Metnn.ru

Строй портал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Клинкер, карбонатные породы, глинистые породы, минерализаторы

клинкер, карбонатные породы, глинистые породы, минерализаторы

сырьевые материалы, производство цемента

  • Виды цемента
  • Стандарты и ГОСТы
  • Определения в БСЭ
  • Музей портландцемента
  • Сырьевые материалы
  • Технология производства
  • Оборудование
  • Производители оборудования

—>

  • Россия
  • Ближнее зарубежье
  • Акции предприятий
  • Российские новости
  • Ближнее зарубежье
  • Мировые новости
  • Статьи, обзоры
  • Научные статьи
  • Обзоры рынка
  • Архив новостей
  • RSS лента
  • Видео новости
  • Интервью

  • Объявления
  • Все разделы форума
  • Рынок цемента
  • Торги на бирже
  • Котировки on-line
  • Тендеры
  • ВУЗы
  • НИИ
  • Профессии
  • Почетные цементники
  • Охрана труда

Для получения портландцементного клинкера требуемого состава сырьевую смесь составляют из нескольких компонентов. Основные компоненты: известковый, состоящий преимущественно из углекислого кальция (карбонатная порода), и глинистый, содержащий большое количество кислотных окислов SiO2 и А12О3. В некоторых случаях, когда имеется возможность, два основных компонента заменяют одним мергелем, представляющим собой природную смесь глинистых веществ и СаСО3 в необходимом для производства клинкера соотношении. Иногда вместо природного глинистого компонента используют отходы (шлаки, золы, нефелиновый шлам и др.) различных отраслей промышленности, имеющие подходящий состав.
Для регулирования содержания в смеси того или иного окисла в нее вводят корректирующие добавки. Если в сырьевой смеси недостает кремнезема, добавляют трепел, песок, опоку, диатомит и другие вещества с высоким содержанием SiO2; при недостатке глинозема (А12О3) применяют бокситы, алюминиевые шлаки или глину с высоким содержанием А12О3; недостаток окиси железа компенсируют добавкой железной руды, колчеданных огарков, колошниковой пыли.
Пригодность сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера устанавливают на основании их технологического изучения и технико-экономического анализа вопросов, вытекающих из организации цементного производства в данном районе (способ производства, вид топлива, качество цемента).

Карбонатные породы. Карбонатные породы образовались в ос.новном из остатков животного мира, осевших на дне водоемов, а также из химических осадков углекислого кальция. Они встречаются в природе в виде известняков, мела, известнякового туфа, известняка-ракушечника и мрамора. Все разновидности карбонатных пород находят применение в производстве портландцемента, за исключением мрамора. Чаще всего используют известняки и мел, осадочное происхождение которых обусловливает разнообразие их химического состава и физических свойств.
Химически чистый углекислый кальций содержит 56% СаО и 44% СО2. Наряду с СаСО3 природные известняки содержат MgCO3 , Аl2O3 , SiO2 и др.
Плотность и прочность карбонатных пород колеблются в лил значительных пределах: от плотных известняков плотностью 1500-2000 кгс/см 2 до мягких, рыхлых пород мела, способного распускаться в воде.
Физические свойства карбонатных пород, используемых для производства портландцемента, учитываются при выборе способа приготовления сырьевой смеси.
Карбонатные породы считаются пригодными для производства цемента при следующем химическом составе: СаО — не менее 40 — 43,5%; MgO — не более 3,2-3,7% при содержании окиси магния в глинистом компоненте не более 1% или из расчета получения клинкера с содержанием MgO не более 5%. Количество SiO2, А12О3, Fе20з в сочетании с содержанием их в глинистом компоненте должно обеспечивать получение необходимых значений коэффициента насыщения, кремнеземного и глиноземного модулей в сырьевой смеси и клинкере. Желательно, чтобы сумма Na2O и К2О не превышала 1%, а содержание SO3 не было больше 1,5-1,7%.

