Производство цемента

 

Министерство образования и  науки

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

Санкт-Петербургский государственный  горный университет

 

Кафедра обогащения полезных ископаемых

 

Реферат

 

По дисциплине:  Обогащения полезных ископаемых

              (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

 

 

Тема: Производство цемента

 

 

 

 

СДЕЛАЛА: студентка гр. БА-10-2 _____________  /Иванова А.В,/

       (подпись)   (Ф.И.О)

 

 

 

Оценка: _________

 

Дата: ____________

 

 

ПРОВЕРИЛА:     доцент                  ____________       / Кусков В.Б./

                              (должность)          (подпись)   (Ф.И.О)

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2011

 

Содержание

 

Введение2

История цемента3

Разновидности цемента и  его свойства 5

Производство цемента8

Заключение14

Список литературы15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Цемент не является природным  материалом. Его изготовление - процесс  дорогостоящий и энергоемкий, однако в результате получают один из самых популярных строительных материалов, который используется как самостоятельно, так и в качестве составляющего компонента других строительных материалов (например, бетона и железобетона).

Основная характеристика, которой обладает цемент, это, несомненно, прочность. В отличие от чисто  природных материалов он практически  не подвержен влиянию времени.

В настоящее время цемент стал современным показателем того, что «вечность» зданий  зависит от прочности цемента, а если цемент высококачественный, то долговечность зданий достигнуть можно. Поэтому тема моего реферата актуальна, так как при строительстве зданий, составляющая его надежности и долговечности, является правильно подобранный и высокотехнологичный цемент и нужно знать, как изготавливается цемент, что улучшает его прочность и как добиться этой прочности от цемента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История цемента

Первое использование (создание) цемента датировано в 1822 году, когда русский строитель Егор Челиев получил вяжущий материал из смеси извести и глины. Свои результаты он изложил в книге «Трактат об искусстве приготовлять хорошие строительные растворы», изданной в Петербурге (рис 1). В книге дается описание свойств и технологии приготовления наиболее совершенного для того времени цемента, применявшегося при восстановлении Московского Кремля. Несколько лет спустя, он же выпустил книгу, где описал способ приготовления цемента и бетона, а так же плюсы его использования для кладки кирпичей при строительстве зданий и набережных.

Рис. 1

Титульный лист книги Егора Челиева

 

Но родиной цемента  нельзя считать только Россию. Так, в 1824 году англичанин Д. Аспинд получил  патент на изготовление цемента. Он предложил  следующий способ изготовления цемента: смешав известковую пыль с глиной и подвергнув эту смесь высокой  температурной обработке, Аспинд получил  ноздреватый серый материал (клинкер) и, размолов его и смешав с водой, получил при высыхании очень  прочный материал. Этот строительный материал получил название портландцемент, Портланд - это город, где добывали камень, на который цветом и прочностью походил цемент, полученный Аспиндом.

Большие работы по исследованию способов получения цементов были проведены  в начале XIX века известным французским  ученым Вика и его учениками. Интересно, что до настоящего времени для  определения сроков схватывания  цементного теста применяется прибор, который по имени его изобретателя называется иглой Вика.

Большие работы по исследованию свойств цементов провели русские  ученые Р.Л. Шуляченко, А.А. Байков, В.А. Кинд, С.И. Дружинин, В.Н. Юнг, П.П. Будников, В.Ф. Журавлев и др.

Цемент практически сразу  же оценили везде. Так, в 1875 году в  России на базе нескольких цементных  заводов Подольского уезда был  создан цементный завод Московского  Акционерного Общества. Основал этот завод, который впоследствии стал крупнейшим цементным заводом, московский купец Пороховщиков. Сейчас уже невозможно представить себе какое-либо строительство (будь то строительство нового дома, или реставрация старого, или даже внутренняя перепланировка квартиры) без использования этого материала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разновидности цемента  и  его свойства

Цемент сам по себе не является каким-то конкретным строительным материалом. Это общее название для  определенной группы веществ, основными  физическими характеристиками которых  являются порошкообразность, вязкость и способность при смешивании с водой (в некоторых случаях  с водными растворами солей) образовывать пластичную массу, которая при высыхании  принимает камневидное состояние. Важно отметить, что процесс это  односторонний, т. е. раз затвердев, цемент уже не сможет вернуться в  свое первоначальное состояние. Основными  составляющими компонентами цемента  являются известковые, маргелистые, глинистые  породы и всевозможные добавки (бокситы, шлак и т. д.). Этот сырьевой материал подвергают высокотехнологичной и  высокотемпературной обработке, в  процессе которой начальное сырье  доходит до стадии полного или  частичного плавления. Так образуются силикаты и алюминаты кальция, благодаря  которым цемент и приобретает  своё главное качество - высокую прочность

Существует множество  видов цемента, основные из них: портландцемент, шлаковые и пуццолановые цементы, глиноземистый  цемент и специальные виды цемента (такие как кислотоупорный и т. д.).

