Как делают цемент на заводе

Как и из чего делают цемент: состав, технология и этапы производства

Цемент является основным строительным материалом, без него не обходится практически ни одна стройка. Для изготовления цементной смеси необходимы специальные материалы, которые перемалываются и смешиваются по определенной технологии.

Из чего делают цемент: основное сырье

Основным сырьем при цементном производстве являются породы из глины и карбоната, а также другие материалы, имеющие естественное происхождение, и отходы производств, такие как шлаки.

Породы карбонатного происхождения включают известняк, мел, мергель и доломиты.

Физические свойства этих пород сильно влияют на качество произведенного цемента. Породы, имеющие кристаллическую структуру, хуже вступают во взаимодействие с остальными компонентами во время обжига, если сравнивать с породами, у которых аморфная структура. Свойства этих пород следующие:

1. Мел — это мягкая порода осадочного типа, которая представляет из себя известняк с мажущей способностью. Мел можно без труда измельчить. Этот материал — важный компонент при создании цементной смеси.
2. Мергель — порода осадочного происхождения, находящаяся между известью и глиной по своим свойствам. Бывает как в твердом, так и рыхлом состоянии. Плотность и влажность этой породы различаются зависимо от того, какой процентный состав глины в нее входит.

При изготовлении цемента используются такие породы, как: глина, лесс, глинистый сланец и суглинки лессовидного типа. Эти материалы со следующими свойствами:

1. Глины являются породами осадочного типа, которые включают минералы с различными свойствами, при смачивании они становятся пластичными и набухают. Если изготавливать цемент с помощью сухого метода, пластифицирующая способность глины дает возможность гранулировать муку и создавать брикеты. Суглинок — это обыкновенная глина, в которую попали частицы пыли и песка.
2. Глинистый сланец — порода с высокой плотностью и твердостью. Пластинки, из которых состоит эта порода, имеют небольшую толщину. По сравнению с глиной сланцы не такие влагоемкие и имеют более стабильный состав.
3. Лесс состоит из мельчайших частиц минералов, таких как кварц, полевой шпат, имеет высокую рыхлость, пористость и невысокую пластичность. Между суглинком и лессом по свойствам находится лессовидный суглинок.

Корректирующие добавки

Процесс изготовления цемента предполагает применение различных добавок, в зависимости от типа необходимого на выходе итогового продукта. Чаще они делаются на основе ископаемых, содержащих следующие компоненты: глинозем, диоксид кремния, флюорит, глину и апатиты.

С помощью корректирующих добавок, ввод которых в состав цемента осуществляется по определенной технологии, улучшают характеристики этого строительного материала. Например, с применением пластификаторов цементный состав начинает обладать такими свойствами:

1. Становится более стойким к отрицательному воздействию коррозии.
2. Более высокое сопротивлением к изменениям температуры и долгому замораживанию.
3. Улучшается прочность бетона.
4. Увеличивается время затвердевания.
5. Увеличивается подвижность и эластичность цементного раствора.
6. Уменьшается степень водопроницаемости.

Добавки, содержащие железо, глинозем и кремнезем — добавляют в цементную смесь, чтобы скорректировать величины модулей этих минералов. В качестве добавки, содержащей железо, обычно выступают пиритные огарки с промышленных предприятий, производящих серную кислоту. Также в этом качестве используют, но чуть реже, колошниковую пыль, получаемую из домн.

Глиноземистая добавка включает в себя глины с малым содержанием железа, бокситы, иногда каолин.

В качестве кремнеземистой добавки в цемент выступают пески из кварца, опоки, трепелы. Чтобы понизить влажность шлама применяют концентраты сульфитно-дрожжевой бражки.

