Неорганические и воздушные вяжущие вещества. Производство и применение (стр. 3 из 6)

· портландцемент цветной - получают совместным тонким измельчением белого и цветного портлаидцементного клинкера, минеральных и органических красителей (например, охры, железного сурика, окиси хрома), гипса и активной минеральной добавки.[7]

2. Производство и применение вяжущих веществ

2.1 Основа производства неорганических вяжущих веществ

Основу производства неорганических вяжущих веществ составляют следующие технологические переделы: добыча сырья, подготовка сырьевой смеси, обжиг и помол. Все технологические переделы последовательно связаны между собой и проводятся в строго заданных режимах. Принципиальных отличий при изготовлении вяжущих нет; различно сырье, следовательно, технические приемы осуществления указанных переделов.

Производство вяжущих веществ связано с переработкой больших количеств разнообразных сырьевых и вспомогательных материалов. Например, для получения 1 т портландцементного клинкера расходуется до 1,5...1,8т известняка и до 0,2...0,5 г глинистых пород. Учитывая высокую стоимость транспорта, заводы вяжущих веществ строят вблизи месторождений сырьевых материалов, и их добыча входит в общий комплекс технологических операций, осуществляемых заводом.

Добычу нерудных ископаемых осуществляют методом прямой экскавации. Скальные породы (известняки и др.) предварительно разрыхляют взрывами. Мягкие породы (глину и мел) добывают гидромониторами в виде текучей массы (шлама).

Доставку сырья на завод осуществляют железнодорожным, автомобильным транспортом, ленточными конвейерами или перекачивают по трубопроводам в виде шлама.

Обязательной подготовительной операцией в производстве всех вяжущих является измельчение сырья. При производстве вяжущих из однокомпонентного сырья (извести, гипса и др.) последнее измельчают до кусков примерно одного размера. В противном случае мелкие куски окажутся пережженными, а крупные необожженными, т. е. не будет однородного продукта. Высококачественные вяжущие из смеси нескольких сырьевых компонентов (портландцемент и его разновидности и др.) можно изготовить только из однородной смеси, получаемой тщательным смешением составляющих в тонкоизмельченном виде. Дробление сырья производят в конусных, щековых, молотковых, валковых и других дробилках ( рис. 2.1.). Тонкое измельчение (помол) сырья производят мокрым и сухим способами в мельницах.

Рис 2.1. Щековая дробилка

При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды до образования сметанообразной водной суспензии — шлама. Компоненты сырьевой шихты, способные распускаться в воде '(глина, мел, мягкий мергель и другие породы), предварительно размучивают (распускают) в специальных аппаратах-болтушках, представляющих собой бетонные резервуары, оборудованные устройствами для размешивания суспензии, а затем направляют на помол в шаровые мельницы (рис.2.2.).

Рис.2.2. Шаровая мельница

Твердые сырьевые материалы (известняк, мергель) размалывают в мельницах, представляющих собой стальной цилиндр, разделенный внутри на камеры дырчатыми перегородками. При вращении мельницы мелющие тела (металлические шары или цилиндрики) поднимаются на некоторую высоту и падают, разбивая и растирая зерна материала. Выходящий из мельницы сырьевой шлам влажностью 36....38 % транспортируют по трубам в шламбассейны, где его тщательно усредняют и гомогенизируют, а затем подают на обжиг.[2]

При сухом способе дробленые сырьевые материалы частично подсушивают, дозируют с заданных соотношениях и подают в мельницу, где они измельчаются до требуемой тонины. Для тонкого измельчения сырьевой шихты преимущественно применяют технологические схемы с мельницами для одновременной сушки и помола .

Усреднение и гомогенизацию сырьевой муки при сухом способе осуществляют в силосах, нагнетая в них сжатый воздух. При насыщении (аэрировании) воздухом сухая шихта приобретает подвижно-текучее состояние.

При производстве портландцемента все шире используют также комбинированный способ приготовления сырьевой смеси, при котором сырьевую смесь готовят по мокрому способу, затем шлам обезвоживают и из него приготовляют гранулы для обжига.

Выбор способа подготовки сырьевой смеси обусловливается главным образом свойствами сырьевых материалов и экономическими соображениями. При мокром способе облегчается измельчение материалов и быстро достигается однородность смеси, но расход топлива на обжиг в 1,5...2 раза больше, чем при сухом способе. При сухом способе возрастает расход электроэнергии и трудоемкость производства. Успехи в технике помола и гомогенизации сухих смесей в настоящее время способствуют развитию сухого и комбинированного способов производства.

