Сырье для производства цемента: химический состав, формула, технологии производства (+9 фото и 7 видео)

химический состав, формула, технологии производства (+9 фото и 7 видео)

Цемент – это искусственное порошкообразное вещество, которое выполняет функцию вяжущего при замешивании бетонной смеси. В сочетании с водой он образует пластичную массу, которая в дальнейшем застывает и становится камневидной. То, из чего состоит цемент, в первую очередь зависит от способа производства. В общем случае основой служит клинкер в сочетании с минеральными добавками и гипсом.

Цемент представляет собой порошкообразное вещество

Содержание

История цемента

Слово «цемент» происходит от латинского caementum, что переводится как «дробленый, битый камень». Это вещество стало результатом поиска способов справиться с низкой водостойкостью гипсовых и известняковых пород. С этой целью в их состав вводились водостойкие минеральные вещества. В самом начале ими выступали остатки кирпичей из обожженной глины и вулканические породы. Древние римляне применяли отложения пепла знаменитого вулкана Везувия – пуццоланы.

Оптимальная технология производства цемента была выработана много лет спустя, когда потребность в большом количестве недорого и прочного вяжущего не стала наиболее острой. Наибольший вклад в исследования внесли:

  1. Каменщик Джон Аспинд, который в 1824 г. получил патент на портландцемент.
  2. Русский строитель Егор Челиев, написавший в 1825 г. книгу о цементе для подводных работ.

Название портландцемент происходит от английского острова Портленд, состоящего из известковых пород. В Англии камни с этого острова считались самым престижным строительным материалом. Аспинду удалось получить искусственный камень, который по прочности и цвету был очень похож на указанный материал.

Но он изготавливался без обжига исходного сырья. Большее соответствие технологии тому, что сегодня является портландцементом, отмечается именно в процессе производства Челиева.

Из чего делают цемент: состав и основное сырье

В состав цемента входят следующие компоненты:

  1. Известь (оксид кальция, CaO) – 60%.
  2. Кремниевый диоксид (SiO2) – 20%.
  3. Алюминий (глинозем, Al2O3) – 4%.
  4. Гипс и оксиды железа (Fe2O3) – 2%.
  5. Магния оксид (MgO) – 1%.

Химический состав цемента

Указанное процентное соотношение перечисленных компонентов характерно для наиболее популярного вида цемента – портландцемента. Оно может несколько видоизменяться. Все зависит от технологии производства и класса цементной продукции.

Важно! Существованием различных видов и марок объясняется отсутствие точной химической формулы цемента. Всю важную информацию дают показатели минералогического состава.

Основное, из чего делают цемент – это клинкер. Так называют продукт обжига исходного сырья – известняка и глины, которые берут в пропорции 3:1. Клинкер – это полуфабрикат для получения цемента. После обжига при температуре до 1500 °C клинкер измельчают, в результате чего он оказывается представлен в форме гранул диаметром до 60 мм.

Как выглядит клинкер

При измельчении в состав клинкера вводят добавки:

  1. Гипс (CaSO42h3O), регулирующий сроки схватывания.
  2. Корректирующие добавки (до 15-20%), улучшающие определенные свойства цемента: пластификаторы, присадки и пр.).

В качестве главного исходного сырья для производства цемента используются разные горные породы:

  1. Ископаемые карбонатного типа. Могут иметь аморфную или кристаллическую структуру, которая определяет, насколько эффективно материал будет взаимодействовать с другими компонентами в составе при обжиге.
  2. Осадочного происхождения. Это глинистое сырье с минеральной основой, которое при избыточном увлажнении становится пластичным и разбухает, т. е. увеличивается в объеме. Главная особенность материала – вязкость, которой обусловлено его применение при сухом процессе производства.

Советуем изучить подробнее: «Все, что нужно знать о суперпластификаторах, или как уменьшить расход цемента».

Карбонатные породы

Среди карбонатных пород для производства цемента используются:

  1. Мергелистый известняк, или мергель. Содержит в себе примеси глины, поэтому считается переходным материалом между карбонатными и глинистыми породами.
  2. Мел – разновидность мажущего известняка, которая характеризуется легкостью в перетирании.
  3. Ракушечник. Для него характерна пористая структура, которая не слишком устойчива к сжимающим нагрузкам.
  4. Доломитовые породы. Из всех видов карбонатных пород отличаются самыми ценными физическими свойствами.

Карбонатные породы

Глинистые породы

К глинистым породам, используемым при изготовлении цемента, относятся:

  1. Глина. Основная разновидность глинистых пород с минеральными включениями в составе.
  2. Суглинок. Отличается от глины увеличенной концентрацией пылеобразных частиц и песчаной фракции.
  3. Лёсс. Менее пластичная горная порода. Для нее больше характерны пористость, рыхлость и мелкозернистость. В составе лесса могут присутствовать включения кварца или силиката.
  4. Глинистый сланец. Из всех видов подобных пород имеет наиболее высокую прочность. При измельчении сланец преобразуется в пластинчатые частицы. В материале мало влаги, его характеризует стабильный гранулометрический состав.

Глинистые породы

Корректирующие добавки

С целью корректировки в состав цемента вводят специальные минеральные добавки. В первую очередь это модификаторы на базе ископаемых, содержащих:

  1. железо,
  2. кремнбелитовый
  3. плавиковый шпат,
  4. апатиты,
  5. глинозем.

Еще корректирующие добавки могут быть представлены промышленными отходами с других производств. В качестве них используются:

  1. пиритные огарки;
  2. пыль из доменных печей;
  3. белитовый шлам;
  4. минерализаторы.

Применение добавок позволяет улучшить характеристики цемента и бетонного раствора, который готовится на его основе. Каждый из модификаторов придает смеси особые свойства, к примеру:

  1. CemFrio – обладает противоморозным, пластифицирующим и ускоряющим действиями.
  2. CemPlast – позволяет получить высокоподвижную бетонную смесь с повышенной удобоукладываемостью, а также повысить активность вяжущего, т. е. цемента, и обеспечить полноту гидратации.
  3. CemAqua и CemAquaStop – гидроизолирующая дводоредуцирующаясное водоотталкивающее средство для обработки поверхностей.
  4. CemBase – увеличивает прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и долговечность бетонных изделий.
  5. Plastix – многофункциональная водоредуцирующая и пластифицирующая добавка, повышающая марочную прочность бетонных изделий.
  6. CemFix – добавка-ускоритель, используемая для бетонных смесей, к которым предъявляются требования высокой ранней прочности.

Как делают цемент: 3 главных способа

Производство цемента в современных условиях осуществляется одним из трех способов:

  1. Мокрым. Ее главная особенность – замена извести мелом, а также процесс производства с добавлением воды. Сырьем для изготовления здесь становится шихта (смесь исходных материалов) с влажностью до 50%.
  2. Сухим. Эта технология с минимальными энергозатратами и себестоимостью, поскольку здесь несколько технологических операций объединены в один процесс. Поступая в шаровую мельницу, все компоненты одновременно и размалываются, и сушатся.
  3. Комбинированным. Этот способ производства объединяет особенности процессов сухой и мокрой технологии. Здесь по результатам обжига получается полусухой состав с влажностью 18%.

Сухой и мокрый способы производства цемента

Сухой способ производства

Как делают цемент по сухой технологии:

  1. Исходное сырье подвергают дроблению.
  2. Просушивают его до определенного уровня влажности.
  3. Высушенную смесь измельчают до состояния муки.
  4. Ее обжигают внутри вращающейся печи, после чего охлаждают и отправляют на склад.

Мокрая технология производства

В отличие от сухого метода изготовления здесь после измельчения компонентов к ним дополнительно добавляют воду. В результате получается не мука, а сырьевой шлам, который и попадает в печь на обжиг, а затем – в холодильник на охлаждение. Уже охлажденные клинкер подвергают измельчению и дополнению добавками.

Комбинированная технология изготовления

Комбинированный способ производства цемента объединяет в себе этапы сухого и мокрого:

  1. Сначала по мокрой технологии получают сырьевой шлам.
  2. Шлам подвергают обезвоживанию и гранулированию.
  3. Гранулы проходят обжиг в печи, которая применяется для сухой технологии.

Бесклинкерный способ производства

В бесклинкерной технологии производства в качестве исходного сырья для изготовления цемента используют гидравлический или доменный шлак. Его также дополняют различными добавками и активаторами. Полученную шлако-щелочную смесь подвергают дроблению и перетиранию до порошкообразного состояния. Подобная технология производства имеет несколько преимуществ:

  1. Повышение чистоты окружающей среды за счет переработки отходов металлургической отрасли.
  2. Получение продукта с высокой устойчивостью к негативному влиянию окружающей среды.
  3. Возможность производить цемент с разными свойствами и в широком спектре оттенков.
  4. Более низкие затраты на электро- и тепловую энергию.

Виды цемента по составу и сфере применения

Таблица: Виды цемента по составу и сфере применения

Видео: что такое шлакопортландцемент

Производство цемента на заводах

Изготовление цемента мокрым способом традиционно осуществляется отечественными цементными заводами. За рубежом чаще применяют сухую технологию. Ею пользуются цементные заводы в Китае, Турции и Египте. Белый цемент выпускается только одним российским предприятием – ООО «Холсим (Рус) СМ». Большая часто подобного вяжущего поставляется зарубежными компаниями, такими как:

  1. AalborgWhite (Дания).
  2. Cimsa/Adana (Турция).
  3. «Холсим» (Словакия).

В общем виде технология производства цемента включает несколько этапов:

  1. Смешивание всех компонентов для изготовления клинкера (75% известняка и 25% глины).
  2. Обжиг исходного сырья при высокой температуре. На этом этапе и получают клинкер, который является основой для цемента.
  3. Измельчение клинкера в шаровых мельницах. В результате должно получиться вещество порошкообразной консистенции. Шаровая мельница – это горизонтальные барабаны со стальными шарами внутри.

Линия по производству цемента

Советуем изучить подробнее: «Важная величина: как узнать время схватывания бетона».

Обратите внимание: чем меньше фракция помола клинкера, тем выше эксплуатационные характеристики и марка цементного состава.

Цикл производства цемента

Оборудование для производства цемента

Производства цемента на каждом этапе требует применения специального оборудования. Его делят на следующие категории:

  1. для добычи исходного сырья;
  2. для транспортировки сырья на место производства;
  3. печь для обжига;
  4. шаровые мельницы для измельчения и смешивания клинкера;
  5. станки для фасовки готового цемента.