Специальные добавки применяются для получения различных видов цемента. С помощью добавок производятся нижеследующие:

1. Гидрофобный. Противодействует высокой влажности. Благодаря этому цементу готовый бетон имеет хорошую сопротивляемость низким температурам и минимальную проницаемость для влаги. . Применяют в качестве сырья, из которого производят разные сухие смеси, в дальнейшем используемые при финишной отделке. . При применении этого вида готовый бетон начинает увеличиваться в объеме, что нехарактерно для других видов этого строительного материала (обычно бетон сжимается). . Этот строительный материал обладает низким тепловыделением, поэтому применяется при строительстве крупных объектов. При этом заметно снижается вероятность того, что произойдет неравномерная осадка здания.
2. Цветной. Применяют для производства изделий, которые в дальнейшем не потребуют обработки. При изготовлении цветного цемента обычно добавляют белый клинкер или красители. . Прочность уложенного бетона, который замешан на таком цементе, уже через сутки достигает 50%. Часто применяется на бетонных заводах в зимнее время благодаря большому количеству выделяемого тепла.

Как делают цемент на производстве

При производстве цемента имеется определенная технология, которая предусматривает проведение следующих операций:

1. Все ингредиенты предварительно подвергаются смешиванию для изготовления клинкера, состоящего из известняка и глины. Доля этих материалов в общей массе клинкера составляет соответственно 75 и 25%.
2. Затем производят обжиг при высокой температуре, собственно благодаря этому и образуется клинкер. Это происходит при взаимодействии глины и извести, находящихся под воздействием высокой температуры, достигающей 1450 о С.
3. Затем производят измельчение в шаровых мельницах. Такие мельницы представляют собой специальные барабаны с металлическими шарами внутри. Барабаны имеют горизонтальное расположение и позволяют измельчить клинкер в порошок. Чем меньше фракция измельченного материала, тем качественнее получится цемент и марка строительного материала будет выше.

При производстве цемента используются различные методы, что обусловлено расположением цементного завода, применяемым оборудованием, а также спросом на определенные марки продукции.

Технологии производства имеют отличие только по способам подготовки компонентов для изготовления цемента. Они осуществляются следующими способами:

1. Мокрый. Такая технология предполагает применение мела вместо извести, который при соединении с остальными ингредиентами одновременно измельчается в шаровой мельнице с непременным добавлением воды. В результате образуется шихта, в которой концентрация влаги достигает 40-50%. Далее получившийся продукт проходит обжиг в печи и превращается в клинкер в виде шара, а впоследствии подвергается измельчению.
2. Сухой. Эта технология позволяет уменьшить затраты на изготовление цемента и добиться сокращения времени цикла производства. Такое удешевление и ускорение процесса связано с тем, что одновременно происходит перемалывание и сушка компонентов цемента в мельнице под воздействием нагретых до высокой температуры газов. В конечном итоге получается шихта в виде порошка.
3. Комбинированный. Этот вариант соединяет в себе мокрый и сухой методы, но у этого способа есть свои отличия. Один из вариантов предполагает итоговое получение полусухого состава, имеющего влажностью до 18%, который производится с помощью сушки шихты, полученной по технологии мокрого производства. Другая методика основана на подготовке сухой смеси, которую впоследствии увлажняют до 14%, гранулируют, и в заключение отжигают полученную смесь.

Полученный цемент требуется хранить в местах с пониженной влажностью. Иначе при длительном хранении связующие свойства строительного материала ухудшаться и качество произведенного из него бетона не будет соответствовать заявленным характеристикам.

© 2023 Два Бревна.
Перепечатка и копирование материалов сайта допускается только с ссылкой на первоисточник.

Из чего и как делают цемент

Цемент –незаменимый материал, без которого нельзя представить ни один строительный объект. Уникальность материала неоспорима, ведь так или иначе он участвует практически во всех строительных этапах. Современные комбинаты используют три базовых метода изготовления цемента, которые зависят от метода подготовки сырьевого материала к обжигу: мокрая технология, сухая и полумокрая (комбинированная). Как устроить производственную базу, зависит от возможностей каждой компании: технологических, технико-экономических.

