Технология произодства цемента

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра менеджмента

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

«Основы технологии производства цемента».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

                                                               Выполнила:

                                                                              Миронович Е.А

                                                                               ЛТ11-1, ТД11-7,

                                                                                              .

                                                                        Проверила:

                                                                             Корпусова Н.С.

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………..	3
1. Технологические операции по подготовке сырья……………………..	5
1.1.Сырьевые материалы для производства  цемента……………………...	5
Карбонатные породы………………………………………………..	5
Глинистые породы…………………………………………………..	6
Корректирующие добавки……………………………………………	6
Активные минеральные добавки…………………………………….	7
Техногенные продукты других отраслей промышленности…….	7
Основные технологические процессы получения сырья……………	8
1.2.1. Добыча и транспортировка сырья……………………………………	8
1.2.2 Дробление…………………………………………………………….	10
1.2.3 Тонкое измельчение материалов (помол)………………………….	11
1.2.4. Мельницы самоизмельчения……………………………………….	12
1.2.5 Переработка, транспортирование и хранение порошков………...	13
1.2.6 Тепловая обработка сырья в производстве портландцемента……	17
Особые виды портландцемента………………………………………	28
Заключение………………………………………………………………….	33
Список использованной литературы………………………………………	34

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Слово "цемент" относится к  собирательным понятиям — он объединяет различные виды вяжущих материалов, полученных путем обжига некоторых  горных пород и подвергнутых измельчению. Вяжущими их назвали за способность  соединять (связывать) в единое целое как отдельные частицы мелких наполнителей, так и более крупные фрагменты.

В распоряжении древних прорабов пирамид, мавзолеев и прочих циклопических  построек были только строительный гипс да воздушная известь, получаемые в  результате обжигания гипсового  камня и известняка. На протяжении нескольких тысячелетий бетоны и  растворы на их основе были единственно  известными вяжущими материалами (не считая глины), а кизяк да птичьи яйца —  первыми модифицирующими добавками. Огромный купол «Всем-богам-храма» (древнего римского Пантеона: 43 метра в пролете); растянувшаяся на 5000 км самая большая ограда в мире — Великая Китайская стена; бетонная галерея легендарного лабиринта в древнем Египте; массивные культовые сооружения индусов — все эти строительные шедевры создавались путем использования «прабабушек» и «прадедушек» современных цементов. Шло время, и уже другие вяжущие материалы, получаемые искусственным путем и способные при затворении (замешивании) водой превращаться в пластичную массу, отвердевая при этом не только на воздухе, но и в водной стихии, были созданы пытливыми умами человечества.

Цемент не является природным материалом. Его изготовление - процесс дорогостоящий  и энергоемкий, однако результат  стоит того - 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 сразу  же на месте добычи сырьевых материалов для производства цемента.

В России же производство портландцемента  было расширено лишь в конце XIX в. Над его созданием и совершенствованием много работал А. Р. Шуляченко, которого называют “отцом русского цементного производства”. Его заслуга состоит в том, что высококачественные отечественные портландцементы вытеснили цементы иностранного производства. В России первый завод по производству портландцемента был построен в 1856 г., а к началу 1-й Мировой войны уже работало 60 цементных заводов общей производительностью около 1,6 млн т цемента в год.

 

 

 

 

 

1. Технологические операции по подготовке сырья

 

1.1.Сырьевые  материалы для производства цемента

 

1. Карбонатные породы

 

Они широко распространены в природе, что способствует развитию на их основе производства цемента. Из карбонатных  пород используют известняк, мел, известняк-ракушечник, мрамор, известковый туф, мергели  и др. Все эти породы содержат в основном углекислый кальцит CaCO₃ . Известняки состоят из кристаллов кальцита различных размеров. Мел представляет собой рыхлую, слабо сцементированную породу с землистым илом. Качество карбонатного сырья зависит от его структуры, количества примесей, равномерности их распределения в массе сырья. Для производства цемента пригодны карбонатные породы при содержании 40-43,5 % CaО и 3,2-3,7 % MgO. Желательно, чтобы содержание Na₂O и К ₂О в сумме не превышало 1 %, а SO₃ – 1,5-1,7 %.Более благоприятны породы с постоянным химическим составом и однородной мелкокристаллической структурой. полезны примеси тонкодисперсных глин и аморфного кремнезема при равномерном их распределении в карбонатной породе. Особым видом карбонатного сырья является мергель - переходная горная порода от известняков к глинам. Мергель представляет собой природную тонкодисперсную смесь осадочного происхождения глинисто-песчаных пород(20-50%) и углекислый кальция (50-80 %). В зависимости от содержания CaCO₃ мергели подразделяются на песчаные, глинистые и известковые. Наиболее ценное сырье – известковый мергель, содержащий 75-80 % CaCO₃ и 20-25 % глины. По химическому составу он близок к портландцементной сырьевой смеси. Такой состав сырья существенно упрощает технологию производства. Мергели, в которых содержание CaCO₃ соответствует составу портландцементной сырьевой смеси, называют натуральной. От качества сырья зависят температура обжига, производительность печей и свойства конечного продукта. Чем выше плотность известняков, тем труднее идет процесс обжига. Свойства сырья влияют на выбор обжигового агрегата.

