента и бетона.
2. Для определения линейной усадки цементного раствора.
3. Для вычисления предела прочности цемента или бетона на сжатие и растяжение.

Шнеки

Шнеки представляют собой транспортеры, по которым осуществляется подача цемента в дозаторы. Проталкивание цемента по трубе шнека осуществляется при помощи вращающейся спирали.

Для ее вращения используется мотор-редуктор. Шнеки могут располагаться в любой плоскости, обеспечивая нужное направление подачи цемента. Диаметр шнековой трубы является стандартным — 219 мм. При необходимости длину шнека можно увеличить путем установки дополнительных звеньев.

Гидратация цемента

Гидратация цемента — это процесс твердения цементного раствора при его взаимодействии с влагой. Процесс гидратации может замедляться или вовсе прекращаться при высыхании цементного раствора или при его замерзании.

В частности, в летний зной раствору угрожает пересыхание. Поэтому в течение первой недели залитый цементный раствор желательно поливать водой или накрыть полиэтиленом для предотвращения испарения влаги. Зимой следует сооружать укрытия для предотвращения замерзания раствора.

Скорость гидратации можно также изменять путем добавления в цементный раствор соответствующих модификаторов. Они способны повысить устойчивость раствора к морозу и к пересыханию.

Добавки в цемент для гидроизоляции и для цвета

При помощи специальных наполнителей — колеров, удается обеспечить цементному раствору гидроизоляционные свойства. При смешивании с цементным раствором такие добавки способствуют образованию кристаллов, препятствующих быстрому испарению из раствора влаги.

Прочность такого раствора улучшается. При окончательном застывании происходит разрастание кристаллов и закупоривание имеющихся в бетоне пор. Такой бетон становится водонепроницаемым.

При помощи добавок изменяется цвет цементного раствора. Для этого используются красители на основе оксидов различных металлов. Например, красная окись железа сделает цемент красным, зеленая окись хрома придаст цементу зеленый цвет, обыкновенная сажа сделает цемент черным.

Перевалка цемента

Перевалка готового цемента — это процесс его отгрузки в цементовозы при помощи специального оборудования и последующей разгрузки. Для перевалки цемента используются загрузочные устройства, имеющие возможность опускаться в открытый люк цементовоза и герметично там фиксироваться.

Вытесняемый из цементовоза воздух выводится наружу посредством пылевого вентилятора. В качестве оборудования для разгрузки используются боковые и донные разгружатели. При перевалке цемента из вагонов применяются шнековые лотки, подъемники и насосы.

Как это происходит показано на видео:

Фасовка в мешки, оборудование

Фасовка различных видов цемента в отдельные мешки производится с целью его точного дозирования, а также защиты цемента от влаги. Материалом для мешков служит многослойная крафт-бумага, обладающая повышенной влагостойкостью. Расфасовка цемента осуществляется посредством специальных фасовочных аппаратов, работающих в полуавтоматическом или автоматическом режимах.

Цемент подается из силоса в фасовщик, откуда производится его засыпка в мешки. Когда мешок достигает требуемого веса, подача цемента останавливается. Полный мешок упаковывается и подается на транспортер.

Складирование, хранение и перевозка цемента

Цемент имеет ряд особенностей, которые оказывают влияние на способы его хранения. Он постепенно теряет свои качества не только при контакте с сырыми поверхностями, но и ввиду поглощения влаги из воздуха.

Поэтому хранение цемента в мешках допускается только в закрытых складских помещениях, имеющих нормальную влажность и достаточную вентиляцию.

Иначе обстоит дело с хранением рассыпного цемента. Склады для него, в зависимости от особенностей конструкции, могут быть силосными и бункерными.

Силосные склады — это металлические или железобетонные цилиндры-емкости, установленные вертикально. В нижней части имеются конусы для выдачи цемента в цементовозы. Бункерные или полубункерные склады представляют собой различные по форме емкости, размещаемые как поверх уровня почвы, так и под землей. Подача цемента в хранилища осуществляется транспортерами, а его выгрузка — при помощи шнековых механизмов.

Для перевозки цемента по железной дороге используются специальные вагоны-цементовозы. В них цемент перевозится насыпью. Это довольно экономичный способ, позволяющий быстро разгружать вагоны. При перевозке цемента в мешках используются обычные товарные вагоны.