Технология изготовления портландцемента делится на три ключевые стадии:

Механическая — отвечает за добычу, подготовку и переработку сырья, цель которой получить необходимую смесь для последующей термической обработки путём обжига. К таким операциям относятся измельчение, перемешивание и корректировка.

Стадия термической обработки отвечает за обжиг сырья в высокотемпературных печах, целью которой станет получение клинкера – базовой составляющей цемента.

Стадия помола и смешивания компонентов для получения сухой смеси, состоящей из нескольких компонентов: клинкера, гипсовых вяжущих веществ и активных минеральных добавок, которые будут влиять на тип цемента.

Первая стадия. Добыча и подготовка сырьевой смеси.

Основные компоненты портландцемента — это натуральное сырье: глина, известняк, мел. Из экономических соображений производственные узлы по возможности устанавливают недалеко от карьеров добычи этих материалов. Наряду с поставками из карьеров нередко приходится дополнительно обеспечивать производство сырьевыми компонентами от партнёров, чтобы гарантировать требуемое качество сырья по химическому составу. Так же дополнительные закупки проводят для обеспечения производства недостающими материалами, такими как гипс, зола, пирит, боксит и так далее.

Составляющие цемента можно разделить на 4 группы оксидов, каждая из которых по составу является соединением химического элемента с кислородом:

• оксид кальция (СаО), в эту группу входят глинисто-карбонатные горные породы, такие как известняк, мел или мергель;
• оксид кремния (Si₂O3), к ней относятся мелкозернистые осадочные горные породы, например, песок, глина, шлак, сланцы;
• оксид алюминия(Al₂O3) – бокситы;
• оксид железа(Fe₂O3) – железная руда.

Первая вторая. Сырьевая смесь и ее подготовка

Месторождения природного известняка разрабатывают открытым способом. Применяемый технологический метод зависит от оснащения карьера и типа известняковой породы. Для добычи горных пород используют взрывной, экскаваторный, комбайновый способы. Там же, в карьере на производственных узлах измельчают известняк, используя стационарные дробильные установки. Далее по ленточному конвейеру, протяжённость которого доходит до 7 км, материал доставляют до производственной площадки, где его укладывают штабелями в разных направлениях. На этапе дробления необходимо провести анализ твёрдой породы, для этого над конвейерным транспортёром устанавливают анализатор РФА. Установка определяет химический состав известняка для последующей корректировки.

Современные производственные площадки оснащены специальными дозаторами, чтобы с точностью вымерять весовое соотношение всех компонентов.

На устаревших цементных заводах процесс не настолько технологичный, что в результате приводит к повышению издержек. На таких заводах карьерный материал доставляют до производственных площадок на автомобильном или железнодорожном транспорте. Что в целом ухудшает экономические показатели производственного процесса. Вместо ленточных конвейеров применяют грейферные краны. Трудозатраты и время на производственный цикл увеличиваются, повышая себестоимость.

На этапе подготовки сырьё проходит еще одну стадию — помол. В зависимости от оснащённости производственной линии, используется технология сухого, мокрого или полумокрого помола. В первом случае технологическая линия оснащена мощными мельницами. Нижняя часть оборудования измельчает известняк, в верхней части происходит сепарирование на фракции. Грубую фракцию оставляют для вторичного измельчения, мелкую отправляют на следующую производственную стадию. В процессе помола сырьевая мука просушивается до состояния влажности — 0,5%.

До термической обработки сырьевую смесь хранят в специальных складах сыпучих материалов, где для усреднения концентрации сыпучих компонентов через люки аэрации подаётся сжатый воздух.

