|
Процесс производства
портландцемента состоит из ряда технологических операций, которые можно
разделить на два самостоятельных комплекса. В первый комплекс входят операции
по производству клинкера, второй комплекс операций охватывает измельчение
клинкера совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками (если
последние применяются), т. е. приготовление из клинкера портландцемента.
Получение клинкера — наиболее сложный и энергоемкий
процесс. Он требует больших капитальных и эксплуатационных затрат. Удельная
стоимость клинкера среди всех статей, слагающих стоимость портландцемента,
достигает 70—80%. Этим определяется требование максимально экономить клинкер,
заменяя его по возможности гидравлическими добавками и шлаками, а также
изыскивать пути для более полного использования клинкерной составляющей в
цементе.
Получение клинкера портландцемента складывается из нескольких
основных технологических операций:
подготовки сырьевых материалов для обжига;
подготовки топлива;
обжига сырьевых материалов (получение клинкера).
Этим операциям предшествует добыча сырьевых материалов в
карьерах.
Цементные заводы строят, как правило, вблизи месторождений
основных сырьевых материалов — известняка и глины. В этом случае уменьшаются
транспортные затраты и отпадает необходимость создавать большие запасы сырья
на площадке завода. В исключительных случаях, а также при необходимости
улучшить качество сырьевой смеси цементные заводы получают сырьевые материалы
с других месторождений.
Залежи известняка располагаются под слоем пустой породы
(вскрыши), высота которой может достигать б м и более. Средняя высота вскрыши
на отечественных месторождениях 1— 1,5 м. Ее удаляют экскаваторами, 'бульдо зерами, а также гидромеханическим способом с помощью гидромониторов.
В зависимости от мощности (высоты слоя) известняк разрабатывают
одним или несколькими уступами высотой 10—15 м каждый. Первичное рыхление
пласта известняка производят взрывом. При этом заряд закладывают в специально
пробуренную скважину глубиной, соответствующей высоте уступа, .и диаметром
150—200 мм.
Взорванную породу размером кусков до 1000 мм в поперечнике грузят экскаватором на транспортные средства и отправляют на завод. Более
крупные куски предварительно разбивают при помощи ручных пневматических
перфораторов.
В качестве транспортных средств для перевозки известняка
используют вагонетки, платформы, самосвалы. Кроме того, в зависимости от
местных условий применяют ленточные транспортеры и подвесные канатные дороги.
Глину разрабатывают .с .помощью экскаваторов или гидромеханическим
способом. Транспортируют ее подобно известняку или посредством
гидротранспорта. Если глину добывают гидромеханическим способом, образующийся
при размыве пласта глины глинный шлам перекачивают на завод. Если же глину добывают
экскаваторами, а подают на завод гидротранспортом, то в карьере устанавливают
глиноболтушки, в которых глина распускается, а затем в виде шлама
перекачивается на завод. Таким же способом можно добывать и транспортировать
мягкий известняковый компонент (мел).
На территории завода обычно не организуют запасов известняка
и глины. Однако на заводах большой мощности, и особенно при суровых
климатических условиях, рекомендуется создавать запасы материалов на случай
непогоды, сильных морозов * или поломки оборудования и транспортных средств.
При использовании сырья, сильно загрязненного вредными
примесями (пиритом, слюдой), а также в целях улучшения качества известкового
компонента и повышения содержания в нем углекислого кальция, сырьевые
материалы обогащают методом пенной флотации.
Этот метод основан на разной смачиваемости водой различных
минеральных веществ. Обогащение сырья этим способом состоит в следующем.
Предварительно тонкоизмельченные материалы в виде пульпы с содержанием воды
до 80% подают в флотационную машину, состоящую из нескольких ячеек. В них
пульпу взмучивают до пенообразного состояния, пузырьки воздуха прилипают к
гидрофобным частицам, и последние всплывают в виде пены. Затем пену снимают и
из нее извлекают ценный продукт, который идет на приготовление сырьевой
смеси.
Основная задача комплекса клинкерного производства — это
получение из сырьевых материалов клинкера заданного минералогического состава.
Для этого необходимо, чтобы окислы сырьевых материалов — глины и известняка —
наиболее полно
прореагировали между собой и образовали клинкерные минералы.
Качество и скорость этого процесса зависят от степени измельчения
(дисперсности) исходных веществ в сырьевой смеси и ее однородности
(гомогенности).
Измельчают и перемешивают тонкоизмельченные материалы или
в присутствии воды, или в сухом виде. В зависимости от этого различают два
основных способа производства портландцемента— мокрый и сухой. При мокром
способе подготовка и смешивание сырьевых материалов осуществляются в присутствии
воды, а при сухом материалы измельчают и смешивают в сухом виде.
Каждый из этих способов имеет свои положительные и отрицательные
стороны. В присутствии воды облегчается измельчение материалов и проще
достигается однородность смеси. Но расход тепла на обжиг сырьевой смеси при
мокром способе на 30—40% больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастает
необходимая емкость печи при обжиге «мокрой» сырьевой смеси, так как
значительная часть ее выполняет функции испарителя воды.
Результаты технико-экономического анализа мокрого и сухого
способов производства портландцемента определили третий — комбинированный
спюсоб. Сущность его заключается в том, что сырьевую смесь подготовляют по
мокрому способу, затем смесь максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных
установках и в виде полусухой массы обжигают в печи. Таким образом,
комбинированный способ производства портландцемента сочетает в себе
преимущества мокрого и сухого способов.
По данным зарубежной практики при этом способе почти на
30% снижается расход топлива и примерно на 10% капитальные затраты по
сравнению с мокрым. Однако при этом на 10— 16% возрастает трудоемкость и на
15—20% повышается расход электроэнергии.
В мировом масштабе мокрый способ производства цемента пока
является превалирующим. В Советском Союзе по этому способу выпускается 80%
портландцемента, в Англии, Канаде, Франции почти все заводы работают по
мокрому способу, в США примерно 60% цемента производится но мокрому способу.
Сухой способ преобладает в Японии, Швеции, ФРГ, Италии. В
этих же странах, а также в США все шире начинает применяться комбинированный
способ производства портландцемента.
Выбор одного из трех рассмотренных способов производства
портландцемента определяется рядом факторов технологического и
технико-экономического характера. Этими факторами являются качественная
характеристика сырья, назначение портландцемента и мощность завода.
При высокой природной влажности сырья оказывается целесообразным
мокрый способ. Если же в этом случае применить cyxoy способ, все равно
потребуется испарять значительное количество воды. Мокрый способ оказывается
более выгодным и при использовании двух мягких компонентов (глины и мела).
Измельчение их легко достигается разбалтыванием в воде, тогда как твердые
компоненты (известняк, глинистый мергель) могут быть измельчены только в
мельницах, потребляющих много электроэнергии. Из этого вытекает, что при
наличии двух твердых сырьевых компонентов целесообразно организовать производство
портландцемента по сухому способу.
Недостаток топлива в районе строительства цементного завода
определяет применение сухого способа. Примером может служить Швеция, имеющая
.ничтожные запасы собственного топлива. По этим причинам вся цементная
промышленность работает по сухому способу, как требующему меньше топлива.
Комплекс операций получения портландцемента из клинкера
включает следующие технологические процессы:
подготовку гидравлических добавок (дробление, сушку);
дробление гипсового камня;
помол клинкера совместно с гидравлическими добавками и
гипсом;'
складирование, упаковку и отправку цемента потребителю.
Приведенный комплекс операций получения портландцемента не
зависит от способа производства клинкера и остается одним и тем же как по
составу, так и по организации выполнения отдельных операций.
|