Цемент технология производство: Как делают цемент: технология производства цемента

Содержание

Как делают цемент: технология производства цемента

Любое строительство или ремонтные работы невозможны без использования универсального строительного материала – цемента разных видов и марок. Мы настолько привыкли к этому продукту, что даже не задумываемся над проблемой, а как делают цемент.  Можно ли его можно изготовить в домашних условиях и не переплачивать?

СодержаниеСвернуть

Сразу ответим на вопрос – можно ли сделать цемент своими руками? Имея необходимое оборудование и исходные материалы – получить цемент в домашних условиях можно. На данный момент времени в Российской Федерации большим спросом пользуются мини-заводы по производству цемента, мощностью порядка 120 000 тонн цемента в год. Производить же цемент для единичной стройки экономически невыгодно. Проще и дешевле купить этот необходимый строительный материал на заводе или в магазине.

Состав цемента

Цемент получается при длительном дроблении клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4·2H2O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Производство цемента на заводах

На данный момент времени производителями цемента используются три технологии производства связующего:

  • Мокрый способ.
  • Сухой способ.
  • Комбинированный метод.

Стоит заметить что «сухую» технологию используют зарубежные производители цемента: Египет, Турция и Китай. «Мокрая» же технология традиционно используется отечественными цементными заводами.

циклы производства цемента

Сухой способ

Здесь нет необходимости использовать воду. Исходный материал (глину и известняк) дробят на специальном оборудовании. Сушат и перемалывают в мелкодисперсную муку, смешивают пневматическим способом и подают на обжиг.

Образовавшийся в результате обжига цементный клинкер измельчается до соответствующей степени фракции, фасуется в упаковку и отправляется на склад готовой продукции. Данный способ позволяет снизить затраты на производство, однако отличается «капризностью» к однородности исходных материалов и является экологически опасным вариантом.

Мокрый способ

Неоспоримые достоинства данного метода заключается в возможности точного подбора состава исходного сырья при высокой неоднородности исходных компонентов: порода, вид породы и пр. Исходный материал (шлам) представляет собой жидкую субстанцию, содержащую до сорока процентов влаги.

Перед тем как сделать цемент, состав шлама корректируется в специальных технологических бассейнах. После выдержки сырья в бассейне, производится отжиг в специальных вращающихся печах и последующее измельчение.

Мокрый способ требует большего расхода тепловой энергии расходуемой на высушивание исходного сырья. Это существенно увеличивает себестоимость производства цемента, однако качество конечной продукции не страдает от возможной неоднородности клинкера, как при мокром варианте.

Комбинированные способы

Данная технология опирается на мокрый вид получения связующего. Промежуточную субстанцию обезвоживают по специальной технологии. Клинкер гранулируют с добавлением воды, после чего производят отжиг и последующее измельчение до той или иной марки цемента.

В числе достоинств комбинированного способа производства цемента: высокий выход «годного», возможность использования отходов металлургической промышленности.

Как делают белый цемент

Технология производства белого цемента незначительно отличается от технологии производства обычного «серого» материала. Как и обычный «серый» материал, белый цемент выпускают сухим и мокрым способом. Основное отличие технологии – обжиг исходного сырья при высокой температуре и резкое охлаждение в воде.

Клинкер белого цемента характеризуется как «маложелезистый» и содержит в своем составе: минеральные добавки, известняк, гипс, соли и другие компоненты. В качестве исходного сырья для клинкера используются карбонатная и глинистая порода (известняк, каолиновая глина, отходы обогащения, кварцевый песок).

В Российской Федерации белый цемент производится только на одном предприятии – ООО «Холсим (Рус) СМ» (до 2012 года ОАО «Щуровский цемент»). Большинство белого цемента поставляется на рынок России из-за рубежа следующими компаниями: «Холсим» (Словакия), «Cimsa иAdana» (Турция), «AalborgWhite»(Дания) и «AalborgWhite» (Египет).

Основное достоинство белого цемента его уникальная характеристика – белоснежность, а основной недостаток в разы большая стоимость по сравнению с обычным «серым» материалом.

Заключение

Теперь вы знаете, как делают цемент на заводе в общем случае. Информацию как правильно делать цемент во всех подробностях, цифрах, схемах, таблицах и других тонкостях смотрите в специальной литературе.

Способы производства цемента — Завод строительных смесей «ВосЦем»

Процесс производства цемента состоит из следующих основных технологических операций: добычи сырьевых материалов; приготовления сырьевой смеси, обжига сырьевой смеси и получения цементного клинкера; помола клинкера в тонкий порошок с небольшим количеством некоторых добавок.

В зависимости от способа подготовки сырья к обжигу различают мокрый, сухой и комбинированный способы производства цементного клинкера.

При мокром способе производства измельчение сырьевых материалов, их перемешивание, усреднение и корректирование сырьевой смеси осуществляется в присутствии определенного количества воды. А при сухом способе все перечисленные операции выполняются с сухими материалами. Мокрый способ приготовления сырьевой смеси применяют, когда физические свойства сырьевых компонентов (пластичной глины, известняка, мела с высокой влажностью и т.д.) не позволяют организовывать экономичный технологический процесс производства сырьевой смеси по сухому способу производства. При комбинированном способе сырьевую смесь приготовляют по мокрому способу, затем ее максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных установках и в виде полусухой массы обжигают в печи. Каждый из перечисленных способов имеет свои достоинства и недостатки.

Способ производства цемента выбирают в зависимости от технологических и технико-экономических факторов: свойств сырья, его однородности и влажности, наличия достаточной топливной базы и др.  

Мокрый способ производства цемента.

Сухой способ производства цемента.

Комбинированный способ производства цемента.

Производство цемента складывается в основном из следующий операций: добыча сырья; приготовления сырьевой смеси, состоящего из дробления и ее гомогенизации; обжига сырьевой смеси; помола обожженного продукта (клинкера) в тонкий порошок.

Существуют два основных способа производства – мокрый и сухой. При мокром способе производства сырьевую смесь измельчают и смешивают сырьевые материалы с водой. Получаемая сметанообразная жидкость – шлам – содержит 32-45% воды. По сухому способу сырьевые материалы предварительно высушивают, а затем измельчают и смешивают. Полученный тонкий порошок называют сырьевой мукой.

В зависимости от физических свойств исходных материалов и ряда других факторов при получении цемента по мокрому способу применяют разные схемы производства. Схемы эти отличаются одна от другой только способом приготовления сырьевой смеси. Приводим схему производства цемента по мокрому способу из твердого материала — известняка — и мягкого — глины.

При трехкомпонентной сырьевой смеси корректирующую добавку дробят, после чего она попадает в бункер, откуда вместе с известняком поступает в мельницу. Глину до болтушки пропускают через валковую дробилку. Сырьевые материалы дозируют перед мельницей специальными питателями.

Если при производстве по мокрому способу сырьевую смесь составляют из одних твердых материалов — известняка, мергелей и глинистых  сланцев, то их дробят в дробилках без добавки воды и размалывают совместно в мельнице, куда добавляют воду. В том случае в схеме отсутствует болтушка. При изготовлении цемента из одних мягких материалов (мела, глины, мягких мергелей) сырье измельчают в болтушках, после чего размалывают в более коротких шаровых мельницах. В этом случае воду добавляют в первой стадии процесса и материалы дозируют перед ,поступлением в болтушки.

При сухом способе производства выбор схемы зависит от рода поставляемого топлива, физических свойств сырья, мощности завода и ряда других факторов. При использовании для обжига клинкера угля с большим содержанием летучих обжиг ведут во вращающихся печах, — если же применяют топливо с малым содержанием летучих — то в шахтных.

Так как при соприкосновении мелкого порошка, образующегося при помоле, с влагой материала образуется пластичная масса, которая налипает на внутреннюю поверхность агрегата и препятствует дальнейшему помолу, то дробленые сырьевые материалы с естественной влажностью размалывать нельзя. Поэтому после выхода из дробилки сырьевые материалы высушивают и затем направляют в мельницу, где перемалывают в тонкий порошок. Однородные по физическим свойствам материалы можно дробить и сушить в одних и тех же аппаратах. В случае применения гранулированного шлака его подсушивают без предварительного дробления. Помол и сушку сырьевой смеси целесообразно вести одновременно в одном аппарате-мельнице — в том случае, если влажность сырьевых материалов не превышает 8-12%, например, при использовании известняков и глинистых сланцев. Если в качестве сырья используется непластичный глинистый компонент, то при сухом способе производства обжиг ведут только во вращающихся печах. При пластичном глинистом компоненте можно вести обжиг, как во вращающихся печах, так и в шахтных печах. В последнем случае сырьевую смесь вначале увлажняют в смесительных шнеках водой до 8-10%-ной влажности. Затем массу подают в грануляторы, где она вместе с дополнительно подводимой водой превращается в гранулы с влажностью 12-14%. Эти гранулы и поступают в печь.

При обжиге клинкера на газообразном или жидком топливе схема производства упрощается, так как отпадает необходимость в приготовлении угольного порошка.

В ряде случаев может оказаться целесообразным комбинированный способ производства, при котором сырьевая смесь в виде шлама, полученного при обычном мокром способе производства, подвергается обезвоживанию и грануляции, а затем обжигается в печах, работающих по сухому способу.

Выбор сухого или мокрого способа производства зависит от многих причин. Как тот, так и другой способ имеют ряд преимуществ и недостатков. При мокром способе легче получить однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь, обуславливающую высокие качества клинкера. Поэтому при значительных колебаниях в химическом составе известнякового и глинистого компонента он целесообразнее. Этот способ используется и тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, мягкую структуру и легко диспергируются водой. Наличие в глине посторонних примесей, для удаления которых необходимо отмучивание, также предопределяет выбор мокрого способа. Размол сырья в присутствии воды облегчается, и на измельчение расходуется меньше энергии. Недостаток мокрого способа — больший расход топлива. Если используют сырьевые материалы с большой влажностью, то расход тепла, затрачиваемого на сушку и обжиг, при сухом способе будет мало отличаться от расхода тепла на обжиг шлама при мокром способе. Поэтому сухой способ производства целесообразнее при сырье со сравнительно небольшой влажностью и однородным составом. Он же практикуется в случае, если в сырьевую смесь вместо глины вводят гранулированный доменный шлак. Его же применяют при использовании натуральных мергелей и тощих сортов каменного угля ,с малым содержанием летучих, сжигаемых в шахтных печах.

При изготовлении сырьевой смеси по любому способу необходимо стремиться к наиболее тонкому помолу, теснейшему смешению сырьевых материалов и к возможно большей однородности сырьевой смеси. Все это гарантирует однородность выпускаемого продукта и является одним из необходимых условий нормальной эксплуатации завода. Резкие колебания химического со·става сырьевой смеси нарушают ход производственного процесса. Высокая тонкость помола и совершенное смешение необходимы для того, чтобы химическое взаимодействие между отдельными составными частями сырьевой смеси прошло до конца в возможно более короткий срок.

При выборе той или другой схемы производства особое внимание следует обращать на рентабельность работы предприятия и возможность снижения себестоимости продукции. Основными мероприятиями, ведущими к снижению себестоимости являются: интенсификация производственных процессов, повышение коэффициента использования оборудования, рост выпуска цемента, повышение его качества (марки), снижение расхода топлива и электроэнергии, механизация производственных процессов и всех вспомогательных работ, автоматизация управления производственными процессами и некоторые другие.

Мощность цементных заводов устанавливают в зависимости от сырьевой базы и потребности района в цементе. На новых заводах она равна обычно 1-2 млн. т цемента в год. Характерным показателем производительности труда на цементных заводах является выпуск цемента на одного рабочего в год, который в 1963 г. составил 915 т. Выработка на одного работающего была 7-62 т. На заводах, оснащенных высокопроизводительным оборудованием, выработка цемента достигла соответственно 2000 и 1600 т.

На цементных заводах, а также на заводах по производству других вяжущих материалов приходится перемещать от одного аппарата к другому большие массы кускового порошкообразного и жидкого материала. Для транспортирования их применяют ковшовые элеваторы, шнеки, ленточные, пластинчатые и скребковые транспортеры, транспортные желоба, насосы, краны с грейферами. Для транспортирования порошкообразных материалов широко используют пневмовантовые и камерные насосы, а также пневмотранспортные желоба.

Транспортирование шлама имеет ряд особенностей, так как он представляет собой сметанообразную текучую массу, содержащую 32-45% воды. Чтобы уменьшить расход топлива на обжиг, стремятся снизить влажность шлама, а чтобы улучшить его транспортабельность, необходимо увеличить содержание воды. По условиям транспортабельности шлам должен течь по желобу, имеющему уклон в 2-4 %. Чем пластичнее сырьевые материалы, тем больше приходится добавлять воды для получения шлама нужной текучести. Обычно шлам транспортируется центробежными насосами.

На заводы сырьевые материалы доставляют из карьера в виде кусков размерами до 1000-1200 мм. Иногда сырьевые отделения расположены непосредственно на карьерах, откуда шлам поступает на заводы. Так, на Балаклейском цементном заводе отделение болтушек размещено на карьере. Сырьевые материалы в виде мела и глины поступают в дробилки, а затем в болтушки. Полученный глиняно-меловой шлам нормальной влажности перекачивается по шламопроводам на завод.

При выпуске цемента обычных марок сырьевые материалы и клинкер размалываются до остатка на сите №008 порядка 8-10%. Для получения цемента более высоких марок материалы размалываю тоньше — до остатка на том же сите около 5% и даже меньше. Измельчать сырьевые материалы до получения тонкого порошка в одном аппарате невозможно. Поэтому сначала материал подвергают в дробилках двyx — тpex стадийному дроблению до величины кусков, не превышающей 8-20 мм, а затем измельчают в мельницах в гонкий порошок с размерами зерен не более 0,06-0,10 мм, глину поступающую из карьера в кусках размером до 500 ММ, измельчают в валковых дробилках до кусков не больше 100 мм, а затем отмучивают в болтушках до получения глиняного шлама с влажностью 60-70%. Этот шлам и подают в сырьевую мельницу.

Удельный расход сырья зависит от его химического состава и зольности топлива и составляет 1,5-2,4 т на 1 т клинкера. Расход электроэнергии на 1 т выпускаемого цемента составляет 80-100 квт/ч.

Технология производства цемента: сырье, способы, оборудование

Для проведения строительных или ремонтных работ используют различные материалы, в том числе цемент разных видов и марок. Его используют для подготовки бетонных, кладочных, штукатурных растворов, для производства железобетонных изделий. Но при этом редко кто знаком с технологией производства цемента.

