Как изготавливается цемент?

Корректирующие добавки

Цементный состав делают из минерального сырья с применением специальных пластификаторов, добавляемых при производстве.

Если увеличить количество добавок до 20%, то свойства цемента будут несколько изменены

Технология предусматривает использование добавок на базе ископаемых, содержащих:

• Глинозем.
• Кремнезем.
• Глину.
• Плавиковый шпат.
• Апатиты.

Введение корректирующих добавок, с помощью которых делают цемент и улучшают его характеристики, предусмотрено технологией. Пластификаторы позволяют улучшить следующие свойства цементного состава:

• стойкость к воздействию коррозионных процессов;
• устойчивость к воздействию перепадов температуры, глубоким циклам замораживания;
• прочностные характеристики;
• продолжительность твердения;
• подвижность цементного раствора, его эластичность;
• степень проницаемости водой.

Как получают цемент – технология изготовления

Технологический процесс изготовления предусматривает выполнение следующих операций:

1. Разработку месторождений известняка, гипса и глины.
2. Измельчение добытых материалов.
3. Сушку измельченной сырьевой массы.
4. Получение известняково-глиняного шлама.
5. Обжиг сырья с получением гранул клинкера.
6. Дробление клинкера до порошкообразной консистенции.
7. Дозировку и перемешивание компонентов.

Цемент – широко распространенный материал, который применяют при любых видах работ, связанных с ремонтом, реставрацией, строительством

Используется различная технология, отличающаяся методом подготовки шлама:

• сухая. Сушка и дробление производятся в измельчителе, в который нагнетается нагретый воздух. Готовая фракция имеет требуемую влажность;
• мокрая. Предусматривает использование мела. Он дробится во влажном состоянии, затем шихта обжигается и измельчается;
• комбинированная. Объединяет особенности предыдущих методов в зависимости от применяемого в технологическом цикле оборудования.

В настоящее время производители отдают предпочтение сухому способу производства.

Целесообразность собственного производства

В домашних условиях приготовить качественный цемент невозможно, размолотые и растворенные в воде известняк и зола пригодны разве что для замазки швов или фиксации мелких деталей (при условии добавления жидкого стекла). Для создания вяжущего, соответствующего нормам ГОСТ, и с маркой прочности выше М200 требуется линия оборудования, включающая дробилки, транспортеры для подачи сырья, мельницы, дозаторы, сортировочные, гранулирующие, клинкерную и шнековые машины, барабанную печь, охладитель и пакетирующие станки. Для обслуживания цементного завода требуются силы как минимум 40 человек, характерно высокое потребление энергоресурсов.

Основным поставщиком оборудования является Китай, фирмы-реализаторы предлагают как отдельные машины, так и полностью укомплектованные линии. Претензий к надежности агрегатов и качеству изготавливаемого портландцемента нет. Начальная стоимость мини-завода составляет не менее 1000000 рублей, для размещения потребуется площадь от 30000 м2. Но несмотря на значительные первоначальные вложения этот бизнес относится к рентабельным из-за востребованности данного стройматериала. Средняя себестоимость 1 т цемента – от 800 до 1000 рублей, а реализации – от 3500 до 4000.

Рентабельность во многом зависит от качества и доступности сырья, близости карьеров и степени развития маркетинговой сети. При полном цикле заводы выпускают от 330 т/сутки, что означает свыше 60000 рублей чистой прибыли в день.

1.Основные способы производства цемента

Основой производства цемента является обожженная масса, именуемая «клинкер». Состав клинкера может быть разнообразным, поэтому о нем мы поговорим позже.

Весь технологический процесс производства цемента можно разделить на два основных этапа:

(1)получение клинкера – наиболее затратный и трудоемкий процесс;

(2)дробление клинкера до получения порошкообразной массы.

Само изготовление клинкера делится еще на четыре этапа:

(1)сырье, из чего будет готовиться клинкер, добывается и доставляется к месту переработки;

(2)сырье измельчается;

(3)подготавливается сырьевая смесь в нужных пропорциях;

(4)готовая смесь обжигается под воздействием высоких температур.

1.1Способы получения цемента подразделяются на три основных нруппы :сухой

Сухой способ требует, чтобы любое сырье обрабатывалось без использования воды. В данном случае глину, известняк и прочие компоненты дробят, затем перемалывают до состояния пыли и смешивают с помощью подачи воздуха в закрытых боксах.