Глинистые породы. Для цементного производства используют следующие виды этих пород: легкоплавкие глины, глинистый мергель, глинистый сланец, лёсс.
Глины представляют собой тонкодисперсные горные породы, легко распускающиеся в воде. Глины имеют разнообразный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. В тех случаях, когда глины содержат значительное количество грубых включений, обломков горных пород, их необходимо предварительно обогащать.
Минералогический состав глин представлен различными гидроалюмосиликатами, из которых наиболее часто встречаются каолинит, монтмориллонит и гидрослюды. Обычно глины содержат в виде примеси кварцевый песок.
Химический состав глин характеризуется в основном содержанием трех окислов: кремния 55-80%, алюминия 5-20% и железа 3-15%. В небольшом количестве могут содержаться в глинах СаО и MgO, хотя в отдельных разновидностях глин содержание окиси кальция может достигать 25%, а окиси магния»-5%» Присутствуют в глинах и растворимые соли NaCl, KC1. Эти примеси, а также MgCOs нежелательны, и их содержание в глинах, используемых для производства портландцемента, должно быть по возможности минимальным.
Мергели представляют собой природную смесь глинисто-песчаных веществ (20-50%) и мельчайших частиц углекислого кальция (50-80%)- В зависимости от содержания СаСО3 и глинисто-песчаного вещества мергели разделяются на песчаные, глинистые и известковистые.
Наиболее ценное сырье — известковистый мергель, содержащий примерно 75-80% СаСО3 и 20-25% глины. По химическому составу он близок клинкеру, что значительно упрощает производство портландцемента.
Мергели, в которых содержание CaСОз соответствует искусственно составленной портландцементной сырьевой смеси, называются натуральными.
По физическим свойствам мергели, подобно карбонатным породам, могут резко отличаться один от другого. Одни имеют плотную структуру и прочны, другие подобны мелу — мягкие, рыхлые.
Лёсс представляет собой пористую осадочную горную породу серо желтого цвета, близкую по химическому составу глинистым мергелям, но отличающуюся более грубо дисперсными частицами. Лёсс состоит в основном из частиц размером 0,1-0,5 мм; глинистые частицы (меньше 0,01 мм) содержатся в незначительном количестве, но в то же время в лёссе почти нет частиц песка с зернами круп.нее 0,25 мм.
Глинистые сланцы относятся к породам метаморфическим (видоизмененным). Образовались они в результате видоизме.нения глин под действием большого давления, которое возникает при перемещении верхних слоев земной коры в более глубокие. По химическому составу глинистые сланцы подобны глинам, но отличаются от них физическими свойствами — они обладают высокой плотностью, прочностью и не размокают в воде.
Установлены следующие ориентировочные требования к химическому составу глинистых пород, используемых при производстве цемента. Количество СаО не ограничивается. Допустимое содержание MgO зависит от содержания его в известковом компоненте и ограничивается условием получения клинкера с содержанием MgO не более 5%. Количество SiO2, A12O3 > Fe2O3 в сочетании с окислами известкового компонента должно обеспечивать получение необходимых значений коэффициента насыщения, кремнеземного и глиноземного модулей сырьевой смеси и клинкера (с учетом возможности введения корректирующих добавок). Желательно, чтобы содержание Na2O и КгО в сумме не превышало 3.4%, a SO3 было не более 1%.

Читайте так же:
Вид активности цемента обозначение

Промышленные отходы. В качестве сырьевых компонентов на некоторых цементных заводах используются отходы различных отраслей промышленности. Наиболее широко применяют доменные шлаки (см. — 12) и нефелиновый шлам, представляющий собой отход глиноземного производства. Нефелиновый шлам состоит из 80-85% тонкодисперсного частично гидратированного двухкальциевого силиката. Состав шлама доводят до состава портландцементной сырьевой смеси. Недостатками шлама являются повышенное содержание щелочей и необходимость использования двух корректирующих добавок для повышения содержания АО3 и Fe2O3 в сырьевой смеси.