 

2. Глинистые породы

 

Глинистое сырье (глины, глинистый  мергель, глинистый сланец, лесс и  др.) необходимо для производства портландцемента. Глины имеют различный минералогический и гранулометрический состав даже в  пределах одного месторождения. Минералогический состав глин представлен преимущественно  водными алюмосиликатами и кварцем, химический состав глин характеризуется  наличием трех оксидов, %: SiO₂ -60-80, Al₂O₃ -5-20, Fe₂O₃- 3-15.

 

3. Корректирующие добавки

 

При особо благоприятном химическом составе сырьевых материалов портландцементная смесь требуемого состава может быть приготовлена только из двух компонентов – карбонатного и глинистого. Но в большинстве случаев получить заданную сырьевую смесь из двух компонентов почти не удается, поэтому применяют третий и даже четвертый компоненты - корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из оксидов, недостающих в сырьевой смеси. В качестве железосодержащей добавки обычно используют пиритные огарки с сернокислотных заводов, реже – колошниковую пыль доменных печей. В качестве глиноземистой добавки применяют богатые глиноземом маложелезистые глины, бокситы. Кремнеземистой добавкой служат кварцевые пески, опоки, трепел. Содержание оксидов в корректирующих добавках должно быть, % : для железистых Fe₂O₃ – не менее 40; для кремнеземистых SiO₂ - не менее 70; для глиноземистых Al₂O₃ - не менее 30. Наиболее широко используются железистые добавки. Бокситы также являются корректирующей добавкой при получении портландцементного клинкера. Боксит представляет собой гидроксид алюминия с примесями Fe₂O_3, SiO_2, CaО, MgO и TiO₂.

 

4. Активные минеральные добавки

 

К ним относятся природные или  искусственные минеральные вещества, которые сами по себе вяжущими свойствами не обладают, но, будучи смешанными в  тонкомолотом виде с известью, образуют при затворении водой тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой, а при смешивании с портландцементом повышают его водостойкость и антикоррозионные свойства. Введение активных минеральных добавок несколько снижает себестоимость цемента.

 

5. Техногенные продукты других отраслей промышленности

 

Наиболее широкое применение цементной  промышленности нашли доменные и  электротермофосфорные шлаки, топливные шлаки и золы, нефелиновый (белитовый ) шлам, гипсосодержащие отходы. Использование шлаков на цементных заводах способствует решению проблемы обеспечения их сырьем на амортизационный срок. Нефелиновый (белитовый) шлам – отход комплексной переработки апатито – нефелиновых пород в глинозем, соду, поташ. Поскольку шлам прошел частичную термическую обработку, он состоит в основном из двухкальциевого силиката – минерала, входящего в состав портландцементного клинкера и способного к гидравлическому твердению. Гранулированные шлаки и нефелиновый шлам близки по составу портландцементной сырьевой шихте, поэтому могут использоваться не только как активные минеральные добавки, но и как компоненты портландцементной сырьевой смеси. Так как эти материалы уже прошли тепловую обработку, не содержат СаСО₃ и включают ряд минералов, близких по составу минералам цементного клинкера, то обжиг шихт с наличием в их составе нефелинового шлама и шлака требует меньшего расхода топлива. Например, при использовании нефелинового шлама производительность вращающихся печей повышается примерно на 25 %, снижаются удельные расходы топлива на обжиг клинкера, электроэнергии и мелющих тел (приблизительно на 20%). Но молотые шлаки и нефелиновый шлам вызывают загустение сырьевых цементных шламов. Повышенное содержание щелочей в нефелиновом шламе может снизить качество цемента.