Состав цемента

Цементная смесь получается в результате смешивания ряда компонентов:

  1. Клинкера

    . Вещество основано на глине и известняке, используется для определения прочности материала. Производится путем обжига глины и известняка. Под воздействием высоких температур плавится, преображаясь в гранулированную фракцию с высоким содержанием кремнезема. Затем обжигается повторно.
  2. Гипса

    . Используется для регулирования процесса твердения цемента. Вводится в состав в количестве не более 5%.
  3. Активных минеральных добавок

    . Они способствуют улучшению свойств цементного состава и расширению области его использования.

При изготовлении продукции могут быть использованы другие добавки, например, окислы кальция, магния, фосфора, соли. Но они используются в небольших количествах. Их вносят для того, чтобы получить установленные характеристики — жаропрочность, кислотоустойчивость и пр.

Если технологический процесс позволяет, то в состав могут быть введены пластификаторы.

Их использование помогает получить следующие эксплуатационные характеристики:

  1. Препятствовать проникновению влаги в конструкцию.
  2. Уменьшение времени затвердевания.
  3. Увеличение прочности.
  4. Стойкость к колебаниям температур, влиянию агрессивных сред.

В зависимости от количества добавок выделяются несколько видов продукта:

  1. Портландцемент

    . Самая распространенная модификация, в составе которой около 80% силиката кальция. Используется при различных строительных работах. Добавление красящих веществ улучшает декоративные свойства цемента, позволяя использовать его для отделочных работ.
  2. Глиноземистый

    . Отличается ускоренным твердением. Благодаря этому свойству его используют на объектах, которым необходима срочная реставрация, например, устранение разрушений после аварий, пожаров.
  3. Магнезиальный

    . Основной компонент — оксид магния, добавляет составу прочности, повышает адгезию к древесине. Однако из-за повышенной склонности к коррозии используется редко.
  4. Кислотоупорный

    . В процессе изготовления в состав вносится наполнитель — гидроксиликат натрия, затворяющийся жидким стеклом. Используется в кислотостойких бетонах и растворах.

Производство цемента на заводах

Выпуском цементной смеси занимаются специализированные предприятия. Чтобы получить качественный продукт требуется специальное оборудование и знание технологии. От мощности предприятия и качества сырья зависит выбор способа производства цемента.

Технологический процесс предполагает выполнение ряда производственных этапов:

  1. Добыча сырья, в состав которого входит гипс, глина, известняк.
  2. Дробление известняка с приданием полученному продукту необходимой влажности.
  3. Измельчение известняка. Смешивание его с глиной. Концентрация компонентов может меняться. Все зависит от характеристик используемого сырья. В основном соотношение составляет 3:1. В результате получается комбинированный, сухой или мокрый шлам.
  4. Обжиг. Сырьевая масса отправляется в печь, разогретую до 1500 градусов, где спекается и превращается в гранулированную фракцию — клинкер.
  5. Измельчение. Клинкер в специальных мельницах измельчается до порошкообразного состояния.
  6. Подготовленные ингредиенты смешиваются в соответствии с рецептурой марки будущего цемента. В процессе смешивания добавляется гипс и специальные минеральные добавки.

Цементные составы изготавливаются по проверенным технологиям. В зависимости от состава и качества используемого сырья применяются разные методы подготовки исходных материалов.

Сухой способ

При производстве не используется вода. Основные материалы — глина и известняк, дробятся на специальном оборудовании. Сушатся, перемалываются в муку. Смешиваются при помощи пневматического инструмента и подаются на обжиг.

Клинкер, что образовался после обжига, измельчается до установленной фракции, фасуется в подготовленную тару и перевозится на склад. Производство цемента сухим способом позволяет снижать производственные затраты. Но требует повышенной однородности основных материалов. К тому же является опасным, с точки зрения экологии.

Мокрый способ

Преимуществом данного метода изготовления цемента является возможность точно подобрать необходимый состав шлама, несмотря на неоднородность исходного сырья. Шлам при таком способе приобретает жидкую консистенцию. В нем содержится около 40% жидкости.

Прежде чем сделать конечный продукт, шлам помещается в специальные технологические бассейны для корректировки состава. Затем отправляется во вращающиеся печи для обжига.

Температура обжига превышает 1000 градусов, поэтому изготовление цемента мокрым способом требует больших энергозатрат. Но дает возможность получать продукт высокого качества.

Комбинированные способы

Технология предполагает объединение сухого и мокрого способов производства цемента. Один из них может быть взят за основу, а второй — выступать в качестве дополнения. На разных предприятиях эти способы имеют различия. Все зависит от особенностей имеющегося оборудования для производства цемента, близости к месту добычи сырья, а также от потребностей на установленные марки продукта.

Если за основу взят мокрый метод, то сырье вначале смешивается, а затем обезвоживается в специальных сушилках с фильтрами почти до сухого состояния. Только после этой процедуры отправляется в печь. Такая технология позволяет уменьшать теплозатраты, поскольку в процессе обжига почти нет испарений.

Когда в основе лежит сухой способ, в процессе гранулирования готовой смеси используется вода. В обоих случаях влажность клинкера, отправляющегося в печь, около 10-18%.

Как делают белый цемент

Белый цемент, производство которого несколько отличается от технологии выпуска серого продукта, может выпускаться как мокрым, так и сухим способом. Отличается технология тем, что исходное сырье обжигается при высокой температуре и затем быстро охлаждается водой.

Клинкер этого вида продукции складывается из минеральных добавок, известняка, гипса, соли и других компонентов. Исходное сырье готовится из карбонатной и глинистой породы: известняка, каолиновой глины, отходов обогащения, кварцевого песка.

Основным достоинством и отличительной чертой белого цемента является его белоснежность. Но его производство обходится намного дороже по сравнению с серым продуктом.

Технология производства | Газметаллпроект




Технология производства портландцемента

Портландцемент – это гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе и представляющее собой продукт тонкого измельчения клинкера, получаемого путем обжига до спекания искусственной сырьевой смеси.
Производство портландцемента включает в себя следующие основные этапы: добыча сырья; приготовление сырьевой смеси; обжиг сырьевой смеси и получение клинкера; совместный помол клинкера с гипсом, а в некоторых случаях также с различными добавками, способными придать портландцементу специальные свойства, причем первые три этапа являются наиболее энергоемкими и дорогостоящими, на них приходится около 70% себестоимости цемента.

При производстве портландцемента необходимо сочетание в сырьевой смеси карбонатного и глинистого компонентов, которые в разных пропорциях содержатся в мергеле – горной породе, их которой состоят склоны Маркхотского хребта. Помимо основных материалов при производстве портландцемента используются также различные корректирующие добавки (железосодержащие, алюминатные и т.д.).
Добыча мергеля осуществляется открытым способом в карьерах. Карьеры мергеля разрабатываются горизонтальными уступами высотой от 15до 20м. Основными процессами при добыче и переработке мергеля являются производство вскрышных работ, разрушение и добыча материала, погрузка экскаваторами и внутрикарьерное транспортирование карьерными самосвалами. Мергель из карьера поступает в дробильное отделение, где подвергается одно – либо двухстадийному дроблению в щековых, ударно – отражательных, молотковых дробилках. Дробленый мергель по системе транспортеров поступает на склад.



Существует два основных способа производства портландцемента – «мокрый» и «сухой».При «мокром» способе производства сырьевые материалы измельчают в помольных установках в присутствии воды, в результате чего получается текучая сметанообразная масса, называемая шламом, с влажностью 37 — 38%. Полученная таким образом сырьевая смесь подается на обжиг в длинную вращающуюся печь с внутрипечными теплообменными устройствами.
Типоразмеры вращающихся печей мокрого способа производства: Ø5х185м; Ø4х150м; Ø4х3,6х4х150м. 

Печь «мокрого» способа производства можно условно разделить на 6 технологических зон: сушки, подогрева, кальцинирования (декарбонизации), экзотермических реакций, спекания и охлаждения. Во вращающейся печи под воздействием высокой температуры (1450оС) сырьевая смесь претерпевает физико — химические превращения, в результате чего получается клинкер, представляющий собой твердые гранулы серого цвета диаметром от 5 до 20мм.

При «сухом» способе производства помол сырьевых материалов осуществляется с одновременной сушкой, в результате чего получается сырьевая мука с влажностью не более 1%, которая подается на обжиг в короткую вращающуюся печь с запечными теплообменными устройствами: циклонными теплообменниками и декарбонизатором. 

Типоразмеры вращающихся печей «сухого» способа производства: Ø5,5х66м; Ø 5,2х65м. Во вращающейся печи «сухого» способа производства отсутствуют зоны сушки, остальные зоны и процессы, происходящие в них, аналогичны таковым печи «мокрого» способа. Процессы дегидратации и почти полностью — декарбонизации сырьевой смеси происходят в циклонных теплообменниках и декарбонизаторе, откуда сырьевая смесь поступает в короткую вращающуюся печь.

Существует также комбинированный способ производства портландцемента, который предполагает либо частичное обезвоживание шлама (до 16-18%) с применением вакуум – фильтров и концентраторов шлама, либо увлажнение сырьевой муки до влажности 10-14%, грануляцию сырьевой смеси и подачу ее на обжиг в короткую вращающуюся печь.

При выборе способа производства учитываются различные факторы: однородность химического состава сырьевых материалов, их физико – механические характеристики.

В настоящее время наиболее востребован «сухой» способ производства цемента, как более экономичный: удельный расход условного топлива на 1 тонну клинкера при «сухом» способе производства в два раза меньше, чем удельный расход условного топлива при «мокром» способе производства.

Экономия топлива является решающим аргументом в пользу «сухого» способа производства, так как одной из наибольших статей затрат при производстве портландцемента является расход условного топлива на обжиг клинкера.
Полученный одним из способов портландцементный клинкер после охлаждения поступает на склад клинкера и добавок.

Для получения портландцемента клинкер подвергается тонкому измельчению в мельничных агрегатах совместно с гипсом (применяется для регулирования сроков схватывания цементного теста), а также при производстве некоторых видов цемента — с различными добавками.
Готовый цемент по системе цементопроводов подается на хранение в специально оборудованные силосы, откуда отгружается потребителю в таре либо навалом в вагоны – цементовозы или автотранспорт.

Технология производства цемента на заводе

В строительных работах цемент потребляется как самостоятельное сырье, так и в качестве компонента в составе (бетон или железобетон). Процесс изготовления трудозатратный и дорогой. Используемые производителями технологии напрямую влияют на качество сырья и его окончательную стоимость.

Базовый состав цемента одинаковый для всех видов. Цемент делают из глиняной породы, из которой изготавливается клинкер. От типа обработки зависят технические характеристики. Около 15% состава занимают минеральные добавки (только в точном соотношении с установленными государственными стандартами). Если процентное соотношение добавок будет нарушено, то свойства цементного раствора будут изменены. У раствора есть название — пуццолановый цемент.

На качество материала оказывает непосредственное влияние технология его производства:

  • зернистость помола влияет на степень застывания бетона и его прочность. Чем меньший размер имеет помол, тем прочнее раствор;
  • чтобы увеличить пластичность цементной смеси, в нее добавляют пластифицирующие компоненты органического и неорганического происхождения;
  • на уровень тепловыделения также влияют используемые добавки. Специальные вещества способны оказывать воздействие на количество и скорость выделения тепла.

Сегодня производители предлагают потребителю огромное количество видов цемента, которые следует использовать в зависимости от условий труда и особенностей строения. Но технологии производства остаются стандартными.

Этапы производства цемента

Изготовление цемента следует разделить на два основных этапа: получение клинкера и помол составляющих. Клинкер — смесь природного характера, обычно она изготавливается из извести (около 75%) и глины (около 25%). Компоненты прошли обжиг в специальных печах под воздействием высокой температуры. Возможен вариант замены глины на другие компоненты природного происхождения, например, трепел или доломит.

В природе можно найти уже готовый клинкер, который не нуждается в обжиге. Это мергель — горная порода. Но материала в природе настолько мало, что производители отдают предпочтение искусственно сделанного клинкеру.

Второй этап заключается в тщательном перемешивании составляющих клинкера в особых емкостях. Затем смесь проходит продолжительный обжиг в печах, что дает возможность компонентам вступить во взаимосвязь друг с другом. В результате глина и известь образуют небольшие шарики, величиной с грецкий орех. Затем компоненты смешиваются снова и измельчаются.

Технология производства цемента

Технология получения цемента имеет свои особенности, в зависимости от способа: мокрого, сухого или комбинированного.

Технология производства цемента сухим способом

Этот метод является экономически выгодным, поэтому используется практически на каждом производстве. Его особенность заключается в том, что на каждом этапе работы компоненты остаются сухими. Основа производства материала базируется на химических и физических характеристиках используемого сырья.

Все элементы проходят дополнительную сушку, а затем измельчаются до порошкообразного состояния. Компоненты смешиваются, другими словами, проходят этап гомогенизации. В итоге получается гомогенизационный силос или мука. Затем сырьевую муку отправляют в печь для прохождения деликатного обжига. Полученная смесь называется клинкер.

В следующей мельнице в клинкер вносятся всевозможные добавки (в зависимости от типа цемента). Затем компоненты снова измельчаются и микшуются. После этого сырье отправляется на сохранение в бункер. Там цемент комплектуется в мешки различной емкости и следует на отгрузку.

Технология производства цемента мокрым способом

Создание цементной смеси с добавление жидкости — менее популярный метод в сравнении с предыдущим. В его производстве используются карбонатный мел, силикатная глина. Возможно применение железосодержащих добавок, например, конверторного шлама, пиритных остатков.

Глину, которую планируется использовать, обрабатывают в специальных вальцевых системах дробления, крошат до величины гранул от 0 до 100 мм. Состав направляется в болтушки для последующего отмачивания. Это позволяет создать шлам, с уровнем влажности около 70%. Компоненты, которые входят в состав смеси, смешиваются и измельчаются с использованием заданного процента влаги. В конечном счете, получается шихта с уровнем влажности в пределах 30-50%.

На данной стадии смесь проходит контроль качества. Если ее показатели соответствуют стандартам, то она обжигается под воздействием высоких температур, превращаемого в миниатюрные зерна. Их также следует перемолоть до порошкообразного вида. Данная технология трудозатратная, поэтому используется в формировании некоторых растворов.

Технология производства цемента комбинированным способом

Данная технология объединила сразу два метода производства цемента. В барабане для измельчения шлам проходит этап принудительного увлажнения до 40-45%. Затем состав проходит через фильтры с целью его обезвоживания. Затем состав доставляется на прогрев, что дополнительно уменьшает содержание жидкости.