Минералы цементного клинкера это

В 1824 г. английский каменщик Аспдин взял в графстве Йорк патент на изготовление гидравлического вяжущего, которое он назвал портландцементом по его внешнему сходству с известным естественным камнем с острова Портланд в Доршире. Надо, однако, заметить, что температура обжига смеси, при которой Аспдин вначале оперировал, не превосходила температуру обжига извести. Так что полученный Аспдином продукт хотя и представлял цемент, но не был тем продуктом, под которым мы в настоящее время понимаем портландцемент.

Установить время открытия настоящего портландцемента в ту пору было затруднительно. И лишь сравнительно недавно было установлено, что приоритет открытия портландцемента, в полном смысле как мы его понимаем, принадлежит русскому технику Егору Челиеву, который в 1825 г. предложил и выполнил обжиг сырьевой смеси до температуры спекания и получил настоящий портландцемент, который им был назван силикатным. Вообще, это название более правильное, хотя до сих пор этот цемент и носит название портландского. Следует сказать, что большой вклад в развитие производства цемента и теории твердения его сделали русские, а после революции советские ученые А. Р. Шуляченко, Н. А. Белелюбский, И. Г. Малюга, академики А. А. Банков, П. А. Ребиндер и многие другие.

Читайте так же:
Соотношение цемент песок вода для бутового фундамента

Так что такое портландцемент в современном его понимании? Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания смеси глины и углекислого кальция, с преобладанием в продукте обжига силикатов кальция. Спекшуюся сырьевую смесь, представляющую собой камневидные мелкие и крупные куски, называют клинкером. Получение портландцемента состоит как бы из двух технологических операций: получения клинкера путем обжига сырьевой смеси и помола этого клинкера в тонкий порошок.

Для получения клинкера портландцемента берется примерно 25 % глины и 75 % чистого известняка, т. е. состоящего на 100 % из углекислого кальция. Искусственно подобранная смесь или природный мергель указанного состава обжигается при температуре 1450 °С. В результате обжига из теплового аппарата выходит клинкер, который в дальнейшем размалывается в тонкодисперсный порошок, называемый цементом.

При помоле клинкера в цемент вносятся различные добавки для регулирования его свойств. В технологии получения цемента используются три технологические схемы, которые выполняются «мокрым», «сухим» и «комбинированным» способами. Ниже, на рисунке, показана технологическая схема получения портландцемента «мокрым» способом.

Наиболее сложной в этой схеме является операция обжига. Обжиг сырья осуществляется, как правило, во вращающихся печах различной длины. Печь условно разделена на шесть зон, в которых происходят по мере движения сырья различные процессы. В первой зоне при температуре 20-200 °С происходит испарение свободной воды из сырьевой смеси, во второй — до температуры 650 °С сгорают органические примеси и удаляется химически связанная вода. В третьей зоне с температурным интервалом 650-1200 °С минералы сырья разлагаются на отдельные оксиды, которые в экзотермической зоне до 1300 °С соединяются, образуя минералы C2S, C3A и C4AF. В пятой зоне — зоне спекания — образовавшаяся смесь переходит в расплав при температуре 1450 °С, в котором C2S частично насыщается оксидом кальция, образуя трехкальциевый силикат C3S. В последней зоне сырьевая смесь охлаждается, образуя клинкер в виде окатанных зерен серо-зеленоватого цвета. После охлаждения клинкер выгружается и подается на склад, где он выдерживается (магазинируется) и поступает в помольный цех.

Таким образом, в результате сложных химических превращений при обжиге в клинкере образуется ряд новых химических соединений, называемых минералами портландцемента, основными из которых являются четыре минерала, обеспечивающие портландцементу гидравлические свойства.

