Производство гидрофобного портландцемента мокрым способом

  Минералогический  состав клинкера влияет на технологию производства портландцемента и его свойства. Чем выше содержание алита, тем труднее идет процесс обжига и тем больше должна быть температура. Повышение содержания и особенно облегчает спекание клинкера. Поскольку микротвердость и хрупкость минералов цементного клинкера различны, минералогический состав клинкера влияет и на производительность цементных мельниц. Размалываемость клинкера улучшается с увеличением содержания . Особенно трудно измельчаются клинкеры с повышенным содержанием алюмоферритов.

  Алит  – важнейший минерал клинкера, основной носитель его вяжущих свойств. Он обусловливает возможность быстрого твердения цемента и достижения высокой прочности. С увеличением содержания алита в клинкере в интервале 40-70 % прочность цемента повышается в линейной зависимости.

  Белит взаимодействует с водой значительно  медленнее алита и в начальные сроки твердения обладает низкой прочностью. Со временем, однако, белит набирает прочность и не уступает алиту по прочностным характеристикам.

  Трехкальциевый  алюминат быстро гидратируется, активно  участвует в процессах схватывания, но вклад его в конечную прочность цементного камня сравнительно невелик. При увеличении содержания алюмоферритов кальция цементы медленно твердеют, но достигают высокой прочности.

  Знание  минералогического состава клинкера позволяет прогнозировать свойства портландцемента: скорость набора прочности при различных условиях твердения, стойкость в пресных и минерализованных водах, тепловыделение при твердении и др. это дает возможность в соответствии с видом сооружения и условиями его эксплуатации подбирать нужный цемент.

  Для удобства работы процентное содержание оксидов в сырьевой смеси или  клинкере выражают в виде коэффициента насыщения и модулей (силикатного  и глиноземного).

   Коэффициент насыщения колеблется в пределах 0,8-0,95; силикатный модуль n – 1,7-3,5; глинозёмный модуль p – 1-3; гидравлический модуль m – 1,9-2,4.

   Величина  КН и модулей определяется по следующим  формулам:

КН =

;

n =

;

p =

;

m =

,

где Сао, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ и т.д. – содержание оксидов в портландцементном клинкере, %;

   КН  – показатель, характеризующий неполную насыщенность кремнезёма оксидом кальция  в процессе клинкерообразования.

     Силикатный модуль представляет собой отношение процентного содержания в клинкере оксида кремния к сумме процентного содержания оксидов алюминия и железа.

   Глинозёмный модуль показывает процентное отношение  содержания глинозёма к содержания оксида железа.

   Гидравлический  модуль представляет собой отношение  весового процентного содержания оксида кальция к суммарному процентному содержанию кислотных оксидов.

  Знание  коэффициента насыщения и модулей  позволяет прогнозировать особенности технологического процесса и свойств цемента. Увеличение коэффициента насыщения осложняет процесс обжига. Чем больше СаО в составе сырьевой смеси, тем труднее происходит полное усвоение его кислотными оксидами. Цементы из клинкеров с высоким коэффициентом  насыщения быстрее твердеют и имеют более высокую прочность, но водостойкость их ниже.

  Цементы с высоким силикатным модулем медленно схватываются и твердеют, но со временем прочность их неуклонно возрастает и через длительные сроки оказывается весьма высокой.

    Одновременно повышение силикатного  модуля увеличивает стойкость  цементов в минерализованных водах. Однако высокий силикатный модуль затрудняет спекание клинкера. Низкий же силикатный модуль вызывает затруднения при обжиге из-за легкоплавкости сырьевой смеси, сваривания ее в крупные куски и образования на футеровке печи колец (приваров).