Доставка цемента цементовозами

Для перевозки цемента по автодорогам используются цементовозы, представляющие собой тягачи с установленными на них цистернами. Их различают по грузоподъемности и способу загрузки. Самозагружающиеся машины способны в автоматическом режиме загружать рассыпной цемент из железнодорожных вагонов и силосов.

Производство в домашних условиях

Если вы решили изготавливать цемент в домашних условиях, то вам потребуется специальное оборудование: высокотемпературная печь для обжига, мельница и весы. В качестве сырья берется 1 часть глины или суглинка и 3 части известняка. Их необходимо измельчить и обжечь в печи при температуре около 1450 градусов. Именно при такой температуре происходит спекание материала и образование клинкера.

Клинкерные гранулы необходимо очень тщательно измельчить при помощи мельницы, а затем добавить в полученный порошок 5-6 % гипса. Полученный домашний цемент следует расфасовать в герметичные упаковки и хранить в сухом помещении. Качество домашнего цемента будем отличаться от материала выпущенного на производстве.

Видео расскажет, как правильно хранить цемент зимой и не только:

Производство цемента

Проектирование в цементной промышленности

thyssenkrupp Industrial Solutions, как опытный партнёр, помогает своим клиентам находить оптимальные решения для каждого проекта строительства завода, обеспечивая создание прибыльного, энергосберегающего цементного производства, при этом сокращая потребление ресурсов. С точки зрения постоянно увеличивающихся объёмов выпуска крайне важно точное определение размеров системы и сопутствующего оборудования, подвергающегося максимальным механическим нагрузкам. Наша компания обладает высоким уровнем ноу-хау в этой области.

От подготовки сырья

до производства клинкера и цемента

и решений по автоматизации

Технологические процессы и цементные заводы

Эффективное производство высококачественного цемента требует намного большего, чем просто сочетание отдельного оборудования или этапов технологических процессов. Для наших клиентов мы предлагаем полную технологическую цепочку из единого источника: от карьера до цементно-погрузочного комплекса и от разработки, поставки, установки и ввода в эксплуатацию до послепродажного обслуживания. А благодаря современным технологическим процессам наши заводы экономят ресурсы и защищают окружающую среду без снижения производительности и экономичности эксплуатации.

Краткий обзор нашего ноу-хау

От подготовки сырья…

1. Дробление
Сырьё дробится до размера крупного гравия

2. Промежуточное хранение и усреднение
Сырьё складируется или усредняется в усреднительных складах

3. Дозирование
Дозирующее устройство подаёт сырьё на мельницу, обеспечивая правильный объём и состав

4. Измельчение
Сырьё измельчается до требуемой зернистости в сырьевой мельнице и одновременно сушится

5. Гомогенизация
Сырьевая мука гомогенизируется и хранится в силосах для последующей дозированной передачи в теплообменник

… до производства клинкера Клинкер (цементный клинкер) – продукт, получаемый обжигом до спекания или плавления сырьевой смеси надлежащего состава и содержащий, главным образом, высокоосновные силикаты и (или) высоко – или низкоосновные алюминаты кальция. …

6. Предварительный прогрев и декарбонизация
Сырьевая мука предварительно нагревается и кальцинируется в циклонном теплообменнике с декарбонизатором

7. Обжиг
Сырьевая мука обжигается во вращающейся печи при температуре около 1500°C до образования клинкера

8. Охлаждение
Большая часть тепла, отводимого в ходе охлаждения клинкера, рекуперируется для использования в производственном процессе

… и производства цемента

9. Хранение
Склад клинкера используется для хранения и подачи клинкера на помол

10. Измельчение
В ходе измельчения клинкера в процесс помола вводятся добавки для получения требуемого типа и сорта цемента

11. Хранение, упаковка и погрузка
Готовый цемент подается в накопительные силосы. Наконец, навалом или в мешках он отгружается заказчику.

Технологический процесс для производства цемента

Технологический процесс производства цемента осуществляется по мокрому способу с использованием газообразного топлива и слагается из основных операций, приведенных в технологической схеме.