Анализ сырьевой муки, клинкера и цемента

Примерный состав сырьевого материала до его добычи может быть определен в трех измерениях при помощи пробного бурения. Это позволяет планировать на будущее план горных работ. Сразу же после добычи сырья его состав определяется методом нейтронной активации, когда материал проходит через конвейерную ленту. Метод основан на взаимодействии между нейтронами и ядрами вещества, подлежащих исследованию. Химический состав затем может быть вычислен из полученного спектра. Метод позволяет определить состав даже неоднородных природных материалов, обеспечивает равномерность состава шихты, высокое качество клинкера и цемента [35, 36, 37]. Для оценки качества сырьевой муки и цементного клинкера могут быть использованы различные способы, как правило, применяются одновременно несколько способов. Химический анализ с помощью анализа рентгеновской флуоресценции (РФА) предоставляет информацию о всей композиции. Из этих данных могут быть вычислены стандартная известь (КН) и модули. Они предоставляют информацию о качестве клинкера.

Читайте так же:
Клумбы их цемента своими руками

Кроме того из анализа потенциальное содержание фазы определяются Bogue [5, 53, 54]. Этот расчет предполагает, что клинкерный расплав кристаллизуется в равновесии с твердыми фазами (на практике это не так), и что фазы клинкера химически чистые, имеют стехиометрический фазовый состав (чистые C3S, C2S, С3А, С4AF), не учитываются посторонние ионы и включения в фазах клинкера. Поэтому вычисление содержания фазы по Bogue обеспечивает лишь приблизительный состав, но на практике эти значения немного отличаются. Обычно фактическое содержание алита и белита выше. Фактические содержание алюминатной и ферритной фазы колеблется только на несколько процентов от расчетных значений, потенциальных от содержания. Важным критерием является также содержание свободной извести (содержание свободного, несвязанного СаО). В настоящее время он определяется в основном методом дифракции рентгеновских лучей и лишь эпизодически методом традиционной «мокрой» химии [38, 39]. В связи со стандартом лайма, он обеспечивает индикацию условий производства, дает информацию о степени обжига клинкера. Содержание свободного, несвязанного СаО не может превышать предельного значения, которое составляет порядка 2-3% по массе (в зависимости от условий производства), так как это может привести к известковым трещинам в затвердевшем растворе или бетоне.

В то время как рентгеноструктурный анализ флуоресценции, чтобы определить элементы как в сырьевой муке так и в цементе широко используется, метод дифракции рентгеновских лучей в штатном режиме, как правило, используется только для определения свободной извести CaOсвоб. Последние разработки в использовании рентгеновских лучей для исследования порошков, особенно уточнение Ритвельда, позволяют применять количественный фазовый анализ с использованием рентгеновской дифракции. В случае метода Ритвельда «уточнений наименьших квадратов» расчеты проводились долго до наилучшего совпадения результатов. Но на основе структурных данных и глобальных параметров дифракционной картины не достигается точных данных между измеренным и рассчитанным. Структурные данные, относящиеся к существующим синфазным соединениям смеси, могут меняться из-за различий в химическом составе. Расчет выполняется в итерационном процессе путем изменения параметров структуры кристаллов и профиля. Использование метода Ритвельда стало возможным за счет одновременного анализа отдельных фаз даже с сильно перекрывающимися отражениями, как это часто бывает с цементом. Этот метод предусматривает автоматическую регулировку в промышленных процессах. Ожидается, что он будет включать в себя в будущем стандартный анализ материалов и продукции цементного завода. Ссылки на литературу по методологии Ритвельда приведены в источниках [40,41,42,43,44,45,46,47,48].