После этого цементная масса отправляется на прогревание, где постоянно перемешивается. Готовый продукт направляется на сохранение и для последующего фасования в мешки.

Изготовление белого цементного раствора

Производство белого цемента нуждается в отдельном рассмотрении. Материал широко используется в отделке поверхностей. После высыхания приобретает белый цвет.

В соединение смеси входят мергель, известняк, мрамор, песок и глина, но в меньшей степени в сравнении с серым цементом. Большую часть смеси занимает мраморная крошка. В смеси также допускается присутствие красящих окислительных элементов: железа, хрома, марганца, титана и других. Мел и каолин придают раствору белесый оттенок. К чистоте используемой воды предъявляются высокие требования, ее процент в общей массе не более 45%. Материал проходит несколько уровней очистки, поэтому на исходе получается цемент высокого качества. Обрабатываемая раствором из белого цемента поверхность не имеет изъянов.

Измельчение клинкера продолжается в мельничном агрегате, в котором установлена специфическая облицовка. Деликатность измельчения белого цемента гораздо выше, чем обычного серого. Поэтому смесь производится двух марок М400 и М500. Изделия из белого цемента не осыпаются, не разрушаются, за ними легко ухаживать. Поэтому материал применяется в создании разнообразных архитектурных строений и форм.

Важно отметить, что белоснежный цвет материала позволяет создавать другие оттенки. На заключительном этапе производства в смесь вносится определенный процент пигментных добавок.

Для производства каждого вида цемента используется особое оборудование, а производители придерживаются определенной последовательности действий. Поэтому рекомендуется приобретать цемент у производителей, которые уже зарекомендовали себя на строительном рынке, сопровождают свою продукцию сертификатами качества.

Технология производства цемента | блог завода «ТБЗ №1»

Цемент – это стройматериал, используемый для производства строительных растворов, скрепления различных элементов конструкций, гидроизоляции и пр. К его разновидностям относятся портландцемент, напрягающийся, водонепроницаемый, алинитовый, глиноземистый и др. Технология производства цемента предусматривает применение клинкерного и безклинкерного способов. Рассмотрим их особенности.

Клинкерный метод производства цемента

Выделяют три основных способа производства цемента:

  • Мокрый. В качестве сырья применяется глина, твёрдый известняк или мел. Предполагается измельчение смеси в воде, после чего получается масса с влажностью 30-50%. Мокрый метод рекомендуется использовать при влажном составе с низкой однородностью.
  • Сухой. Предусматривается помещение сырья в сепараторную мельницу с последующим помолом и сушением. Затем состав помещается в смеситель, где проводится его смешивание и корректировка. Сухой метод рекомендуется при использовании смеси с влажностью до 10%.
  • Комбинированный. Объединяет особенности двух вышеперечисленных технологий. Может варьироваться в зависимости от выбранного базового способа:
    1. мокрый – обезвоживание сырья специальными сушилками до влажности 16-18% и отправка в печь;
    2. сухой – увлажнение смеси до 10-14%, гранулирование воды и последующий отжиг.

Для каждого способа предполагается своё оборудование и последовательность операций. Рекомендуется учитывать влажность, твёрдость, однородность и размучиваемость сырья.

Безклинкерный метод производства цемента

Производство цемента по безклинкерному методу предусматривает использование в качестве сырья доменного шлака и зольной пыли. Безклинкерная технология состоит из следующих этапов: плавление смеси при температуре 1450 °C, охлаждение и грануляция расплава, помол гранулята, смешивание с активизаторами (2-5%).

Основными преимуществами безклинкерной технологии являются:

  • высокая стойкость к внешним воздействиям;
  • широкий ассортимент первичного и вторичного сырья;
  • простота технологического процесса;
  • существенное снижение энергозатрат;
  • экологичность;
  • умеренная себестоимость.

При правильном соблюдении технологии можно получить цемент с высокими эксплуатационными свойствами. Очень важно доверить такую работу опытным профессионалам, располагающим современным оборудованием.

Как делают цемент: технология производства цемента


Любое строительство или ремонтные работы невозможны без использования универсального строительного материала – цемента разных видов и марок. Мы настолько привыкли к этому продукту, что даже не задумываемся над проблемой, а как делают цемент. Можно ли его можно изготовить в домашних условиях и не переплачивать?

Сразу ответим на вопрос – можно ли сделать цемент своими руками? Имея необходимое оборудование и исходные материалы – получить цемент в домашних условиях можно. На данный момент времени в Российской Федерации большим спросом пользуются мини-заводы по производству цемента, мощностью порядка 120 000 тонн цемента в год. Производить же цемент для единичной стройки экономически невыгодно. Проще и дешевле купить этот необходимый строительный материал на заводе или в магазине.

Состав цемента

Цемент получается при длительном дроблении клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4·2h3O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Мокрый способ производства портландцемента

Для производства портландцемента применяют твердые и и мягкие горные породы; при этом как к первым, так и ко вторым могут относиться глинистые и известковые компоненты сырьевой смеси. К мягким глинистым компонентам относится глина, лёсс, а к твердым — глинистый мергель, глинистый сланец. Среди мягких известковых компонентов применяют мел, а среди твердых — известняк.
Мягкие компоненты успешно измельчают в болтушках, твердые же компоненты могут быть измельчены только в мельницах. Поэтому технологическую схему измельчения сырьевых материалов при мокром способе выбирают в зависимости от их физико-механических свойств. Существует три варианта технологических схем:

два мягких материала — глина измелизмельчаются в болтушках;

два твердых материала — глинистый мергель и известняк измельчаются в мельницах;

один материал мягкий — глина измельчается в болтушках; другой твердый — известняк измельчается в мельнице.

Начальной технологической операцией получения клинкера является измельчение сырьевых материалов.

Необходимость измельчения сырьевых материалов до весьма тонкого состояния определяется условиями образования однородного по составу клинкера из двух или нескольких сырьевых материалов. Химическое взаимодействие материалов при обжиге происходит вначале в твердом состоянии (в твердых фазах). Это такой вид химической реакции, когда новое вещество образуется в результате обмена атомами и молекулами двух соприкасающихся между собой веществ. Возможность такого обмена появляется при высокой температуре, когда атомы и молекулы начинают совершать свои колебания с большой силой. Образование при этом новых веществ происходит на поверхности соприкасающихся между собой зерен исходных материалов. Следовательно, чем больше будет поверхность этих зерен и чем меньше сечение зерна, тем полнее произойдет реакция образования новых веществ.

Куски исходных сырьевых материалов нередко имеют размеры в несколько десятков сантиметров. При существующей помольной технике получить из таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно только за несколько приемов. Вначале куски подвергают грубому измельчению — дроблению, а затем тонкому помолу.

B зависимости от свойств исходных материалов в цементной промышленности тонкое измельчение производят в мельницах я в болтушках в присутствии большого количества воды. Мельницы применяют для измельчения твердых материалов (известняк, глинистые сланцы), а болтушки — для материалов, легко распускающихся вводе (мел, глина).

Из болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов позволяет получать более однородный сырьевой шлам.

В сырьевую мельницу известняк и глиняный шлам подают в строго определенном соотношении, соответствующем химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке не удается получить из мельницы шлам необходимого химического состава. Причиной этого в основном служат колебания характеристики сырья в пределах месторождения.

Чтобы получить шлам строго заданного химического состава, его корректируют в специальных бассейнах. Для этого в одной или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или заведомо высоким титром (содержанием углекислого кальция СаСО3), и этот шлам в определенной пропорции добавляют в корректирующий шламовый бассейн.

Приготовленный таким образом шлам, представляющий собой сметаноо!бразную массу с содержанием воды до 40%, насосами подают в расходный бачок печи, откуда равномерно сливают в печь. Для обжига клинкера при мокром способе производства применяют только вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан длиной до 150—185 м и диаметром 3,6—5 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом; производительность таких печей достигает 1000—2000 т клинкера в сутки.

Барабан печи устанавливают с наклоном в 3—4°. Шлам загружают со стороны поднятого конца печи, а топливо в виде угольной пыли, газа или мазута вдувают в печь с противоположной стороны. В результате вращения наклонного барабана находящиеся в нем материалы непрерывно продвигаются к опущенному концу. В области горения топлива развивается наиболее высокая температуры — до 1500° С, что необходимо для взаимодействия окиси кальция, образовавшейся при разложении СаС03, с окислами глины и получения клинкера.

Дымовые газы движутся вдоль всего барабана печи навстречу обжигаемому материалу. Встречая на пути холодные материалы, дымовые газы подогревают их, а сами охлаждаются. В результате, начиная от зоны обжига, температура вдоль печи снижается с 1500 до 150—200° С.

Из печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом. Охлажденный клинкер отправляют на склад для магазинирования. Магазинирование — это вылеживание (до 2—3 недель) с целью гашения свободной извести в клинкере влагой из воздуха и предупреждения этим неравномерности изменения объема цемента при его твердении.

Высоко организованный технологический процесс получения клинкера обеспечивает минимальное содержание свободной СаО в клинкере (менее 1%) и исключает этим необходимость его магазинирования В этом случае клинкер из холодильника направляют непосредственно на помол. Перед помолом клинкер дробят до зерен размером 8—10 мм, чтобы облегчить работу мельниц. Измельчение клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками, если последние применяются. Совместный помол обеспечивает тщательное перемешивание между собой всех материалов, а высокая однородность цемента является важным фактором его качества. Гидравлические добавки, будучи материалами сильно пористыми, имеют, как правило, высокую влажность (до 20—60% и более). Поэтому перед помолом их высушивают до влажности примерно 1%, предварительно раздробив до зерен крупностью 8—10 мм. Гипс только дробят, так как его вводят в незначительных количествах, и содержащаяся в нем влага легко испаряется теплом, образующимся при помоле цемента в результате ударов и истирания в мельнице мелющих тел. Из мельницы цемент выходит с температурой до 100° С и более. Для охлаждения, а также создания запаса его отправляют на склад. Для этой цели применяют силосные склады, оборудованные механическим (элеваторы, шнеки), пневматическим (пневматические насосы, азрожелоба) или пневмомеханическим транспортом.

Отгружают цемент потребителю в таре — в многослойных бумажных мешках весом 50 кг—или навалом в контейнерах, автомобильных или железнодорожных цементовозах, в специально оборудованных судах. Каждая партия цемента снабжается паспортом.

Проект предусматривает мокрый способ производства цемента с использованием в качестве сырьевых материалов одного твердого (известняка) и одного мягкого (глины) компонентов сырьевой смеси. При этом получение глиняного шлама рассчитано производить в карьере, на площадке завода создается только запас шлама на случай нарушения подачи его с карьера.

В качестве топлива проект завода ориентирован на испольвание природного газа.

Производство цемента на заводах

На данный момент времени производителями цемента используются три технологии производства связующего:

  • Мокрый способ.
  • Сухой способ.
  • Комбинированный метод.

Стоит заметить что «сухую» технологию используют зарубежные производители цемента: Египет, Турция и Китай. «Мокрая» же технология традиционно используется отечественными цементными заводами.


циклы производства цемента

Сухой способ

Здесь нет необходимости использовать воду. Исходный материал (глину и известняк) дробят на специальном оборудовании. Сушат и перемалывают в мелкодисперсную муку, смешивают пневматическим способом и подают на обжиг.

Образовавшийся в результате обжига цементный клинкер измельчается до соответствующей степени фракции, фасуется в упаковку и отправляется на склад готовой продукции. Данный способ позволяет снизить затраты на производство, однако отличается «капризностью» к однородности исходных материалов и является экологически опасным вариантом.

Мокрый способ

Неоспоримые достоинства данного метода заключается в возможности точного подбора состава исходного сырья при высокой неоднородности исходных компонентов: порода, вид породы и пр. Исходный материал (шлам) представляет собой жидкую субстанцию, содержащую до сорока процентов влаги.

Перед тем как сделать цемент, состав шлама корректируется в специальных технологических бассейнах. После выдержки сырья в бассейне, производится отжиг в специальных вращающихся печах и последующее измельчение.

Мокрый способ требует большего расхода тепловой энергии расходуемой на высушивание исходного сырья. Это существенно увеличивает себестоимость производства цемента, однако качество конечной продукции не страдает от возможной неоднородности клинкера, как при мокром варианте.

Комбинированные способы

Данная технология опирается на мокрый вид получения связующего. Промежуточную субстанцию обезвоживают по специальной технологии. Клинкер гранулируют с добавлением воды, после чего производят отжиг и последующее измельчение до той или иной марки цемента.

В числе достоинств комбинированного способа производства цемента: высокий выход «годного», возможность использования отходов металлургической промышленности.

Особенности полусухого способа производства

Схема изготовления цемента полусухим методом представлена на следующем рисунке.

Полусухой метод производства цемента очень похож на сухой, но отличия все же есть.

Размер муки, что проходит стадию гранулирования, составляет 10-20 мм, а влажность 11-16 %. Сырье обжигается в печах Леполь и после этого образовавшиеся гранулы направляются на конвейерный кальцинатор.

Из печки выделяются газы, что проходят сквозь гранулы на решетке. В результате этого происходит их нагрев до 900 ºС и они полностью высушиваются. Во время такой термообработки выполняется декарбонизация смеси на 22-30 %, что важно для производства. По завершению этих процессов сырье направляется в печь, где и завершается процесс изготовления цемента. Обжиг гранулированного цемента может происходить в шахтных печах. При этом гранулирование выполняется с частицами угля, после этого цемент направляется на хранение.

Как делают белый цемент

Технология производства белого цемента незначительно отличается от технологии производства обычного «серого» материала. Как и обычный «серый» материал, белый цемент выпускают сухим и мокрым способом. Основное отличие технологии – обжиг исходного сырья при высокой температуре и резкое охлаждение в воде.

Клинкер белого цемента характеризуется как «маложелезистый» и содержит в своем составе: минеральные добавки, известняк, гипс, соли и другие компоненты. В качестве исходного сырья для клинкера используются карбонатная и глинистая порода (известняк, каолиновая глина, отходы обогащения, кварцевый песок).

В Российской Федерации белый цемент производится только на одном предприятии – ООО «Холсим (Рус) СМ» (до 2012 года ОАО «Щуровский цемент»). Большинство белого цемента поставляется на рынок России из-за рубежа следующими (Словакия), «Cimsa иAdana» (Турция), «AalborgWhite»(Дания) и «AalborgWhite» (Египет).

Основное достоинство белого цемента его уникальная характеристика – белоснежность, а основной недостаток в разы большая стоимость по сравнению с обычным «серым» материалом.

