Линия по производству цемента по мокрому способу 1.5 млн. т год

Модульные характеристики клинкера колеблются в основном в пределах: р = 0,9—2,5; п = 1,8—2,6. Если в качестве второго сырьевого компонента используют глины, являющиеся поставщиками SiO₂, A1₂O₃, Fe₂O₃, то модульные характеристики глин (р и п) должны иметь те же значения, что и в клинкере. Однако часто у глин значения глиноземистого модуля выходят за допустимые рамки (высокие значения р), поэтому приходится вводить третий сырьевой компонент — корректирующую добавку. Обычно это компонент с высоким содержанием окислов железа — «железистая» добавка. В этом случае используют бедные железные руды, колошниковую пыль (унос из доменной печи), побочный продукт получения серной кислоты — пиритные огарки. Если отклонение р в сторону меньших значений (р<0,9), то вводят в качестве третьего сырьевого компонента (корректирующей добавки) глины, богатые глиноземом, или боксит. Реже сталкиваются со случаем отклонения в глинах силикатного модуля от нужных значений. В этом случае вводят в качестве третьего компонента породы, содержащие SiO₂ в активной форме,— опоки, трепелы, диатомиты, маршалит.

В природе  довольно часто встречаются известково-глинистые  породы — природные смеси глин и карбонатов, называемые мергелями (в зависимости от соотношения глина: известняк их называло ют известковый мергель, известковая глина). Такие породы часто являются высококачественным сырьем.

Соотношение между минералами-плавнями и минералами-силикатами колеблется в пределах от 1/4 до 1/5. Соотношение в сырьевой смеси между глинистым компонентом и карбонатной составляющей также близко к 1/4.

В металлургической и энергетической промышленности в  качестве отходов накапливаются значительные количества шлаков (продукты кристаллизации и грануляции алюмосиликатных расплавов): доменные шлаки, мартеновские шлаки, шлаки цветной металлургии («никелевые», «медные»), топливные шлаки (с жидким шлакоудалением). В значительных количествах на ТЭЦ образуются также золы. Особенностью этих отходов является то, что в их состав входят как основные, так и кислые компоненты, причем часто такое сырье содержит полупродукты синтеза клинкера C₂S, CA, CS и др. На 1 т чугуна образуется 0,6—0,7 т шлака, на 1 т цветного металла — 10—20 т, на 1 т сожженного угля — 0,3—0,4 т шлака и золы. Ежегодный выход шлаков составляет около 70 млн. т. шлаков черной металлургии, 90 млн. т топливных зол и шлаков, 7 млн. т шлаков химической промышленности. Эти отходы являются хорошим сырьем для цементной промышленности, поскольку оно уже было подвергнуто тепловой обработке и карбонатный компонент разложен, на что затрачивается значительное количество тепла при синтезе клинкера. Шлаки находятся частично в стеклообразном состоянии, что повышает их реакционную способность. Часть минералов шлаков — минералы клинкера (C2S), что также делает шлаки высококачественным сырьем. При использовании шлаков усвоение извести происходит несколько медленнее, чем в шихтах на основе глинистых компонентов. Однако другие преимущества (снижение доли тепла, идущего на декарбонизацию, наличие в шлаке полупродуктов C₂S, CA, CS) компенсируют эту особенность.

В результате изложенного при использовании  шлаков в качестве сырья печи работают с большей производительностью, снижается расход топлива. Ранее в качестве сырья использовали только основные доменные шлаки          В настоящее

время используют и кислые шлаки, причем как при  сухом, так и 
мокром способах производства. Перспективно использование так 
же кислых шлаков цветной металлургии. 

Иногда доменные шлаки содержат повышенное количество MgO, концентрация которой ограничена в клинкере ГОСТом. Такое ограничение связано с тем, что часть MgO входит в состав силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция (твердые растворы), а часть присутствует в виде минерала периклаза. Периклаз, получаемый кристаллизацией из расплава, медленно гидратируется. При гидратации MgO, как и СаО, объем продуктов гидратации превышает объем исходных минералов., При твердении цемента в результате слишком медленной гидратации MgO может наблюдаться непостоянство объема. И в изделии могут возникать внутрен - пие напряжения и трещины. Поэтому использование магнезиальных шлаков в качестве сырьевого компонента вызывало опасения. Однако работы Гипроцемента показали, что при определенных условиях клинкеры, полученные на основе доменных магнезиальных шлаков, характеризуются кристаллизацией пернклаза в виде равномерно распределенных зерен размером 1—7 мкм. В этом случае медленная гидратация MgO не опасна, хотя определенные ограничения по содержанию MgO в клинкере остаются в силе.