Для метода мокрого и комбинированного помола сырьевую смесь подготавливают в виде шлама, увлажняя его до 40%. Сырьевую муку перемалывают в мельницах, работающих по принципу самоизмельчения, типа гидрофол. Погруженный в барабанный отсек печи, шлам разрушается под действием вращательных движений посредством ударов друг о друга. Таким образом происходит одновременное дробление и помол известняка. Состав сырьевой смеси доводят до нужной формулы в специальных бассейнах. При такой технологии производства, как и при сухом методе, шлам усредняют путём воздействия сжатого воздуха, только делают это в шламовом бассейне. Полумокрый метод отличается от мокрого тем, что перед обжигом смесь пропускают через пресс-фильтр для её обезвоживания.

Чтобы получить клинкер высокого качества, используют первосортное сырьё, которое в дальнейшем определит качество цемента. При анализе сырьевой муки исследуют следующие модульные показатели:

Силикатный модуль – отношение грамм-молекул оксида кремния к числу грамм-молекул оксидов алюминия и железа. Чем выше силикатный модуль, тем хуже способность к обжигу у сырьевой смеси. Оптимальное соотношение измеряется в процентах и варьируется в пределах 2.2-2.8.

Глиноземный (алюминатный) модуль – соотношение грамм-молекул двух оксидов — алюминия и железа, для контроля состояния жидкой фазы клинкера на этапе обжига, также говорит о взаимосвязи минералов в материале, нормальный показатель 1.5-2.5%.

Говоря о влиянии модулей друг на друга, можно отметить, что если показатель алюминатного модуля высокий, а силикатного, наоборот, низкий, то цемент будет слишком быстро схватываться. Добавление гипса корректирует сроки твердения.

Коэффициент насыщения кремнезема известью (КН) – показывает неполноту насыщения кремнезёма оксидом кальция в процессе образования клинкера. Нормативный показатель находится в интервале от 0.92 до 1 %.

Коэффициент однородности сырьевой смеси – говорит о химическом составе и его стабильности. Для производства сухим способом показатель должен быть не больше 14, применение мокрого или комбинированного способов должно обеспечивать показатель не больше 10 %.

Третья стадия. Обжиг

Обжиг смеси и получение клинкера — самая важная стадия производственных процессов.

Эксплуатационные свойства цемента напрямую зависят от качества клинкера, температуры и времени обжигания. Дело в том, что в естественных условиях основные компоненты сырьевой смеси не вступают в химическую реакцию друг с другом, но процесс взаимодействия между глиной, известняком и другими компонентами запускается при нагревании.

Чаще всего промышленные предприятия оснащены печными агрегатами вращающегося типа. Основные составляющие агрегата – это печь, холодильник, топочные устройства, вентиляторы, дымососы, пылеулавливатели. Вращающиеся печи делятся на два типа – для сухого и мокрого способов производства.

Вращающийся барабан сварен из стальных обечаек, зона обжига барабанной печи облицована внутри огнеупорной футеровкой, за счет чего снижается температура воздействия на металлические сварные кольца. Барабан печи расположен под небольшим уклоном и совершает вращательные движения вокруг продольной оси с частотой от 0,5 до 4 оборотов в минуту, с учётом производительности агрегата.

Если сухой метод производства цемента сравнивать с мокрым, то он считается более технологичным, современным и экономичным. Печное оборудование потребляют энергии на 30-40% меньше за счет того, что отсутствует одна из рабочих фаз — необходимость в испарении влаги клинкера.

Печную установку можно поделить на температурные зоны с разной функциональностью:

В зоне сушки поддерживается температура до 200°С, здесь из шлама испаряется излишняя влага.

В зоне подогрева, где температура варьируется в пределах 200 — 650°С происходит процесс дегидратации, в результате чего глинистый компонент обезвоживается, выгорают органические примеси.

В зоне декарбонизации поддерживается температурный режим от 650 до 1000°С. Здесь из вещества удаляется углерод путём разложения карбонатов кальция и магния, которые под воздействием температур переходят в оксиды этих химических элементов — СаО и МgO.