Отличия мокрой технологии производства от сухой

Обе технологии производства цемента обладают своими нюансами, плюсами и минусами. Но есть ключевые особенности, которые необходимо учитывать в первую очередь при планировании бизнеса и просчете расходов, прибыли. Главный недостаток мокрого метода производства цемента – существенная энергоемкость всего процесса, которая отражается соответствующим образом на цене конечного продукта в сторону повышения.

Сухая же технология менее экологична и опасна для окружающей среды, в связи с чем требует значительных расходов на устранение этого фактора. При этом, сам процесс производства обходится дешевле по всем пунктам, позволяет понизить цену конечного продукта.

Производственные методы

Отличается каждый существующий подход к выпуску стройматериала. Известны три основных варианта.

Сухой подход

Наименее энергозатратный вариант, имеющий оптимальную стоимость. Технологические операции соединены воедино. При этом шаровая мельница нужна не только для сушки ингредиентов, но и для размалывания в дробилках производственных объектов.

Цементный порошок производится по алгоритму:

  1. После добычи база дробится.
  2. Затем её просушивают до определенного уровня влажности.
  3. Перемешанные вещества перемалывают в муку.
  4. В печном отсеке осуществляется обжиг клинкера, а затем его охлаждают.

После осуществляется складирование готового стройматериала на подготовленной площадке.

Мокрый способ

В данном случае известка заменяется меловым ингредиентом. Процедура выпуска не происходит без использования жидкости. Базой выступает шихта, уровень влажности которой достигает до 50%.

Изготовление цемента мокрым производственным путем – это схема, отличающаяся вливанием водной составляющей. Результирующая при этом не мука, а шламовая консистенция, попадающая в печной отсек, где её обжигают, а после охлаждают, кладя в холодильник. Остывшую производную дробят и дополнительно насыщают модификаторами.

Комбинированный подход

Это сочетание двух вышеописанных подходов, завершающееся получением полусухого порошка с уровнем влажности в 18%.

Совмещенную обработку в цементной отрасли осуществляют по иному алгоритму:

  • вначале получается всё та же шламовая консистенция;
  • её обезвоживают и гранулируют;
  • гранулы обжигаются в печном отсеке, как и для первого варианта.

В результате выпускается стройматериал, не уступающий своими достоинствами альтернативному.

Бесклинкерный подход

Этот вариант предполагает, что исходной базой будет гидравлический или доменный шлак. Туда же всыпают модификаторы и активаторы. Полученную консистенцию дробят и перетирают. У этого технологического решения собственные преимущества:

  • экологическая безопасность;
  • стройматериал обладает высокой стойкостью к негативным факторам окружающей среды;
  • можно варьировать параметризацию цементного порошка, в том числе, менять его цвет;
  • низкие затраты на электрическую и тепловую энергию.

Естественно, строительные выпускающие компании выбирают оптимальный метод сами.

Оцифровка и будущее цементного завода

Никогда еще не было более важного момента для повышения устойчивости ядра производственно-сбытовой цепочки цемента: цементного завода. Пандемия COVID-19 сильно ударила по цементной промышленности: ожидается, что мировой спрос на цемент снизится на 7–8 процентов в 2020 году, хотя это снижение будет неравномерно распределено по регионам. В ответ производители цемента по всему миру сократили производство или даже полностью закрыли заводы.И хотя завод является лишь одним из компонентов производственно-сбытовой цепочки цемента, его роль в преодолении сбоев и создании цементных компаний для будущего успеха имеет решающее значение.

Путь вперед для отрасли ясен: переход на цифровые технологии и устойчивость. Помещение этих двух тенденций в основу планирования будущего поможет производителям цемента догнать тех, кто работает в других отраслях тяжелой промышленности, и добиться значительного повышения производительности. В отрасли, где восстановление упущенной выгоды может занять годы, крайне важно начать сейчас, чтобы как оправиться от воздействия COVID-19, так и сделать производителей цемента более устойчивыми к будущим сбоям.

Действительно, цементный завод будущего будет работать совершенно иначе, чем сегодняшние заводы. В этой статье мы описываем наше видение устойчивого, гибкого, зеленого и эффективного предприятия, а также влияние на бизнес и стратегические соображения, которые высшее руководство должно учитывать при определении пути развития отрасли.

Наше видение: ведущий цементный завод 2030 года

Цементный завод будущего обеспечивает значительно более низкие эксплуатационные расходы и более высокую стоимость активов за счет повышения энергоэффективности, производительности и производительности.Более целенаправленное и эффективное обслуживание продлевает срок службы оборудования. Воздействие каждого завода на окружающую среду сведено к минимуму, что обеспечивает его лицензию на работу в разных местах и ​​юрисдикциях. Завод удовлетворяет спрос клиентов, динамически корректируя производство и логистику в соответствии с данными клиентов в режиме реального времени. Воодушевленные, заинтересованные сотрудники сосредотачиваются на деятельности, создающей добавленную стоимость, а все задачи, не добавляющие ценность, автоматизированы. Информация в режиме реального времени доступна для удаленных менеджеров на всех уровнях для принятия более эффективных решений.

Это будущее не за горами. Наш анализ показывает, что использование цифровизации и рычагов устойчивого развития является ключом к значительному повышению производительности и эффективности типичного цементного завода (Иллюстрация 1). Результатом является прибыль от 4 до 9 долларов на тонну цемента, что может привести к перемещению традиционного завода в верхний квартиль кривой затрат для заводов с аналогичными технологиями (см. врезку «Сегодняшний цементный завод»).

Экспонат 1

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту.Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

Капитальные затраты, необходимые для осуществления этого перехода, будут варьироваться в зависимости от применяемого рычага. Например, для реализации пилотного проекта расширенной аналитики (AA) для процесса записи потребуется от двух до трех месяцев экспертной работы по сбору и анализу исторических данных, а также по моделированию и обучению системы. Между тем, инвестиции в установку альтернативного топлива потребуют до 20 миллионов долларов и до одного года для ввода в эксплуатацию и эксплуатации.Более инновационные решения потребуют дополнительных денег и времени. Однако помимо этого, некоторые из этих инвестиций могут быть обусловлены требованиями, выходящими за рамки типичных требований к совершенству или соответствию требованиям, к которым привыкла отрасль.

Операционный лидер: включение цифровой и расширенной аналитики

В отличие от многих других отраслей, цементной промышленности еще только предстоит пройти путь всеобъемлющей цифровой трансформации. Из 54 производственных предприятий, обозначенных как «маяки» — лидеры в использовании Четвертой промышленной революции (Индустрия 4.0) технологии — ни один из них не является цементным заводом (см. врезку «Производство 4.0: Фабрики-маяки, как это определено Всемирным экономическим форумом»). Тем не менее, более строгие правила, снижение спроса и изменения в более широкой строительной экосистеме приведут к тому, что этой отрасли необходимо срочно использовать технологии Индустрии 4.0, чтобы оставаться конкурентоспособными.

На цементном заводе будущего ценность, а не объем, является ключевым фактором. Принятие решений на основе фактов в режиме реального времени является нормой, а постоянные корректировки учитывают изменчивость экосистемы.Ассортимент продукции увеличивается в пять-десять раз, операции управляются с учетом динамических ограничений и возможностей, а производственные параметры адаптируются в режиме реального времени. Цифровые двойники моделируют и оптимизируют общее влияние внешней изменчивости операций, начиная от сложных процессов, таких как прожиг, и заканчивая более структурированными действиями, такими как техническое обслуживание.

Требуется постоянное присутствие меньшего числа сотрудников, а интерактивные онлайн-панели мониторинга позволяют менеджерам удаленно сотрудничать, решать проблемы и быстро принимать обоснованные решения вместе с остальными членами команды.Инженеры по техническому обслуживанию немедленно уведомляются о неисправностях в оборудовании или о возможности проведения технического обслуживания и получают пошаговые инструкции по ремонту с помощью дополненной реальности.

Сильная технологическая база способствует полностью интегрированной цепочке создания стоимости цемента, в том числе в рамках различных функций. Алгоритмы AA улучшают выход, производительность, качество, энергоэффективность и соотношение цемента и клинкера. Автоматизированное отслеживание потерь общей эффективности оборудования (OEE) и программное обеспечение с поддержкой AA адаптируют стратегии активов для повышения надежности и срока службы оборудования (рис. 2).

Экспонат 2

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту. Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

Цементная промышленность с нулевым выбросом углерода: новаторское реагирование на изменение климата

На производство цемента в 2017 году приходилось 7 процентов глобальных выбросов CO 2 .Растущее давление со стороны общества и правительств в отношении более строгих стандартов выбросов и декарбонизации окажет серьезное влияние на отрасль. Это может нарушить всю цепочку создания стоимости, поскольку производителям цемента придется переосмыслить свои продукты, портфели и партнерские отношения для достижения углеродной нейтральности.

Согласно нашим анализам, к 2050 году цементный завод будущего может сократить выбросы на 75 процентов по сравнению с 2017 годом. Около 20 процентов будет получено за счет операционных достижений, таких как меры по повышению энергоэффективности и замена клинкера.Дополнительные 10 процентов будут поступать за счет альтернативных видов топлива, однако доступность альтернативных видов топлива зависит от региона и зависит от усилий по обезуглероживанию других секторов, таких как сталелитейная промышленность и энергетика. То же самое относится и к заменителям клинкера, таким как натуральный пуццолан или побочные продукты промышленного производства.

Таким образом, более экологичная и эффективная установка становится еще более возможной благодаря инновационным достижениям, таким как масштабирование технологий улавливания, использования и хранения углерода (CCUS). С точки зрения масштабируемости CCUS, вероятно, является наиболее продвинутым вариантом.Используя эту технологию, производители цемента улавливают выбросы CO 2 и могут либо использовать углеродсодержащий бетон (один из немногих уже доступных вариантов использования, который фиксирует CO 2 в конечном продукте), либо хранить углерод на бывших нефтяных и газовых месторождениях. . Другие идеи голубого неба, включая электролиз и использование бактерий, которые производят карбонат кальция, требуют значительных инвестиций для масштабирования, при этом первопроходцы получают значительные преимущества перед аналогами. Крайне важно, чтобы завод оставался подключенным ко всей цепочке создания стоимости производства цемента, поэтому его вклад оптимизирует возможности, а также позволяет улавливать и компенсировать выбросы наиболее эффективным способом.Обеспечение прослеживаемости выбросов, сквозного учета и полной прозрачности цепочки создания стоимости прокладывает путь к этой оптимальной точке.

Воплощение: изменение существующей модели

Сегодня большинство заводов работают традиционным, негибким образом, используя ручную или устаревшую технологическую инфраструктуру, и им трудно нанимать и удерживать квалифицированных рабочих на важных должностях. История слияний и расширения производственных мощностей привела к устаревшим инвестициям, которые препятствуют возможности и желанию вносить радикальные изменения.Более того, несмотря на то, что за последние два десятилетия в цементной промышленности произошли значительные улучшения в ИТ-инфраструктуре и операционных технологиях, отдача оказалась ниже ожидаемой. Эффективность новых систем планирования ресурсов предприятия, инструментов оптимизации процессов и даже профилактического обслуживания отстает из-за проблем с управлением изменениями и культурных различий между площадками.

Чтобы понять пробелы и возможности в каждом подсегменте рынка, производители цемента должны начать с первоначальной оценки своих заводов и всей цепочки создания стоимости.Это не только определит реалистичные стремления к оцифровке и устойчивому развитию, но и облегчит обсуждение всеобъемлющей стратегии, кодифицированной в виде подробной дорожной карты для каждого завода. Игроки на рынке цемента могут определять цели сверху вниз для каждого завода или цели снизу вверх в зависимости от конкретных вариантов использования каждого завода. В любом случае они могут одновременно наращивать цифровые возможности через специальную академию. Затем они должны поставить перед собой задачу сосредоточиться на деятельности, которая принесет наибольшую прибыль их бизнесу и клиентам.

Каждому заводу также потребуется создать гибкую операционную модель, которая будет включать в себя корректировки организационной структуры, возможностей, инфраструктуры, процессов и партнерских отношений. Местные лидеры должны быть наделены полномочиями, чтобы указать путь к достижению этих целей, прививая прозрачность, ориентацию на клиента и чувство сопричастности в местных командах. Заводы также должны перестать быть чистыми центрами затрат и сосредоточиться на инициативах, которые приносят большую пользу при бережливом выполнении повседневных операций.Стабильная организационная основа гарантирует, что у организации есть общая цель, стандарты, платформы, культура и набор ценностей, что обеспечивает открытый и простой обмен знаниями.

Единого пути к успеху не существует, и каждое предприятие должно выбирать свой собственный путь в зависимости от контекста, целей, стремления к централизации, существующих внутренних возможностей и так далее. Самые важные вопросы, на которые должны ответить производители цемента, прежде чем отправиться в это путешествие, касаются создания ценности. Более конкретно: какие варианты использования обеспечивают наибольшую прибыль? Что лучше: максимальная эффективность или максимальная пропускная способность? Может ли полностью интегрированный производственный процесс, основанный на сырье, обеспечить более высокую прибыль?


Кризис COVID-19 вынудил цементные компании как можно раньше начать цифровую трансформацию.Заводы, которые реализуют более цифровое и устойчивое видение будущего, с большей вероятностью обеспечат долгосрочное конкурентное преимущество в производительности, операционной эффективности и отказоустойчивости, которое намного перевешивает любые инвестиции, сделанные на начальном этапе.

Повышение эффективности и устойчивости — лишь один из аспектов этого видения будущего. В ближайшее десятилетие компании должны принять меры по всей цепочке создания стоимости, чтобы производство цемента было экономически и экологически целесообразным.

История цемента — Всемирная цементная ассоциация

Долгий путь к современному портландцементу

 

Древняя история:

Цемент использовался людьми на протяжении всей истории; вариации этого материала использовались до 12 000 лет назад, при этом самая ранняя археологическая находка укрепленного побеленного пола из обожженного известняка и глины была обнаружена на территории современной Турции.

Первые обожженные глиняные кирпичи были разработаны в так называемом Плодородном полумесяце, где было обнаружено, что из обожженного известняка можно производить известь для приготовления раствора.Около 800 г. до н.э. финикийцы использовали знания о том, что смесь обожженной извести и вулканического пепла, которую сегодня называют «пуццолана», можно использовать для производства гидравлической извести, которая была не только прочнее, чем все, что использовалось ранее, но и затвердевала под водой.