Как сделать цемент в домашних условиях

Получить цемент можно в домашних условиях, но только если иметь все исходные материалы и необходимое оборудование:

  1. доменная печь для обжига при температуре 1500 °C;
  2. дробилка для измельчения клинкера в муку.

Обжиговая печь для производства цемента в домашних условиях

В одном из способов домашнего изготовления цемента используются смола и сера. Полученный цемент можно применять для кладки плитки и кирпича, создания цементной стяжки. Технология изготовления следующая:

  1. Растопить в металлической емкости 1 кг смолы, в огнеупорной емкости – 1 кг серы.
  2. Соединить жидкие компоненты, перемешать до однородной консистенции.
  3. Ввести 2 кг просеянного однородного песка и 3 кг оксида свинца (свинцового глета).
  4. Постоянно подогревая смесь, размешивать ее до получения однородной массы.
  5. Произвести обжиг в доменной печи и дать продукту отстояться.

В реальности с изготовлением цемента в домашних условиях возникают определенные трудности, поскольку для производства нужны печь для обжига и мельница для размалывания. В связи с этим в домашних условиях приходится несколько менять рецептуру цемента, используя для его изготовления воду, водную известь и каменную золу. Полученный раствор пригоден для заделки мелких трещин, причем использовать его необходимо сразу же после изготовления.

Видео: как сделать огнеупорный цемент из золы

Как делают белый цемент

Отличие белого цемента также заключается в составе. В нем содержится меньше железа, чем в сером, а еще присутствуют добавки:

  1. минеральные,
  2. гипс,
  3. соли,
  4. известняк и пр.

Исходным сырьем для изготовления белого цемента служат глинистые или карбонатные породы. Главное преимущество вяжущего – его белоснежный цвет, которая повышает декоративные свойства цементной смеси. Из-за этого белый цемент часто еще называют декоративным. В то же время ввиду более сложной технологии производства материал имеет более высокую стоимость.

Видео: стол из белого бетона в стиле Loft

Видео: как приготовить раствор на белом цементе

Видео: как и из чего делают цемент

Как правильно приготовить цементный раствор

Для замешивания цементного раствора необходимо соблюдать пропорции его составляющих. На 1 часть цемента приходится 3 части песка. Вода же добавляется в зависимости от того, насколько пластичный или вязкий нужно получить раствор. Также пропорции выбираются с учетом типа работ и марки цемента. К примеру, для приготовления раствора на стяжку пола пользуются пропорциями из таблицы:

Как правильно приготовить цементный раствор

Сначала между собой смешивают сухие фракции, т. е. цемент и песок. Только потом начинают небольшими порциями добавлять воду, постепенно доводя состав до нужной консистенции. В качестве наполнителя можно использовать не только песок, но еще и гравий или щебень.

Обратите внимание: лучше для замешивания раствора использовать осадочную воду, а не водопроводную.

Классы раствора для разных типов работ:

  1. М50 или М100 – для штукатурных работ;
  2. М50 или М100 – для возведения кирпичной кладки;
  3. М100 или М200 – для стяжки пола;
  4. М200 или М300 – для фундаментов и оснований.

Для замешивания раствора необходимо использовать специальный поддон или бетономешалку. Последняя позволяет получить смесь наиболее однородной консистенции.

Советуем изучить подробнее: «Что стоит знать при покупке цемента в мешках и как рассчитать количество».

Видео: цементный раствор, приготовления без инструмента

Видео: как правильно замешивать цементный раствор

В заключение

В современном мире цемент производится в большом количестве разных видов, что позволяет подобрать вяжущее для любых строительных работ. За счет применения различных добавок цементу можно придавать определенные свойства и использовать его в различных сложных условиях, например, для конструкций, эксплуатируемых под водой или при низких температурах. Цемент очень прост в применении, а также может быть приготовлен в домашних условиях, если знать его состав и общую технологию изготовления.

состав и производство, как добывают сырье на заводе, технология и изготовление в домашних условиях

Цемент входит в число основных строительных материалов. Он используется при создании связующих строительных растворов, цемент используют при изготовлении бетонных и железобетонных изделий. От качества данного материала зависит, насколько прочное и долговечное будет здание, или железобетонная конструкция.

История цемента началась в Англии, где в 1824 году был зарегистрирован патент на его изобретение. В то время для изготовления цемента использовалась известковая пыль, смешанная с глиной. Полученная смесь подвергалась воздействию высокой температуры, при которой она спекалась.

Обожжённый полуфабрикат цемента называется клинкер. Цементом он становится после перемалывания клинкера до порошкообразного состояния.

В строительстве используется основное свойство цемента – при смешивании с водой он постепенно твердеет, а затем превращается в прочный камень. Характерную для готового изделия прочность материал может приобрести даже в воздушной среде, если присутствует избыточная влажность.

Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления

Сегодня процесс изготовления цемента изменился. Изготовляют его несколькими способами, да и компоненты, входящие в его состав, тоже отличаются от использовавшихся две сотни лет назад.

Чтобы было понятно, из чего делают цемент и как происходит его производство, необходимо знать, какие виды сырья используют сегодня производители этого важного строительного материала.

Так как сырьём для производства цемента гост31108 2003, гост 30515 2013 служат естественные породы, то и предприятия, занимающиеся его изготовления, чаще всего размещают поблизости от мест добычи этих пород.

Все ископаемые, из которых делается цемент, делятся на два вида:

  1. Карбонатные ископаемые, отличающиеся характеристиками и особенностью структуры. Именно структура породы обеспечивает эффективное её взаимодействие с остальными ингредиентами состава продукта.
  2. Глинистые и горные породы, имеющие осадочное происхождение. Имея минеральную основу, при увлажнении они приобретают пластичность и увеличиваются в объёме. Так как для данного вида сырья характерна вязкость, то их можно использовать, производя цемент сухим способом.

Теперь следует назвать конкретно, какие ископаемые относятся к каждому из видов сырья, используемых при производстве цемента.

К карбонатным породам относят следующие виды природного сырья:

  • мел, представляющий разновидность известняка. Обладает способностью легко измельчаться;
МелМел

Мел

  • мергелистый известняк, в природе встречается как в рыхлом, так и в твёрдом состоянии. В породе могут содержаться примеси глины, поэтому данный вид известняка считается сырьём переходным, обладающим свойствами, характерными и для известняков, и для глины;
Мергелистый известнякМергелистый известняк

Мергелистый известняк

  • известняки – ракушечники, не имеющие включений кремния. Порода имеет пористую, легко разрушающуюся при сжатии структуру;
Известняки - ракушечникиИзвестняки - ракушечники

Известняки – ракушечники

  • доломитовые породы и другие ископаемые осадочного происхождения. Они содержат карбонаты, придающие породе ценные свойства.
ДоломитДоломит

Доломит

Глинистые породы включают следующие виды ископаемых:

  • глина с минеральными включениями, набухающими при контакте с водой;
ГлинаГлина

Глина

  • суглинки, содержащие повышенную концентрацию частиц песка;
СуглинкиСуглинки

Суглинки

  • сланцы, имеющие глинистую основу. Данное сырьё относят к горным породам, повышенной прочности. При механическом воздействии разделяется на пластинчатые пластины. Характеризуется стабильным составом и низким содержанием влаги;
СланцыСланцы

Сланцы

  • лесс, пористая порода, с включениями частиц кварца и силиката.
ЛессЛесс

Лесс

Кроме данных видов сырья, что изготавливать цементную смесь на заводе используют некоторые виды производственных отходов. Для улучшения качества в его состав добавляют добавки, предусмотренные технологическим процессом: глинозём и кремнезём, плавиковый шпат и апатиты.

Применение песка просто необходимо при проведении самых разных ремонтных и строительных работ. Тут все о применении карьерного песка.

При проведении отделочных работ на кухне, в ванной или в любом другом помещении необходимо знать время высыхания плиточного клея. Здесь можно узнать, сколько сохнет плиточный клей.

В настоящее время декоративная штукатурка по праву является самым популярным и прогрессивным методом отделки. Перейдя по ссылке ознакомитесь с самостоятельным ее приготовлением.

Все добавки, называемые пластификаторами, также природного происхождения. Они влияют в лучшую сторону на следующие качества цемента:

  • увеличивают стойкость к изменениям температуры;
  • усиливают прочность;
  • подвижность и эластичность продукта;
  • уменьшает проникновение воды в готовое изделие.

В зависимости от свойств, добавленных в состав цемента пластификаторов, его раствор будет застывать быстрее, или же медленнее.

Состав, из которого производят цемент

Часть людей работающих в сфере строительства не знают, из чего делается цемент.

Состав цемента может быть различным в зависимости от марки и предназначения.

Однако вне зависимости от вида цемента, то есть рецепта, использованного при его производстве, основой для него служат два компонента – известняк с добавлением глины.

ГлинаГлина

Глина

Количество известняка в три раза превышает количество глины. Такие пропорции необходимы для получения качественного клинкера, являющегося полуфабрикатом для производства цемента.

ИзвестнякИзвестняк

Известняк

Теперь можно назвать основные компоненты состава, чтобы каждому было ясно, из чего делают цемент:

  • клинкер, основа конечной продукции, определяющая её характеристики прочности. Используется в виде гранул диаметром до 60 мм. Его термообработка выполняется при температуре, доходящей до 1500°. При плавлении клинкера образуется масса, для которой характерно высокое содержание кремнезёма и кальциевого диоксида;
  • данные компоненты влияют на эксплуатационные характеристики конечного продукта. Перед обжигом гранулы клинкера измельчаются до пылеобразного состояния;
  • гипс, определяющий скорость затвердевания цемента. В базовых рецептах предусмотрено добавление в состав чистого гипса до 6 % от общего количества компонентов;
ГипсГипс

Гипс

  • специальные добавки (пластификаторы, морозостойкие присадки, жидкое мыло и т.д.), усиливающие свойства, уже имеющиеся у продукции, или же придающие ей специальные характеристики, способные расширить область применения цемента.
ПластификаторПластификатор

Пластификатор

Производство – как изготавливают цемент, процесс получения на заводе

Изготовление материала выполняется в определённом порядке, поэтапно. В технологии его производства предусмотрены следующие операции:

  1. Ингредиенты, предназначенные для изготовления клинкера, предварительно смешиваются. Обязательно необходимо точное соблюдение пропорций состава – 25 % глины и 75% известняка.
  2. Полученный состав обжигается при высокой температуре. При высокотемпературном обжиге глина и известь соединяются, образуя клинкер.
  3. Готовый продукт измельчается шаровыми мельницами, состоящими из барабанов, расположенных в горизонтальном положении, внутри которых размещены стальные шары. Помещённый в них клинкер размельчается до состояния порошка.
  4. Чем мельче полученные фракции цемента, тем лучшие эксплуатационные характеристики он будет иметь.