Цемент является важной составляющей и других строительных материалов, например, бетона и железобетона, для  строительных растворов и т. д.

Основная характеристика, которой обладает цемент- это прочность. В отличие от чисто природных материалов он практически не подвержен влиянию времени. Цемент, в зависимости от состава, при затвердевании обладает разной степенью прочности (она указывается на мешках с цементом буквой М).

Цемент каждого вида может  при твердении развивать различную  прочность, характеризуемую маркой. Марки цемента регламентированы строительными нормами и правилами (СНиП) и ГОСТом. Выпускают цементы  преимущественно марок 200, 300, 400, 500 и 600 (по показателям испытания в  пластичных растворах). С повышением марки цемента эффективность  его применения в бетонах часто  возрастает за счет уменьшения удельного  расхода вяжущего.

Из числа цементов разных видов наиболее важное значение имеет  портландцемент. Портландцемент не всегда удовлетворяет отдельным специальным  требованиям, которые предъявляют  к бетонам и строительным растворам  при различных условиях их применения. Поэтому промышленность выпускает  некоторые разновидности портландцемента: сульфатостойкий, с умеренной экзотермией, быстротвердеющий, гидрофобный, пластифицированный и некоторые другие цементы.

Сульфатостойкий портландцемент изготовляют из клинкера нормированного минералогического состава: в клинкере должно быть не более 5% трехкальциевого  алюмината и не более 50% трехкальциевого  силиката. Низкое предельное содержание трехкальциевого алюмината требуется  потому, что сульфатная коррозия развивается  в результате взаимодействия сульфатов, находящихся в окружающей среде, с трехкальциевым гидроалюминатом  цементного камня. Если в цементном  камне С3А присутствует в малых  количествах, то образуется незначительное количество гидросульфоалюмината кальция. Тогда он не опасен, так как распределяется в порах бетона, вытесняя оттуда воду или воздух, и внутренних напряжений в бетоне не вызывает. В небольших  количествах гидросульфоалюминат  кальция даже иногда полезен, так  как уплотняет бетон. В клинкере сульфатостойкого портландцемента  ограничивается также содержание трехкальциевого  силиката для уменьшения величины тепловыделения цемента.

Поэтому сульфатостойкий  портландцемент обладает повышенной сульфатостойкостью и пониженной экзотермией, т.е. качествами, необходимыми при изготовлении бетонов  для отдельных зон гидротехнических и иных сооружений, работающих в  условиях сульфатной агрессии. Сульфатостойкий  портландцемент обычно выпускают двух марок - 300 и 400. Портландцемент с умеренной  экзотермией изготовляют из клинкера, который должен содержать не более 50% трехкальциевого силиката и не более 8% трехкальциевого алюмината. Такой цемент при умеренной экзотермии отличается также несколько повышенной сульфатостойкостью, поскольку в  нем обычно содержится умеренное  количество трехкальциевого алюмината. Этот вид портландцемента применяют  в гидротехническом строительстве  в массивных бетонных конструкциях, подвергающихся частому попеременному  замораживанию и оттаиванию в  пресной или слабо минерализованной воде. Марка по прочности обычно 300 и 400.

  Быстротвердеющий портландцемент содержит много трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината и очень тонко измельчен. Поэтому такой цемент характеризуется интенсивным нарастанием прочности в первый период твердения - через 1 и 3 суток.

 

Выпускается также особо  быстротвердеющий цемент. Он показывает через трое суток прочность при  сжатии 450- 500 кГ/кв. см (при испытании  в жестких растворах). Гидрофобный  портландцемент изготовляют, вводя  при помоле клинкера 0,1 - 0,2% мылонафта, асидола, окисленного петролатума, синтетических жирных кислот, их кубовых  остатков и других гидрофобизующих  поверхностно-активных добавок. Эти  вещества, адсорбируясь на частицах цемента, образуют тончайшую - в среднем мономолекулярную, т. е. толщиной в одну молекулу, оболочку. Но эта тончайшая оболочка придает  цементу особые свойства. В этом сущность гидрофобизации цемента как  метода, позволяющего в определенной степени управлять свойствами цемента  в отношении действия воды на различных  этапах его использования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производство  цемента

Цемент не является природным  материалом. Его изготовление - процесс дорогостоящий и энергоемкий. На выходе получают один из самых популярных строительных материалов, который используется как самостоятельно, так и в качестве составляющего компонента других строительных материалов (например, бетона и железобетона). Цементные заводы, как правило, находятся рядом с местом добычи сырьевых материалов для производства цемента.