Добыча сырья в карьерах

Известняк, глинистые компоненты (сланец, глина, ракушечник), конгломерат вулканомиктовый на основе туффоалевролита добываются на карьерах Ляганского, Кызыл-Кийского, Ляган-Окташского, Карынкурсайского, Таш-Булак, Чал-Таш, Джил-жиганского месторождений путем открытой разработки карьеров с применением взрывных работ. Добытое сырье экскаваторами загружается на автотранспорт и вывозится на площадку для сырья дробильного производства.

Дробление сырья

С площадки для сырья сырьевые компоненты подаются в щековую дробилку, где производится их дробление. С щековой дробилки сырье по транспортной ленте поступает в молотковую дробилку, где происходит вторичное дробление. После чего сырье по ленточному транспортеру доставляется на объединенный склад сырья.

Складирование сырья

Дробленное сырье (известняк, глинистые компоненты (сланец, глина, ракушечник), конгломерат вулканомиктовый на основе туффоалевролита) раздельно складируются на сырьевом складе. Железосодержащие добавки доставляются на цементное производство автомобильным или железнодорожным транспортом и раздельно складируются на складе сырья.

Дозирование сырья

На сырьевом складе с помощью грейферного крана дробленные сырьевые компоненты загружаются в бункера и по реверсивному транспортеру подаются на весовые дозаторы типа ДВНД-100, с помощью которых сырье поступает в сырьевые мельницы мокрого помола.

Помол сырьевого шлама

В сырьевые мельницы совместно с компонентами сырьевой смеси подается технологическая вода для измельчения материала по мокрому способу с получением сырьевого шлама.

Хранение сырьевого шлама

Смолотый шлам с помощью насосов закачивается в вертикальные шлам бассейны для хранения и перемешивания. В шламе определяется титр, влажность, растекаемость и тонкость помола.

Корректировка и хранение кондиционного сырьевого шлама

После определения технологических характеристик шлама, хранившегося в вертикальных бассейнах, производится слив шлама в горизонтальный шлам бассейн для окончательной корректировки.

В горизонтальном шлам бассейне кондиционный шлам в процессе хранения подвергается механическому и пневматическому перемешиванию во избежание расслаивания.

Обжиг кондиционного сырьевого шлама

Из горизонтального шлам бассейна кондиционный шлам транспортируется на холодный конец печи и через шлам питатели подается в печь.

Обжиг сырьевого шлама на клинкер производится во вращающихся печах. В процессе прохождения по печи сырьевой шлам проходит стадии сушки, декарбонизации и обжига с образованием клинкера заданного химического и минералогического состава. После обжига клинкер поступает в рекуператорный холодильник для резкого охлаждения. Охлажденный клинкер транспортируется на склад.

Обеспыливание отходящих газов

Во вращающихся печах обжиг шлама производится по принципу противотока печных газов и обжигаемого материала. Отходящие газы, обогащенные влагой и тонкодисперсными полупродуктами обжига, выносятся из печи и обеспыливаются в запечных устройствах (пыльная камера и электрофильтр). В пыльной камере осаждается грубодисперсная часть запечной пыли. Тонкодисперсная часть улавливается электрофильтром.

Отбор запечной пыли

Запечная пыль, уловленная в обеспыливающих устройствах, накапливается и возвращается в технологический процесс.

Возврат запечной пыли

Возврат запечной пыли в технологический процесс производится с горячего конца печей через пылевые форсунки с помощью фуллернасосов.

Хранение добавок

Активные минеральные добавки и гипсовый камень доставляются на производство автомобильным или железнодорожным транспортом и хранятся на специальной площадке.

Дробление добавок

С площадки для хранения активные минеральные добавки и гипсовый камень загружаются в молотковую дробилку для дробления. Дробление каждого компонента проводится раздельно. После дробления сырье с помощью транспортеров доставляется на объединенный склад клинкера и добавок.

Складирование клинкера и добавок

Обожженный клинкер при помощи ковшевого транспортера поступает на объединенный склад клинкера и добавок для хранения и дальнейшего использования в технологическом процессе.

Активные минеральные добавки и гипсовый камень после дробления также складируются на объединенном складе.

