За кількістю виробництва та використання портландцемент посідає перше місце серед усіх зв'язувальних будівельних речовин. Він швидко твердне на повітрі та під водою.
Технологія виготовлення портландцементу складається з трьох основних стадій:
1. Підготовлення вапняку, глини, а потім їх суміші;
2. Випалювання суміші для отримання цементного клінкеру;
3. Подрібнення цементного клінкеру на порошок і додавання добавок.
Підготовлення сировини до випалювання проводять двома способами: сухим і мокрим. Відповідно способи виробництва портландцементу поділяють на сухий і мокрий.
У ході сухого способу сировину (вапняк та глину) вологістю до 10% після попереднього подрібнення на вальцях (1г) решетують на решетах (елемент 2в і 2г) і розмелюють у кульових млинах (елементи 3 в і Зт). Отримані порошкиретельно перемішують у змішувачі (елемент 4) і після відстоювання у відстійниках /для вирівнювання хемічного складу/ (елемент 3) подають у піч для випалювання (елемент 6).
У ході мокрого способу подрібнену глину (3-5 мм) перемішують із водою в залізобетонних резервуарах для отримання суспензії. Глиняну суспензію та подрібнений вапняк (3-5 мм) подають у трубовий млин, де за допомогою сталевих куль суміш розмелюють і перемішують. Трубові млини безперервної дії. Розмелена суміш надходить до відстійника для відстоювання (вирівнювання хемічного складу суміші). Після відстоювання суміш подають до печі для випалювання.
|
|
Рис. 105. Схема обертової печі для випалювання цементного клінкеру:/- димохід: 2- шнек: 3- піч: 4- холодильник
Випалюють вапняково-глиняні суміші в обертових печах безперервної дії
(рис. 105).
Довжина печей- 95, 185, 230 м, діяметер - 5-7 м. Піч встановлена з невеликим нахилом і обертається зі швидкістю 0,016 с,
Сировину подають у трохи підняту частину печі, паливо спалюють в опущеній частині печі. Газові речовини, які утворилися у процесі горіння палива, і випалювальна вапняково-глиняна суміш рухаються назустріч одна одній. Під час зустрічі цих потоків спочатку випаровується полога і висушується сировина. Потім розкладаються гідрати, карбонати й утворюються оксиди. Ці реакції відбуваються в зоні печі, нагрітій до температури 700-1100°С. За цих умов вапняк розкладається:
У тій самій зоні печі глинисті мінерали розкладаються на оксиди S іО2, АІ2О3, Fе2О3, які вступають у реакцію з СаО за температур 1100-1300°С і утворюються мінерали: 2СаО-SіО2, ЗСаО' АІ2О3, 4СаО-Аl2Оз'Fе2Оз. I, нарешті, за температури 1300-1450°С утворюється основний мінерал майбутнього цементу - аліт (ЗСаО'SiО2).
1. У процесі спікання мінералів утворюється клінкер (нім. «Кііпкєг» - штучний камінь великої міцності) у вигляді кульок розміром 15 мм, які викочуються з печі в її опущеній частині і надходять до холодильника для охолодження (елемент 7), а звідти - на склад для вилежування (елемент 8). На складі клінкер вилежується протягом двох тижнів. За цей час надвишок вапна (СаО), яке міститься в клінкері, гаситься вологою, яка є в атмосфері складу:
|
|
СаО + Н2О -> Са(ОН)2 + 0.
У процесі гасіння виділяється велика кількість теплоти (О), клінкер стає рихлим, що полегшує його розмелювання.
Розмелюють клінкер разом з допоміжною сировиною в кульових млинах (елемент 9).
Готовий портландцемент зсипають у залізобетонні силоси-сховища (елемент 10) для охолодження.
Потім його фасують у тару (елемент //). Транспортують цемент у закритій тарі, зберігають у сухих складах.
Необхідно пам'ятати, що активність цементу з часом зменшується. Так, за три місяці зберігання вона зменшується майже на 20%, за півроку - на 30%, за рік - на 40%.
Собівартість цементу залежить від виду сировини, палива, способу виготовлення (мокрий чи сухий) тощо.
Затрати на сировину становлять 25% собівартості цементу. Використання відходів і побічної продукції промислових підприємств (жужелиці, шлаків тощо) зменшує собівартість цементу на 35-40%.
Виробництво цементу енергомістке. На виготовлення 1 т цементу витрачається 240 кг твердого палива. 40% електроенергії, яку витрачають на цементному заводі, йде на розмелювання клінкеру.
Переваги та недоліки способів отримання цементу. Кожний із способів отримання цементу має свої переваги та недоліки. Так, у разі використання мокрого способу легше подрібнювати сировину, кращі санітарно-гігієнічні умови праці, але витрати палива на 40% перевищують витрати в разі використання сухого способу.
Під час застосовування сухого способу менше витрачається палива порівняно з мокрим, але більші витрати електроенергії. Крім того, сухий спосіб дуже забруднює довкілля і потребує очисних фільтрів.
У Світі скорочується виробництво цементу мокрим способом, а збільшується виробництво сухим, який дає економію палива.