Полезные ископаемые все о цементном сырье
Сырье, необходимое для изготовления цемента, добывают, как правило, в карьерах, расположенных вблизи заводов. На привозном сырье, удорожающем производство, работают редко. Целесообразно привозить только те материалы, которые употребляются в небольших количествах, например корректирующие добавки.
Весьма важны не только химический состав сырья, но и его физические свойства. К ним относятся: крепость породы, угол ее естественного откоса, влагоемкость, водопроницаемость, разрыхляемость (степень увеличения объема после добычи по сравнению с массивом горной породы), объемный вес, предел прочности при сжатии и ударе. Изучая условия залегания, необходимо определить мощность вскрыши, характер залегания полезного ископаемого, чередование различных пластов сырья и их мощность, угол наклона этих пластов, уровень и приток грунтовых вод и т. д.
В процессе разработки карьера уточняют свойства сырья и условия его залегания. Это осуществляется путем опережающих разведочных работ, на основании результатов которых составляют опережающую карьерную сетку с указанием химического состава сырья, его свойств и условий залегания.
Сырье в карьерах цементных заводов обычно добывают открытым способом одним или несколькими уступами. Предварительно вскрывают полезное ископаемое, т. е. удаляют покрывающие его породы и земляной нанос. Кроме того, готовят подъездные пути, по которым отвозят породу и доставляют к заводу полезное ископаемое. Пустую породу перевозят в опрокидываемых вагонетках и сваливают в выработанные места карьеров. Для нормальной эксплуатации карьера необходимо, чтобы работы по удалению пустой породы (вскрыши) шли с достаточным опережением основных работ по добыче (не менее 8-10 месяцев). Вскрышные работы проводят обычно в теплое время года, так как зимой удалять замерзший грунт трудно. Отношение между мощностью полезного ископаемого и мощностью вскрыши колеблется в известняковых карьерах от 1 : 0,5 до 1: 3. Высота отступа для твердых пород обычно составляет 10-15 м, а для мягких — 8-10 м.
Вскрышные работы, а также добыча сырья в карьерах при мягких породах могут осуществляться экскаваторами или гидромеханическим способом — путем размывания породы струей воды, подаваемой под давлением. При твердых породах куски их отделяют от горного массива взрывом, после чего экваторами загружают в вагонетки или автосамосвалы и доставляют в сырьевое отделение завода.
Добытое в карьере сырье, а также прибывающие по железной дороге топливо и другие материалы перевозят в различных транспортных устройствах. Если карьер находится на расстоянии более 8 км от завода и в нем добывается большое количество сырья, то при надлежащем рельефе местности используют железнодорожный транспорт широкой колеи (1524 мм) и перевозят сырье в саморазгружающихся вагона думпкарах грузоподъемностью 60 т и более. При расстоянии примерно до 8 км целесообразно применять автомобили-самосвалы грузоподъемностью 5-45 т.
Для транспортирования сырья по сильно пересеченной местности служат подвесные канатные или как их иначе называют воздушноканатные дороги. Они состоят из двух стальных несущих канатов, по которым движутся четырехколесные вагонетки емкостью до 1,5 м3 и ведущего тягового каната для передвижения вагонеток. По одному несущему канату движутся груженые, а по другому — порожние вагонетки. На такой дороге имеются погрузочная и разгрузочная станции, а при извилистой трассе устанавливают еще одну или несколько промежуточных угловых станций. Карбонатный компонент при воздушноканатной дороге дробят в карьере и подвозят автотранспортом к погрузочной станции.
Мягкие, рыхлые и мелкокусковые породы можно доставлять на завод при сравнительно небольшом расстоянии и благоприятных климатических условиях ленточными конвейерами мягкие сырьевые материалы (глину, мел) можно подавать на завод гидротранспортом. В этом случае их вначале обрабатывают в установленной на карьере болтушке.
Южгипроцемент разработал конструкцию комбайна для добычи, переработки и гидротранспорта мягких пород. Сырье добывают с помощью вращающегося ротора с ковшами. Ленточный транспортер доставляет материал в мельницу — мешалку. Образующийся шлам откачивается насосом и по магистральному шламопроводу поступает на завод. Вся установка находится на гусеничном ходу и передвигается по мере продвижения забоя.
Наиболее высоки капиталовложения при воздушноканатном и железнодорожном транспорте, самые низкие при автомобильном. Однако эксплуатационные расходы при доставке автотранспортом более высокие. Самые низкие они при использовании воздушноканатных дорог и ленточных конвейеров.
На крупных заводах целесообразно всегда иметь запас сырья или шлама, который обеспечил бы непрерывную работу на случай прекращения добычи сырья в карьере (непогода, авария экскаваторов или транспортных устройств). Для хранения нормативных запасов сырьевых материалов, клинкера, топлива, гипса, корректирующих и других добавок на заводах устраивают склады (шихтовальные дворы). Погрузочно-разгрузочные работы на территории складов должны быть механизированы. С этой целью применяют мостовые краны с грейфером, мостовые перегружатели (козловые краны), тельферы, ленточные транспортеры и другое оборудование.
Склад представляет собой бетонированную площадку, вдоль которой установлены железобетонные колонны для ферм перекрытия, несущие одновременно и подкрановые пути. Между колоннами имеются подпорные стены высотой до 6 м, что позволяет насыпать материал более толстым слоем. Часть склада, где хранится топливо, а в районах с мягким климатом и ряд других материалов, делают открытыми. В отдельных случаях применяют и силосные склады. На крупных заводах для разгрузки железнодорожных вагонов устанавливают вагоноопрокидыватели.
Дата: 10 января 2019
Просмотров: 41766
Коментариев: 3
Цемент – широко распространенный материал, который применяют при любых видах работ, связанных с ремонтом, реставрацией, строительством. Цементная основа – вяжущие компоненты неорганического происхождения. Из цемента производятся бетонные, кладочные, штукатурные растворы, железобетонные изделия, используемые при строительстве промышленных объектов и частных построек.
Особенностью порошкообразной цементной массы, смешанной с водой, является способность постепенно твердеть, превращаясь в каменный массив. Процесс приобретения эксплуатационной прочности происходит как в воздушной среде, так и в воде. Главное условие твердения – избыточная влажность.
Все сталкивались с цементом, однако мало кто знает, из чего делают этот универсальный строительный материал, как его производят. Его основа – клинкер, специальные минеральные добавки и гипс. Рассмотрим подробно, как делают цемент, какое сырье для этого используется.
Сырьевые материалы
Производство цемента осуществляется на специальных заводах, расположенных близко к местам добычи исходного сырья для его изготовления. Главным исходным сырьем для цементного производства являются следующие естественные породы:
- ископаемые карбонатного типа. Это ценное природное сырье, отличающееся особенностями кристаллической структуры, физическими характеристиками. Материал может иметь кристаллическую или аморфную структуру, определяющую эффективность его взаимодействия при обжиге с другими компонентами;
- глинистые материалы, горные породы осадочного характера. Они имеют минеральную основу, становятся пластичными, объемно увеличиваются при избыточном увлажнении. Сырье характеризуется вязкостью, применяется при сухом методе производства.
[testimonial_view id=”3″]
Карбонатные породы
Остановимся на карбонатных породах, характерными представителями которых являются:
- Мел, являющийся горной породой осадочного характера, которая легко перетирается, относится к разновидностям мажущего известняка. Он популярен при изготовлении цемента.
- Мергель или мергелистый известняк – ископаемые осадочного типа, которые добываются в рыхлом или твердом состоянии, отличаются удельным весом, концентрацией влаги. Содержат примеси глины, что позволяет относить их к переходному сырью, имеющему много общего с известняковыми породами и ископаемыми на основе глины.
- Известняковое сырье, ракушечники, отличающиеся отсутствием включений кремния. Порода обладает пористой структурой, легко разрушается под воздействием сжимающих усилий.
- Породы доломитового типа, а также горные ископаемые осадочного происхождения, содержащие карбонаты. Они характеризуются ценными физическими свойствами.
Глинистое сырье
К глинистым породам относятся:
- глина, содержащая минеральные включения, разбухающие при добавлении воды;
- суглинки, являющиеся разновидностью глины, с повышенной концентрацией песчаной фракции и пылеобразных частиц;
- сланцы на глинистой основе, относящиеся к горным породам с повышенной прочностью, которые при измельчении расслаиваются на пластинчатые частицы. Сырье характеризуется стабильным гранулометрическим составом, низкой концентрацией влаги.
- лесс, представляющий рыхлую горную, непластичную породу, отличающуюся пористостью, мелкозернистостью. Содержит включения силиката, кварца.
Возможно применение отходов промышленного производства, других видов природных материалов и шлаков.
Корректирующие добавки
Цементный состав делают из минерального сырья с применением специальных пластификаторов, добавляемых при производстве.
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.
Состав
Задумывались ли вы, из чего сделан цемент? Его состав обусловлен особенностями сырья и конкретной маркой продукции. Так, пользующийся широкой популярностью портландцемент имеет следующий состав:
- Кремниевый диоксид (кремниевая кислота или кварц) – 25 %.
- Известь – 60 %.
- Алюминий (глинозем) – 5 %.
- Оксиды железа и гипс – 10 %.
Процентное соотношение ингредиентов может изменяться, согласно особенностям технологии и марки цементной продукции. Отдельные виды цементов, в частности шлакопортландцемент, включают в свой состав шлак, представляющий уголь, полученный в результате обжига клинкера.
Независимо от рецептуры, основные ингредиенты при изготовлении цементного состава – глина и известняк. Концентрация известняка трехкратно превышает содержание глины, что обеспечивает необходимое качество клинкера для производства цементной продукции.
Основными компонентами, из которых производят цемент, являются:
- клинкер, определяющий прочностные характеристики, получаемый при обжиге исходного сырья (известняка, глины). Клинкер является основой конечной продукции, используется в гранулированном виде диаметром 10-60 мм. Клинкер термообрабатывается при температуре порядка полторы тысячи градусов Цельсия. Он плавится с образованием массы с высоким содержанием кальциевого диоксида и кремнезема, которые определяют эксплуатационные характеристики цементных составов. Гранулы дробятся до пылеобразного состояния с последующим обжигом;
- гипс, процентное содержание которого определяет период твердения. Базовая рецептура предусматривает использование до 6% чистого порошкообразного гипса или гипсового камня, содержащего примеси;
- специальные добавки, вводимые для усиления имеющихся свойств или придания составу специальных характеристик, расширяющих сферу применения.
Процесс изготовления
Производство цемента осуществляется поэтапно, предусматривает следующее технологические операции:
- Предварительное смешивание ингредиентов для изготовления клинкера, который делают из известняка, вводимого в количестве 75%, и из глины, доля которой составляет 25%.
- Высокотемпературный обжиг, после которого образуется клинкер. Он – результат процесса соединения глины и извести под воздействием повышенной до 1450 градусов Цельсия температуры.
- Измельчение, осуществляемое с помощью шаровых мельниц. Они представляют горизонтально расположенные барабаны с находящимися внутри стальными шарами, обеспечивающими измельчение клинкера до порошкообразного состояния. С уменьшением фракции помола возрастают эксплуатационные характеристики и марка цементного состава.
Этапы производства
Особенности производства предусматривают изготовление цемента различными методами, что сказывается на особенностях применяемого сырья. Это обусловлено расположением цементного производства, спецификой применяемого оборудования, спросом на определённые марки продукции.
Все варианты технологий отличаются только особенностями подготовки исходного сырья, которые осуществляются:
- мокрым путем. Мокрая технология предусматривает использование вместо извести мела, смешивание которого с необходимыми ингредиентами происходит одновременно с измельчением в горизонтальном барабане с обязательным добавлением воды. При этом образуется шихта с концентрацией влаги 30-50%. Шихтовый материал обжигается в печи, превращаясь в шарообразный клинкер, который затем измельчается;
- сухим методом. Сухая технология характеризуется уменьшенной себестоимостью производства цемента, сокращением технологического цикла. Это связано с объединением технологических операций, позволяющих одновременно осуществлять помол и сушку компонентов в шаровой мельнице под воздействием поступающих горячих газов. Полученная шихта имеет порошкообразную консистенцию;
- комбинированным способом. Комбинированный вариант объединяет особенности мокрого и сухого способа производства, но на разных предприятиях имеет определенные отличия. Один из вариантов обеспечивает возможность получение полусухого состава с влажностью до 18%, произведенного путем высушивания шихты, полученной по мокрой технологии. Второй метод предусматривает подготовку сухой смеси с последующим ею увлажнением до 14%, гранулированием, заключительным отжигом.
Заключение
Материал статьи предоставляет информацию о том, как делают цемент, какое сырье применяют, какие технологические особенности используют в процессе производства. Имеется множество технологических нюансов, которыми в совершенстве владеют специалисты, занимающиеся изготовление цемента.
