Технология производства портландцемента и шлакопортландцемента и ее технико-экономическая оценка

Производство портландцемента проходит в два этапа. Первый из них включает изготовление клинкера, второй – получение портландцемента измельчением клинкера совместно с гипсом, активными минеральными и другими добавками (если они используются).

Клинкер получают в результате обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка (75-78%), глины (22-25%) и некоторых других материалов (известняковые мергели) и обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция (70-80%).

Гипс вводят в состав портландцемента для регулирования сроков схватывания. Содержание SO₂ должно быть не более 3,5%.

Различают пять способов производства портландцемента в зависимости от особенностей приготовления сырьевых материалов: мокрый, сухой, полусухой, комбинированный и радиационно-химический.

При мокром способе тонкое измельчение сырьевой смеси и ее смешивание осуществляются в водной среде (35-45% воды), вследствие чего сырьевая смесь получается в виде водной суспензии – шлама.

При сухом способе исходные материалы измельчаются и смешиваются в сухом виде, в результате чего сырьевая смесь получается в виде сырьевой муки. Для получения сухих материалов сырьевые компоненты высушиваются перед тонким измельчением или в процессе измельчения. Порошкообразная сухая смесь поступает на обжиг. Полусухой способ отличается от сухого тем, что после приготовления сухой сырьевой муки последняя гранулируется с добавкой 10-14% воды и поступает на обжиг в виде гранул диаметром 10-15 мм.

При комбинированном способе производства сырьевая смесь может быть подготовлена как мокрым, так и сухим способом. При мокром способе приготовления сырьевой смеси шлам обезвоживается на специальных фильтрах или фильтрпрессах до остаточной влажности 16-18% и подается на обжиг в виде полусухой массы. Если сырьевая смесь готовится сухим способом, то она предварительно увлажняется до 12-15%, гранулируется и затем поступает на обжиг.

Каждый из способов производства имеет достоинства и недостатки. Так, при мокром способе в присутствии воды облегчается измельчение материалов, проще достигается высокая однородность смеси, надежнее и удобнее транспортируется шлам, лучшие санитарно-гигиенические условия труда, но при этом расход топлива на обжиг сырьевой смеси на 30-40% больше, чем при сухом способе; возрастает рабочая емкость печи, так как значительная ее часть выполняет функции испарителя воды из шлама.

Преимуществом сухого способа является снижение расхода теплоты на обжиг клинкера. Объем печных газов при сухом способе на 25-40% меньше при одинаковой производительности печей. Температура газов относительно высокая, что позволяет использовать их тепло для сушки сырья с одновременным измельчением и, следовательно, снизить расход сырья.

Полусухой способ требует большего, чем сухой, расхода теплоты, более сложных конструкций печных агрегатов и в настоящее время вытесняется сухим.

Комбинированный способ обладает всеми основными преимуществами мокрого и сухого способов, но в то же время механическое удаление воды посредством фильтрации шламов значительно усложняет технологический процесс. В РБ этот способ не нашел практического применения, однако он имеет хорошие перспективы и может успешно развиваться в будущем, так как это реальный путь экономии дефицитного топлива при использовании влажного сырья.

Основными способами производства в мировой цементной промышленности остаются мокрый и сухой. Мокрым способом выпускается около 70% общего производства клинкера в мире, однако удельный вес сухого растет.

Развитие сухого способа производства стало возможным благодаря совершенствованию технологических приемов, внедрению эффективной техники.

Выбор способа обусловлен главным образом технико-экономическими показателями: степенью концентрации производства, трудовыми затратами, свойствами сырья (его однородностью и влажностью), расходом топлива и электроэнергии. Мокрый способ может оказаться более выгодным при наличии мягких, пластичных, хорошо размачивающихся сырьевых компонентов, обладающих высокой влажностью (более 15%), поскольку при сухом способе требуется большие затраты топлива на испарение воды.

При наличии твердых сырьевых компонентов умеренной влажности производство портландцемента может быть организованно сухим способом. Сухой способ целесообразен также при ограниченной топливной базе и высокой стоимости топлива.

Производство портландцемента сухим способом состоит из следующих технологических стадий: добыча и подготовка сырьевых материалов и приготовление из них однородной смеси заданного состава; обжиг сырьевой смеси до спекания с получением клинкера; помол клинкера в порошок с небольшим количеством гипса, активными минеральными и другими добавками.

Исходные материалы в требуемом соотношении по массе направляют в шаровые мельницы, где осуществляется сушка, тонкий помол и перемешивание сырья.

Сырьевая мука, получаемая в результате помола в мельницах, направляется на гомогенизацию и корректирование в специальные железобетонные силосы. Если смесь отвечает всем требованиям, то ее отправляют на обжиг, если же выявляется отклонение, то производят корректировку состава и только после этого смесь отправляют на обжиг.

Обжигают сырьевую муку в коротких вращающихся печах размером 5х75 м и 7х9 м с предварительной тепловой обработкой до 950 °С в циклонных теплообменниках. Обжиг сырьевой муки производится при температурах 1400-1450 °С. Производительность печей достигает 3000 т клинкера в сутки, расход топлива – 3,35-3,47 МДж на 1 кг клинкера. Полученный клинкер охлаждают в холодильных камерах для полного формирования его структуры и состава и подают на склад для окончательного охлаждения и вылеживания в течение 1-2 недель. Это необходимо для того, чтобы погасить за счет влаги воздуха свободный оксид кальция, который в небольшом количестве может содержаться в клинкере.

Помол клинкера в тонкий порошок производится в шаровых мельницах совместно с гипсом и минеральными добавками. Степень измельчения контролируется.

Готовый портландцемент направляют в цементные силосы, где он хранится (защищенный от влаги) до упаковки и отправки его к месту потребления.

Рис. 4.1. Блок-схема производства портландцемента.

Технологический процесс производства портландцемента сухим способом:

1 – подготовка сырьевых материалов и приготовление однородной смеси; 2 – обжиг сырьевой смеси и получение клинкера; 3 – помол клинкера с добавками.