Римляне разработали новые методы каменной кладки, с помощью которых они могли возводить грандиозные здания с тяжелым фундаментом. Одной из таких разработок был «opus caementitium», разновидность бетона из извести с заполнителями из песка и щебня. В основном это использовалось между кладочными камнями или кирпичами, служившими опалубкой.В других цементах в качестве заполнителей использовался кирпичный щебень, черепица и керамическая посуда. Римский архитектор и инженер Маркус Витрувий Поллион всесторонне описал знания и методы строительства того времени, которые на протяжении сотен лет служили основой методов строительства.

Знаменитыми историческими зданиями из бетона, сохранившимися до наших дней, являются Колизей и Пантеон в Риме, а также собор Святой Софии в Стамбуле.

Средневековье

Средние века были спокойным периодом в истории цемента; любые открытия, сделанные в эту эпоху, остаются неизвестными, хотя известно, что каменщики использовали гидравлический цемент для строительства таких сооружений, как крепости и каналы.

В средневековых гильдиях знания были секретом и передавались ученикам устно, а не в письменном виде, в то время как алхимики исследовали свойства и реакционную способность веществ, часто используя закодированный язык. Типичные строительные растворы того времени состояли из извести и песка — бетона в том виде, в каком мы его знаем, еще не существовало.

Промышленная революция в Европе в конце 18 -го века ознаменовалась целым рядом новых разработок в области цемента и бетона, при этом важный вклад сделал Джон Смитон, который обнаружил, что гидравличность извести напрямую связана с содержанием глины в известняке, Джеймс Паркер, Луи Вика и Егор Челиев.

Рождение портландцемента:

Предшественник современного цемента был создан в 1824 году Джозефом Аспдином, британским каменщиком и строителем, который экспериментировал с нагреванием известняка и глины до тех пор, пока смесь не прокалится, измельчением и затем смешиванием с водой. Aspdin назвал этот портландцемент в честь знаменитого прочного строительного камня с острова Портленд в Дорсете, Великобритания. Его сын Уильям Аспдин изготовил первый цемент, содержащий алит (нечистая форма трехкальциевого силиката).

В 1845 году Исаак Джонсон обжигал мел и глину при гораздо более высоких температурах, чем Аспдины, примерно при 1400-1500 o C, что привело к спеканию смеси и произвело то, что по сути является современным цементом.

С 1850 года использование бетона из портландцемента значительно увеличилось. Такие проекты, как скульптуры, небольшие мосты и бетонные трубы, были типичными приложениями в то время и помогли повысить его известность. Затем последовали крупномасштабные канализационные системы, такие как в Лондоне и Париже, а строительство метро и подземных переходов увеличило спрос.К концу 19 века широкое распространение получили пустотелые бетонные блоки для жилищного строительства.

Появление железобетона началось в 1840-х годах во Франции, положив начало периоду инноваций с использованием армированных колонн, балок и т. д., позволяющих строить большие мосты, более высокие и большие здания и т. д., и значительно уменьшило преобладание стальных конструкций.

Первый стандарт цемента для портландцемента был утвержден в Германии в 1878 году, определяя первые методы испытаний и минимальные свойства, и многие другие страны последовали его примеру.

На рубеже веков производство и применение цемента резко возросли во всем мире. С 1900-х годов вращающиеся печи заменили оригинальные печи с вертикальным валом, поскольку они используют радиационную теплопередачу, более эффективную при более высоких температурах. достигается однородная температура клинкера и получается более прочный цемент. В полученную смесь теперь также добавляют гипс для контроля схватывания, а для измельчения клинкера используют шаровые мельницы.

Другие разработки прошлого века включают цементы на основе алюмината кальция для повышения стойкости к сульфатам, смешивание Розендейла (натуральный гидравлический цемент, производимый в Нью-Йорке) и портландцемента для получения прочного и быстросхватывающегося цемента в США, а также более широкое использование вяжущих материалов для хранения ядерных отходов.

Будущее цемента и бетона

Постоянно появляются новые технологии и инновации для улучшения устойчивости, прочности и применения цемента и бетона. Некоторые передовые продукты включают в себя волокна и специальные заполнители, например, для создания черепицы и столешниц, в то время как производство за пределами площадки также приобретает все большее значение с ростом цифровизации и искусственного интеллекта, что может сократить количество отходов и повысить эффективность и условия труда на месте.Также разрабатываются цементы и бетоны, которые могут поглощать CO 2 в течение всего срока службы, уменьшая углеродный след строительного материала.

 

Текстовые материалы Райнера Нобиса, автора книги «Иллюстрированная история цемента и бетона», доступны для покупки в Интернете.

Оборудование для обработки цемента | Шенк Процесс

Бетонные комплексные решения, на которые можно положиться

Обеспечение действительно устойчивого производства цемента требует полностью интегрированного подхода, охватывающего весь завод.Благодаря нашим лидирующим на рынке решениям MULTICOR для переработки цемента мы помогаем вам справиться с определяющими проблемами современного рынка, значительно сократив выбросы CO2 в соответствии с новыми нормами, а также обеспечив качество и конкурентоспособные цены на ваш продукт за счет эффективности с добавленной стоимостью наш уникальный и инновационный подход.

Сократите свой углеродный след вместе с нами

Композитные цементы — это ключ к сокращению выбросов. Просто используя на 30 % больше экологически чистых добавок в вашей смеси OPC, вы снижаете выбросы CO2 на 27 %.Будь то бестарная поставка или расфасовка, наш массовый расходомер MULTICOR делает возможной устойчивую цементную революцию, обеспечивая точное автоматическое взвешивание и подачу, которые каждый раз гарантируют качество ваших композитных цементных изделий.

Сократите свои эксплуатационные расходы вместе с нами

Традиционное производство цемента основано на выталкивающем принципе производства и хранения товаров с опережением спроса, что является дорогостоящим и неэффективным. Наша система смешивания MULTICOR делает возможной устойчивую цементную революцию, позволяя вам переключиться на принцип вытягивания, поэтому вы производите товары только по запросу и на заказ.Это устраняет необходимость хранения и значительно снижает затраты на смешивание. Для нового завода такой подход обеспечивает экономию до 33%.

Ваш партнер-специалист на каждом шагу

Обладая более чем 80-летним опытом работы с ведущими мировыми производителями цемента, мы обладаем глубокими прикладными ноу-хау, на которые вы можете положиться, чтобы адаптировать общезаводские решения для удовлетворения ваших самых строгих потребностей. От производства и погрузки до логистики и транспортировки — у нас есть полностью интегрированные лидирующие на рынке решения, а также концепции обслуживания, которым вы можете доверять.

Обеспечение устойчивого развития с помощью альтернативных видов топлива

Использование альтернативных видов топлива (AF) для вашего предприятия — один из лучших способов сократить ваши расходы и выбросы CO2. Наш питатель MultiFlex делает революцию в производстве экологически чистого цемента возможной, предоставляя вам лидирующую на рынке гибкость, позволяющую использовать мощность даже самых грубых отходов для оптимальной работы вашего завода. Для абсолютной уверенности наш современный испытательный центр AF в Праге может гарантировать идеальное соответствие ваших материалов и машин перед развертыванием.

Цементные технологии | производитель | thyssenkrupp

Что такое сырой цемент?

Зеленый цемент означает более экологичное и устойчивое производство цемента и может быть частью решения по противодействию изменению климата и управлению урбанизацией и глобализацией как ключевыми проблемами нашего времени.

Цемент — ключевой ингредиент, формирующий окружающую среду. Именно по этой причине из бетона можно строить многоэтажки, автостоянки и стены, а также впечатляющие здания, такие как Бурдж-Халифа и Пантеон в Риме.Мы используем бетон, чтобы защитить себя, чтобы чувствовать себя в безопасности и иметь убежище, а также формировать природу, строя мосты и плотины.

Почему важно, чтобы цемент стал зеленым?

Сегодня на долю цементной промышленности приходится 7% мировых выбросов углекислого газа. Из-за растущего спроса на цемент, который связан с продолжающейся урбанизацией и ростом, мировое производство цемента, по прогнозам, увеличится до 4,83 миллиарда метрических тонн в 2030 году. К 2050 году в мегаполисы переедут в общей сложности 2,5 миллиарда человек, поэтому существует определенная потребность в строительный материал для создания инфраструктуры и жилого пространства, но также и для большей устойчивости.Это связано с тем, что изменение климата представляет собой фундаментальную угрозу для жизни животных и средств к существованию людей. Если более устойчивые технологии не будут разработаны и внедрены, цементная промышленность будет рассматриваться как ключевой игрок, который угрожает нашим перспективам на земле. На самом деле, если бы отрасль была страной, она была бы третьим по величине источником выбросов углекислого газа после США и Китая. Это показывает огромное влияние производства цемента на окружающую среду. Таким образом, производство цемента имеет чрезвычайно низкий экологический след.

На протяжении многих десятилетий человечество мирилось с отрицательной стороной окружающей среды, чтобы воспользоваться преимуществами бетона. Но сейчас ситуация меняется, и готовность населения, политиков и предприятий к сокращению выбросов парниковых газов растет. Парижское соглашение по климату 2015 года является первым глобально эффективным соглашением по защите климата, поскольку не только все промышленно развитые страны, но и все новые индустриальные и развивающиеся страны обязались внести свой вклад в международную защиту климата.Это включает, среди прочего, обеспечение нейтральности парниковых газов в мировой экономике в период с 2050 по 2100 год. Однако соглашение не содержит положений о том, как управлять сокращением выбросов парниковых газов отдельными странами.

Расширенные требования к компаниям, вытекающие из климатического соглашения, а также усиление глобального потепления и стихийных бедствий, привели к тому, что политики, активисты и промышленники искали новые решения для экологически безопасного производства цемента.Научные исследования производственного процесса для производства зеленого цемента с целью сокращения выбросов и большей экологичности расширяются.

Необходимы новые решения для производства цемента более экологически безопасным способом, чтобы удовлетворить растущую готовность общества и промышленности к устойчивому строительству и созиданию.

Что такое «зеленый» в зеленом цементе?

Приставка «зеленый» описывает более устойчивый и эффективный производственный процесс за счет сокращения выбросов и сохранения ресурсов.Это также может включать новые способы экономии энергии в производственном процессе и использование различных компонентов в связующих. Зеленый цемент является экологически чистым продуктом, который может решить текущие климатические проблемы, с которыми сталкивается мир.

Зеленый цементный завод polysius

®

Благодаря зеленому цементному заводу polysius ® и нашему видению производства цемента без CO 2 мы прокладываем путь к большей устойчивости в цементной промышленности. Наши увлеченные своим делом инженеры хотят формировать будущее нашего мира и способствовать устойчивому развитию там, где мы можем сделать это лучше всего: в строительстве цементных заводов и в поставке отдельных машин.Благодаря нашему 160-летнему опыту и прочным отношениям с клиентами мы знаем, как помочь нашим клиентам процветать и оставаться конкурентоспособными.

Мы привержены климатическим целям thyssenkrupp и уже сегодня вносим свой вклад, предлагая готовые к использованию решения, которые приводят к значительному сокращению выбросов CO 2 и повышению прибыльности для наших клиентов. В то время как другие говорят о том, как стать зелеными, мы делаем это! Мы называем его #grey2green .

Обзор методов пирообработки отдельных отходов, используемых для производства цементных смесей

Пирообработка является важным этапом производства цемента.В этом процессе материалы подвергаются воздействию высоких температур, что вызывает химические или физические изменения. Его контроль повышает эффективность использования энергии и, следовательно, повышает производительность для обеспечения хорошего качества. Печи, используемые в производстве цемента, имеют сложную природу. Они имеют более длительные постоянные времени, а используемое сырье имеет переменные свойства. Поэтому их трудно контролировать. Кроме того, включение в процесс сжигания различных альтернативных видов топлива усложняет процесс, поскольку характеристики топлива остаются непостоянными на протяжении всей работы печи.Стандарты интенсивности использования топлива для печей, использующих мазут, очень высоки: от 2,9 до 7,5 ГДж на тонну произведенного клинкера. На помол клинкера расходуется мощность в пределах 2,5 кВтч/тонну произведенного клинкера. Эти и другие параметры пиротехнологии удорожают производство цемента. Поэтому процесс пирообработки в печах и технологии измельчения должны быть оптимизированы для достижения наилучших результатов. В этой статье обсуждаются процессы производства и измельчения цемента. Были обсуждены традиционные технологии печей, а также современные и новые технологии, а также общие потребности в топливе и энергии для производства цемента.В результате обсуждения установлено, что технологии производства и помола цемента являются капиталоемкими инвестициями. Процессы в печи являются передовыми и используют как электричество, так и природное топливо, которые являются дорогими и ограниченными факторами производства. Сырье, используемое в производстве цемента, также ограничено, а иногда и редко. Прокаливание сырья требует внешней энергии, что способствует высокой стоимости цемента, особенно для населения с низким доходом в развивающихся странах.Самокальцинирующиеся материалы, в которых пуццолановые материалы сгорают сами по себе, являются потенциальными пуццолановыми материалами с большим потенциалом снижения себестоимости производства цемента. Такими материалами, как показало предыдущее исследование, являются рисовая шелуха, битый кирпич, отработанная отбельная земля и известковый шлам. Поэтому существует необходимость в исследованиях, направленных на изучение способов производства цемента с использованием печных процессов, в которых использовалось бы это свойство. Это будет рентабельно в случае успеха. Это можно сделать на микро- и малых предприятиях.

1. Введение

Цемент является наиболее часто используемым вяжущим в производстве бетона во всем мире. Однако его производство дорого из-за большого количества энергии, используемой при его производстве. Поэтому он недоступен большинству населения мира [1]. Высокая стоимость цемента, особенно в развивающихся странах, в основном связана с высоким потреблением энергии в процессе клинкеризации. При клинкеризации применяют температуры свыше 1450°С [2]. Это делает получаемый в результате цемент недоступным для людей с низким доходом.Это впоследствии привело к быстрому росту трущоб в большинстве частей Африки.

Исследователи изучают способы производства менее дорогого цемента с использованием дополнительных вяжущих материалов (SCM). Они содержат материалы, которые включают промышленные побочные продукты (зольную пыль, шлак, микрокремнезем и ацетиленовую известь) и сельскохозяйственные отходы, такие как рисовая шелуха, топливная зола пальмового масла и жмых сахарного тростника. Было показано, что эти материалы обладают вяжущими свойствами и известны как пуццоланы [3–7].Пуццолан бывает двух видов: натуральный и искусственный. Природные пуццоланы представляют собой материалы, которые вступают в реакцию с известью в присутствии воды с образованием цементирующих свойств в своей естественной форме при температуре окружающей среды. Примерами природного пуццолана являются вулканический туф и диатомовая земля. Искусственные пуццоланы должны быть обработаны перед использованием. Обработка включает надлежащее сжигание и измельчение материалов в тщательно контролируемых условиях с образованием аморфной формы кремнезема, которая важна для их пуццолановой активности.При обработке важны температура и продолжительность горения [4, 6, 8]. Поэтому технологии кальцинирования и пирообработки очень важны для разработки дешевого цемента.