Комплексное использование сырья прогрессивно с точки зрения экономики и становится необходимостью е позиций экологии и охраны природы. Специфической чертой развития технологии на современном этапе развития производительных сил является ориентация да  безотходную    технологию — комплексное   использование сырья и полупродуктов. Существенные успехи в области кооперации производства и создания безотходной технологии были заложены в цементной технологии еще в 50-е годы, когда было осуществлено комплексное использование сырья при получении глинозема из нефелиновых пород. Были построены на Волховском алюминиевом и Пикалевском глиноземном комбинатах цементные заводы, использовавшие в   качестве   сырья   белито-нефелйновый   шлам. При комплексной переработке нефелинов   на   глинозем,   соду и портландцемент на 1 т глинозема получают 7—9 т побочного продукта белито-нефелинового шлама, который на 80%    состоит из гидратов в-С2S. Белито-нефелиновый шлам является высококачественным сырьем-полупродуктом и при дошихтовке   известняком позволяет получить клинкер при меньших затратах тепла (снижение затрат на декарбонизацию) и при повышенной производительности печей. В настоящее время на основе белитового шлама выпускается 3,5 млн. т. цемента (Ачинским и Разданским цементными заводами, Пикалевским глиноземным комбинатом    и Волховским алюминиевым заводом). В этом же плане ценен «монокальциевый шлам»* отход производства алюминия из   зол   ТЭЦ и «гамма-шлам»* отход производства алюминия из каолина. Перспективно также использование в качестве сырья топливных зол и шлаков, углей и сланцев, минеральная часть которых богата СаО (в золе прибалтийских сланцев 50% СаО, в золе углей   Канско-Ачинского угольного бассейна 40—50%    СаО). Топливные   золы ■ целесообразно использовать в качестве сырья при сухом способе производства. Подливные гранулированные шлаки (котлы с жидким шлакоудалением)    возможно использовать как   сырье и при сухом, и при мокром способах производства.

Несмотря  на успехи в области комплексного использования сырья, в цементной промышленности имеются значительные неиспользованные возможности. Так, на заводах по производству суперфосфата и экстракционной фосфорной кислоты в отвалы ежегодно выбрасывается до 8 млн. т фосфогипса, причем предполагается увеличение этого отхода в 1980 г. до 30 млн. т в год.; Разработаны технологические схемы использования фосфогипса как сырья при производстве цемента и серной кислоты. Развиваются работы по использованию в качестве сырьевого компонента шлаков электрофосфорного производства. Определенный интерес для цементной промышленности представляют также отвалы некоторых горнодобывающих предприятий.

• Для улучшения спекания в сырьевую смесь иногда вводят в количестве 1—3% добавки-минерализатрры. В качестве минерализаторов используют плавиковый шпат Сарг, гипс, фторогипс, содержащий до 2,5% СаИг—^: отход криолитовых заводов, фосфогипс_г кремнефториды натрия и магния,, хлористый кальций.

1. Химическая характеристика глинистого компонента.

Глины — это  осадочные землистые породы, сложенные  из тонких частиц. Основой глины являются водные алюмосиликатные минералы в виде тонких частиц (<2 мкм),- причем встречаются мономинеральные и полиминеральные глины. К глинистым минералам относится каолинит—слоистый минерал состава Al₂O-2SiO2-2H2O, . в, глинах он присутствует в виде частиц размером 0,3—0,4 мкм; монтмориллонит — слоистый минерал состава Al₂O₃-2SiO2-2H₂O, в котором в твердим растворе находится до 5% FeaO3, 4—9% MgO, до 3,5% СаО. Бентонитовые глины состоят из очень тонких частиц (~2-Щ-⁹ м) монтмориллонита. Гидрослюды — минералы, близкие по составу и структуре к монтмориллонитам, однако в состав последних уходят щелочные ионы, содержание которых может достигнуть 4—10%. К глинистым породам относятся также аргилг литы, лесс, суглинки. Аргиллиты — твердые породы, продукт дегидратации, прессования и   перекристаллизации   глин.    Сланцы — скальная порода, продукт перекристаллизации глин. Лесс — землистая порода, сложенная из слюд, каолинита, полевых шпатов, кальцита,    кварца.    Суглинки — глины,     содержащие     значительное количество кварца (до 40%). Б глинах присутствуют также SiО2 в различных формах (кварц, халцедон, опал), окислы железа или в виде твердых растворов в алюмосиликатах, или в виде самостоятельных минералов  (пирит, магнетит, гематит, лимонит). Иногда глины содержат   другие   примеси — кальцит,   плавиковый   шпат, доломит, гипс, слюду. Все эти минералы присутствуют   обычно в виде более крупных зерен, чем глинистые, однако встречаются глины (бентонитовая), в которых кристобалит представлен частицами ~ 1 мкм. Глины содержат   органические   соединения    (продукты разложения растительности)  и водорастворимые соли — хлориды, сульфаты и карбонаты щелочных и щелочноземельных минералов алюминия и железа.

Мергели - природная  смесь глинистых минералов и  кальцита. Мергели могут быть как  землистыми, так и скальными породами. Обычно они содержат некоторое количество тонкодисперсного кварца. Содержание глинистого веществам мергелях 30—50%.

Трепел —  осадочная пористая порода с малой  объемной массой, сложенная из тонких частичек (<2*10-3(Н мкм) водного кремнезема, халцедона, опала.