В зоне спекания клинкера при диапазоне температур 1300-1450°С активируется движение молекул в сырьевых компонентах и в веществе формируются минералы, которые влияют на конечные эксплуатационные свойства цемента. Повышение температуры обжига повышает интенсивность всех физико-химических процессов, которые претерпевают компоненты клинкера.

• Клинкерные минералы, образовавшиеся при обжиге, определяют свойства будущего портландцемента и оказывают следующее влияние:
• Алит или трехкальциевый силикат (С₃S) – основной минерал портландцемента отвечает за ускоренный набор начальной и марочной прочности;
• Белит или двухкальциевый силиката (С₂S) – отвечает за медленный набор прочности, в течение длительных сроков затвердевания;
• трехкальциевый алюминат (С₃А) – наиболее активный минерал, не обладает высокой прочностью, но в значительной степени влияет на ускорение набора начальной прочности;
• четырехкальциевый алюмоферрит (С₄АF) – отличается умеренной скоростью твердения и средним тепловыделением, его влияние на физико-химические свойства портландцемента не столь значительны, но минерал определяет цвет цемента. Чем выше содержание, тем интенсивнее цвет.

Вместе с полезными минералами при нагревании в клинкере образуются нежелательные компоненты, в основном оксиды: магния, калия, натрия. Побочные продукты попадают в клинкер и в результате сгорания топлива, допустимое количество неблагоприятных веществ может отразиться на свойствах цемента и экологической атмосфере на предприятии, поэтому содержание таких элементов нормируется и контролируется.

Далее клинкерную массу охлаждают в холодильном отделении до 100°С. После охлаждения клинкер поступает в крытые хранилища для сыпучих веществ, ожидая дальнейшей переработки.

Четвертая стадия. Помол клинкера и добавок

Заключительная рабочая стадия получения готового цемента — размол клинкера совместно с добавками или по отдельности с последующим смешиванием. Процесс полностью механический, его проводят в мельничных установках закрытого или открытого типа. От помола сырьевых компонентов на стадии подготовки, этот процесс отличается тем, что клинкер значительно твёрже, к тому же конечная фракция цементного зерна должна иметь заданные критерии по составу и размеру. Конструкции клинкерных мельниц аналогичны тем, что применяют на стадии подготовки сырья.

Принцип работы помольного агрегата сводится к следующему:

• Клинкерный материал, обогащённый добавками транспортируется по ленте конвейера из силосов в мельницу.
• После помола материал высыпается в разгрузочную цапфу, затем поступает на элеватор. Цементную муку просеивают через сито с размером ячейки 0,08 мм, по процентному остатку определяют тонкость помола, остаток непросеянного цемента должен быть не более 15%.
• Элеватор переносит перемолотый клинкер в сепаратор центробежной силы, где разделяется на муку и крупу по размеру фракций. Тонкий помол считается готовым продуктом, крупу отправляют на вторичный помол в мельницу.
• Двухкамерные пневматические насосы переносят готовый цемент по трубопроводу на склад сыпучих материалов. Камеры работают попеременно. Если в правую поступает цемент, то из левой сжатым воздухом выталкивается пылевоздушная смесь. Для улучшения аэрации цементной муки в части усечённого конуса установлены пористые перегородки, через которые подается сжатый воздух. Камеры оснащены манометрами, что позволяет контролировать давление сжатого воздуха.

На современных технологических линиях помол осуществляют методом замкнутого цикла, что позволяет добиться высокого качества портландцемента со стабильными физико-химическими свойствами. При использовании такой схемы после сепаратора выходит цементная мука с заданными характеристиками. Это положительно влияет на энергосберегающий ресурс промышленного производства. Высокотехнологичные помольные агрегаты с автоматическим управлением оснащены контрольными измерителями.