  Цементы с высоким глиноземным модулем быстро схватываются и твердеют, но достигнутая в ранние сроки твердения прочность в дальнейшем увеличивается незначительно. Такие цементы менее устойчивы к воздействию минерализованных вод. Обжиг их затруднен вследствие повышенной вязкости жидкой фазы, что замедляет процесс образования . При небольшом значении глиноземного модуля цементы медленно схватываются и твердеют, но дают более высокую конечную прочность. Клинкер в этом случае делается легкоплавким, что может вызвать образование больших комьев.[2]

   Минералогический  состав клинкера характеризуется следующими основными соединениями, % : трёхкальцевый  силикат  3СаО SiO₂ – 40-75; двухкальцевый силикат  2СаО SiO₂ – 5-25; трёхкальцевый алюминат  3 CaO Al₂O₃ – 2-15; четырёхкальцевый алюмоферит  4CaO Al₂O₃ Fe₂O₃ – 5-20.

   Произведём  расчёт двухкомпонентной сырьевой смеси  по КН. Известен химический состав обоих  исходных компонентов (1-й известняк, 2-й глина) и величина КН = 0,87. Принимая, что в сырьевой смеси на 1 в.ч. второго компонента приходится х в.ч. первого, можно написать следующие равенства:

   С₀=

;   F₀= ;   A₀= ;    S₀= .

   Подставим указанные значения C₀, F₀, A₀,S₀ в упрощённую формулу КН, принятую для расчёта сырьевой смеси

   КН =

и решая  полученное уравнение относительно х, получим расчётную формулу для определения соотношения между первым и вторым компонентом:

   x =

. 

   Химический  состав исходных материалов ,%

                                                                                                                                                                     Таблица 1

 

Для пересчёта  содержания химического состава  сырьевых компонентов сумму, равную 100% , значения коэффициента k равны:

k₁ =

= 1,0027;   k₂ = = 1,0367.

Производим  пересчёт исходных материалов на 100% :

                                                                                                                                                                       Таблица 2

 

Определяем  соотношение между двумя сырьевыми  компонентами, задаваясь величиной  КН:

x =

=

Таким образом, на 1 в.ч. глины приходится 4,9416 в.ч. известняка. Сырьевая смесь будет состоять из 5,9416 в.ч., при этом 83,17 % будет известняка и 16,83 % - глины.

Рассчитываем  состав сырьевой смеси и клинкера:

z =

ппп=

Таблица 3

 

      Для подтверждения правильности расчётов определяем величину КН, n и p модулей:

   КН = ;

   n = ;

   p = .

  Совпадение  величины КН с заданной и величин  n и р с допустимым пределом, подтверждает правильность расчетов.[3]

 

   3. Выбор и описание  технологической  схемы производства  цемента

  Производство  гидрофобного портландцемента может  быть разделено на два комплекса операций: изготовление клинкера и получение портландцемента измельчением клинкера совместно с гипсом, активными минеральными добавками.

  Получение клинкера – наиболее сложный и  энергоемкий процесс, требующий  больших капитальных и эксплуатационных затрат. Удельная стоимость клинкера достигает 70-80 % общей стоимости портландцемента.

  Производство  гидрофобного портландцемента состоит из следующих основных операций: добычи известняка и глины; подготовки сырьевых материалов и приготовления из них однородной смеси заданного состава; обжига сырьевой смеси материалов до спекания с получением клинкера; помола клинкера в порошок с небольшим количеством гипса и добавок.

  В настоящее время применяют три  способа подготовки сырьевой смеси  из исходных материалов: мокрый (помол и смешение сырья осуществляются в водной среде), сухой (материалы измельчаются и смешиваются в сухом виде) и комбинированный.

  Каждый  из способов имеет свои положительные  и отрицательные стороны. В водной среде облегчается измельчение  материалов, при их совместном помоле быстро достигается высокая однородность смеси, но расход топлива на обжиг сырьевой смеси при мокром способе в 1,5-2 раза больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастают размеры обычных вращающихся печей при обжиге в них мокрой сырьевой смеси, так как эти тепловые агрегаты в значительной мере выполняют функции испарителей воды.

  Сухой способ, несмотря на его технико-экономические преимущества по сравнению с мокрым, длительное время ограниченно применялся вследствие пониженного качества получаемого клинкера. Однако успехи в технике тонкого измельчения и гомогенизации сухих смесей обеспечили возможность получения высококачественных портландцементов и по сухому способу. Это предопределило рост производства цемента по этому способу.[1]