Микроскопическое исследование клинкера позволяет установить сведения о характере, форме и распределении фаз клинкера. Массовое содержание фаз клинкера зависит от химического состава клинкера. В противоположность этому, образование и распределение клинкерных фаз зависит от условий производства (состава сырьевой муки, тонкости помола, гомогенности, скорости нагрева шихты, времени спекания и скорости охлаждения клинкера. Опытные специалисты могут определить по микроскопическому изображению клинкера характер влияния плохих условий производства и дать указания по их устранению. Для этого, как правило, проводят исследование полированных и протравленных шлифов в отраженном свете при увеличении х 50 — 1000. Для идентификации фазы и установления их качества используют форму, цвет, отражательную способность минералов, производится травление, определяется твердость и др. показатели [49,50, 51]

Читайте так же:
Что такое удельный вес цемента

На рисунке 1.6 показаны примеры качественных различий в клинкере, которые просто и надежно можно определить путем микроскопического изучения аншлифа. Эти образцы для анализа приготавливают путем закрепления цемента или клинкера в термореактивной смоле и отвержденный образец затем шлифуют и полируют. Дифференциация (определение) различных фаз значительно облегчается с помощью травления. В зависимости от вида используемого травителя и продолжительности травления, выявляются поверхностные границы кристаллов (Anlaufätzung) или частично растворяются границы кристаллов (Lösungsätzung). Микроструктура хорошего качественного клинкера показана на рисунке 1.6а. Отдельные клинкерные фазы (минералы)

а) цемент хорошего рыночного качества

б) слегка старый цемент

с) цемент с сильным поглощением влаги

d) недожженный цементный клинкер

е) алитовый клинкер, охлажденный от высокой температуры

f) цемент с особенно мелкими кристаллами алита.

Рисунок 1.6 — Качественно различные образцы цементных клинкеров (травление с 1,2-циклогександиамин-N, N, N ‘, N’-этилендиаминтетрауксусной кислоты-ди-натриевой соли)

имеют острые края (прямые грани, углы), показывают характерную окраску и имеют обычные размеры. Образец клинкера на рисунке 1.6б, однако, был сохранен слишком влажным. В кристаллах видны преобразованные кромки, признак того, что гидратация уже началась. Края кристаллов алита сильно разъедены. Тупые грани, однообразие цвета и границы фазы размыты, что характерно для недостаточно обожженного клинкера (рисунок 1.6d). Чрезмерно высокая температура, от которой производится резкое охлаждение клинкера, может привести к разрушению кристаллов алита (рисунок 1.6е). На рисунке 1.6f можно увидеть особенно мелкие кристаллы алита. Этот цемент будет иметь высокие показатели прочности, как и образец цемента на рисунке 1.6а.

Несмотря на высокую точность, клинкерная микроскопия все меньше используется на практике из-за сложности методики подготовки проб, а также необходимости большого опыта персонала для оценки качества образцов.

Минералогический состав клинкера может быть определён различными методами: петрографическим, рентгеноструктурным анализом и химическим методом.

Петрографический анализ проводится в основном четырьмя приёмами: 1) иммерсионным методом (метод порошков); 2) в прозрачных шлифах; 3) в полированных шлифах; 4) в прозрачно — полированных шлифах. Метод позволяет определить морфологические особенности клинкера — количество и распределение фаз, габитус, спайность, двойникование кристаллов, пористость; детали внутренней структуры — показатели преломления, анизотропия, окраска минералов, кристаллографические константы, сингония.

При петрографическом анализе полированных шлифов из наиболее характерных гранул клинкера приготавливают аншлиф и рассматривают его с помощью поляризационного микроскопа. Определяют содержание минералов, их размеры, структуру и др.

На Шымкентском и Карагандинском цементных заводах в свое время был внедрён оперативный петрографический анализ качества клинкеров, разработанный сотрудниками кафедры ХТВМ Казахского химико – технологического института Л.Г.Трофимовой, Р.А.Сайкуловым и Б.Т.Таймасовым. Он позволял оперативно контролировать качество клинкера, прогнозировать его активность и регулировать на основе этого работу обжиговых агрегатов. Внедрение разработки в АО «Карагандацемент» повысило уровень качества клинкера на 4…5 МПа, что позволило увеличить ввод шлака на 3 % и сократить расход клинкера. В АО «Шымкентцемент» внедрение метода увеличило среднюю марку цемента 0,5 МПа, повысило производительность печей, снизило расход топлива и уменьшило выход брака.