1.1. Процессы производства цемента
1.1.1. Общий обзор принципов

Мокрый и сухой производственные процессы являются двумя основными способами производства цемента [2]. Основное различие между мокрым и сухим процессом заключается в способе приготовления смеси перед обжигом клинкера в печи.Влажный процесс включает добавление воды к сырью для образования густой сырой суспензии. При сухом способе сырье подготавливают путем тонкого измельчения и сушки. Выбор процесса в основном зависит от природы доступного сырья. При содержании влаги в сырье более 20 % мокрый способ предпочтительнее сухого [9]. На рис. 1 показана схема процесса, применимая как к сухому, так и к мокрому процессам.


В прошлом в основном использовался мокрый процесс, поскольку гомогенизация влажного сырья была проще, чем гомогенизация сухих порошков.При мокром способе легче контролировать химический состав сырья. Однако этот процесс является более энергоемким и, следовательно, более дорогим по сравнению с сухим процессом, учитывая, что влажная суспензия должна быть выпарена перед процессом прокаливания. Общая потребность в тепле для печей с сухим предварительным обжигом намного ниже по сравнению с прежними печами с мокрым способом. Имея около 900 ккал/кг по сравнению с примерно 1600 ккал/кг для печей мокрого способа, новые сухие процессы менее затратны с точки зрения потребности в тепле (примерно на 60% меньше) [11].По этой причине многие старые печи мокрого способа были преобразованы в установки сухого способа. В основном полумокрые и полусухие печи являются промежуточными этапами конверсии. За прошедшие годы заводы мокрого способа были преобразованы в сухие, особенно в Европе. К 2004 г. на долю печей сухого способа приходилось 90% всех используемых технологических процессов. На рис. 2 показано мировое производство клинкера по типам печей к 2009 году.


1.2. Подготовка сырья

Основное сырье, которым является известняк, разбивается на большие валуны после взрывных работ в шахтах [13].Затем он транспортируется самосвалами в дробилку известняка, где он измельчается до размера от 15 до 20 мм. Затем материал измельчается и укладывается в продольном направлении с помощью оборудования, называемого укладчиком/реклаймером. Известняковый щебень из бурта транспортируется по ленточному конвейеру в бункер. Точно так же другое сырье, такое как глина, бокситы и железная руда, также транспортируется конвейерной лентой со склада в соответствующие бункеры. Все сырье дозируется в необходимом количестве с помощью весовых дозаторов.Пропорциональное сырье затем транспортируется ленточным конвейером на сырьевую мельницу для измельчения в порошкообразную форму. После измельчения порошкообразная сырьевая смесь хранится в бункере для сырьевой муки, где происходит купажирование.

Подготовка сырья обеспечивает смесь сырья и добавок, которая имеет правильный химический состав и гранулометрический состав, необходимые для производства клинкера [13]. Для заводов, получающих сырье уже измельченным, этот этап обычно включает измельчение (измельчение), классификацию, смешивание и хранение [13].Подготовка сырья является энергоемким производственным этапом, требующим от 25 до 35 киловатт-часов (кВтч) на тонну сырья, хотя может потребоваться всего 11 кВтч на тонну. После первичного и вторичного измельчения сырье подвергается дальнейшему измельчению. Измельчение различается в зависимости от используемого процесса пирообработки (типа печи). При сухой обработке материалы измельчаются в порошок, который может течь в горизонтальных шаровых мельницах или в вертикальных валковых мельницах. В шаровой мельнице шарики из стального сплава отвечают за уменьшение размера кусков сырья во вращающемся цилиндре.Ролики на круглом столе обеспечивают измельчение в вальцовой мельнице. Отработанное тепло от выхлопных газов печи или вентиляционного отверстия охладителя клинкера или вспомогательное тепло от автономного воздухонагревателя перед пирообработкой часто используется для дальнейшей сушки сырья. Среднее содержание влаги в сырье, подаваемом в сушильную печь, обычно колеблется от 0% до 0,7% [13].

1.3. Процессы в печи

Портландцемент в основном производится во вращающихся печах [14]. По сути, это длинный цилиндр, вращающийся вокруг своей оси раз в одну-две минуты.Эта ось наклонена под углом, при этом горелка на нижнем конце находится ниже. Сырьевая смесь подается с верхнего конца, и вращение печи заставляет ее постепенно двигаться вниз к другому концу печи. На рис. 3 показана общая схема вращающейся печи [15].


Существует три типа вращающихся печей: печи без подогревателя, печи с подогревателем (PH) и печи с подогревателем и предкальцинатором (PC). Печи с РН предпочтительнее печей без РН, так как они потребляют меньше энергии.По этой причине длинные вращающиеся печи без РН (длинные сухие печи) со временем заменяются. Потребность в тепловой энергии дополнительно снижается, если печь РН также оснащена ПК. Новые объекты обычно включают в себя как PH, так и ПК. Подогреватель (ПН) представляет собой ряд вертикальных циклонов, в которых материал проходит в противотоке с отходящими газами из вращающейся печи, так что тепло передается от горячего газа к сырьевой муке, которая, таким образом, предварительно нагревается и даже частично прокаливается перед поступлением в печь. вращающаяся печь.

Четырехступенчатая циклонная система подогрева печи была стандартной технологией в 1970-х годах, поскольку большинство заводов были построены с производительностью от 1000 до 3000 тонн в день. Однако имеется ряд различных печей SP. Наиболее распространенные печи SP имеют от 4 до 6 ступеней циклонов. Влажность сырья определяет количество стадий. При влажности менее 8,5% можно использовать печь РН с 4-6 ступенями. Чем выше количество ступеней циклона, тем больше рекуперируется тепла.Энергопотребление 6-ступенчатого циклонного ПГ примерно на 60 МДж/т меньше, чем 5-ступенчатого ПГ, а 5-ступенчатый ПГ сэкономит примерно 90 МДж/т по сравнению с 4-ступенчатым ПГ. Добавление 4-й ступени циклона к 3-ступенчатому РН может снизить потребность в энергии на 250 МДж/т, но влажность сырья не должна превышать 8,5%. В этом случае предпочтительным является трехступенчатый циклон, так как при добавлении дополнительной ступени тепловой КПД не улучшится. Установка SP имеет типичную единичную производительность от 300 до 4000 т/сутки [14].Как правило, колонна РН состоит из 1-6 циклонных ступеней, расположенных одна над другой в градирне. Производительность печи РН может быть увеличена за счет использования технологии предварительного обжига. В настоящее время печные системы с многоступенчатыми циклонными подогревателями и предкальцинатором считаются самой современной технологией для новых установок сухого способа. Печи для предварительного обжига впервые появились в 1970-х годах. Декарбонизатор представляет собой устройство вторичного сжигания, в котором сжигается все топливо. В этой камере выбрасывается около 60–65 % всех выбросов печи, при этом известняк (CaCO 3 ) разлагается на известь (CaO) и углекислый газ (CO 2 ).Остальные выбросы образуются в результате сжигания топлива. Поскольку прокаливание завершается не менее чем на 90%, когда сырьевая мука подается во вращающуюся печь, технология ПК позволяет значительно увеличить производительность по клинкеру. Средняя мощность новых европейских заводов составляет от 3000 до 5000 тонн клинкера в сутки. Однако с технической точки зрения возможна производительность до 15 000 тонн в сутки. В настоящее время в Азии работают три печи PH/PC производительностью 10 000 т/сутки. Добавление ПК также снижает энергопотребление.Печь PH/PC представляет собой наиболее энергоэффективную печь. Потребности в тепловой энергии для различных печей приведены в таблицах 1 и 2. Другие виды печей включают оборудование для полусухих и полумокрых процессов [16].

90 229

Сухие печи с PH и PC
Тип
печной СНДТ, [17] CSI, [12] Cembureau, [ 10] ИЭА, [18]

3–6 ступени 3–3.95 3,4 2,9-3,2 2,9-3,1

Сухие печи с PH только

1-4 3.1-4.2 3.7 3.1-3.5 3.3-4.2


Тип
печной СНДТ, [17] CSI, [12] Цембюро, [10]

Долгая сушка <5.0 4,49 3,6-4,5
Длинные мокрые 5.0-6.4 6,34 5,0-7,5
Lepol полусухое / semiwet 3.3-5.4 3.85 Полусухое: 3.2- 3,6
Semiwet: 3,6–4,5
2-этажный ПК с сушилкой (мокрой) 4,5–50
3-4 SPE SP и SPET SPE и PCEET). 3.4–3,6

Для полусухих процессов печь Леполь (от 300 до 2000 т/день) — где подогреватель с подвижной колосниковой решеткой установлен вне вращающейся печи — требует гораздо меньше тепловой энергии сухая печь (300–2800 т/сутки). В полумокрых процессах фильтровальная корка образуется в результате обработки сырья. Этот осадок либо экструдируется в гранулы перед подачей в печь Lepol, либо загружается в циклонную печь SP/PC после сушки в сырую муку во внешней сушилке.Эта последняя система предлагает как самый низкий расход тепла, так и самую высокую производительность по клинкеру (2000–5000  т/сутки по сравнению с 300–3000  т/сутки). Если требуется влажная подготовка сырья, то 2-х ступенчатый ПК с сушилкой (2000–5000 т кли/сут) может обеспечить наименьший расход тепловой энергии. Влажный шлам сначала высушивается во встроенной сушилке-дробилке, после чего подается в печь PH-PC. Этот современный процесс заменяет традиционный метод, который включает в себя длинную мокрую вращающуюся печь (300–3600   т / день) с внутренней системой сушки / предварительного нагрева [14].

Цементная печь с псевдоожиженным слоем (FB) — это недавно появившаяся технология. Он используется в Японии с 1989 года на экспериментальной основе. Производительность 20 тонн в сутки. В 1996 г. был разработан БК большей производительности 200 т/сут [19]. В Китае сейчас строится пилотная печь мощностью 1000 т/сутки. По сравнению с печью SP с колосниковым охладителем, печь FB может снизить потребление тепла на 10–12%, но она не рассчитана на большие мощности и пока недоступна для цементной промышленности.На рис. 4 показана усовершенствованная система цементной печи с псевдоожиженным слоем [20].


Данная технология имеет следующие преимущества: (i) Сокращает выбросы CO 2 за счет снижения расхода топлива (ii) Может использовать низкосортный уголь, такой как низколетучий и низкокалорийный уголь поскольку улучшено горение и теплопередача (iii) улучшена эффективность рекуперации тепла за счет увеличения рекуперации отработанного тепла (iv) поскольку нет подвижных аппаратов, снижаются затраты на строительство и техническое обслуживание (v) система способна контролировать температура более плотно и поддерживать более длительное время реакции, и это позволяет улучшить качество и производство специального цемента более высокой марки (vi) Термическая эмиссия NO X может быть значительно уменьшена, поскольку горение происходит в псевдоожиженном слое без образования пламени [19 ]

1.4. Процесс помола цемента

Процесс помола цемента представляет собой измельчение клинкера, полученного во вращающихся печах, до мелкодисперсной формы. Клинкер необходимо измельчить с добавлением гипса, чтобы получить готовый продукт – цемент. Цель состоит в том, чтобы увеличить удельную поверхность цементного компонента с правильным распределением частиц по размерам и обеспечить удобную реакционную способность цемента, что делает его более легко обрабатываемым при использовании в бетоне [21].

1.5. Технологии измельчения в цементной промышленности

Системы измельчения в цементной промышленности играют важную роль в распределении размера и формы частиц [22].Размер и форма частиц цемента влияют на реакционную способность клинкера. Они также влияют на зависимость от температуры обезвоживания гипса, измельчаемого вместе с клинкером. Эти факторы влияют на свойства цементного раствора, такие как водопотребность, начальное и конечное время схватывания и набор прочности [23]. Шаровые мельницы используются в качестве основного измельчительного оборудования для производства готового цемента уже более 100 лет. Хотя шаровая мельница проста в эксплуатации и конкурентоспособна по стоимости по сравнению с другими технологиями, низкая эффективность шаровой мельницы является одной из основных причин разработки более эффективных процессов измельчения в последние годы.Вертикальные валковые мельницы (VRM), измельчающие валки высокого давления (HPGR), ударные дробилки с вертикальным валом (VSI), а совсем недавно — горизонтальная валковая мельница (HOROMILL) (в которой существенно снижено потребление энергии) привели к улучшению между 45 и 70% удельной энергии по отношению к типичной шаровой мельнице [24].

1.5.1. Шаровая мельница

Шаровые или трубчатые мельницы изготавливаются диаметром до 6,0 м и длиной до 20 м; мощность привода сегодня достигает 10 000 кВт при стабильной работе, а техническое обслуживание шаровой мельницы относительно просто [25].Стоимость обслуживания и капитальные затраты относительно низки по сравнению с другими технологиями. Благодаря высокому уровню эксплуатационной надежности и эксплуатационной готовности шаровые мельницы остаются наиболее часто применяемым агрегатом чистового измельчения на цементных заводах. По сравнению с более новыми устройствами помола, такими как VRM и HPGR, шаровые мельницы имеют самый высокий удельный расход электроэнергии и самый низкий коэффициент использования энергии (около 32–35 кВтч/т в зависимости от твердости материала и крупности от 3000 до 3200 см 2 /г). ).Большая часть энергии теряется в результате нагревания от столкновения стальных шаров между собой и со стенками мельницы. Производство портландцемента обычно завершается с использованием двухкамерной шаровой мельницы, как показано на рисунке 5. Первая камера или камера 01 известна как камера грубого помола, а во второй камере материал тонко измельчается [26]. Между двумя отсеками находится классификационная диафрагма, которая экранирует мелкую форму грубого материала.