Существует несколько методов изготовления данного строительного материала. Их выбор обусловлен многими факторами, основными из которых является специфика имеющегося на предприятии оборудования и спрос на определённые марки цемента.

Разработанные технологии имеют отличие в способах подготовки сырья, используемого при производстве состава. Порядок его изготовления остаётся прежним.

ПроизводствоПроизводство

Производство

Разработаны следующие методы:

  1. Мокрая технология, предусматривающая замену извести мелом. В процессе смешивания компонентов состава происходит измельчение их в шаровой мельнице. Это процесс выполняется с добавлением воды. В результате образуется шихта, имеющая концентрацию влаги до 50%.
  2. Полученный материал затем обжигается в печи. После обжига он уже становится клинкером. Затем его измельчают.
  3. Сухая технология значительно уменьшает себестоимость производства, так как она объединяет несколько технологических операций в единый процесс. При использовании данной технологии компоненты, поступающие в шаровую мельницу, одновременно размалываются и сушатся.
  4. Для сушки используется воздействие горячих газов. Готовая шихтная масса имеет консистенцию порошка.
  5. Комбинированная технология объединяет особенности вышеописанных способов производства. В зависимости от оборудования, используемого на предприятии, может быть получен полусухой состав, имеющий влажность до 18%.
  6. Во втором варианте первоначально подготавливается сухая смесь, затем увлажнённая до 14 %. В обоих вариантах подготовленный состав затем отжигается и перемалывается.

Подробнее о производстве цемента смотрите на видео:

Классификация цементных смесей

Существует много разновидностей и различных марок данного строительного материала. Различают их по основному составу и добавкам, придающим каждому виду особые свойства.

Среди основных типов выделяют:

  • портландцемент, с которого начиналось производство популярного в строительстве продукта. Для изготовления связующих растворов его не используют. Он применяется для создания бетонных изделий высокой прочности, штукатурке и отделочных работах;
  • часто используют при возведении фундаментов. Для этого необходимо знать, как разводить цемент с песком;
ПортландцементПортландцемент

Портландцемент

  • шлаковый цемент, при изготовлении которого используется доменный шлак и активные присадки. Используется для изготовления бетона и строительных растворов;
  • глинозёмистый цемент, отличается устойчивостью к воздействию влаги, быстрым затвердеванием;
ГлиноземистыйГлиноземистый

Глиноземистый

  • кислотоупорный цемент, в котором используется кварцевый песок и кремнефтористый натрий. Материал устойчив к воздействию кислот, но недолговечен.

Приобретая любой из видов цемента, следует знать, что его состав активно взаимодействует с окружающей средой, при долгом хранении теряя свою прочность.

Даже если он хранится в сухом помещении, то спустя несколько месяцев его марка изменится в меньшую сторону. Поэтому, при его приобретении, следует обращать внимание на дату изготовления. Так же можете ознакомиться с нашей статьёй о технических характеристиках цемента м400.

Сырье для производства цемента, из чего делают цемент Из чего сделан цемент

Сырьевыми материалами в производстве цемента служат в основном глинистые и карбонатные породы, а также иное природное сырье и некоторые типы промышленных отходов, шлаков и т.п.

Карбонатные породы — это известняк, известняк-ракушечник, мел, мергелистый известняк, мергель, метаморфические либо осадочные горные породы доломитового, карбонатно-глинистого и известнякового состава. Качество и ценность таких пород в качестве сырья для создания цемента определяется их структурой и физическими свойствами. Породы с кристаллической структурой хуже, по сравнению с породами аморфной структуры, взаимодействуют с другими элементами смеси при обжиге.

  • Мел – легко растирающаяся мягкая осадочная горная порода, вид мажущего известняка. Он легко измельчается и является популярным сырьем для создания цемента.
  • Мергель — осадочная порода, переходная от известняковых к глинистым. Может иметь твердую или рыхлую структуру, различную плотность и влажность в зависимости от процентной доли глинистых примесей. Строительные растворы на основе мергеля активно применяются при устройстве печей, каминов и т.п.
  • Из известняков для производства цемента предпочтительны пористые и мергелистые виды с небольшим порогом прочности на сжатие и без содержания кремниевых включений.
  • Из глинистых пород в производстве цемента применяют: суглинок, глину, лесс, глинистый сланец, а также лессовидные суглинки.

Глины, горные осадочные породы, состоят из разного рода минералов, при увлажнении приобретают пластичность и разбухают. В сухом способе производства цемента связующая способность и пластичность глины дает возможность гранулирования муки и брикетирования. Суглинком называется глина, в которой содержится высокое количество пылеватых и песчаных частиц.

Глинистые сланцы представляют собой плотные и твердые горные породы, способные легко расслаиваться на пластинки небольшой толщины. Относительно глины глинистые сланцы имеют более постоянный состав и меньшую влажность.

Лессом называется тонкозернистая горная порода, рыхлая и пористая, состоящая из тончайших частиц глинистых материалов, полевого шпата, кварца и иных силикатов. Лесс не отличается высокой пластичностью. Лессовидный суглинок – материал, по своим свойствам являющийся переходным между суглинком и лессом.

Кроме основного сырья в процессе производства активно используются различные виды корректирующих добавок в цемент, позволяющих изменить некоторые свойства конечного продукта. Это могут быть глиноземистые, кремнеземистые, глиносодержащие добавки, а также плавиковый шпат в качестве минерализаторов (кремнефтористый натрий, гипс, апатит, фосфогипс, флюорит)

Хотелось бы отметить, что сырьевой состав, как при сухом, так и при мокром способе производства цемента, может меняться в зависимости от местоположения цементного завода, от доступности того или иного вида сырья, от возможностей оборудования, спроса на те или иные виды продукции в этом регионе и многого-многого другого

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.

технология производства качественного цементатехнология производства качественного 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.

особенности производства цементаособенности производства цемента

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.

химический состав цементахимический состав цемента

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.

технология производства цементатехнология производства цемента

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.

как и где производят цементкак и где производят цемент

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.

готовый цемент с производстваготовый цемент с производства

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.

состав, технология и этапы изготовления

Дата: 10 января 2019

Просмотров: 41166

Коментариев: 3

Из чего и как делают цемент?Из чего и как делают цемент?

Цемент – широко распространенный материал, который применяют при любых видах работ, связанных с ремонтом, реставрацией, строительством. Цементная основа – вяжущие компоненты неорганического происхождения. Из цемента производятся бетонные, кладочные, штукатурные растворы, железобетонные изделия, используемые при строительстве промышленных объектов и частных построек.

Особенностью порошкообразной цементной массы, смешанной с водой, является способность постепенно твердеть, превращаясь в каменный массив. Процесс приобретения эксплуатационной прочности происходит как в воздушной среде, так и в воде. Главное условие твердения – избыточная влажность.

Все сталкивались с цементом, однако мало кто знает, из чего делают этот универсальный строительный материал, как его производят. Его основа – клинкер, специальные минеральные добавки и гипс. Рассмотрим подробно, как делают цемент, какое сырье для этого используется.

Именно от него зависят свойства и крепость строительного материалаИменно от него зависят свойства и крепость строительного материала

По-прежнему клинкер – это основной компонент, входящий в состав цемента

Сырьевые материалы

Производство цемента осуществляется на специальных заводах, расположенных близко к местам добычи исходного сырья для его изготовления. Главным исходным сырьем для цементного производства являются следующие естественные породы:

  • ископаемые карбонатного типа. Это ценное природное сырье, отличающееся особенностями кристаллической структуры, физическими характеристиками. Материал может иметь кристаллическую или аморфную структуру, определяющую эффективность его взаимодействия при обжиге с другими компонентами;
  • глинистые материалы, горные породы осадочного характера. Они имеют минеральную основу, становятся пластичными, объемно увеличиваются при избыточном увлажнении. Сырье характеризуется вязкостью, применяется при сухом методе производства.

[testimonial_view id=”3″]

Карбонатные породы

Остановимся на карбонатных породах, характерными представителями которых являются:

  • Мел, являющийся горной породой осадочного характера, которая легко перетирается, относится к разновидностям мажущего известняка. Он популярен при изготовлении цемента.
  • Мергель или мергелистый известняк – ископаемые осадочного типа, которые добываются в рыхлом или твердом состоянии, отличаются удельным весом, концентрацией влаги. Содержат примеси глины, что позволяет относить их к переходному сырью, имеющему много общего с известняковыми породами и ископаемыми на основе глины.Они незначительно влияют на основные свойства и технические характеристики строительного материалаОни незначительно влияют на основные свойства и технические характеристики строительного материала

    В состав входят активные минеральные добавки (15%) в соответствии со стандартами производства

  • Известняковое сырье, ракушечники, отличающиеся отсутствием включений кремния. Порода обладает пористой структурой, легко разрушается под воздействием сжимающих усилий.
  • Породы доломитового типа, а также горные ископаемые осадочного происхождения, содержащие карбонаты. Они характеризуются ценными физическими свойствами.

Глинистое сырье

К глинистым породам относятся:

  • глина, содержащая минеральные включения, разбухающие при добавлении воды;
  • суглинки, являющиеся разновидностью глины, с повышенной концентрацией песчаной фракции и пылеобразных частиц;
  • сланцы на глинистой основе, относящиеся к горным породам с повышенной прочностью, которые при измельчении расслаиваются на пластинчатые частицы. Сырье характеризуется стабильным гранулометрическим составом, низкой концентрацией влаги.
  • лесс, представляющий рыхлую горную, непластичную породу, отличающуюся пористостью, мелкозернистостью. Содержит включения силиката, кварца.

Возможно применение отходов промышленного производства, других видов природных материалов и шлаков.

Корректирующие добавки

Цементный состав делают из минерального сырья с применением специальных пластификаторов, добавляемых при производстве.