Рис.1. Сырье для производства портландцемента

 

 

 

2. Основные технологические процессы получения сырья

 

1.2.1 Добыча и транспортировка сырья

 

Операции по добыче и транспортировке  сырья – важнейшие технологические  переделы производства. При производстве портландцемента доля затрат на добычу сырья составляет около 10 % общих  расходов. В каждом отдельном случае способ добычи сырья должен быть тщательно обоснован, так как от этого зависят затраты и на последующие технологические операции. Выбору способа добычи предшествует анализ химического состава сырья. Добыча сырья производится открытым способом непосредственно с поверхности земли. Слой горной породы обычно закрыт слоем пустой породы, поэтому в комплекс горнодобывающих работ входит ее удаление – вскрышные работы. Конечная стоимость сырья в значительной степени зависит от затрат на вскрышные работы. Их осуществляют бульдозерами, экскаваторами и тд. Твердые и плотные горные породы (известняк) разрабатывают, как правило, взрывом. Буровзрывные работы обеспечивают как отделение породы от массива, так и дробление негабаритных кусков. Особенность таких работ на карьерах заводов цемента – относительно небольшие объемы ежедневной добычи и ограниченный допустимый размер кусков взорванной породы. Чаще применяют буровые машины ударно- канатного или вращательного бурения. Рыхлые и мягкие породы (мел, глина и др.) добывают без предварительной подготовки прямой экскавации одно- или многоковшовыми (роторными) экскаваторами, которые выполняют сразу две операции: отделение породы от пласта и погрузку готового сырья.

Для доставки сырья на завод обычно используют железнодорожный и автомобильный транспорт, воздушно-канатные дороги, ленточные конвейеры, гидротранспорт. Железнодорожный транспорт наиболее эффективно использовать в неглубоких карьерах с объемом перевозок сырья свыше 2 млн т/год при дальности транспортирования более 8 км. Преимущества данного вида транспорта: высокая производительность, надежность работы в любых условиях, низкий расход электроэнергии, большой срок службы подвижного состава; недостатки: высокие капитальные затраты на устройство железнодорожного пути и эксплуатационные расходы на его содержание и ремонт. Автомобильный транспорт целесообразно применять для транспортирования материалов при сложном рельефе поверхности, малых объемах перевозок и дальности транспортирования до 8 км. Мягкие, рыхлые и мелкокусковые породы доставляют на завод при расстоянии 1-6 км в благоприятных климатических условиях ленточными конвейерами. На цементных заводах с невысокой производительностью, расположенных в сильно пересеченной местности, а также на равнине при пересечении технологических путей от горных цехов автомобильными дорогами, железнодорожными путями и др. используют воздушно-канатные дороги. К их достоинствам относят независимость от рельефа местности, возможность полной автоматизации производственных процессов, малую трудоемкость обслуживания; к недостаткам – невысокую производительность и большие капитальные затраты.

 

 

1.2.2 Дробление

 

Дробление – это процесс механического  измельчения твердых тел. Цель дробления  – уменьшения размера кусков сырья  до такой степени, при которой последующий помол осуществляется с наименьшими затратами электроэнергии. Измельчение материалов производят следующими способами: раздавливанием, раскалыванием, ударом, изломом, истиранием. Для дробления материалов применяют щековые, конусные, валковые и молотковые дробилки.

Выбор схемы дробления и типа дробильного оборудования зависит  от свойств исходного сырья, мягкие породы (мел, глина) дробят по одноступенчатой схеме в валковых дробилках до кусков размеров 200 мм. В них материал измельчают способом раздавливания между валками, вращающимися навстречу друг другу. При разных скоростях вращения валков имеет место и истирание материала. В зависимости от свойств исходного материала применяют гладкие, рифленые и зубчатые валки. Твердые породы (известняк, мрамор) дробят по двухступенчатой схеме (рис.2):1. На щековых дробилках до кусков размером 75- 200 мм. В таких дробилках используют способы раздавливания, раскалывания и частичного истирания материала. Преимущества дробилки данного типа являются простота, надежность, а также возможность переработки достаточно влажных материалов. На молотковых дробилках до кусков размером 8 – 10 мм. На данной дробилке измельчение производят ударом и частично истиранием.