Как правило, на цементных мельницах продукт измельчается в сухом виде в шаровой мельнице.Он имеет относительно более широкий гранулометрический состав; следовательно, требуется эксплуатация шаровой мельницы в замкнутом цикле с классификатором крупности с эффективным или острым срезом сепаратора крупности. Это происходит, в частности, при образовании большого количества мелких частиц, когда смеси имеют низкий индекс работы Бонда или шлифовальные материалы, которые имеют тенденцию к агломерации из-за эффекта переизмельчения. Циркуляционные нагрузки варьируются от 100 % до 600 %, которые устанавливаются на основе измельчаемости нового сырья, размера фракций и требуемой крупности продукта по отношению к достижению адекватной прочности цемента.Энергоэффективность сухого шарового помола цемента зависит от таких факторов, как степень заполнения шаровой загрузки, соотношение длины и диаметра мельницы, распределение шаровой загрузки по размерам, условия работы воздушных сепараторов, расход воздуха через мельницу, производительность. , использование вспомогательных средств измельчения, а также твердость и крупность сырья и продукта (обычно называемые индексом работы (кВтч/т) и размерами F80 и P80 соответственно).

1.5.2. Шлифовальный валец высокого давления

В шлифовальном валке высокого давления (HPGR) материал измельчается за счет сильного сжимающего напряжения, создаваемого двумя вращающимися в противоположных направлениях валками (один неподвижный, а другой плавающий) [27].Это создает критический процесс разрушения, который вдавливает материал в компактную зону потока. Эта площадь потока показана на рисунке 6. Давление измельчения между валками составляет от 50 до 350 МПа, а окружная скорость валков варьируется от 1 до 2 м/с в зависимости от характеристик измельчаемости подачи и давления, приложенного к валку. ; уплотненный осадок (состоящий из более чем 70% твердых веществ по объему) имеет мелкую фракцию размером менее 90  мкм мкм. До 40 % этих мелких частиц должно быть извлечено путем деагломерации уплотненного кека с использованием другого устройства для деагломерации.Удельное использование мощности составляет от 14,6 до 19,8 кВтч/т при площади Блейна 3000–3200 см 2 /г. Сообщается, что HPGR на 45–60% более эффективны, чем шаровые мельницы [27].


Безотказная работа HPGR в значительной степени зависит от обеспечения надлежащей влажности ниже 3%, а максимальный размер частиц материала не должен превышать 1,5-2-кратную ширину зазора. Корм распределяется равномерно по валкам; а посторонние материалы (экскременты) не допускаются в валки и улавливаются с помощью системы магнитного сепаратора.HPGR удобен для измельчения материалов, которые не слишком мелкие и имеют низкое содержание влаги [28]. Материалы с влажностью более 3% должны быть предварительно высушены перед подачей в рулоны. HPGR может быть интегрирован в различные конфигурации контуров в новых и существующих мельницах для увеличения производительности установок, которые имеют только шаровые мельницы с предварительным дроблением перед шаровой мельницей [29].

1.5.3. Вертикальная валковая мельница (ВРМ)

Вертикальные валковые мельницы (ВРМ) со встроенными классификаторами уже много лет успешно используются на цементных заводах для одновременного измельчения и сушки сырья с содержанием влаги до 20% по массе.Их производительность может достигать 400 тонн в час, а мощность привода составляет 11,5 МВт [28]. Корм измельчается за счет давления и трения между горизонтальным вращающимся столом и от 2 до 4 измельчающих валков, гидравлически прижимаемых к столу, как показано на рис. 7. В настоящее время диаметр измельчающих валков достигает 2,5 м. Измельчаемый материал подается пневматическим и механическим транспортом в классификатор, расположенный в том же корпусе непосредственно над камерой измельчения.Хвосты классификатора (негабаритный брак) возвращаются обратно в камеру измельчения вместе со свежим материалом. Размольные элементы и настройки мельницы модифицированы для измельчения более твердых материалов, таких как клинкер и гранулированный доменный шлак. Энергопотребление составляет от 26 до 29 кВтч/т при измельчении до площади Блейна 3300 см 2 /г с использованием VRM [28].


Вертикальные валковые мельницы объединяют процессы измельчения, сушки и разделения в одном устройстве. Такая интеграция делает VRM конкурентоспособным по удельному потреблению электроэнергии по сравнению с другими технологиями.VRM на 50% эффективнее шаровых мельниц при сравнении кВтч/т, используемых для измельчения одного и того же продукта при аналогичных эксплуатационных характеристиках [30].

1.5.4. Горизонтальная валковая мельница

Горизонтальная валковая мельница или труба имеет отношение длины к диаметру около 1,0 и поддерживается и приводится в движение осевыми подшипниками [31]. Твердый одиночный армированный шлифовальный валок гидравлически прижимается к вращающейся внутренней поверхности барабана в цилиндрической зоне шлифования, как показано на рисунке 8. Давление намного ниже, чем у HPGR, и сравнимо с VRM.Не образуется уплотненный осадок, требующий дальнейшего удаления чешуек. Шлифовальный валик опирается на подшипники снаружи мелющей трубы. Внутренняя фурнитура подвержена сильному износу; тем не менее, износ мелющих элементов при использовании VRM еще ниже. Энергозатраты на горизонтальной валковой мельнице по сравнению с шаровой мельницей снижаются на 10–25 кВтч/т цемента в зависимости от измельчаемости клинкера и удельной поверхности по Блейну [31].


2. Кальцинирование

Кальцинирование – это процесс изменения химического состава минеральной руды с помощью термического процесса или удаления летучих фракций.По сравнению с пиролизом в этом процессе не требуется отсутствие кислорода [32]. Для обжига используются вращающиеся печи с прямым или косвенным нагревом. Обжиг в основном применяется в цементной промышленности. Его проводят в печах, также называемых печами или кальцинаторами, различной конструкции, включая шахтные печи, вращающиеся печи, многоподовые печи и реакторы с псевдоожиженным слоем. Первым этапом в производстве цемента является прокаливание карбоната кальция с последующим обжигом полученного оксида кальция вместе с кремнеземом, глиноземом и оксидом железа после добычи и измельчения [33].

Прокаливание обычно используется для активации дополнительных вяжущих материалов, таких как глины. Такие глиняные материалы являются пуццоланом. Это материалы, которые сами по себе не являются вяжущими, а находятся в тонкоизмельченной форме, которые реагируют с известью при температуре окружающей среды с образованием соединений с вяжущими свойствами [34]. Для придания им пуццолановых свойств эти глины активировали прокаливанием в интервале температур от 600 до 900°С [35]. При этих температурах кристаллические структуры их силикатов превращаются в аморфные соединения, которые реагируют с известью при комнатной температуре с образованием вяжущих материалов.Не все типы глин могут быть прокалены для проявления пуццолановой активности. Глины, содержащие большое количество кристаллических минералов, таких как кварц и полевой шпат, не образуют реактивного материала [36]. Контроль температуры является ключевым моментом при обжиге глин, чтобы избежать образования кристаллических силикатных соединений, которые в противном случае не реагировали бы с известью при комнатной температуре [37, 38].

2.1. Работа с традиционными видами топлива

Производство цемента является энергоемким процессом, потребляющим тепловую энергию порядка 3.3 ГДж/т произведенного клинкера [39]. Потребление электроэнергии составляет около 90–120 кВтч/т цемента. Уголь долгое время был основным топливом в цементной промышленности. Широкий спектр других видов топлива, таких как газ, нефть, жидкие отходы, твердые отходы и нефтяной кокс, успешно использовались в качестве источников энергии для обжига печей для производства цемента, либо сами по себе, либо в различных комбинациях. Поскольку клинкер доводится до своей пиковой температуры в основном за счет лучистого теплообмена и светлого (т.т.е., высокая излучательная способность) и горячее пламя необходимы для этого, для сжигания в печи предпочтительны высокоуглеродистые топлива, такие как уголь, который дает светящееся пламя. При благоприятных обстоятельствах высокосортный битуминозный уголь может воспламеняться при температуре 2050°С. Природный газ, который может производить пиковую температуру 1950°C, а также является менее светящимся, как правило, приводит к снижению производительности печи [40].

2.2. Альтернативные виды топлива

Помимо указанных выше первичных видов топлива, для прокаливания в печах использовались различные горючие отходы.К таким альтернативным видам топлива (AF) относятся отработанные автомобильные шины, осадок сточных вод, сельскохозяйственные отходы, свалочный газ, топливо из отходов (RDF), а также химические и другие опасные отходы [41].

Печи для обжига цемента представляют собой привлекательный способ утилизации опасных материалов по следующим причинам: (i) Гораздо более высокие температуры в цементных печах более подходят для эффективной утилизации материалов, чем в других мусоросжигательных установках (ii) Щелочные условия в печи , обеспечиваемая сырьевой смесью с высоким содержанием кальция, которая может поглощать кислотные продукты сгорания(iii)Способность клинкера поглощать тяжелые металлы в свою структуру хороший пример альтернативного топлива.Целые покрышки обычно вводят в печь, закатывая их в верхний конец печи с предварительным нагревателем или бросая их через щель на полпути вдоль длинной мокрой печи. В любом случае высокие температуры газа от 1000°C до 1200°C вызывают мгновенное, полное и бездымное сгорание шины. В качестве альтернативы шины измельчаются на стружку размером 5–10 мм, в таком виде ее можно впрыскивать в камеру сгорания предкальцинатора. Сталь и цинк в шинах химически встраиваются в клинкер, частично заменяя железо, которое в противном случае нужно было бы подавать в качестве сырья.Для поддержания безопасной эксплуатации необходим высокоуровневый контроль как топлива, так и продуктов его сгорания [40].

2.3. Самокальцинирование отходов для производства пуццолана

Природные пуццоланы, такие как вулканический туф и микрокремнезем, используются в их естественной форме. Искусственные пуццоланы должны быть обработаны перед использованием. Одним из способов переработки материалов в пуццолановую форму является сжигание сельскохозяйственных отходов, таких как рисовая шелуха, рисовая солома, жмых сахарного тростника и скорлупа арахиса.Сжигание этих материалов разлагает органическое вещество в виде целлюлозы и лигнина, оставляя золу, богатую кремнеземом [42, 43]. Когда это делается в условиях контролируемой температуры, зола является очень хорошим пуццолановым материалом.

Прокаливание – еще один метод обработки пуццолана. Материалы нагревают в диапазоне температур 600–900°С. Большая часть работ по прокаливанию пуццолана проводилась в лабораторных масштабах [41, 44–46]. Сообщалось о промышленных испытаниях прокаливания пуццоланов [41].В этом случае глины обжигали во вращающейся печи для клинкера мокрого способа, обычно используемой для производства клинкера. Несколько технологических параметров были скорректированы таким образом, чтобы прокаливание материала происходило в оптимальном интервале температур 750–850°С и не превышало 900°С. Ганский опыт показывает производство глины пуццолана в небольших масштабах. В этом случае необработанную глину измельчали ​​и смешивали с скорлупой пальмовых косточек, которые являются местными отходами сельского хозяйства. Раковины были включены в качестве источника энергии и для увеличения содержания золы.Их обрабатывала печь с вертикальной тягой, для которой требовался еще один внешний источник топлива. Лучшей оказалась глина пуццолан, обработанная при температуре 900°С [47]. Оптимальный диапазон замены глины пуццолана OPC составляет от 20 до 25%. Это позволило достичь стандарта портланд-пуццоланового цемента с прочностью на сжатие до 24,1 МПа и 28 МПа на 28 день и 60 день отверждения. Этот завод-прототип был очень многообещающим. Однако используемая печь требовала внешнего топлива, и было рекомендовано использовать печь, в которой сельскохозяйственные отходы использовались в качестве источника топлива.

Самокальцинирование представляет собой процесс активации искусственного пуццолана в случае, когда перерабатываемые материалы производят энергию, необходимую как для кальцинирования, так и для сжигания. Это становится возможным, когда пуццолановый материал может гореть сам по себе или смешивается с другим материалом, который не может гореть сам по себе. В этом случае материал выделяет необходимое для обработки тепло и сам перерабатывается в пуццолановую форму. Типичным примером являются смеси рисовой шелухи и глины.Перед использованием смесей кенийской глины и рисовой шелухи были проведены лабораторные испытания [48–50].

Сельскохозяйственные и промышленные отходы были зарегистрированы как потенциально пуццолановые материалы при обработке в особых условиях. Muthengia [42] сообщил, что битый кирпич (BB), отработанная отбельная земля (SBE) и рисовая шелуха (RH) могут быть переработаны в смеси для получения пуццолана хорошего качества. В данной работе материалы были активированы методом самопрокаливания. Это стало возможным благодаря тому, что смешанная смесь содержала RH, который сгорает сам по себе, и SBE, который содержит остаточные масла от процесса промышленной фильтрации.При сжигании только RH выделяется около 15  Дж/г тепла [42], в то время как теплотворная способность SBE составляет около 13,23  Дж/г [55]. Таким образом, в этом случае не требовалось никакого внешнего источника энергии, кроме небольшого огня для воспламенения. Материалы сжигали в специальной печи, известной как печь с неподвижным слоем (FBK), разработанной Ochung’o [51] для сжигания рисовой шелухи с образованием золы рисовой шелухи с высоким содержанием пуццолана. Их оставляли гореть на ночь и собирали на следующий день. Их смешивали с гашеной известью, чтобы получить пуццоланово-известковый цемент.Muthengia [49] показал из этой работы, что смесь, в которой соотношение пуццолана и извести составляло 2 : 1, показала наибольшую реакционную способность. В таблице 3 показана прочность на сжатие пуццолана : цементов на основе гашеной извести из различных отдельных пуццоланов и комбинированных смесей.

+

Пуццолан 7 день Прочность на сжатие (МПа) 28 день прочность на сжатие (МПа)

СБЭ 9 .86 10,92
CW-ВВ 6,27 6,28
G45-ВВ 12,97 13,2
Активированный CW-ВВ 9,20 9,98
туф 8,94 8,99
РГА 5,48 5,60
RH: BB: СБЭ сырая смесь 8,37 8,90
RH: BB: SBE озоляют смесь 7.73 7,80

Из таблицы результатов прочности на сжатие SBE представлял собой отработанную отбельную землю с нефтеперерабатывающего завода в Найроби. Были использованы битые кирпичи от двух компаний в Найроби: G45-BB от Githurai 45 и CW-BB от Clay Works Manufacturers Limited, также в Найроби, Кения. RH использовали для активации BB и SBE в так называемой сырой смеси RH : BB : SBE. Из этой работы было отмечено, что идеальной пропорцией будет пропорция с самой высокой долей SBE, затем BB и с наименьшей RH из-за пуццоланности этих материалов в соответствии с их прочностью на сжатие, как показано в таблице 3.Однако это было невозможно, поскольку при уплотнении и воспламенении РВ температура его горения возрастает до очень высоких значений [52], что приводит к образованию преимущественно кристаллического кремнезема, который не является реакционноспособным. Поэтому была использована рабочая смесь с соотношением RH : BB : SBE 5 : 1 : 1. Поскольку активация пуццолана компенсирует затраты на обработку искусственного пуццолана, это считалось наиболее рентабельным способом обработки этих пуццолановых материалов. Озоленная смесь состояла из активированных по отдельности RH, BB и SBE.Это было менее пуццолановым и было бы более дорогостоящим с точки зрения активации. Таким образом, наиболее пригодным и простым в обработке материалом была сырая смешанная смесь, которая самопрокалялась. Это соответствовало требованиям к пуццолан-известковым цементам, установленным стандартом ASTM No 593, часть C [53].

Позднее Nalobile et al. [49] оптимизировали соотношение сжигания смешанных материалов до соотношения 10 : 1 : 2 (RH : BB : SBE). Это было сделано путем изменения количества битого кирпича, добавляемого в смесь, от нуля до максимум 6 кг в постоянной смеси, содержащей 20 кг RH и 4 кг SBE.Новое соотношение улучшило пуццоланность материалов с точки зрения реакционной способности с известью и прочности на сжатие. Шлам ацетиленовой извести, отходы предприятия по производству ацетилена, использовали вместо обычной гашеной извести, которая использовалась в предыдущей работе. В этой работе использовалась FBK [51], так как работа Muthengia et al. [50]. В таблице 4 показана прочность на сжатие пуццолан-известковых цементов, полученных в данной работе.

90 229

RH: BB: СБЭ отношение 7 день Прочность на сжатие (МПа) 28 день прочность на сжатие (МПа)

20 : 0 : 4 6.5 8,6
20: 1: 4 7,1 9,5
20: 2: 4 8,7 10,4
20: 4: 4 8,35 8,90
20: 6: 4 6.3 8,8

вместе с другими тестами. ASTM C часть 593 [53].Образец с наибольшей пуццолановой реакцией использовали для замены обычного портландцемента (ОПЦ) лабораторного производства в различных процентных соотношениях от 0% до 45%. 46%, 48%, 50% и 52%, а их прочность на сжатие сравнивали с кенийским стандартом [54]. Было замечено, что замена OPC до 50% пуццолан-известковых цементов соответствует требуемым стандартам [55]. Поэтому это рассматривалось как многообещающее предприятие по производству портландцемента из пуццолана по более низкой цене по сравнению с существующими методами.

ФБК, использованный в вышеупомянутом исследовании, был небольшим и трудоемким в работе. Необходимо спроектировать новую печь, которая больше и эффективнее, чем ФБК, чтобы можно было испытать этот пуццоланово-известковый цемент для его производства на микро- и малых предприятиях. Это может принести пользу бедному населению в странах третьего мира, особенно в Африке, и в Кении. Это связано с тем, что в Кении стоимость вяжущих материалов высока. Это привело к тому, что городская беднота живет в ужасных условиях в трущобах.Большинство их домов построены из глины, пластиковой бумаги, травы и старых и использованных листов гофрированного железа. Это привело к вспышкам таких заболеваний, как пневмония и холера. Другие условия, такие как заражение джиггерами, являются обычным явлением в этих и других сельских районах.

3. Выводы

Из приведенного выше обсуждения следует, что технологии производства и измельчения цемента представляют собой крупномасштабную отрасль с высокими затратами капитала и энергии. Процессы в печи являются передовыми и используют как электричество, так и природное топливо, которые являются дорогими и ограниченными факторами производства.Сырье, используемое в производстве цемента, также ограничено, а иногда и редко. Прокаливание сырья требует внешнего источника энергии, что способствовало высокой стоимости цемента, особенно для населения с низким доходом в развивающихся странах и странах третьего мира, таких как страны Африки, Центральной Америки и некоторых частей Азии. Использование самопрокаливающихся материалов для производства цемента может быть желанным предприятием в тех случаях, когда сырье для цемента скудно или стоимость производства непомерно высока.Исследования показали, что можно получить пуццолановый цемент из отходов, таких как RH, BB, SBE и ALS. Однако печная обработка этих материалов не проводилась для проверки возможности производства, хотя бы на микро- и малых предприятиях (ММП). Необходимо провести исследования по проектированию печи, которая будет использоваться для обработки этих материалов в сельской местности, где стоимость цемента высока, а эти материалы представляют собой опасные твердые отходы.

3.1. Области дальнейших исследований

(i) Существует потребность в разработке альтернативных заводов по производству цемента, которые будут возможны на микро- и малых предприятиях для доступного производства цемента с использованием местных материалов (ii) Необходимо дальнейшее исследование разработать экономичную и эффективную печь для обжига отходов, таких как рисовая шелуха, отработанная отбеливающая глина, битый кирпич и различные глины для производства пуццоланового цемента от соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Этот обзор был частью исследования, финансово поддержанного Африканским банком развития (AfDB) совместно с Министерством высшего образования Кении посредством присуждения стипендии доктора философии.

Как цемент еще может помочь замедлить глобальное потепление

T HE ROMANS усовершенствованный бетон, и их наследие до сих пор сохранилось в виде великолепной крыши Пантеона, самого большого в мире купола из неармированного бетона.С тех пор, как он был завершен примерно в 125 году нашей эры годом императора Адриана, было залито намного больше бетона — около 30 миллиардов тонн ежегодно, на данный момент, для возведения зданий, дорог, мостов, плотин и других сооружений. Серый материал стал самым широко используемым строительным материалом на планете, и спрос на него растет.

Послушайте эту историю. Наслаждайтесь большим количеством аудио и подкастов на iOS или Android.

Ваш браузер не поддерживает элемент

Экономьте время, слушая наши аудио статьи во время многозадачности

ОК

Это плохие новости для глобального потепления.Проблема в том, что важнейший компонент бетона, цемент, который смешивают с песком, гравием и водой, ответственен за огромное количество выбросов парниковых газов. Принимая во внимание различные этапы производства, 5 миллиардов тонн цемента, производимого каждый год, составляют 8% мировых антропогенных выбросов CO 2 . Если бы цементная промышленность была страной, она была бы третьим по величине источником выбросов в мире после Китая и Америки.

Пока у бетона мало практических альтернатив.Разработка кросс-ламинированной, «инженерной» древесины, которая, будучи произведенной из древесины, может быть возобновляемым ресурсом, вызывает интерес даже для некоторых высотных зданий. Но по сравнению с бетоном инженерная древесина пока остается новинкой. Крупнейшие потребители бетона, особенно Китай, производящий более половины цемента в мире, не собираются прекращать его использование. Следовательно, очистка отрасли может показаться безнадежной задачей. Но это не так, поскольку разрабатываются технологии, позволяющие сделать бетон более экологичным.Возможно, достаточно зеленый, чтобы перейти от добавления CO 2 в атмосферу к его вычитанию.

Начать следует с места, где больше всего выбросов. Производство цемента начинается с добычи известняка, основным компонентом которого является карбонат кальция (CaCO 3 ). Его смешивают с глиной и пропускают через вращающуюся печь при температуре более 1400ºC в процессе, называемом прокаливанием. Под действием тепла углерод и часть кислорода удаляются, образуя CO 2 .Остальные куски, называемые клинкером, состоят из молекулярных комплексов оксида кальция и кремнезема, известных под общим названием силикаты кальция. Затем клинкер охлаждают и перемалывают в цемент. Более половины выбросов, связанных с производством цемента, являются следствием кальцинирования, а большая часть остальных – результатом сжигания угля и других ископаемых видов топлива для обеспечения процесса (см. диаграмму). В целом, на каждую тонну свежего цемента выделяется почти одна тонна CO 2 . Согласно исследованию Пола Феннелла из Имперский колледж в Лондоне и его коллеги, опубликованные ранее в этом году в Дж .Захваченный CO 2 может храниться под землей или использоваться в других отраслях — например, для производства синтетического топлива (см. статью). Но его также можно вводить обратно в бетон в тот момент, когда он смешивается с водой для отверждения. Вода способствует химическим реакциям, в результате которых цемент затвердевает. CO 2 имеет аналогичный эффект и в процессе запирается в виде карбоната кальция.

На самом деле, реверсивное прокаливание таким образом делает бетон более прочным, чем если бы использовалась только вода.Таким образом, не только устраняется часть первоначальных выбросов, но и требуется меньше цемента для данной работы, что еще больше снижает общие выбросы. McKinsey, консалтинговая компания, считает, что обратное кальцинирование в настоящее время может улавливать до 5% выбросов цемента. Ожидается, что по мере совершенствования технологии этот показатель может возрасти до 30%.

Несколько компаний начинают этот маршрут. Канадская фирма CarbonCure установила оборудование для впрыска CO 2 в товарный бетон на более чем 400 заводах по всему миру.Его система использовалась для строительства зданий, в том числе нового кампуса в Арлингтоне, штат Вирджиния, для Amazon, интернет-магазина (а также акционера CarbonCure) и завода по сборке электромобилей для General Motors в Спринг-Хилл, штат Теннесси. .

В настоящее время CO 2 , используемый CarbonCure, был захвачен компаниями, производящими промышленные газы. Но фирмы разрабатывают оборудование, предназначенное для сбора газа непосредственно из цементных печей. А компания Calix, базирующаяся в Сиднее, Австралия, работает над системой с электрическим приводом, которая косвенно нагревает известняк снаружи печи, а не внутри.Это позволяет улавливать чистый CO 2 без необходимости очистки дымовых газов от топлива, сжигаемого внутри печи, поэтому, если само электричество поступает из экологически чистых источников, полученный цемент будет полностью зеленым.

Пилотный завод, использующий эту технологию, успешно работает в рамках исследовательского проекта Европейского Союза на площадке в Бельгии, управляемой Heidelberg Cement, немецкой фирмой, которая является одним из крупнейших в мире производителей цемента. Более крупный демонстрационный завод должен открыться в 2023 году в Ганновере, чтобы помочь масштабировать технологию.

Энергетический мусор

Другой подход — менее экологичный, но все же лучше, чем использование ископаемого топлива, — заменить часть сжигаемого в печах угля бытовыми и промышленными отходами. Несколько фирм уже этим занимаются. Cemex, мексиканский гигант по производству строительных материалов, например, производит топливо для печей под названием Climafuel из бытовых отходов, очищенных от перерабатываемых веществ. Он богат в виде растительного материала («биомасса») углеродом, который недавно был в атмосфере и просто возвращается туда, а не был выкопан в качестве ископаемого топлива.До 60% угля, используемого некоторыми британскими цементными заводами Cemex, было заменено на Climafuel.

Компании также ищут способы заменить часть цемента в бетоне другими материалами. Многие добавляют летучую золу, побочный продукт угольных электростанций, или дробленый шлак из доменных печей, используемых для производства чугуна. Но ни один из этих подходов не является устойчивым в долгосрочной перспективе. Как отмечает Питер Харроп, руководитель ID TechEx, аналитической фирмы в Кембридже, Англия, и соавтор нового отчета о будущем бетона и цемента, использование угля сокращается, а производство стали стремится перейти на более новые, чистые технологии.

По мнению доктора Харропа, важной частью ответа является «технологическое усовершенствование» бетона таким образом, чтобы его меньше требовалось для выполнения определенных работ. Это означает добавление таких вещей, как синтетические и натуральные волокна или даже графен, вещество, более прочное, чем сталь, состоящее из однослойных слоев атомов углерода. Для получения положительных результатов необходимы лишь небольшие количества.

Графен и другие армирующие материалы позволят получить новые сверхвысококачественные бетоны, которые, по мнению доктора Харропа, будут особенно подходящими для печати 3 D .Это создает точные слои материала под контролем робота и значительно снижает количество отходов. «Использование гораздо меньшего количества цемента — очень важная часть ответа», — добавляет он, тем более что производство цемента, по всей видимости, удвоится в течение следующих 20 лет.

Добавки также могут увеличить срок службы бетона и снизить потребность в техническом обслуживании. В Мичиганском университете Виктор Ли и его коллеги используют синтетические и натуральные волокна вместе с инъекцией CO 2 для производства гибкого бетона, который они называют Engineered Cementitious Composite ( ECC ).Внутренняя структура этого материала была вдохновлена ​​​​перламутром, гибким материалом, обычно называемым «перламутром», который покрывает внутреннюю часть раковин моллюсков, таких как морские ушки и устрицы.

Придание бетону такой гибкости позволяет мостам и дорогам легче справляться с интенсивным движением и повышает сейсмостойкость высотных зданий. ECC по мере старения образует только крошечные поверхностные трещины. Доктор Ли говорит, что таким образом лучше удерживает воду и предотвращает коррозию стальных арматурных стержней внутри.Такая коррозия может привести к разрушению железобетонных конструкций в течение нескольких лет после их возведения, что иногда приводит к их разрушению.

До нуля и выше

Замена материалов может пойти еще дальше. Solidia, фирма в Нью-Джерси, производит цемент, содержащий силикаты кальция с более высоким соотношением кремнезема и оксида кальция, чем стандартный «портлендский» сорт. Это имеет два последствия. Во-первых, процесс Solidia требует меньше тепла (и, следовательно, меньше ископаемого топлива), чем обычное прокаливание, и поэтому, во-первых, выделяется меньше CO 2 .Во-вторых, при смешивании с бетоном силикаты Solidia, богатые кремнеземом, могут затвердевать быстрее, чем обычный цемент, за счет использования уловленного CO 2 вместо воды. Solidia работает над заявками на свой цемент с одним из своих инвесторов, LafargeHolcim, швейцарским гигантом строительных материалов.

Принимая во внимание все эти разработки, насколько зеленым может стать бетон? Д-р Феннелл говорит, что было бы достаточно легко сократить выбросы CO 2 в отрасли примерно до 80% от нынешних уровней на тонну производимого бетона за счет более эффективного использования энергии и модификации материалов.Но компании действительно могли бы выйти из-под контроля, если бы они перешли на печи, работающие в основном или полностью на биомассе, такой как древесина. Углерод в нем до недавнего времени был бы CO 2 в воздухе. Если бы после того, как он снова превратился в этот газ при сжигании в печи, его хранили, а не выпускали, следствием того, что новые деревья вырастали вместо потребленных, был бы чистый выброс углерода из атмосферы.

Такого рода система, называемая биоэнергетикой с улавливанием и хранением углерода ( BECCS ), является одним из способов, который разработчики моделей климата представляют себе для обеспечения «отрицательных выбросов», необходимых для нулевых или чистых отрицательных выбросов.Часто говорят о производстве электроэнергии на основе BECCS , но BECCS на самом деле может лучше подходить для производства цемента, потому что в мире, заботящемся об углероде, оборудование для улавливания CO 2 уже будет там, имея дело с результатами прокаливания.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.