Дозирование клинкера и добавок

Клинкер, минеральные добавки и гипсовый камень с объединенного склада грейферным краном загружаются в накопительные бункера цементных мельниц и посредством весовых дозаторов типа ДВНД – 32 подаются в цементные мельницы. В зависимости от ассортимента продукции варьируется вид добавок, а также массовая доля добавок и гипсового камня.

Помол клинкера с добавками

Совместный помол клинкера и добавок производится в цементных мельницах непрерывного действия. Тонкость измельчения полученного цемента регламентируется нормативными документами на номенклатуру продукции. Готовый цемент выгружается из мельниц и с помощью церранасосов транспортируется в цементные силоса.

Хранение цемента

Хранение и складирование цемента производится в вертикальных цементных силосах предотвращающих увлажнение и засорение продукции.

Цементы складируются раздельно в зависимости от номенклатуры продукции.

Отгрузка цемента

Из цементных силосов с помощью разгрузочных устройств, расположенных в нижней части силосов производится отгрузка цемента навалом в специально оборудованные железнодорожные или автотранспортные средства для доставки потребителям.

Производство цемента

В этой статье рассмотрено производство, пожалуй, самого популярного строительного материала — производство цемента. Именно этот материал применяется в абсолютнои большинстве строительных работ и, конечно, при производстве бетона на бетонных заводах.

Промышленный процесс изготовления цемента подразумевает две разновидности сырья – известняк, который добывают на глубинах до 10 метров, а также глиноземистое сырье. Дозируя определенный сырьевой материал в утвержденных пропорциях, получают конкретную марку цемента с определенными свойствами, посредством добавления различных добавок и присадок.

Цементом принято называть определенную порошкообразную группу веществ, параллельно обладающих вязкостью и способностью в условиях смешивания с водным раствором, а в редких случаях с водным раствором солей, создавать пластичную консистенцию, а впоследствии при высыхании – превращаться в камневидный материал. Нужно отметить, что данный процесс не имеет обратного хода. Цемент используют при производстве иных стройматериалов в качестве составляющей (бетон, железобетон, стройсмеси и т.д.). Определяющая характеристика цемента – прочность, не поддающаяся воздействию времени.

Что касается количества видов цемента – список велик. Более всего популярен портландцемент, в котором на долю силикатов кальция приходится 70-80% от общей массы. Данная разновидность цемента получила название от одноименного английского острова Portland, поскольку его окрас схож с камнем, добываемым на этом острове. Визуально Portland цемент – это порошкообразное вещество зеленовато-серого цвета, существенно не отличающееся от стандартного цемента.

Фаворит мирового рынка по производству цемента – Китай. На сегодняшний день в условиях отечественного рынка небольшие предприятия останавливаются, а полноценными игроками рынка становятся крупные компании, способные использовать энергосберегающие технологии, снижая при этом затраты на производство больших объемов.

Сырье, предназначенное для производства цемента, подвергается высокотехнологической обработке при очень высоких температурах – первоначальное сырье достигает полной или частичной стадии плавления. Подобный продукт, полученный в результате обжига — принято называть клинкером (перевод – застывшая лава). В состав клинкера входят четыре минерала: алит (3-хкальциевый силикат); белит (2-хкальциевый силикат); 4-хкальциевый алюмоферрит; 3-хкальциевый алюминат. Все клинкерные минералы обладают своими индивидуальными свойствами, влияющими на характеристики финишного продукта – присутствие алита увеличивает прочность и быстроту твердения массы (цемента). 3-хкальциевый силикат образует высокомарочный портландцемент. Зная минералогический состав Portland- цементного клинкера и учитывая свойства составляющих минералов, можно уже предварительно точно иметь представление об основных характеристиках Portland цемента и нюансах процесса твердения в различных ситуациях.

Стадии производства цемента

Процесс производства цемента включает ряд технологических стадий:

• процесс производства клинкера
• дробление клинкера в сочетании с гипсом и прочими добавками – в результате – цемент.