Обжиг сырьевой шихты является важнейшим этапом в производстве вяжущих веществ. В результате физико-химических процессов, происходящих при термической обработке исходных сырьевых материалов, образуются новые соединения, способные вступать во взаимодействие с водой и при этом твердеть, превращаясь в искусственный камень. Каждый вид вяжущего требует определенных температур и времени действия на обрабатываемое сырье.

При нагревании вследствие ускорения теплового движения ионов, атомов и молекул в твердом теле возникают условия для отрыва некоторых из них с постоянных орбит движения и перехода их в окружающее пространство. В результате, как это происходит при дегидратации (обезвоживании) природного гипса при 150...200°С или декарбонизации (удалении СО2) карбонатных пород при 800...900°С, образуются новые вещества (гипсовые вяжущие и воздушная известь), обладающие вяжущими свойствами.

При температурах 800... 1200 °С и более тепловое движение молекул твердых веществ возрастает столь значительно, что между ними становится возможным взаимообмен ионами и атомами с образованием новых соединений (реакции в твердых фазах). При обжиге в этих условиях мергелистых известняков или искусственных смесей известняков и глины продукты их разложения (CaO, SiO2, A12O3, Fe2O3 и др.) образуют серию новых соединений (2CaO-SiO2, СаО-А12О3, 2CaO-Fe2O3), являющихся основными минералами гидравлической извести и романцемента.

Скорость химических реакций возрастает при появлении жидкой фазы (при температуре более 1300 °С).

Процесс обжига с частичным плавлением сырьевой смеси называют спеканием. Обжигом до спекания получают портландцементный клинкер. Образование жидкой фазы при его производстве обеспечивает наиболее полное усвоение оксидами кремния SiO2 и алюминия А12О3 оксида кальция СаО и получение высокоосновных минералов, в частности наиболее ценного минерала в клинкере — трехкальциевого силиката 3CaO-SiO2.

Наиболее быстро химические реакции образования веществ, обладающих вяжущими свойствами, протекают при полном плавлении сырьевой смеси. Этого обычно достигают нагреванием смеси до 1600..1800 °С, что требует повышенного расхода топлива и применения специальных печей. В настоящее время плавлением получают лишь глиноземистый цемент высоких марок.

Таким образом, получение вяжущего вещества с заданными свойствами зависит не только от химического состава сырья, но и от правильного выбора температуры обжига и интервала времени для каждой зоны обжига. Из одной и той же минеральной смеси, но при разных температуре и режиме обжига можно получить вяжущее с различными свойствами (например, роман-цемент и портландцемент).

Процессы, происходящие при обжиге сырьевых материалов, и тепловые аппараты для обжига имеют определенную специфику для разных вяжущих, поэтому будут рассмотрены при описании конкретных вяжущих веществ.

Хранят вяжущие вещества обычно в железобетонных силосах, которые оборудуют пневматическими устройствами для рыхления и загрузки вяжущих в транспортные средства. Некоторое количество вяжущих (около 20 % от выпуска) отправляют потребителям в бумажных многослойных мешках.

При отправке вяжущих веществ потребителям выдают паспорт, в котором указывают: завод-изготовитель, название вяжущего, его технические характеристики, массу партии и другие сведения.[6]

2.2 Производство воздушных вяжущих веществ

Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служат сульфатные горные породы, содержащие преимущественно минерал двуводный гипс.

При тепловой обработке природный гипс постепенно теряет часть химически связанной воды, а при температуре от 110 до 180°С становится полуводным гипсом. После тонкого измельчения этого продукта обжига получают гипсовое вяжущее вещество.

При тепловой обработке природного гипса в герметически закрытых аппаратах и, следовательно, при повышенном давлении пара химически связанная вода выделяется в капельно-жидком состоянии с образованием при температуре примерно 95 ... 100°С а-модификации полуводного гипса.

Обе модификации полуводного гипса отличаются между собой: модификация полугидрата отличается крупнокристаллическим строением.

Гипсовые вяжущие вещества условно разделяют на строительный, формовочный и высокопрочный гипсы.

Гипс строительный является продуктом обжига тонкоизмельченного двуводного гипса. На отдельных заводах после обжига гипс подвергают вторичному помолу. Он относится к мелкокристаллической разновидности гипсового вяжущего вещества, что увеличивает водопотребность при затворении строительного гипса водой до стандартной консистенции теста. В отвердевшем состоянии обладает невысокой прочностью — 2 ... 16 МПа. Но прочность на сжатие уменьшается с увлажнением образцов.

Гипс формовочный состоит также из полугидрата сульфата кальция, отличаясь от гипса строительного большей тонкостью помола.