Размолоспособность клинкера зависит не только от способа обжига, но и от состава клинкерных минералов. Клинкер, полученный в шахтной печи, имеет более пористую структуру и легче перемалывается. Коэффициент размолоспособности у такого клинкера 1,25. Коэффициент у клинкера, полученного во вращающейся печи равен 1. Чем выше этот показатель, тем выше КПД мельничного агрегата и ниже энергозатраты.

Некоторые производственные линии c мельницами открытого цикла не используют в схеме сепаратор. На таких линиях цемент отправляется в хранилище сразу после мельничного агрегата. Качество такого цемента ниже.

До отгрузки потребителю готовый цемент хранится на силосных складах. Конструктивно современные силосы устроены в виде обратного усечённого конуса из железобетона или металла.

Анализ применяемых технологий позволяет сделать вывод, что наиболее технологичным и современным считается сухой метод. Именно такие технологии использует LafargeHolcim на своих цементных заводах. Помимо получения продукции с высокими эксплуатационными характеристиками и физико-химическими свойствам, данный метод позволяет значительно снизить расходы потребляемого топлива, сократить не менее 40 % объема газовых выбросов печной переработки, сократить потребление пресной воды и при этом с 1 м³ печи получить большее количество клинкера.

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.

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.

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.

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

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.

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 %.

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.

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.

Из чего делают цемент – его разновидности и секреты производства

Для изготовления раствора при постройке фундамента или кирпичной кладки используется связующее вещество, которое называется цемент. Рассмотрим из чего делают цемент, для каких целей он нужен, а также процесс и технология производства. Разберём каким образом может изменяться состав цемента в зависимости от его назначения и для каких погодных и географических условий применяются его виды. Также ознакомимся с сырьём для изготовления и какими аналогами его можно заменять.

Виды цемента и что это такое

Под цементом чаще всего подразумевают связывающее вещество, которым скрепляют газоблок, кирпич, шлакоблок и другие элементы для создания строений. Также цемент используется для создания фундамента, так как с его помощью можно связать между собой арматуру или щебень, которые служат укрепляющим основанием и сам бетон, из которого получается искусственный камень.

Бетоном является жидкая масса, которая чаще всего состоит из песка и цемента, смешанного с водой в определённых пропорциях. Из-за своего химического состава порошкообразное вещество смешиваясь с водой меняет свои свойства.

Вначале цемент становится жидким или вязким, в зависимости от количества жидкости. После этого под действием температуры вода испаряется, а вся масса начинает густеть. Когда все высохнет, цемент станет твёрдым, а его плотность будет разной, что зависит от состава самого порошка, а также от правильности рецепта бетона. Для быстрого перехода от состояния пасты до вида кирпича, цементу нужен тёплый и влажный воздух.

В древние времена цемент делали из подручных материалов, которые могли найти в природе, так как технологии искусственного создания большинства химических составляющих тогда ещё не было. Даже сейчас у каждого вида цемента есть свои пропорции и состав, так как все они отличаются сферой использования.

Например, для мостов, опоры которых монтируются в воду, подводных сооружений, стройках под землёй или для конструкций, которые должны выдерживать агрессивные погодные условия, применяется сульфатостойкий цемент. Его особенность в том, что он медленно застывает, но в его составе меньше содержание алюминатов кальция, что даёт ему возможность выдерживать низкие температуры.

Аналогами сульфатостойкого цемента являются пуццолановые и глинозёмные составы. Их также применяют для создания конструкций в среде с повышенным содержанием влаги или сильными морозами. Отличительной чертой глинозёмного является то, что химический состав цемента разбавляется глинозёмным шлаком или гипсом. Эти вещества дают возможность делать конструкции, которые не подвержены коррозии и быстро твердеют.

Один из самых популярных видов связывающего вещества является портландцемент. Его белую разновидность применяют для создания декора, наливных потолков или прочих элементов внешнего вида. В состав цемента добавлено больше гипса, что меняет его цвет на белый. Если добавить к составу порошка пигменты, которые изменяют окрас вещества, то можно подобрать цвет готового цемента под требуемый декор.