Диатомит — кремнеземистая порода — составлен из скорлуп 
микроорганизмов (диатомей). •

Опока — осадочная  порода — состоит из аморфного  водного кремнезема, содержит примееь глины. Более плотная порода, чем трепел. Содержание SiO₂ в этих породах 60—98%.

Как уже отмечалось, минералогическая природа и физические свойства оказывают существенное влияние на особенности технологии переработки сырья. Например, монтмориллонитовые глины часто нежелательны для мокрого способа производства, так как не позволяют получить сырьевой шлам низкой влажности. Для сухого способа пригодны плотные кристаллические известняки с малой влажностью, так как меловые породы и рыхлые известняки. Требуют предварительной сушки.

Высокая пластичность сырья приводит к высокой влажности сырьевого шлама. Так, на основе мергелей Амвросиевского месторождения удается получить сырьевой шлам нормальной текучести только при 50—52%-ной влажности, более же плотные мергели Новороссийского месторождения (содержат мелкозернистый кварцит с высокодисперсным кварцем) позволяют получить сырьевой шлам с влажностью ~37%. Нежелательно присутствие в карбонатном компоненте трудноизмельчаемого крупнокристаллического кальцита, так как последний обладает низкой реакционной способностью при обжиге. Известняки могут быть загрязнены кремнеземом (окремнелые известняки). Пустоты, образовавшиеся в известняке вследствие выщелачивания кальцита, заполняются SiO₂, и в известняке возникают желваки кремня. Это затрудняет измельчение таких пород, так как в мельнице накапливаются желваки, твердость которых намного превышает твердость известняка.

В глинистых  породах труднее всего взаимодействует  с СаО при обжиге крупнокристаллический  кварц в виде кварцевого песка, полевые шпаты и слюды. Если кварца в глине много, но он сосредоточен в тонких фракциях (>0,1—0,2 мм), то такая глина достаточно реакционноспособна.

В состав клинкера входят «второстепенные» компоненты в  количестве 1—5% (MgO, SO3, Р2О5) и примеси, концентрация которых 0,05—1,0%. Сырьевые материалы являются поставщиками как второстепенных, так и примесных компонентов.

Присутствие в сырье MgO и SO3 (в виде сульфатов — гипса, сульфатов щелочных металлов или сульфидов) регламентируется, a TiO₂, P2O5, R2O, Мп₂О₃, Сг₂О₃ — не регламентируется. Если R₂O вредно даже при малых концентрациях, то присутствие других примесей в малых концентрациях может быть в. определенных случаях даже полезно с точки зрения облегчения спекания (MgO, Мп₂Оз) или повышения гидравлической активности цемента (P₂O5, Сг₂О3, TiO₂). Подробно роль примесей при спекании и формировании свойств цемента будет рассмотрена позднее, а сейчас укажем только на опредёленные допустимые концентрации примесей в клинкере. По ГОСТ 10178—76 допускается содержание MgO в клинкере до 5%. В отношении P₂O5, ТiO2

, Мп₂О3, Сг₂О₃ и R₂O граничные значения допустимых концентраций в клинкере не гутированы, вместе с тем содержание щелочей в клинкере не должно превышать 0,75—1,0%; 1—2% Р2О₅; 4% Мп₂О₃. Допустимое количество Сг₂О₃ в клинкере определяется КН и не должно превышать 1,5%.'

Таблица 2.

Химический состав глинистого компонента.

2. Характеристика карбонатного компонента

Известняки. Углекислый кальций в известняках представлен минералом кальцитом, реже минералом арагонитом. Кальцит имеет твёрдость 3, арагонит — 3,5—^-4,0. Известняки* - осадочные породы. По происхождению различают известняки органогенные — продукты деятельности микроорганизмов, химические"* полученные осаждением из растворов и обломочные* - продукты переотложёния разрушенных известковых пород. Известняки содержат примесные минералы — алюмошликатные минералы, глин, примеси кварца, халцедона, оцала, окиси железа, пирита (FeS2), гипса, фосфорита (апатита), барита (BaSO)- Известняки обычно загрязнены карбонатом магния, который образует с карбонатом кальция двойную соль —доломит. Примеси в известняках находятся в виде самостоятельных соединении, и известняк представляет собою механическую смесь минералов (кроме iyigGOa). При содержании глинистых минералов до 30% известняк называют глинистым, при содержании более 30% — мергелем.     _v

По физическим свойствам различают кристаллический  известняк (мрамор), "плотные известняки, землисто-рыхлые   известняки или мелы. Кроме того, встречаются известковый туф,   известняк-ракушечник. Мрамор — плотная порода   (продукт .перекристаллизации известняков)  с объемной  массой 2650—2900 «сг/м³ и прочностью 50—т200 МПа. Плотные известняки имеют объемную массу 2200—2600 кг/м³ и прочность 8—200 МПа. Мел сложен из частиц скрытокристаллической   структуры   с     размером     частиц менее 0Л мкм.

.

Таблица 3.