Производство цемента  включает две ступени: первая - получение  клинкера, вторая - доведение клинкера до порошкообразного состояния с  добавлением к нему гипса или  других добавок. Первый этап самый дорогостоящий, именно на него приходится 70% себестоимости  цемента. А происходит это следующим  образом: первая стадия - это добыча сырьевых материалов. Разработка известняковых  месторождений ведется обычно сносом, т. е. часть горы «сносят вниз», открывая тем самым слой желтовато-зеленого известняка, который используется для  производства цемента. Этот слой находится, как правило, на глубине до 10 м  и по толщине достигает 0,7 м. Затем  этот материал отправляется по транспортеру на измельчение до кусков равных 10 см в диаметре. После этого известняк  подсушивается, и идет процесс помола и смешивания его с другими  компонентами. Далее эта сырьевая смесь подвергается обжигу. Так получают клинкер. Вторая стадия тоже состоит  из нескольких этапов. Это: дробление  клинкера, сушка минеральных добавок, дробление гипсового камня, помол  клинкера совместно с гипсом и  активными минеральными добавками. Однако надо учитывать, что сырьевой материал не бывает всегда одинаковым, да и физико-технические характеристики (такие как прочность, влажность  и т. д.) у сырья различные. Поэтому  для каждого вида сырья был  разработан свой способ производства. К тому же это помогает обеспечить хороший однородный помол и полное перемешивание компонентов. В цементной  промышленности используют три способа  производства, в основе которых лежат  различные технологические приемы подготовки сырьевого материала: мокрый, сухой и комбинированный.

Мокрый способ производства (рис. 2) используют при изготовлении цемента из мягкого глинистого  и твердого известнякового компонента. Мокрым этот способ назван потому, что измельчение сырьевой смеси производится в водной среде. Начальной технологической операцией получения клинкера является измельчение сырьевых материалов. Далее шлам поступает в печь для обжига, диаметр которой достигает 7 м, а длина - 200 м и более. При обжиге из сырья выделяются углекислоты. После этого шарики-клинкеры, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок, который и является цементом.

                                                                                                      Рис.2

Производство  цемента мокрый способ

Для обжига клинкера при  мокром способе производства используют вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан длиной до 150-230 м и диаметром до 7 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом; производительность таких печей достигает 1000-3000 т  клинкера в сутки.

 Барабан печи устанавливают  с уклоном 3-40 гр. шлам подают с поднятой стороны печи холодного конца, а топливо в виде газа, угольный пыли или мазута вдувают в печь с противоположной стороны (горячего конца). В результате вращения наклонного барабана находящиеся в нем материалы продвигаются по печи в сторону ее горячего конца. В области горения топлива развивается наиболее высокая температура: материала - до 15000 С, газов - до 17000 С, и завершаются химические реакции, приводящие к образованию клинкера.

Из печи клинкер поступает  в холодильник, где охлаждается  движущимся навстречу ему холодным воздухом.

  Охлажденный клинкер отправляют на склад. В ряде случаев клинкер из холодильника направляют непосредственно на помол в цементные мельницы.

Из мельницы цемент транспортируют на склад силосного типа, оборудованный  механическим (элеваторы, винтовые конвейеры), пневматическим (пневматические насосы, аэрожелоба) или пневмомеханическим транспортом.

 Отгружают цемент потребителю  либо в таре - в многослойных  бумажных мешках по 50 кг, либо  навалом в контейнерах, автомобильных  или железнодорожных цементовозах, в специально оборудованных судах.  Каждая партия цемента снабжается паспортом.

Производство по сухому способу  складывается из следующих операций         (рис.3).

Рис.3

Производство  цемента сухой способ

Известняк и глину предварительно дробят, затем высушивают до влажности  примерно 1% и измельчают в сырьевую муку. Сушат известняк и глину  либо раздельно, используя для этой цели сушильные барабаны или другие тепловые аппараты, либо совместно  в сырьевых сепараторных мельницах, в которых одновременно осуществляются помол и сушка материалов. Последний  способ более эффективен и применяется на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу.