Основой для производства портландцемента являются глина и модификации извести: мергель и мел. Кроме них, в состав также могут входить бокситы, зола, песок, пирит и другие сыпучие фракции. Портландцемент должен включать в себя 4 оксида: кальция, кремния, железа и алюминия. Первый формируется мелом и мергелем, второй – глиной и песком, третий – пиритом, а четвертый – бокситами и золами. Как из исходного сырья получают готовый портландцемент, и какие технологические процессы при этом используют?
Измельчение исходного сырья
Прежде чем приступать к обработке добытых минералов, их измельчают на дробилках и вертикальных мельницах. На первых осуществляется первичное дробление, а на вторых – более тонкий помол. После прохождения мельниц сыпучие фракции разделяются на две части: тонкодисперсные частицы и мелкозернистые. Вторые отправляются на повторное дробление, а первые – поступают на следующую стадию производства – обжиг.
Термическая обработка сырья
Доведенные до порошкообразного состояния, перемешанные частицы извести, глины и вспомогательных минералов поступают в печные агрегаты, состоящие из двух частей: вертикальной и горизонтальной. Теплообменники и декарбонизаторы размещены в вертикальной части, а высокотемпературная топка – в горизонтальной. После обезвоживания и удаления карбоновых частиц смесь подвергается термической обработке при нагреве до 1450 градусов, где и формируются клинкерная основа для будущего цемента. Весь процесс прохождения через печь можно описать в виде 4 стадий:
- испарение влаги при температуре до 100 градусов;
- дегидратация при температуре до 650 градусов;
- декарбонизация при температуре до 950 градусов;
- формирование клинкера при температуре до 1250 градусов и выше.
После обжига сыпучий материал резко охлаждается, что приводит к стабилизации полученных клинкерных частиц. Дальнейший производственный этап – мелкий помол: выделенного клинкера и добавленного к нему гипса. В состав также включаются минеральные присадки, улучшающие характеристики материала. Шаровая мельница не только измельчает, но и равномерно перемешивает частицы, работая по системе замкнутого цикла.
Как контролируют качество материала?
Еще на этапе подготовки сырья и его измельчения ОТК берет пробы материала и оценивает его по двум модулям:
- Силикатному. Определяется отношением Si2O3 к сумме соединений Al2O3 и Fe2O3. Чем выше силикатный модуль, тем хуже смесь поддается обжигу;
- Алюминиевому. Определяется отношением Al2O3 к Fe2O3. Этот модуль показывает соотношение минералов и жидкой фазы в процессе термической обработки (обжига).
Кроме того, служба контроля качества определяет коэффициент насыщения кремнезема известью, и коэффициент однородности сырья. Первый должен находиться в интервале от 0,92 до 0,98, а второй – от 10 до 14. Что касается оценки готового строительного материала – портландцемента, то в первую очередь исследуются 6 его ключевых характеристик:
- Истинная плотность. Должна находиться в интервале от 3050 до 3150 кг/м3;
- Насыпная плотность. Должна находиться в интервале от 1100 до 1400 кг/м3;
- Тонкость помола. Определяется удельной поверхностью частиц: от 2500 до 3200 см2/г;
- Начало и конец схватывания – в интервале от 45 до 600 минут;
- Равномерность изменения объема во время затвердевания;
- Механическая прочность затвердевшего раствора.
Именно последняя характеристика указывает на марку готового портландцемента: М300, М400, М600, и т.д. После оценки качества и классификации материал сортируется, упаковывается в тару и отправляется на складское хранение.