При изготовлении цемента сухим способом, в печи на обжиг попадает уже готовое сырье, не имеющее, к тому же, водяных испарений. Следовательно, после термической обработки, мы получаем готовый цемент, не требующий дробления.

Сухой способ значительно уменьшает затраты времени, тепловой энергии и других ресурсах. Он очень выгоден и эффективен при высокой однородности шлама.

В обоих случаях клинкер попадает в печь с влажностью от 10 до 18%.

1.2Бесклинкерный способ производства

Кроме перечисленных выше традиционных способов, производство цемента может происходить бесклинкерным способом. В данном случае сырье представляет собой доменный или гидравлический шлак, который соединяют с дополнительными компонентами и активаторами. На выходе получается шлако-щелочная смесь, которую дробят и перетирают до нужной консистенции.

Бесклинкерная технология производства цемента обладает следующими положительными качествами:

(1)конечный продукт устойчив к любым условиям окружающей среды;

(2)значительно сокращаются затраты тепловой энергии и прочие энергозатраты;

(3)отходы металлургической промышленности используются как сырье для качественного производства цемента, что положительно влияет на чистоту окружающей среды;

(4)дает возможность производить конечный продукт с различными свойствами и в разных цветах без изменения способа производства.

1.3Оборудование для производства цемента

Поскольку весь процесс производства делится на этапы, которые по своей сути сильно отличаются друг от друга, то и оборудование для получения цемента требуется разнопрофильное. Его можно разделить на следующие подгруппы:

(1)техника для добычи и транспортировки сырья;

(2)для дробления и складирования;

(3)печи для обжига;

(4)станки для измельчения и смешивания клинкера;

(5)станки для фасовки готового цемента.

Поскольку производство цемента производится разными способами, и сырье используется разное, оборудование на заводах так же может быть разным.

В последнее время большой популярностью пользуются частные мини заводы по производству цемента. Иногда его даже изготавливают в домашних условиях, но об этом мы поговорим позже.

Все дело в том, что оборудование для таких заводов стоит не очень дорого, устанавливаться они могут на относительно небольших площадях, а окупают себя поразительно быстро.

К тому же сборка, разборка и транспортировка производственной линии не вызывает трудностей. Поэтому устанавливать частный завод можно на любом неперспективном сырьевом месторождении, а, выработав его, перевозить в другое место. Такой вариант освободит производителя от задачи транспортировать сырье,что позволит значительно экономить.

1.4 Из чего состоит производственная линия?

1.Шнековые дробилки. Предназначены для грубого дробления и измельчения сырья.

2.Молотковые дробилки.

3.Грохоты или вибрационное сито. Нужно для просеивания дробленого материала.

4.Устройство подачи материала на первый этап.

5.Транспортеры. Выполняют функцию подачи сырья к следующему этапу.

6.Машина для сортировки.

7.Молотильная и молотильно-дозировочная машины.

8.Мельница с жерновами.

9.Станок для смешивания шлама.

10.Вращающаяся барабанная печь.

11.Сушильная установка.

12.Холодильная установка.

13.Мельница для клинкера.

14.Ковшевой элеватор с подающими шнеками.

15.Весовое и упаковывающее оборудование.

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.

В случае, когда производство цемента предполагает использование сырья с неизменным химическим составом, корректирование состава шлама выполняется в горизонтальном бассейне.

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.

Ключевые достоинства мокрого метода производства цемента:

• 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.

Основные минусы мокрого метода производства цемента:

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.

Указанные недостатки приводят к достаточно низкой производительности труда, существенным эксплуатационным и технологическим расходам, что обуславливает высокую стоимость всего производства.

Основные варианты производства

Весь процесс условно можно разбить на два этапа:

• добыча клинкера;
• измельчение клинкера в порошкообразную массу с добавлением гипса или других добавок.

Самой затратной частью процесса является получение клинкера. На нее приходится от 70 до 80% себестоимости продукта. Условно схему можно разделить на четыре технологические операции:

• добыча и доставка сырья на завод;
• измельчение;
• приготовление сырьевой смеси;
• обжиг смеси.

На сегодняшний день самые распространённые методы получения портландцементного клинкера – «сухой», «мокрый» и «комбинированный». Выбор технологии для получения клинкера в основном зависит от качества сырья и тепловых мощностей предприятия.

Сухой способ

Он не предполагает использование воды. Глину и известняк дробят и высушивают, после чего перемалывают в муку и с помощью воздуха смешивают. После обжигания в печи получается клинкер, который в дальнейшем поступает на склады. Данный вариант позволяет уменьшить затраты тепловой энергии на испарение воды. Такая технология производства цемента очень эффективная при высокой однородности смеси.