На сайте: Автор и редактор статей на сайте pobetony.ru
Образование и опыт работы: Высшее техническое образование. Опыт работы на различных производствах и стройках – 12 лет, из них 8 лет – за рубежом.
Другие умения и навыки: Имеет 4-ю группу допуска по электробезопасности. Выполнение расчетов с использованием больших массивов данных.
Текущая занятость: Последние 4 года выступает в роли независимого консультанта в ряде строительных компаний.
Цементное сырье — это различные горные породы — карбонатные,
глинистые, кремнистые сульфатные, которые используются для получения цемента.
Мировое производство этого необходимого строительного материала неуклонно
возрастает, приближаясь в настоящее время к 1 млрд т. Имеется множество
различных типов, сортов, марок цемента, различающихся своими
свойствами. Важнейшим вяжущим материалом этого семейства является
портландцемент. Для приготовления 1 т его клинкера
(полупродукта, получаемого при обжиге тонко-измельченной смеси минеральной
шихты) расходуется 1,7 — 2,1 т исходного сырья — карбонатных (известняки, мел,
мергель) и глинистых (глины, глинистые сланцы, аргиллиты) горных
пород, смешиваемых в строго определенных соотношениях. Доля первых
составляет 75-82 %, вторых — 18-25 %.
Первоначально портландцемент изготавливался из глинистых известняков, так
называемых мергелей-натуралов, характеризующихся почти оптимальным для цемента
отношением оксида кальция к кремнезему. Такие месторождения широко известны в
штате Огайо (США), районе Регби-Лейстер (Великобритания), районе Новороссийска
(Россия). Однако истощение месторождений мергелей-натуралов и резкое повышение
спроса на цемент привело к тому, что для производства портландцемента стали
использовать глины и известняки различных месторождений.
Качество цемента определяется соотношением его главных клинкерных компонентов
и наличием загрязняющих примесей и зависит от химического состава исходной смеси
карбонатных и глинистых пород (шихта), а также вводимых в цементный клинкер
гипса и других добавок. Общими требованиями к качеству цементного сырья являются
его однородность, выдержанность химического состава и отсутствие крупных
включений других пород и минералов.
Среди месторождений карбонатного сырья для цементной промышленности
наибольшее значение имеют три геолого-промышленных типа (Еремин, 2007):
- субгоризонтальные пласты и линзы мела, мергелей, известняков и доломитов в
разрезах платформенных карбонатно-терригенных формаций различного возраста
(Вольские и другие многочисленные месторождения Русской платформы и других
платформ); - круто- и пологопадающие пласты, линзы и пачки ритмичного чередования
мергелей, известняков и карбонатных глин мощностью в десятки метров в разрезах
складчатых геосинклинальных карбонатно-терригенных флишевых толщ большой
мощности (Новороссийские месторождения); - слабо наклоненные, быстро выклинивающиеся пластовые, линзовидные и сложной
формы залежи доломитов и органогенных известняков с мелом и мергелями в
составе карбонатных, рифогенных, соленосных, терригенных и угленосных толщ
краевых и межгорных прогибов и внутренних впадин (Еленовское месторождение в
Донбассе, месторождения штатов Огайо, Индиана и Иллинойс в США).
Источником глинистого сырья помимо мергелей служат месторождения морских
глин, глинистых илов, аргиллитов и глинистых сланцев, представленные пластовыми
и линзовидными залежами.
В цемент для улучшения его способности к гидратации в небольшом количестве
добавляются высококремнистые породы с активным кремнеземом — диатомиты, трепелы
и опоки определенного химического состава. В качестве активных добавок
используются также вулканические породы опал-кристобалитового ряда: пуццоланы и
трассы. Месторождения этого сырья широко развиты среди молодых осадочных пород
Поволжья, Зауралья и других регионов.
В различные сорта цемента для регулирования его свойств добавляют гипс (до 3
%). Главным геолого-промышленным типом месторождений гипса и ангидрита являются
протяженные линзовидные и пластовые залежи в толщах карбонатных и терригенных
пород — известняков, доломитов, глин и мергелей. Эти месторождения широко
распространены в различных регионах.
Главными требованиями к месторождениям горных пород,
используемых как строительные материалы и как сырье для их производства,
являются: значительные размеры, открытый способ разработки, обеспечивающий
возможность переработки значительных объемов горной массы, близость к
потребителям, комплексность сырья.