Также одной из разновидностей «портланда» является шлаковая, которая применяется для очень больших и тяжёлых конструкций. В её составе находиться до 25 % шлаковых гранул, которые сильно повышают прочность готового бетона.

Для того, чтобы ускорить производство, цемент должен быстро затвердевать, поэтому есть разновидность, в состав которой входят минеральные добавки, ускоряющие затвердевание бетона. Чаще всего такой цемент применяют для создания железобетонных конструкций или постройках, для которых сильно ограниченны временные сроки.

Для специализированных предприятий по добыче и переработке газа или нефти применяется тампонажный цемент. Исходя из названия можно понять, что он применяется для закрытия отверстий. Чаще всего с его помощью герметизируют скважины, так как он начинает твердеть и набирать прочность в начале процесса сушки.

Чтобы сделать конструкции загнутой формы или изгибающиеся под определённым углом требуется пластифицированный цемент. Эта разновидность укрепляющего вещества содержит добавки, которые делают замешанный цемент мягким, гибким и пластичным.

Для среды с повышенной кислотностью используется вид цемента, который содержит в составе камнефтористый натрий и кварцевый песок. Эти вещества увеличивают защиту бетона от внешнего воздействия. Из-за особенностей использования и состава кислотоупорного цемента, его требуется разбавлять не водой, как остальные виды, а жидким кварцевым стеклом.

Бетон, в раствор которого входит цемент, является крепким только, если состав укрепляющего вещества подобран правильно. Следует знать, как и из чего делают цемент, так как при использовании неправильной смеси, конструкция будет подвержена разрушению. Агрессивная внешняя среда быстро разрушает связи между веществом, что сильно уменьшает прочность.

Состав цемента

Разберём из чего состоит цемент на примере самого распространённого варианта – «портланда». Состав изменяется не только от места использования, но и от самого производителя, так как у разных фирм рецепт отличается. Чаще всего в цемент входит:

• от 59 % известняка;
• от 18 % диоксида кремния (кислота или кварц);
• от 4-5 % алюминия или глинозёма;
• от 8 % оксида магния или железа, а также гипса.

В зависимости от марки или производителя к этим составляющим может добавляться другое вещество, например, шлак или красители.

Видео описание

В этом видео показан химический состав цемента

Сырье и основные компоненты

Основной составляющей цемента, которая определяет его свойства и прочность является клинкер. Его производят из глины (75 % состава) и известняка (25 % от общей массы). Чаще всего в качестве извести используется мел, так как он легко перетирается до состояния пыли, а также сильно распространён.

Его аналогом является мергель, который относят к переходному сырью, так как в его составе находится глина. Он отличается большим содержанием влаги и массой, которая приходится на его объем. Мергель считается природным клинкером, но из-за того, что его запасы сильно ограничены, то для больших промышленных предприятий его используют редко, чаще всего заменяя на искусственно сделанный клинкер.

В качестве замены известняка применяются ракушечник и осадочные ископаемые, так как в их составе содержится карбонат, а также их легко крошить до состояния порошка.

Вторым элементом клинкера является глинозём или глина. Чаще всего для создания цемента применяют породу, в состав которой входят минеральные вещества. Они увеличиваются в объёме после попадания на них воды. Так как делают цемент чаще всего из веществ, которые находятся недалеко от места производства, то в его состав могут входить даже отходы из других промышленных предприятий.

В качестве глины применяются суглинки, которые содержат пыль и песок. Они используются, как и мергель в качестве переходного вещества. Также для создания гранул клинкера применяются сланцы, которые расходятся на слои при сильном измельчении. Они содержат мало влаги, что позволяет быстрее их сушить и перемалывать.

Для включения в состав клинкера силиката или кварца применяются непластичные горные породы, которые имеют рыхлую структуру. Они отличаются тем, что имеют высокую пористость, а при крошении рассыпаются на мелкие зерна.