Петрографический анализ показывает фактический минералогический состав клинкера. Рациональный химический анализ клинкера позволяет определить его химический состав, на основании которого с помощью формул можно определить расчётный минералогический состав клинкера. Расчётный и фактический состав немного отличаются. Причины расхождения следующие: 1) при обжиге и охлаждении клинкера не достигается полного равновесия фаз, остаются свободные СаО и SiO2; 2) фактический состав минералов отличается от расчётного состава соединений, так состав алита и белита отличаются от состава трёхкальциевого и двухкальциевого силикатов, аналогично и минералы — плавни; 3) минералы образуют твёрдые растворы; 4) значительные изменения в теоретический состав клинкера вносят щёлочи.

Читайте так же:
Цемент м500 с доставкой по области

Как правило, фактическое содержание алита в клинкерах всегда превышает расчётное, фактическое содержание С3А меньше, чем его расчётное количество.

Дата добавления: 2016-10-26 ; просмотров: 3332 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Цементный клинкер

Цементный клинкер
Медиафайлы на Викискладе

Кли́нкер (в цементной промышленности) — промежуточный продукт при производстве цемента.

Впервые получен французом Луи Вика в 1817 году.

Содержание

  • 1 Производство цемента
  • 2 Четыре главные фазы клинкера
    • 2.1 Алит
    • 2.2 Белит
    • 2.3 Алюминатная фаза
    • 2.4 Алюмоферритная фаза
  • 3 См. также
  • 4 Ссылки

Производство цемента [ править | править код ]

При нагревании смеси, полученной из известняка (около 75 %) и глины (около 25 %) или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры 1450°С происходит частичное плавление и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента, клинкер перемешивают с несколькими процентами гипса (около 5 %, что зависит от марки гипса и содержания SO3 в клинкере) и тонко перемалывают. Гипс управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67 % СаО, 22 % SiO2, 5 % Аl2О3, 3 % Fе2O3 и 3 % других компонентов.

Четыре главные фазы клинкера [ править | править код ]

Алит [ править | править код ]

Является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров; содержание его составляет 50—70 %. Это трёхкальциевый силикат, 3СаO*SiО2 (сокращенно обозначают C3S), состав и структура которого модифицированы за счёт размещения в решётке инородных ионов, особенно Mg 2+ , Аl 3+ и Fе 3+ . Алит относительно быстро реагирует с водой и в нормальных цементах из всех фаз играет наиболее важную роль в развитии прочности; для 28-суточной прочности вклад этой фазы особенно важен.

Белит [ править | править код ]

Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15—30 %. Это двукальциевый силикат 2СаO*SiО2 (C2S), модифицированный введением в структуру инородных ионов и обычно полностью или большей частью присутствующий в виде β-модификации. Белит медленно реагирует с водой, таким образом слабо влияя на прочность в течение первых 28 суток, но существенно увеличивает прочность в более поздние сроки. Через год прочности чистого алита и чистого белита в сравнимых условиях примерно одинаковы.

Алюминатная фаза [ править | править код ]

Содержание алюминатной фазы составляет 5—10 % для большинства нормальных цементных клинкеров. Это трехкальциевый алюминат 3СаO*Al2O3, существенно изменённый по составу, а иногда и по структуре, за счёт инородных ионов, особенно Si 4+ , Fe 3+ , Nа + и К + . Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание реагент, обычно гипс.

Алюмоферритная фаза [ править | править код ]

Ферритная фаза (CaAlFe) составляет 5—15 % обычного цементного клинкера. Это — четырёхкальциевый алюмоферрит 4CaO*Al2O3*Fe2O3, состав которого значительно меняется при изменении отношения Al/Fe и размещении в структуре инородных ионов. Скорость, с которой ферритная фаза реагирует с водой, может несколько варьировать из-за различий в составе или других характеристиках, но, как правило, она высока в начальный период и является промежуточной между скоростями для алита и белита в более поздние сроки.

В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector