Производство портландцемента

Получают портландцемент 5 марок: 300, 400, 500, 600, 700.

Маркой цемента называется предел прочности на сжатие образца цемента после затвердевания его в течение 28 суток, выражаемый в кг/см². Чем больше марка цемента, тем выше его качество.

Впервые портландцемент был получен в английском городе Портланде (от сюда и название). Получают его спеканием шихты, состоящей из 75–80% СаСО₃ (мел, известняк или мрамор) и 20–25% легкоплавкой глины.

Сырьем служит чаще мергель – это природная смесь мельчайших частиц известняка и глинистых минералов. Если состав мергеля близок к указанному, то его используют непосредственно для получения цемента без очистки.

Большие запасы мергеля в Новосибирске, Донбассе, Вольске.

В шихту добавляют шлак доменных печей, золу от углей и горючих сланцев, пиритный огарок, пыль доменных печей.

Производство может быть по мокрому или сухому способу. В нашей стране используется мокрый способ, как более экологически чистый.

Сырье после измельчения и дробления смешивают и подвергают размолу в водной среде в шаровых мельницах. Полученный шлам содержит 35-40% воды тщательно перемешивается в больших бассейнах, здесь же он и хранится.

Обжиг осуществляется во вращающихся, почти горизонтально располагающихся печах.

Печь представляет собой стальной барабан длиной 185 метров, диаметром 5м, внутри выложен шамотным хромомагнезитовым кирпичом. На барабан надеты стальные бандажные кольца, за счет которых происходит качение печи.

В качестве топлива используют каменный уголь, жидкое капельное топливо или природный газ.

В начале из шлама испаряется вода, затем разлагаются глинистые минералы с отщеплением воды, далее разлагается СаСО₃ с образованием СаО при температуре 1200-1300⁰С образуются оксиды СаО, SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, которые начинают разлагаться в искусственные минералы, причем более легкоплавкие расплавляются:

Белит – 2СаО·SiO₂

Алит – 3СаО·SiO₂

Также образуются плавни – трехкальциевый алюминат 3СаО·Al₂O₃ и четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО·Fe₂O_3.

При дальнейшем нагревании до 1450⁰ С в результате спекания образуются небольшие округлые куски, состоящие из 40–65% алита и 20–40% белита, называемые клинкер.

За счет подаваемого воздуха клинкер охлаждается. Для ускорения образования клинкера в шихту добавляют полевой шпат, за счет этого повышается производительность печи.

В среднем производительность составляет 1800 т/сут.

Клинкер выдерживают 2–4 недели на складе, он становится более рыхлый, затем его измельчают в дробилках и шаровых мельницах.

При размоле добавляют 5% молотого гипса для замедления схватывания и до 15% гидравлических добавок (природный кремнезем), который связывает выделяющийся при твердении гидроокись кальция, тем самым, повышая устойчивость к воде.

Соотношение отдельных компонентов в цементе может меняться в широких пределах, следовательно, меняется свойство цемента.

Применение цемента:

получение бетона – смесь цемента, воды и наполнителя (гравий, песок, щебень, керамзит, шлак). Для ускорения твердения изделия из бетона обрабатывают паром. Обычный бетон имеет плотность 2500 кг/м³. При наличии легкого пористого наполнителя (туф, шлак), плотность его снижается до 1200-1700 кг/м³. Особенно легкими, с низкой тепло- и звукопроводностью являются газобетон и пенобетон.

Газобетон получают добавлением газообразующих добавок: алюминия (дает водород), перекиси водорода (дает кислород), и образуют газовые включения.

Пенобетон готовят из высокопластичного цементного теста, замешивая его с устойчивой пеной.

Для климата нашей страны важным является получение морозостойкого бетона. Технология его получения основана на добавлении водных растворов электролитов (KCl, СаCl₂), их раствор замерзает при более низкой температуре, что предупреждает образованию льда в бетоне.

Широко применяется также железобетон. Это бетон с заделанной в него стальной арматурой (стержни, проволока, решетка), который применяется при сооружении заводских зданий, мостов, плотин. Во время твердения обычный железобетон дает усадку и нарушается сцепление со сталью. Сейчас получают напряженный железобетон, который устраняет этот недостаток.

Асбестоцементные изделия (шифер, трубы, плиты) получают при смешивании цемента с асбестом (10-20% по массе) и водой.

Глиноземистый цемент содержит как главную составляющую часть метаалюминат кальция Са(AlO₂)₂. Получают его обжигом природных глиноземов – бокситов в смеси с известью или известняком, он быстро твердеет, обладает высокой водонепроницаемостью, устойчивостью к морской воде и растворам солей.