В зависимости от того, из чего сделан цемент, материал имеет разные свойстваВ зависимости от того, из чего сделан цемент, материал имеет разные свойства

Если увеличить количество добавок до 20%, то свойства цемента будут несколько изменены

Технология предусматривает использование добавок на базе ископаемых, содержащих:

  • Глинозем.
  • Кремнезем.
  • Глину.
  • Плавиковый шпат.
  • Апатиты.

Введение корректирующих добавок, с помощью которых делают цемент и улучшают его характеристики, предусмотрено технологией. Пластификаторы позволяют улучшить следующие свойства цементного состава:

  • стойкость к воздействию коррозионных процессов;
  • устойчивость к воздействию перепадов температуры, глубоким циклам замораживания;
  • прочностные характеристики;
  • продолжительность твердения;
  • подвижность цементного раствора, его эластичность;
  • степень проницаемости водой.

Состав

Задумывались ли вы, из чего сделан цемент? Его состав обусловлен особенностями сырья и конкретной маркой продукции. Так, пользующийся широкой популярностью портландцемент имеет следующий состав:

  • Кремниевый диоксид (кремниевая кислота или кварц) – 25 %.
  • Известь – 60 %.
  • Алюминий (глинозем) – 5 %.
  • Оксиды железа и гипс – 10 %.
В основном при изготовлении цемента применяют глинистые и карбонатные соединенияВ основном при изготовлении цемента применяют глинистые и карбонатные соединения

Сегодня производится множество видов цемента

Процентное соотношение ингредиентов может изменяться, согласно особенностям технологии и марки цементной продукции. Отдельные виды цементов, в частности шлакопортландцемент, включают в свой состав шлак, представляющий уголь, полученный в результате обжига клинкера.

Независимо от рецептуры, основные ингредиенты при изготовлении цементного состава – глина и известняк. Концентрация известняка трехкратно превышает содержание глины, что обеспечивает необходимое качество клинкера для производства цементной продукции.

Основными компонентами, из которых производят цемент, являются:

  • клинкер, определяющий прочностные характеристики, получаемый при обжиге исходного сырья (известняка, глины). Клинкер является основой конечной продукции, используется в гранулированном виде диаметром 10-60 мм. Клинкер термообрабатывается при температуре порядка полторы тысячи градусов Цельсия. Он плавится с образованием массы с высоким содержанием кальциевого диоксида и кремнезема, которые определяют эксплуатационные характеристики цементных составов. Гранулы дробятся до пылеобразного состояния с последующим обжигом;
  • гипс, процентное содержание которого определяет период твердения. Базовая рецептура предусматривает использование до 6% чистого порошкообразного гипса или гипсового камня, содержащего примеси;
  • специальные добавки, вводимые для усиления имеющихся свойств или придания составу специальных характеристик, расширяющих сферу применения.
Марка 400 используется для заливки фундамента и сооружения балок перекрытий в высотных зданияхМарка 400 используется для заливки фундамента и сооружения балок перекрытий в высотных зданиях

Очень часто цемент применяют в строительстве для создания бетона и армированных конструкций

Процесс изготовления

Производство цемента осуществляется поэтапно, предусматривает следующее технологические операции:

  • Предварительное смешивание ингредиентов для изготовления клинкера, который делают из известняка, вводимого в количестве 75%, и из глины, доля которой составляет 25%.
  • Высокотемпературный обжиг, после которого образуется клинкер. Он – результат процесса соединения глины и извести под воздействием повышенной до 1450 градусов Цельсия температуры.
  • Измельчение, осуществляемое с помощью шаровых мельниц. Они представляют горизонтально расположенные барабаны с находящимися внутри стальными шарами, обеспечивающими измельчение клинкера до порошкообразного состояния. С уменьшением фракции помола возрастают эксплуатационные характеристики и марка цементного состава.

Этапы производства

Особенности производства предусматривают изготовление цемента различными методами, что сказывается на особенностях применяемого сырья. Это обусловлено расположением цементного производства, спецификой применяемого оборудования, спросом на определённые марки продукции.

Все варианты технологий отличаются только особенностями подготовки исходного сырья, которые осуществляются:

  • мокрым путем. Мокрая технология предусматривает использование вместо извести мела, смешивание которого с необходимыми ингредиентами происходит одновременно с измельчением в горизонтальном барабане с обязательным добавлением воды. При этом образуется шихта с концентрацией влаги 30-50%. Шихтовый материал обжигается в печи, превращаясь в шарообразный клинкер, который затем измельчается;
  • сухим методом. Сухая технология характеризуется уменьшенной себестоимостью производства цемента, сокращением технологического цикла. Это связано с объединением технологических операций, позволяющих одновременно осуществлять помол и сушку компонентов в шаровой мельнице под воздействием поступающих горячих газов. Полученная шихта имеет порошкообразную консистенцию;
  • комбинированным способом. Комбинированный вариант объединяет особенности мокрого и сухого способа производства, но на разных предприятиях имеет определенные отличия. Один из вариантов обеспечивает возможность получение полусухого состава с влажностью до 18%, произведенного путем высушивания шихты, полученной по мокрой технологии. Второй метод предусматривает подготовку сухой смеси с последующим ею увлажнением до 14%, гранулированием, заключительным отжигом.

Заключение

Материал статьи предоставляет информацию о том, как делают цемент, какое сырье применяют, какие технологические особенности используют в процессе производства. Имеется множество технологических нюансов, которыми в совершенстве владеют специалисты, занимающиеся изготовление цемента.

Филонцев Виктор НиколаевичФилонцев Виктор Николаевич

На сайте: Автор и редактор статей на сайте pobetony.ru
Образование и опыт работы: Высшее техническое образование. Опыт работы на различных производствах и стройках – 12 лет, из них 8 лет – за рубежом.
Другие умения и навыки: Имеет 4-ю группу допуска по электробезопасности. Выполнение расчетов с использованием больших массивов данных.
Текущая занятость: Последние 4 года выступает в роли независимого консультанта в ряде строительных компаний.

Состав цемента: характеристики и свойства цемента

Цемент – распространенный строительный материал, используемый чаще всего в качестве вяжущего в строительных смесях и растворах. Представляет собой мелкодисперсный порошок серого цвета с зеленоватым или другим оттенком. После взаимодействия с водой цемент и продукты на его основе образуют пластичную массу, которая при твердении трансформируется в искусственный камень.

Сырье для изготовления цемента

Сырьем для производства цемента являются горные породы, добываемые открытым способом:

  • Карбонатные – мел, известняки, известняки-ракушечники, доломит, мергель, туф. В промышленном производстве используются в основном известняки. Точное количество компонента зависит от его свойств и минерального состава. Чем больше в составе породы веществ с кристаллической структурой, тем выше температура плавления.
  • Глинистые – глина, глинистые сланцы, лесс, суглинки, монтмориллонит. Этот компонент осадочного происхождения разбухает при контакте с водой. Цель применения глинистых веществ – повышение пластичности смесей и растворов на базе цементного вяжущего.
  • Добавки. Их перечень определяется в зависимости от свойств, которые необходимо получить. Обычно добавки содержать глинозем, железо, кремний. Для их изготовления используют различные производственные отходы – доменную пыль и другие.

Единой формулы химического состава цемента не существует, так как производители предлагают большое количество разновидностей этого строительного материала с различными эксплуатационными характеристиками.

Наиболее распространен в строительстве портландцемент – без минеральных добавок и с минеральными добавками.

 

Существуют определенные ограничения по минимально допустимым ических соединений, из которых состоит портландцемент:

  • CaO – 62%;
  • SiO2 – 20%;
  • Al2O3 – 4%;
  • Fe2O3 – 2%;
  • MgO – 1%.

Химические составы в процентах некоторых типов цементов

Химический состав, % Характеристика
CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 Другие оксиды
Портландцемент
63…66 21…24 4…8 2…4 3…5 Нормально твердеющий
Глиноземистый цемент
35…43 5…10 39…47 2…15 1,5…2,5 Быстро твердеющий

Что такое цементный клинкер?

Основной компонент производства цемента – клинкер. Это промежуточный полуфабрикат, получаемый обжигом смеси известняка (мела, мергеля или других пород) в количестве 75% и 25% глины. Сырьевые компоненты плавятся с образованием гранул. Клинкер перемалывают и соединяют с молотыми добавками.

Весь процесс изготовления цементного вяжущего можно условно разделить на 3 этапа:

  • изготовление клинкера обжигом – основной процесс, наиболее затратный и трудоемкий;
  • помол клинкера до образования тонкодисперсного порошка;
  • смешивание клинкерного порошка с порошкообразными добавками.

Изготовление клинкера делится на следующие этапы:

  • доставка сырья для клинкера на цементный завод;
  • измельчение сырьевых компонентов;
  • смешивание компонентов в пропорциях, указанных в техдокументации, для последующего обжига.

Технологии производства цемента

Существует несколько технологий производства цемента.

Конкретный вид производства определяется тем, из чего делают цемент:

  • Мокрый. Клинкер изготавливается из мела, глины и воды. К измельченным компонентам добавляют воду. Влажную смесь (шлам) отправляют на обжиг. Полученный после обжига продукт транспортируют в холодильник. После охлаждения его измельчают, смешивают с добавками для получения необходимых свойств вяжущего. Эта технология требует финансовых затрат, поэтому производители в основном применяют другие. Но при необходимости получения цемента с прекрасными эксплуатационными свойствами применяют именно этот способ, позволяющий тонко корректировать состав сырья. Корректировка состава осуществляется в специальных бассейнах при температуре 1000°C.
  • Сухой. Все компоненты – известняк, глина, добавки дробятся в сухом виде. Готовые порошки смешиваются в закрытых боксах с помощью подачи воздуха. Эта методика часто используется производителями, благодаря простоте реализации и относительно невысоким затратам. При производстве нет водяных испарений. Такой способ требует небольших затрат энергоносителей. Он оптимален для однородных сырьевых компонентов.
  • Комбинированный. Эта технология сочетает элементы сухого и мокрого способов. Одна из этих технологий является основной, а вторая дополнительной. Если основной является мокрая методика, то сначала изготавливают сырьевой шлам, корректируют его состав, затем его обезвоживают и обжигают в печи, предназначенной для сухой технологии.

Цемент, независимо от того, из чего он состоит и каким способом приготовлен, складируется в специальных башнях – силосах, в которых, благодаря проветриванию, материал не слеживается, сохраняя рабочие характеристики.

К потребителю цемент поступает навалом или расфасованным в бумажные мешки.