Процедура обжига исходного материала (шихты) и финишное создание клинкера состоит из большого количества стадий. Главные из них:

• Процесс сушки исходного материала.
• Процесс распада компонентов исходного сырья. В условиях высоких температур известняк разлагается на углекислый газ и известняки. Глина же разлагается на алюминий оксид кремния
• Процесс экзотермических реакций. Для этих процессов характерно выделение тепла – происходит дополнительный прогрев массы, в которой происходят реакции
• Процесс спекания массы. Эта стадия очень важна в связи с тем, что в момент связывания на этой стадии происходит формирование будущей структуры клинкера. Одновременно на данной стадии происходит связывание свободной извести
• Процедура охлаждения. Этот процесс необходимо осуществлять резко

Во все применяемые технологии производства цемента обязательно включены вышеперечисленные стадии – разница возможна лишь в способах приготовления шихты.

В случае использования мокрого сырья или неоднородного по составу, рекомендуется применение мокрого способа создания клинкера – исходное сырье разбавляется водой до консистенции сметаны, измельчают и далее идет подача на обжиг. Данный способ требует использовать большие энергозатраты, поскольку введенная в шихту вода должна быть удалена путем испарения. На сегодняшний день на отечественном рынке в производстве цемента преобладает мокрый метод (87%), но начинается широкое применение в цементном производстве сухого метода. В случае, если исходное сырье сухое и однородное по своему составу, рациональнее применить сухой метод – процесс сушки и доработки происходит в сухом виде. В данном случае энергозатраты значительно меньшие, нежели при мокром способе, но встает вопрос кондиционности исходного сырья. При стремительном росте цен на энергоносители сухой метод стал теснить мокрый, в силу его оптимальности.

В определенных ситуациях сухая сырьевая смесь гранулируется с добавлением воды. Подобный способ именуют полусухим.

Комбинируемый метод основывается и на сухом и на мокром. В случае применения сухого метода, сырьевая смесь готовится по сухому, затем гранулируется с помощью добавления воды. Далее подают на обжиг. При мокром способе – смесь готовится по мокрому методу в качестве шлама, далее обезвоживают, а уже затем наполовину сухую смесь — на обжиг.

Для глиноземистого цемента характерно большое вхождение алюминатов кальция. Главный – однокалиевый алюминат. Для получения стандартного качества глиноземистого цемента используются бокситы, а для производства чистого ВГЦ применяется чистая окись алюминия. Наряду с бокситами возможно использование бокситовых железных руд с добавлением известняка, а также возможен железный лом.

Получение клинкера при производстве цемента

Процесс спекания очень напоминает технологию производства Portland-цементного клинкера, только применяемые температуры ниже. Получение высококачественного клинкера возможно лишь с применением способа плавления — затраты на способ спекания ниже. Хотя оба способа имеют свои плюсы и минусы, поэтому в каждом отдельном случае необходимо анализировать достоинства и недостатки. На мировой арене предпочтение отдают способу плавления. Технология производства глиноземистого цемента сложна, поэтому его производит небольшое количество предприятий: Россия — «Пашийский металлургическо-цементный завод», Уралцемент.

Помимо традиционных способов, связанных с рядом недостатков, существует альтернативная технология создания бесклинкерного цемента. При этом способе из технологического процесса вычленяется этап прокалки клинкера при высокой температуре, которая реализуется в очень дорогих барабанных печах, что сопровождается огромными финансовыми расходами. Альтернативный способ в значительной степени сокращает энергозатраты – практически в 33 раза снижается себестоимость продукции.

Производство бесклинкерного цемента

Производство бесклинкерного цемента на базе гидравлического шлака имеет 3 стадии:

• процесс плавления исходного сырья для получения шлака
• процесс охлаждения и помол

При резком охлаждении получают шлак с высочайшей потенциальной способностью реакции. Изготавливают цемент смешивая три компонента: сухой и гранулированный шлак; дополнительный материал в виде порошка; активизатор в малом количестве (2-5% от массы).

Бесклинкерный цемент получают еще перерабатывая гранулированные доменные шлаки, являющиеся отходами металлургического производства. Главными этапами при производстве цемента из шлаков являются: помол шлака, процесс добавления щелочной субстанции. На предприятиях страны накапливаются большие запасы металлургических шлаков. Одним словом – существуют многочисленные источники сырья для альтернативного производства.

Бесклинкерный цемент производят на базе нефелинового шлама. Данный цемент – продукт переработки элеолитовых (нефелиновых) концентратов. Нефелиновый цемент характеризуется небольшим тепловыделением, медленным увеличением прочности.