После обработки и очистки всех составляющих, её обжигают с помощью печи при температуре до 1,5 тыс. °C. Во время обжига печь вращается, что даёт возможность сплавить состав в гранулы, размер которых изменяется от 1 до 6 см. Клинкер при расплавке образует массу из кремнезёма и диоксида кальция, наличие которых влияет на прочность цемента. После остывания гранул их дробят до состояния порошка и обжигают в печи.

Скорость затвердевания бетона зависит от того, из чего делается цемент. Чаще всего скорость дегидратации вещества (высыхания) зависит от количества гипса, который входит в состав цемента. Для этого используются вещества с содержанием сульфат кальция. Данные добавки не влияют на то, как быстро смесь будет поглощать влагу или время использования раствора. От них зависит только длительность удержания влаги внутри состава.

Для улучшения характеристик цемента используются минеральные добавки. Они могут увеличить срок эксплуатации бетона, защиту от агрессивной внешней среды, а также увеличить прочность или пластичность состава. Для этого используются шлаки, сланцы, пуццолан или перетёртая известь.

Также в процессе производства можно определить, как и из чего делают цемент, состав добавок, а также дополнительные вещества, которые добавляют новые свойства к составу. Например, пластификаторы или примеси, которые делают цемент огнеупорным, влагостойким или защищённым от кислоты. Такие добавки могут улучшить адгезию (прилипание, связывание) раствора с армирующими деталями, что позволит укрепить конструкцию.

Видео описание

В этом видео показано, как и из чего делают цемент

Как делают цемент

Рассмотрим из чего сделан цемент, в каком порядке это добавляется и каким образом обрабатывается. Существуют несколько технологических разновидностей процесса изготовления цемента. Они отличаются тем, каким образом подготавливается сырье.

Одной из разновидностей такого процесса является мокрая обработка. В процессе изготовления клинкера в его состав вместо извести добавляют мел. Во время смешивания ингредиентов с помощью барабана, к порошку добавляется вода. Она нужна для образования шихта, в котором будет до 50 % влаги. После обжига это вещество превращается в клинкер шарообразной формы. После остывания шарики крошатся до состояния порошка.

Для уменьшения затрат на производство и себестоимости готового цемента применяется сухая методика изготовления. Для этого используется механизм, который объединяет в себе устройство по измельчению и печь для сушки. Во время дробления, к составу добавляются все нужные ингредиенты, которые обрабатываются в одном резервуаре.

Комбинированный способ изготовления цемента – это объединение методик сухого и мокрого производства. На предприятиях, использующих данный вид создания готового продукта используются технологии, которые отличаются чаще всего последовательностью обработки.

Например, некоторые производители сначала делают сухую смесь, которую в конце искусственно увлажняют до 13-15 % содержания влаги. Также можно создавать полусухой готовый продукт с содержанием влаги от 17 до 19 %, если перед помолом шихты с помощью мокрой технологии её немного высушить.

При любом из комбинированных методов требуется тщательно перемалывать все ингредиенты и смешивать их до полной однородности. На производстве используются специализированные силосные башни, в которых цемент искусственно насыщается воздухом, что позволяет ему храниться длительное время и не слёживаться.

Видео описание

В этом видео показан процесс изготовления цемента

Коротко о главном

Цемент – это связующее вещество, которое при застывании становиться крепким и может заменить собой камень. Чаще всего его используют для создания фундамента, соединения кирпичей или блоков, а также изготовления плитки или облицовочных материалов.

В зависимости от вида цемента отличается его состав. Поэтому следует знать какие есть разновидности этого вещества, так как некоторые их них используются только в узконаправленных предприятиях. Например, тампонажный цемент применяется только при герметизации газовых или нефтяных скважин, а сульфатостойкий – при сложных географических и погодных условиях.