Мокрый способ

Достоинством такого метода обработки сырья является возможность точного подбора состава шлама, даже при высокой неоднородности исходных компонентов. Шлам представляет собой жидкую массу с содержанием воды до 40%. Состав корректируется в специальных бассейнах, после чего проводится его обжигание в специальных вращающихся печах. Расход тепловой энергии выше, чем при сухой, зато качество получаемой продукции не страдает при неоднородности шлама.

Комбинированный

Данный метод обработки базируется на технологии мокрого изготовления. Промежуточную смесь обезвоживают специальными фильтрами. В случае использования на начальном этапе сухого метода, смесь гранулируют с добавлением воды. Клинкер на обжиг поступает в виде гранул или смеси с влажностью от 10 до 18%.

Наряду с традиционным, широкое распространение получает производство бесклинкерного цемента сухим способом. В основе лежит гидравлический или доменный шлак. Он смешивается с дополнительными материалами и активизатором, в результате чего получается шлако-щелочной материал.

Достоинствами данного материала является:

• устойчивость в любой применяемой среде;
• незначительные энергозатраты производственного процесса;
• использование в качестве исходных материалов отходов металлургии, что положительно сказывается на окружающей среде;
• возможность изготовления с различными свойствами и цветовой гаммой, не производя существенного переоснащения линий.

Производство белого цемента

С целью декоративного оформления строений всё чаще используются отделочные материалы белого цвета, поэтому обычный цемент для таких работ не подойдёт. Процесс изготовления цемента белого цвета по технологии своего изготовления мало чем отличается от обычного, но содержит в своём составе повышенное количество алита и белита. Данные минералы характеризуются высоким коэффициентом отражения света, что позволяет использовать такой состав в декоративных работах. Сырьём для производства белого цемента является чистые карбонатные и глинистые составы (известняки, каолин и отходы от его обогащения, чистые кварцевые пески).

За счёт добавления в состав смеси стойких красящих пигментов можно получить цветные портландцементы.

Цветовая гамма получается следующая:

• чёрный (двуокись марганца);
• красный (железный сурик);
• жёлтый (охра);
• зелёный (окись хрома);
• голубой (кобальт и ультрамарин).

По своим характеристикам немного уступают своему классическому собрату, зато превосходят его своим видом, по эстетическим показателям. Скорость твердения у них немного ниже, чем у обычных аналогов, кроме этого они обладают повышенной усадкой и слабой коррозийной и морозоустойчивостью. Их основная область применения – внутренние отделочные работы.

Сертификация

От качества цемента в значительной степени зависит безопасность возводимых конструкций и зданий, поэтому он подлежит обязательной сертификации. Данная процедура включает несколько проверок:

1. Технологии – на предмет наличия проверенных измерительных средств, технической документации, контроля качества на входе и приемке, правильной инфраструктуры, квалифицированного персонала.
2. Результатов лабораторных исследований цемента за предыдущий год.
3. Документов компании (уставных, регистрационных, нормативных) и Технических условий (ТУ) на производство.
4. Проб цемента, принятых ОТК завода, в аккредитованной лаборатории (под протокол).

По результатам указанных проверок принимается решение о том, соответствует ли производство, технология и организация предприятия требованиям сертификации. При выявлении каких-либо нарушений выдача сертификата откладывается до момента их устранения.

Сертификация проводится отдельно на каждый вид выпускаемой продукции. В дальнейшем сертифицированный цемент подлежит регулярным проверкам, которые проводятся контролирующим органом 1 раз в 6 месяцев на протяжении всего срока действия сертификата.

Технология

Сырье дробился в мельницах на мельчайшие частицы, а затем отправляется на обжиг, где используется либо жидкое, либо газообразное топливо. Недопустимо попадание золы или сажи в состав. После данного этапа, клинкер отправляется на охлаждение в бескислородную среду или очень холодную воду. Далее он просушивается в специальном сушильном барабане при температуре 350 градусов.

Цемент производится всего в 3 сортах. Сорт определяется по белизне готового продукта.

Белый цемент имеет ряд преимуществ:

• Высокая прочность и быстрое затвердевание раствора.
• Не разрушается при взаимодействии с различными химическими элементами.
• Экологичность, так как в составе используются только натуральные вещества.
• Многофункциональность. Белый цемент используют как в качестве строительного, так и декоративного материала.

Основные характеристики

На какие свойства цемента стоит обратить внимание в первую очередь:

прочность цемента, как и бетона, – важнейший показатель, который является определяющим при выборе сырья для строительства. Этот параметр тестируется исходя из максимальной нагрузки, которую может выдержать цементная балка;

Обычно о прочности можно узнать по маркировке блока. Обычно используются такие обозначения: М400 или М500. Выпускаются вяжущие вариации цемента от М300 до М800.

Проверка цементного блока на прочность

активность при пропаривании – ещё одна немаловажная характеристика, показывающая, насколько активно гудронирует вяжущий состав. От этого показателя напрямую зависит прочность вяжущего компонента и время теповлажностной обработки. Существует 3 группы по пропариванию. Первая – самая лучшая и эффективная;

Пропаривание образцов

Это две самые важные характеристики вяжущего вещества, применяемого в любой сфере строительства. Поэтому с каждой новой партии, даже если есть на руках паспорт качества, проводятся тестирования таких свойств. На основании полученных данных выполняется корректировка состава.

сроки схватывания – время, когда начинает схватываться цементный состав. Обычно оно составляет от 45 минут до 10 часов. Чем выше температура, тем быстрее наступает схватывание;

Прибор Вика для определения сроков схватывания

• насыпная плотность – в рыхлом состоянии она равна примерно 900−1100 кг/см3, в уплотнённом – 1400−1700 кг/см3, истинное это значение − 3000−3100 кг/см3;
• водопотребность – необходимое количество воды для гидратации цемента и создания пластичности теста. Как правило, берётся примерно 17% воды от массы цемента, необходимой для гидратации. Но бывает, что такой показатель увеличивают из-за того, что водопотребность самого цемента выше.

Насколько качественно вяжущее свойство получилось, тестируют ещё в заводских лабораториях и на основании подобных испытаний выдают паспорт качества, из которого мы и узнаем все характеристики. Но его получаем только через месяц, так как паспорт выдаётся на основании испытаний образцов в 28-суточном возрасте. Поэтому каждую новую партию независимо тестируют в лаборатории, чтобы узнать, насколько он качественный. Последнее же зависит от состава самого вяжущего материала.

Из чего делают цемент: основное сырьё

Основу любого типа современного продукта составляет минимум компонентов. Все они создаются природой. В основе цемента:

• карбонатные породы;
• глина;
• корректирующие добавки.

Расскажем о каждом из них подробнее.

Карьер по добыче мела

Карбонатные породы − это мел, мергель, известняк и известняк-ракушечник, туф известковый, мрамор. Все они применяются в производстве цемента, исключение составляет только мрамор. Точное количество компонента определяется путём анализа его свойств и содержания. Порода может содержать гипс, кварц, доломит. Чем больше в её составе присутствует веществ с кристаллической структурой, тем тяжелее она плавится.

Глинистые породы, используемые в производстве цемента, − это глина, суглинок, лесс, монтмориллонит, глинистый сланец. Глина − порода осадочного происхождения с тонкодисперсной структурой. Её основное качество − пластичность при контакте с водой. Также она имеет свойство разбухать.

Глина − материал пластичный

Для корректировки состава производители вносят добавки, содержащие кремний, железо, глинозём. Для них чаще всего заказывают отходы с других производств, например, пыль из доменных печей или пиритные огарки.

Пирит под электронным микроскопом

Дополнительно в состав цемента могут входить минерализаторы, шлам белитовый, иные отходы с производств.

Технология производства белого цемента

Сырьевой материал при производстве белого цемента – известь, глина и песок с минимумом примесей. Обжиг сырья происходит на мазуте или газу. Чтобы облегчить обжиг в сырье добавляется минерализатор.

Для исключения попадания железа в продукт клинкер размалывается в мельнице, фарфоровыми или кремниевыми плитками. Смесь размалывается как можно тоньше. Также, в смесь вводятся вещества, улучшающие процесс обжига, а печи футеруются тальковым кирпичом.

Чтобы продукт был более отбеленным, клинкер отбеливается при быстром водяном охлаждении до 500 градусов по Цельсию. Затем его ограничивают от воды и сушат.

Отбеливание достигается еще и за счет отбеливания клинкера в специализированном отбеливателе. Здесь он подвергается действию бескислородной газовой среды и температуры до 1000 градусов, после чего он охлаждается до 200 градусов.

Еще один момент, благодаря которому достигается белизна – добавка в сырье хлористой соли. При ее соединении с окисью железа образуется летучее хлорное железо, которое удаляется вместе с газами.