Производство бесклинкерного цемента

Сырьем для бесклинкерного цемента являются доменный или гидравлические шлаки, активаторы и другие дополнительные компоненты. Смесь из подготовленных и взятых в нужных пропорциях компонентов, дробят и перемалывают до мелкодисперсного со стояния. Для бесклинкерного цемента характерны:

  • устойчивость к различным воздействиям окружающей среды;
  • экономичность производства, благодаря невысоким энергозатратам;
  • утилизация отходов металлургических и других производств, что положительно влияет на состояние окружающей среды;
  • различные цвета и свойства конечного продукта, которые можно получать без изменения основных этапов технологического процесса и привлечения дополнительного оборудования.

Основное оборудование для изготовления цемента

При производстве вяжущего используются следующие основные виды оборудования:

  • техника для добычи сырья и его транспортировки к месту изготовления;
  • линия дробления сырья;
  • печи для высокотемпературной обработки;
  • линия дробления полученного клинкера, дозирования и смешивания молотого клинкера с добавками;
  • оборудование для фасовки готового продукта в бумажные мешки.

Типы цемента и сферы их использования

Выпускается множество разновидностей вяжущего с разными эксплуатационными и декоративными характеристиками. Основные виды:

  • Портландцемент. Этот тонкодисперсный порошок серого цвета с зеленоватым оттенком является наиболее распространенным строительным материалом, широко используемым в индивидуальном, масштабном жилищном и промышленном строительстве. Отдельно не применяется. Выступает компонентом строительных смесей и растворов. В сочетании с песком и щебнем используется при производстве бетонных смесей. Из цемента и песка изготавливают сухие строительные смеси, поступающие в продажу фасованными в мешки, или пластичные цементно-песчаные растворы, доставляемые на строительную площадку в виде, готовом к применению. Пластифицирующие добавки регулируют время схватывания раствора и другие характеристики конечного продукта. 
  • Сульфатостойкий. Устойчив к химически активным средам. Применяется для бетонирования подземных и подводных конструкций.
  • Глиноземный. В состав добавляют гипс и глиноземистый шлак, благодаря котором вяжущее быстро схватывается и приобретает марочную прочность. Глиноземный цемент используется при строительстве конструкций, работающих в условиях высокой влажности.
  • Кислотоупорный. При его производстве используются кварцевый песок и кремнефтористый натрий. В качестве жидкости для затворения используется не вода, а жидкое стекло.
  • Шлакопортландцемент. В состав этого вяжущего добавляют гранулы шлака (примерно 25%). Материал применяется в крупномасштабном строительстве.

Сырье. Книга «Цемент».

Библиотека строителя

Для производства цемента могут применяться как природные вещества, так и промышленные продукты. Исходными материалами служат минералы, содержащие главные составные части цемента: оксид кальция, кремнезем, глинозем и оксид железа.

Эти компоненты редко содержатся в нужном соотношении в каком-либо одном виде сырья. Поэтому часто приходится подбирать сырьевую смесь по расчету из составляющей, богатой известью (карбонатный компонент), и составляющей, бедной известью, но содержащей кремнезем, глинозем и оксид железа (глинистый компонент). Двумя основными компонентами сырьевой смеси для получения цемента, как правило, служат известняк и глина или известняк и мергель.

Карбонатные породы

Содержание карбонатного компонента в цементной сырьевой смеси обычно достигает 76—80%. Поэтому химические и физические свойства этого компонента оказывают решающее влияние на выбор технологии производства цемента и производственных агрегатов.

Известняк

Карбонат кальция СаС03 широко распространен в природе. Для производства портландцемента пригоден карбонат кальция всех геологических формаций. Наиболее чистыми формами известняка являются известковый шпат (кальцит) и арагонит. Известковый шпат имеет гексагональную кристаллическую структуру, а арагонит — ромбическую. Плотность известкового шпата равна 2,7, а арагонита — 2,95 т/м3. Макрозернистой разновидностью известкового шпата является мрамор. Однако использовать мрамор для производства цемента неэкономично.

Наиболее распространенными и часто похожим на мрамор формами карбоната кальция являются известняк и мел. Известняк имеет в основном мелкозернистую кристаллическую структуру. Твердость известняка определяется его геологическим возрастом: чем древнее геологическая формация, тем, как правило, тверже известняк. Твердость известняка находится в интервале от 1,8 до 3,0 по шкале твердости Мооса, а плотность — в интервале от 2,6 до 2,8 т/м3. Наиболее чистый известняк имеет белый цвет. Чаще всего в известняке содержатся примеси глинистых веществ и соединений железа, которые и определяют его цвет.

Мел

С точки зрения геологии мел является относительно молодой осадочной породой, образовавшейся в меловой период. В противоположность известняку мел имеет более рыхлую, землистую структуру; это свойство позволяет отнести мел к сырью, как бы специально предназначенному для мокрого способа производства цемента. Поскольку добыча мела производится без взрывных работ и, кроме того, мел не требует дробления, применение такого сырья значительно снижает стоимость производства цемента. Обычно содержание карбоната кальция в меле составляет 98—99% при незначительных примесях Si02, А1203 и MgC03.

Книга Вальтера Дуды «Цемент».

Использование сырья в цементной промышленности

Закупка местного сырья является основой для производства цемента и представляет собой важный компонент цепочек создания стоимости в промышленности в Германии. Наиболее важные базовые материалы в цементе включают известняк, глину или встречающуюся в природе смесь двух, известковый мергель. Геологически говоря, около 90 процентов добываемого известняка относится к мезозое (меловое, юрское, триасовое) и, таким образом, возрастом от 65 до 250 миллионов лет.В 2018 году цементная промышленность Германии закупила около 43 миллионов тонн первичного сырья (см. Таблицу). Кроме того, ок. 8 миллионов тонн альтернативного сырья было использовано для производства ок. 34,0 млн тонн цемента. Принимая эту меру, немецкая цементная промышленность вносит ценный вклад в сохранение ресурсов и защиту окружающей среды.

Капиталоемкая цементная промышленность нуждается в обеспечении ценных месторождений в долгосрочной перспективе. Тесные географические связи между производством цемента и местами добычи также очень важны.Короткие маршруты для поставок сырья снимают нагрузку с транспортных потоков и снижают выбросы загрязняющих веществ при транспортировке.

Закупки природного сырья будут и впредь служить основой для производства цемента. Использование альтернативного сырья может быть еще более расширено в определенной степени. Тем не менее, потенциал для замены уже в значительной степени исчерпан, и очень сильно зависит от наличия промышленных побочных продуктов и высоких требований к качеству, предъявляемых к цементу в будущем.Согласно исследованию, проведенному по заказу Bundesverband Baustoffe — Steine ​​und Erden e.V. по требованию на первичное и вторичное сырье в немецкой камнеобрабатывающей промышленности ожидается, что потребность в сырье немного увеличится в период до 2030 года. Движущими факторами этого развития являются высокие потребности в сферах жилищного строительства и транспортной инфраструктуры — два сегмента рынка в котором за последние годы возникло огромное отставание в строительстве.

Ответственная сырьевая политика должна поэтому создать надежные рамочные условия для устойчивых поставок сырья.Это единственный способ, с помощью которого компании смогут обеспечить безопасность планирования и инвестиций, необходимую для того, чтобы в будущем покрывать потребности в высококачественных цементно-строительных материалах.

Сырье для производства SrAC

1. Сырье и обработка сырья

Для синтеза алюминатного цемента стронция необходимо найти подходящий источник стронция (SrO) и оксида алюминия (Al 2 O 3). ).

Двумя основными минералами стронция являются его карбонат, стронцианит (SrCO 3 ) и более распространенный сульфатный минерал целестит (SrSO 4 ). Уильям Круикшанк в 1787 году и Адэйр Кроуфорд в 1790 году независимо обнаружили стронций в минерале стронцианита, небольшое количество которого связано с минералами кальция и бария.Они определили, что стронцианит был совершенно новым минералом и отличался от барита и других минералов бария, известных в те времена. В 1808 году сэр Хэмфри Дэви выделил стронций электролизом смеси влажного гидроксида или хлорида стронция с оксидом ртути с использованием ртутного катода. Элемент был назван в честь города Стронтиан в Шотландии, где был найден минерал стронцианит [91].

Оксид стронция (SrO) является первым существенным компонентом алюминатного клинкера стронция.Поэтому карбонат стронция (SrCO 3 ) является наиболее подходящим исходным материалом для синтеза алюминатного клинкера стронция. В природе SrCO 3 встречается как редкий ромбический минерал , стронцианит [1] — (пространственная группа Pcmn ) и вместе с изоструктурными минералами арагонит (CaCO 3 ), витерит (BaCO 3 ) и церуссит (PbCO 9000). 3 ) он относится к безводным карбонатам из группы арагонита [1] — [92,93].

Структура стронцианита (рис.1 (a)) основан на изолированных [CO 3 ] 2 треугольников, которые расположены в слоях, перпендикулярных оси c . Слой имеет две структурные плоскости, в которых ионы [CO 3 ] 2- ориентированы в противоположном направлении. Катионы с координационным числом 9 размещаются между этими слоями.

Рис. 1.

Структура стронцианита состоит из изолированных [CO3] 2-треугольников, расположенных в слоях с ионами Sr2 + в пространстве между слоями.

Натуральный и искусственно синтезированный бинарный ( арагонитов до 14 мол.% Sr [94], стронцианитов до 27% Ca [94], вихеритов [94], баритокальцитов [95]) или тройные твердые растворы ( альстонитов [94]) из этих карбонатов интенсивно изучены с целью выяснения механизма их образования, их структуры, термодинамической устойчивости и люминесцентных свойств.

Минералы карбоната кальция содержат значительное количество стронция из морской воды по мере их осаждения. Само собой разумеется, что твердые растворы стронцианита с кальцитом и арагонитом (Ca x Sr 1-x CO 3 ) являются наиболее изученными.Существует разрыв несмешиваемости в диапазоне 0,12 (арагониты) < x <0,87 (стронцианиты) в условиях окружающей среды, который исчезает при температуре ~ 107 ° C [92,94,96,97-100].

Поэтому природные источники SrCO 3 редки и не имеют промышленного значения. Карбонат стронция, а также другие соединения, такие как нитрат стронция, оксид и хлорид стронция, получают из ромбического минерала , целестита [1] — (SrSO 4 , пространственная группа Pnma с параметрами ячейки a = 8.359 Å, b = 5,352 Å, c = 6,686 Å и Z = 4) с использованием методов, описанных в главе 2.1.1. Структура целестита состоит из изолированных тетраэдров [SO 4 ] 2- и ионов Sr 2+ (рис. 2).

Рисунок 2.

Структура целестита (а) и распределение крупных месторождений целестита в мире (б).

Целестит вместе с изоструктурным баритом (BaSO 4 ) и англезитом (PbSO 4 ) относятся к безводным сульфатам из группы барита [1] -.Подобно твердым растворам карбонатов, упомянутым выше, также целестит и барит (BaSO 4 ) сосуществуют в морской среде со значительными фракциями Sr и Ba в твердых растворах. Поэтому лучше определить барит, взвешенный в морской воде, как стронцианский барит (Sr x Ba 1-x SO 4 ) [101].

Вторым существенным компонентом алюминатного цемента стронция является оксид алюминия (Al 2 O 3 ).Наиболее стабильной кристаллической формой Al 2 O 3 является полиморфная модификация гексагонального корунда ( α -Al 2 O 3 ) из космической группы R 3¯C [1] -. Кристаллическая структура типа корунда типична для других оксидов, таких как гематит (Fe 2 O 3 ), эсколайт (Cr 2 O 3 ), карелианит (V 2 O 3 ) и тистарита (Ti 2 O 3 ).Поэтому природные минералы часто окрашиваются примесью этих элементов, т.е. Рубин красного цвета от Cr и синий сапфир от Fe и Ti. Это означает, что эти элементы также интересны с точки зрения модификации свойств (хода спекания, гидратации и схватывания) алюминатного цемента на основе стронция. Главы 4 и 5 посвящены этой теме [424].

Чистый оксид алюминия встречается относительно редко, но в природе можно найти монокристаллы драгоценных камней, таких как сапфир (бесцветный) или рубин (красный из-за содержания хрома) [424].Промышленное производство Al 2 O 3 основано на процессе боксера Байера. Основная часть производимого глинозема используется в металлургической промышленности для производства алюминия по методу Холла-Херулта [102-105].

Применение Al 2 O 3 в керамике включает производство глиноземного фарфора и глиноземной керамики, керамики ZTA (циркониевого закаленного глинозема) и таких применений, как электрокерамика, строительная керамика, фасонные и неформованные огнеупорные изделия, абразивные материалы. материалы и т. д. [106-112].С точки зрения объема производства, поликристаллический оксид алюминия является наиболее часто используемым материалом в качестве керамики для структурных применений. Однако по сравнению, например, с нитридом кремния (глава 6), где влияние различных добавок на микроструктуру и свойства хорошо охарактеризовано и понято, оксид алюминия остается материалом со многими неизвестными факторами, которые еще предстоит выявить. Материалы на основе глинозема можно условно разделить на три группы [424]:

  • Твердотельные спеченные глиноземы: позволяют получать нанокристаллические материалы с превосходными механическими свойствами и хорошо спеченную керамику, прозрачную для видимого света [113,114].

  • Спеченные глиноземы в жидкой фазе (LPS): являются существенной частью промышленного производства материалов на основе оксида алюминия. В качестве добавок для спекания используются кремнезем, щелочные оксиды и оксиды щелочноземельных металлов [115-117].

  • Композиты на основе оксида алюминия: ZTA и нанокомпозиты на основе оксида алюминия с неоксидными фазами, такими как SiC или TiC [118-123].

Получение монокристаллов Al 2 O 3 основано на процессе Вернейля , заключающегося в плавлении пламени в области высоких температур от 1500 до 2500 ° C [124-127].Боксит (рис.3) также используется для производства алюминатных цементов кальция [128] или кальцинируется и используется в качестве материала для открытия огнеупорных изделий [129-131].

Рисунок 3.

SEM изображение прокаленного бокситового зерна.

Для получения хорошего качества в абразивных, огнеупорных и гончарных изделиях содержание примесей должно быть уменьшено. Химические процессы включают пирохимические методы, методы кислотного выщелачивания или альтернативы восстановительного растворения. Пирохимические методы включают обработку бокситов при высокой температуре такими газами, как H 2, Cl 2 или безводный HCl [132,133].Методы кислотного выщелачивания основаны на применении сильных неорганических кислот, таких как HCl или H 2 SO 4 [134-137].

Серьезная проблема с этими методами состоит в том, что выщелачивание железа часто сопровождается существенным совместным растворением гидроксидов алюминия, особенно при обработке гибситовых и бемитовых руд. Селективное растворение железа может быть получено в мягких условиях восстановления. В этом случае растворение оксидов Fe (III) происходит путем восстановления трехвалентного железа до двухвалентного состояния.Широко признано, что биологические механизмы часто участвуют в мобилизации железа в природных системах. В конкретном случае бокситов биологическая активность железоредуцирующих микроорганизмов, скорее всего, участвует в образовании серых обедненных железом бокситов [138, 139].

Поскольку производство глинозема из бокситовых руд потребляет большое количество едкого натра и приводит к образованию большого количества отходов шлама « красный шлам », были исследованы альтернативные процессы производства алюминия и алюминиевых сплавов путем карботермического восстановления бокситовых руд.Последовательность восстановления оксидов металлов в бокситовых рудах представляет собой оксиды железа, затем кремнезема и диоксида титана, а затем глинозема (рис.4). Металлическое железо образуется при температуре ниже 1100 ° С. При 1200 ° C или выше образуется фаза ферросплава с кремнием и алюминием. Карбиды титана, кремния и алюминия образовались при карботермическом восстановлении. Металлы формировались и растворялись в фазе ферросплава, которая после насыщения выделялась в виде карбидов металлов, распределенных внутри фазы сплава в виде включений или вокруг частиц сплава [140, 141].

Рисунок 4.

Предложен процесс одновременного извлечения железа, алюминия и титана из красного шлама [146].

Также изучается использование технологических отходов Bayer при производстве цемента. В предыдущих работах был предложен способ обработки красного шлама насыщенным раствором Ca (OH) 2 с последующим добавлением 3% H 2 SO 4 для удаления Na. После нагревания обработанный материал предлагается для применения в производстве цемента. Основными частями красного шлама являются гематитовые и глиноземистые фазы (рис.7), участвуя в производстве гидравлических кристаллических фаз C 3 A и C 4 AF. Обогащенные железом отходы могут быть затем использованы для производства сульфатостойких цементов [142]. Другой вариант включает в себя такие применения, как катализаторы и адсорбенты, керамика, покрытия и пигменты, очистка сточных вод и газов, извлечение крупных и мелких металлов [143-146].

Байер предположил, что [143]: «Красный, содержащий железо остаток, который появляется после расщепления, хорошо оседает и, при достаточной практике, может быть отфильтрован и промыт.Благодаря высокому содержанию железа и низкому содержанию оксида алюминия он может быть соответствующим образом обработан или расплавлен с другими железными рудами до железа ». Концепция остатков бокситов как ресурса железа была проверена рядом рабочих в течение 120 лет, однако «подходящий способ» лечения остается неясным [144].

Алюминиевые гели, соли (сульфаты, нитраты или хлориды) или алкоксиды и передовые технологии изготовления керамики могут применяться для приготовления продуктов высокой чистоты (см. Главу 9).Боксит представляет собой смесь гидроксидов алюминия и оксигидроксидов, таких как бемит, диаспор и гиббсит, с различным содержанием минеральных примесей. Гетит, лепидокрокит, гематит, магнетит, каолинит, хлориты, кальцит, анатаз, фосфаты и др. Являются основными [148].

Боксит, как основной источник алюминия, представляет собой типичное скопление выветрившейся континентальной коры [147, 148]. Обычно считается, что бокситы относятся к трем основным генетическим типам [149-152]:

  1. Латерические бокситы (иногда называемые экваториальными) образуются из выветрившихся первичных алюмосиликатных пород в экваториальном климате, составляющих the90% мировых запасов полезных ископаемых в мире. ,Латеритный боксит, как правило, образуется в результате латеритизации in-situ, поэтому наиболее важными факторами, определяющими его степень и уровень, считаются состав материнской породы, климат, топография, дренаж, химия и движение подземных вод, местоположение уровня грунтовых вод, микробная активность и продолжительность процессов выветривания.

  2. Осадочные бокситы в основном образуются в результате накопления латеритных месторождений бокситов во время механической транспортировки поверхностных потоков.Кроме того, последующее выветривание и перенос Al и Fe играют существенную роль в бокситизации, которая не только поддерживает образование бокситов из каолиновых глин, но также рафинирует первичные обломочные руды.

  3. Карстовые бокситы названы в связи с их ограничением в карстовых зонах с карстифицированными или карстообразующими карбонатными породами. Месторождения карстового типа происходят из различных материалов, в зависимости от площади источника.

Рисунок 5.

Распределение сверхбольших месторождений бокситов по всему миру [152].

Каждая генетическая группа бокситов испытывала разделение алюминия (Al) и кремния (Si) путем накопления Al и удаления Si, щелочных металлов и редкоземельных элементов из материнской породы (осадка) во время его выветривания [148 ].

Месторождения бокситов (рис.5) образуются в основном при давлении и температуре окружающей среды на (под) поверхности континентов. Обильные биодоступные утюги, питательные элементы, серы и органический углерод делают бокситы пригодными для обитания микроорганизмов, поэтому они становятся редкими геологическими участками, которые могут сохранять записи микробиологической активности на поверхности континентов при сильном воздействии погодных условий.Активность микроорганизмов может производить семейство минералов со специальной морфологией и стабильным изотопным составом. Месторождения бокситов были детально изучены ввиду их экономической ценности. Они играют важную роль в изучении палеоклимата и палеогеографии континентов, поскольку они содержат скудные записи о выветривании и эволюции континентальных поверхностей [148].

1.1. Промышленное и лабораторное производство SrCO 3

Химическая промышленность потребляет более 95% добытого целестита для превращения в другие соединения стронция.Основными примесями в целеститовых рудах являются кальцит (CaCO 3 ), гипс (CaSO 4 2H 2 O), кварц (SiO 2 ) и глинистые минералы. Методы гравитационного разделения и флотации [1] — в основном используются для разделения этих примесей из-за высокой эффективности и низких эксплуатационных расходов. Кроме того, процесс не требует использования других химических веществ для очистки и имеет низкое воздействие на окружающую среду. С другой стороны, эффективность этих методов приготовления целеститового концентрата зависит от текстуры руды, а также от типа и количества сопутствующих примесей [153-155].Размер частиц является другим наиболее важным фактором. Чрезвычайно мелкий размер частиц должен быть достигнут путем измельчения с целью выделения целестита и кальцита [156]. Разница в размалываемости позволяет отделить целестит от гипса путем дифференциального измельчения [157].

Сдвиговая флоккуляция [1] — из тонкой суспензии целестита с додецилсульфатом натрия (SDS, C 12 H 25 SO 4 Na) или с анионным алкилсукцинатным поверхностно-активным веществом может проводиться в широком диапазоне pH (3 — 11) но самая высокая эффективность достигается при рН 7.Повышение концентрации сурфактанта положительно влияет на ход процесса. Наиболее распространенными неорганическими диспергаторами являются силикат натрия, фосфат натрия и полифосфат натрия. Изучение взаимного влияния добавок показывает, что силикат натрия сильно предотвращает сдвиговую флокуляцию целестита с додецилсульфатом натрия, но дисперсионный эффект SDS является низким, когда используется анионное алкилсукцинатное поверхностно-активное вещество. В присутствии полифосфата натрия сдвиговая флокуляция суспензии целестита медленно увеличивается для обоих поверхностно-активных веществ.Подобное увеличение также может наблюдаться для фосфата натрия в присутствии SDS. Однако фосфат натрия диспергировал суспензию целестита в присутствии анионного алкилсукцинатного поверхностно-активного вещества [158]. Натрийолеат (натриевая соль цис-9-октадеценовой кислоты) и ацетат таллового амина (ТАА) были более эффективными для суспензий целестита в диапазоне рН 7–11 и 6–10 соответственно [159].

Поверхность целестита становится гидрофобной вследствие адсорбции додецилсульфата на поверхности. Додецилсульфат натрия также эффективен для флотации целестита в растворе, свободном от карбонатных частиц, в широком диапазоне рН 3-11.Поверхностное превращение целестита в карбонат стронция, которое происходит при рН ≥ 7,8, приводит к тому, что дзета-потенциал целестита начинает становиться более отрицательным и впоследствии напоминает потенциал карбоната стронция. Сульфат-ионы обмениваются карбонат-ионами в кристаллической решетке целестита, поэтому CO 3 2- и HCO 3 , вероятно, ответственны за отрицательное увеличение дзета-потенциала. Поверхностное превращение целестита в карбонат стронция не влияет на плавучесть вплоть до рН 10.Как только pH выше 10, концентрация CO 3 2- и HCO 3 в водном растворе является очень присущей, и снижение плавучести, вероятно, вызвано поглощением этих видов в газированных поверхность целестита [155].

Коагуляционные и флокуляционные характеристики целестита неорганическими солями, такими как CaCl 2 , MgCl 2 и AlCl 3 , показывают, что ион магния был более эффективен в суспензии целестита, чем ионы кальция и алюминия при высоких уровнях рН ,Эффект значительно варьировался в зависимости от концентрации. В то время как ионы кальция и магния не были эффективны для суспензии ниже нейтрального рН, ион алюминия вызывал стабилизацию суспензии целестита при этих уровнях рН [160].

В целом, агрегация мелких частиц может быть достигнута путем нейтрализации электрического заряда взаимодействующих частиц путем коагуляции, или флокуляция может быть осуществлена ​​путем сшивания частиц с полимолекулами [161]. Значение pH изоэлектрической точки целестита, определяемое методом затрудненного осаждения, составляет 2.6 [160].

Существует два основных способа получения SrCO 3 из SrSO 4 [162]:

  1. Пирогидрометаллургический процесс или метод черной золы;

  2. Гидрометаллургический процесс.

Первым из них является « пирогидрометаллургический процесс или черная зола метод ». Целестит карботермически восстанавливается до водорастворимого сульфида (SrS), который затем растворяется в горячей воде [1]. Первая твердофазная реакция во время карботермического восстановления происходит при температуре до 400 ° C [163]:

SrSO4 (s) +4 C (s) → SrS (s) +4 CO (г) E1

После образования поверхностного слоя продукта дальнейшее развитие реакции 1 тормозится.Образующийся диоксид углерода диффундирует через слой и реагирует с целеститом в соответствии со следующей реакцией:

SrSO4 (s) +4 CO (г) → SrS (s) +4 CO2 (г) E2

Диоксид углерода далее диффундирует из зоны реакции и генерирует больше СО в соответствии с реакцией Будуара, если температура ≥ 720 ° C:

CO2 (г) + C (с) CO2 CO (г) E3

Это означает, что прямая реакция целестита с углеродом (уравнение 1) имеет малое значение и SrSO 4 может быть преобразован в SrS при температуре выше, чем равновесие реакции Будуара .Важным фактором процесса 2 является потенциал восстановления газовой фазы, определяемый отношением парциального давления p CO / p CO2 . Было также отмечено, что скорость карботермического восстановления значительно возрастает, если концентрат целестита и углерод перемалывают вместе. Температуры в диапазоне от 1100 до 1300 ° С с избытком кокса металлургического качества необходимы для получения водорастворимого сульфида стронция.

Растворение сульфида стронция в горячей воде может быть выражено следующей гетерогенной реакцией [164]:

SrS (s) + h3O (l) → Sr2 + (aq) + HS- (aq) + OH- (aq) E4

уравнение4 показывает, что рН выщелачивающего раствора увеличивается от почти нейтрального до значения 11,5-12,5 при увеличении концентрации ионов ОН . Следует избегать чрезвычайно высоких значений pH (pH> 14), чтобы система не осаждала гидроксид стронция [1] -:

Sr2 + (aq) +2 HO2 (l) → Sr (OH) 2 (s) + 2H + (aq) E5

Значение константы равновесия K при 25 ° C составляет 3,55 10 -29 , то есть log K = -28,45. Следовательно, концентрация Sr (OH) 2 в выщелачивающем растворе (рис.6) может быть выражено как:

log10 [Sr2 +] = 28,45-2 pHE6

Это означает, что выщелачивание SrS должно проводиться в относительно слабощелочной среде, чтобы обеспечить высокую концентрацию стронция в растворе. Растворимость гидроксида стронция повышается при повышенной температуре. Поэтому выщелачивание и осаждение SrCO 3 при более высоких температурах означают, что образование осадков Sr (OH) 2 уменьшается.

С другой стороны, выщелачивание при pH <7 приводит к образованию сероводорода:

HS- (aq) + H + (aq) ↔h3S (г) E7

Образование газообразного сероводорода происходит на ранних стадиях выщелачивания, когда рН суспензии относительно низок.

Введение газообразного диоксида углерода или газообразующего агента, такого как кальцинированная сода, приводит к осаждению карбоната стронция из пересыщенного раствора (уравнение 13). Последовательность стадий реакции включает растворение диоксида углерода в растворе и in situ, образование углекислоты (H 2 CO 3 , уравнение 8), диссоциацию H 2 CO 3 (уравнение .9 с константой равновесия ( K ´), заданной уравнением 10), диссоциация бикарбонатных частиц (уравнение11 с константой равновесия ( K ´´), заданной уравнением 12), и осаждением карбоната стронция (уравнение 13 с ионным продуктом ( P ), заданным уравнением 14) [163-165].

h3CO3↔H + (aq) + HCO3- (aq) E9K ′ = [H +] [HCO3 -] [h3CO3] E10K ″ = [H +] [CO32 -] [HCO3-] E12Sr2 + (aq) + CO32- (aq) → SrCO3 (s) E13

Растворимость карбоната стронция составляет 5,6 10 -10 при температуре 25 ° C и уменьшается до 1,32 10 -10 при температуре 100 ° C. Реакция гидролиза приводит к щелочному характеру водного раствора SrCO 3 .

Рисунок 6.

Влияние рН на равновесную концентрацию ионов Sr2 + и SrOH + в растворе.

,

, уравнения 8-14 показывают, что для осаждения каждого моля SrCO 3 требуется один моль газообразного СО 2. Концентрация CO 3 2- ионов в выщелачивающем растворе для данного pH выражается по следующему закону:

log10 [CO32 -] = log10K ″ + pH + log10 [HCO3-] E15

Если pH выщелачивающего раствора выше 7, ионы H + , образующиеся в результате реакции 11, нейтрализующей анионы OH , выделяются при выщелачивании SrS (уравнение4).

В целом, метод черной золы считается более экономичным, чем другие альтернативы [165].

Второй метод получения карбоната стронция — это метод прямого преобразования , или гидрометаллургический метод , . Карбонат стронция получают путем введения порошка SrSO 4 в горячий раствор Na 2 CO 3 , где происходит следующий процесс конверсии:

SrSO4 + Na2CO3 → SrCO3 + Na2SO4E16

или лучше:

SrSO4 (s) + CO32- (aq) → SrCO3 (s) + SO42- (aq) E17

Влияние условий эксперимента на процесс включает влияние температуры, отношения твердого вещества к жидкости, размера частиц, скорости перемешивания, Na 2 CO 3 : SrSO 4 молярное отношение и т. Д.Скорость превращения целестита в карбонат стронция увеличивается с температурой до 70 ° С [165-170]. Полученный карбонат или сульфид далее превращается в другие соли стронция [91].

Также возможно использовать карбонат аммония ((NH 4 ) 2 CO 3 ) [1] — и бикарбонат (NH 4 HCO 3 ) вместо кальцинированной соды для конверсии [165,171 -174]:

SrSO4 + (Nh5) 2CO3 → SrCO3 + (Nh5) 2SO4E18

(в кипящей смеси) SrSO4 + (Nh5) 2CO3 → SrCO3 + 2Nh4 + SO3 + h3O

SrSO4 (s) + 2HCO3r (sq → s3 → sq → sq → sq → sq → sq → sq (sq) (sq) ) + SO42- (aq) + h3O (л) + CO2 (г) E19

Существует также альтернатива в механохимическом синтезе, где смесь SrSO 4 и NH 4 HCO 3 интенсивно измельчается.Растворимый сульфат аммония затем удаляют выщелачиванием продукта в воде [165].

Кроме того, в современной литературе описано множество специальных методик получения SrCO 3 . Эти методы включают получение карбоната стронция путем твердофазного разложения из неорганического предшественника [746]. Простые методы решения [175], сольватермический синтез [176-178], метод рефлюкса [188], гидротермальный синтез [179-182], ультразвуковой метод или сонохимический синтез [183,184], синтез с помощью СВЧ [185,186] и механохимический синтез [168,187 ] были описаны.В зависимости от применяемой технологии приготовления могут быть приготовлены частицы карбоната стронция различной формы, такие как сферы, стержни, усы и эллипсоиды, иглы, цветы, ленты, проволоки и т. Д. [188].

Растворимость солей стронция в основном либо выше, либо ниже, чем для соответствующих солей кальция и бария (таблица 1).

0,810 0,1600 2- 9050 909 900 4 2- 9049 909 904 904 905 9604 905 904 9646 9684 906 9684 905 9494 905 9494 905 9684 905 9684 9684 9686 988 Все еще не работали
Катионы Ca2 + Sr2 + Ва2 +
904 9090 9090 909 ОН- 0.не 160 3,890
F- 0,0017 0,0175
Cl- 74,5 53,1 36,2
NO 3 128,8 70,4 9,10
CO 3 2- 0,0014 (25 ° C) 0,00155 (25 ° C) 0,0022 (18 ° C) 0.20 0,0148 0.00023
C 2 O 4 2- 0.00058 0,0048 0,0125
0.00037

Таблица 1.

Растворимость солей щелочноземельных металлов при температуре 20 ° С.

Металлический стронций может быть получен электролизом смешанного расплава хлорида стронция и хлорида калия в графитовом тигле с использованием железного прута в качестве катода.Верхнее катодное пространство охлаждается, и металлический стронций собирается вокруг охлаждаемого катода и образует стержень. Металлический стронций также может быть получен путем термического восстановления его оксида алюминием. Смесь оксида стронция с алюминием нагревают при высокой температуре в вакууме. Стронций собирают перегонкой в ​​вакууме. Стронций также является восстановителем. Он восстанавливает оксиды и галогениды металлов при повышенных температурах до металлической формы.

Стронций также получают восстановлением его амальгамы, гидрида и других солей.Амальгама нагревается и ртуть отделяется дистилляцией. Если используется гидрид, его нагревают при 1000 ° С в вакууме для разложения и удаления водорода. Такое термическое восстановление дает металл высокой чистоты, который при воздействии воздуха окисляется до SrO. Металл является пирофорным, и SrO, и SrO 2 (пероксид стронция) образуются при возгорании в воздухе. При нагревании с газообразным хлором или парами брома стронций ярко горит, образуя галогениды (SrCl 2 или SrBr 2 ).При нагревании с серой образует сульфид (SrS) [91].

Стронций активно взаимодействует с водой и соляной кислотой с образованием гидроксида Sr (OH) 2 или хлорида (SrCl 2 ) с выделением водорода [91]:

Sr + 2 h3O → Sr (OH) 2 + h3E20

Когда при нагревании под водородом образуется ионный гидрид (SrH 2), стабильная кристаллическая соль. При нагревании металлического Sr в потоке азота выше 380 ° C образуется нитрид (Sr 3 N 2 ).

.

Сырье — Окружающая среда — Европейская комиссия

Сырье

Чтобы ЕС оставался конкурентоспособным и сохранял окружающую среду, природные ресурсы должны использоваться наиболее эффективным образом и без истощения ресурсов планеты.Вторичные отходы могут быть возвращены в экономику в качестве вторичного сырья. ЕС старается сделать это проще и реализовать весь потенциал этих материалов. Это также способствует справедливому и устойчивому поиску первичного сырья во всем мире.

Первичное сырье

Даже если мы будем перерабатывать лучше и больше, первичное сырье будет продолжать играть важную роль в экономике. Законы и политика ЕС, например, в отношении оценок воздействия на окружающую среду и добывающей деятельности, такой как добыча полезных ископаемых, могут помочь уменьшить воздействие на окружающую среду при разведке, добыче, добыче и переработке отходов этого сырья.

«Инициатива сырья» является основой стратегической политики ЕС в области сырья. Он нацелен на обеспечение устойчивых поставок сырья в Европу и имеет дело со всеми видами сырья, кроме тех, которые производятся в сельском и лесном хозяйстве и которые используются в качестве топлива.

Комиссия изучает способы обеспечения того, чтобы биоэнергия, получаемая из растений, а также из сельскохозяйственных и городских отходов, была устойчивой и не увеличивала нагрузку на землю. Земля и почва являются важными, но ограниченными ресурсами.Таким образом, ЕС принимает меры для поощрения устойчивого землепользования и ограничения деградации почвы и ее герметизации. Он также способствует устойчивому управлению лесами ЕС и работает с другими странами по всему миру для борьбы с обезлесением и борьбы с незаконными рубками.

ЕС также имеет стратегию сохранения и восстановления биоразнообразия, с тем чтобы здоровые экосистемы по-прежнему обеспечивали нас сырьем, таким как продукты питания, лекарства, биомасса для энергетики и строительства, а также многими другими экосистемными услугами, от которых мы зависим, такими как чистый воздух и пресная вода.

Вторичное сырье

В циклической экономике отходы, которые могут быть переработаны, возвращаются в экономику в качестве вторичного сырья. Эти материалы могут быть проданы и отправлены так же, как и первичное сырье, но в настоящее время они по-прежнему составляют лишь небольшую долю материалов, используемых в ЕС. Чтобы увеличить количество и качество этого вторичного сырья, необходимо улучшить управление отходами, например, с точки зрения раздельного сбора, сортировки и переработки отходов.Комиссия предлагает пересмотреть законы об отходах, чтобы стимулировать переход Европы к более круглой экономике.

Комиссия также стремится разработать общеевропейские стандарты для вторичного сырья, чтобы отрасли, стремящиеся использовать их в большей степени, могли быть уверены в их качестве. Еще одним препятствием для использования вторичного сырья является то, что определенные вредные химические вещества остаются в рециркуляционных потоках. ЕС гарантирует, что они будут ограничены или запрещены, но более старые продукты, содержащие такие химикаты, все еще могут попасть в потоки рециркуляции.Таким образом, Комиссия работает над улучшением отслеживания химических веществ в продуктах и ​​ускорением циклов нетоксичных материалов. Он направлен на то, чтобы облегчить для мелких переработчиков обнаружение и удаление вредных химических веществ, а для МСП в целом соблюдать REACH и найти альтернативы наиболее опасным химическим веществам.

Комиссия также поощряет повторное использование очищенных сточных вод в качестве средства для решения проблемы нехватки воды и предложила регулирование для облегчения доступа органических и основанных на отходах удобрений к единому рынку ЕС в рамках Плана действий циркулярной экономики.

Для получения дополнительной информации

— Horizon 2020 финансирует исследования и инновации в области сырья, чтобы помочь европейским экономикам стать более ресурсоэффективными и устойчивыми к изменениям климата, оставаясь при этом конкурентоспособными.

— Европейское инновационное партнерство по сырью призвано помочь обеспечить устойчивые поставки сырья в европейскую экономику, одновременно увеличивая выгоды для общества в целом.

— Разработка руководств по наилучшим подходам к управлению рисками в добывающем секторе.

,Линия по производству цемента
Оборудование / Оборудование для производства цемента / Цементный завод сухого процесса

Введение в линию по производству цемента: Станция помола цемента
является независимой производственной единицей для готовых изделий из цемента. Цементный клинкер будет измельчен до готового цемента с соответствующей смесью. Существует три процесса производства цемента: приготовление сырьевой муки, обжиг клинкера и производство цемента. Процесс производства силикатного цемента является типичным при производстве цемента.Основным сырьем является известняк и глина. После дробления и дозирования сырье измельчают до сырой муки. Сырая мука будет подаваться в цементную печь и сжигаться до клинкера. Клинкер будет измельчен до цемента с надлежащим гипсом (иногда со смесью или добавкой).

.

Поток производства новой линии по производству цемента с сухим способом:

Линия по производству цемента состоит из ряда оборудования для производства цемента.В основном путем дробления и предварительной гомогенизации, гомогенизации, подготовки сырья, предварительного разложения тепла, спекания цементного клинкера, измельчения цемента и процесса упаковки композиции. Мы можем предоставить ряд услуг от проектирования, изготовления, монтажа, отладки до ввода в эксплуатацию всего блока линии по производству цемента


1. Дробление и предварительная гомогенизация:

Большая часть сырья, такого как известняк, глина, железо Руды и уголь должны быть измельчены до их предварительной гомогенизации.Известняк является самым большим количеством сырья в линии по производству цемента, и благодаря его крупному размеру частиц и высокой твердости его хорошее дробление играет важную роль во всей линии. В процессе предварительной гомогенизации использовалась специальная технология укладки и утилизации, так что сырье может быть лучше гомогенизировано.

2. Подготовка сырой муки:
Поскольку работа по измельчению сырой муки занимает более 30% рабочей силы на всей линии по производству цемента сухого процесса, очень важно выбрать соответствующее оборудование для измельчения и технологический процесс, чтобы высококачественные продукты может быть получен.

3. Гомогенизация сырой муки:
Гомогенизация сырой муки является ключевым фактором для стабильного прокаливания клинкера.

4. Предварительный нагрев и разложение:
Предварительный нагреватель используется для предварительного нагрева, а также для разложения сырой муки, что может повысить производительность системы печи и снизить потребление тепла для целей клинкера.

5. Прокаливание клинкера:
Сырье подается в клинкер с вращающейся печью для завершения после предварительного нагрева в подогревателе и предварительного разложения.
6. Помол цемента:
Как последний процесс, помол цемента будет потреблять много электричества. И в этом процессе, специальный размер гранулированного цемента будет получен.

7. Цемент Упаковка:
Цемент можно транспортировать навалом или в мешках.

Планирование производства цемента

Целью является установка линии по производству цементного клинкера в районе шахты и станции помола цемента вблизи рынка цемента для снижения транспортных расходов.Если линия по производству клинкера находится недалеко от города, каждый 1 т клинкера будет стоить около 1,6 т цементного сырья, а также увеличит расходы на транспортировку на 60%. Если в это же время в районе шахты будут находиться станция по помолу цемента и производство клинкера, транспортные расходы также возрастут. Это связано с тем, что транспортировка смеси из города на цементный завод, а затем транспортировка цемента в город будет стоить дорого. Следовательно, линия по производству клинкера должна быть установлена ​​вблизи шахты, а станция по помолу цемента — около рынка. Станция для помола цемента — это индустрия с зеленой выгодой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *