53. Портландцемент (сырье и производство).

Сырьем для получения клинкера служат карбонатные горные породы с высоким содержанием углекислого кальция (известняки различного вида, мел, мергель) и глинистые породы (глины, сланцы), содержащие оксиды кремния, алюминия и железа. Соотношение между ними в сырьевой смеси выбирают расчетом для получения клинкера определенного химического состава. Ориентировочно смесь состоит из 75 % известняка и 25 % глины. При необходимости в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки, содержащие недостающие оксиды (трепел, железная руда и др.). Все шире для изготовления ПЦ используют побочные продукты других производств: доменный шлак, нефелиновый шлам и т.п. Приготовление сырьевой смеси сводится к получению однородной тонкоизмельченной смеси надлежащего состава. Эта операция осуществляется мокрым или сухим способом. Соответственно различают мокрый и сухой способы производства ПЦ. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды до образования вязко-текучей массы -шлама с влажностью 36...40%. Мокрым способом перерабатывают мягкое сырье с повышенной влажностью (мел, глина). Этот способ отличается в худшую сторону высокой энергоемкостью обжига, связанной с испарением содержащейся в шламе воды. Сухой способ заключается в совместном измельчении сухих или предварительно высушенных компонентов, взятых в заданном соотношении. Получаемый в результате порошок (сырьевая мука) должен иметь остаточную влажность не более 2%. Сухой способ экономичнее и особенно выгоден при использовании однородного сырья с невысокой естественной влажностью. Обжигают сырьевую смесь во вращающихся печах, представляющих собой стальной барабан длиной до 230 м и диаметром до 7 м. Печь изнутри защищена огнеупорной футеровкой и установлена на опорах под углом 3 ... 4° к горизонту. При медленном вращении печи вокруг продольной оси сырьевая смесь перемещается в ней от верхнего холодного конца к нижнему горячему, откуда через форсунку вдувается топливо, сгорающее в виде факела длиной более 20 м. Горячие газы поступают навстречу сырью и обжигают его. Образование клинкера является результатом сложных физических и химических процессов, вызванных повышением температуры сырьевой смеси до максимальной (1450°С). При нагревании последовательно происходит испарение свободной воды, выгорание органических примесей, удаление химически связанной влаги из глины, термическое разложение известняка и дегидратированной глины с образованием свободных химически активных CaO, SiO2, А12О3, Fe2O3. При температуре выше 1000°С при взаимодействии кислых и основных оксидов формируются новые соединения — минералы, которые частично плавясь и спекаясь друг с другом после остывания образуют портландцементный клинкер. Клинкер состоит из прочных окатанных гранул размером от 10 до 40 мм. Для повышения реакционной способности цемента клинкер после выхода из печи подвергают быстрому охлаждению до 100... 150°С и выдерживают на складе 1 ...2 недели. Для получения ПЦ клинкер измельчают в шаровых мельницах с небольшим количеством природного гипса. Готовый цемент — очень тонкий порошок темно-серого или зеленовато-серого цвета. После помола цемент хранят в силосах — металлических или железобетонных емкостях цилиндрической формы диаметром 10... 15 м и высотой 25 ...30 м. Во время хранения цемент постепенно остывает после помола; свободный оксид кальция гасится влагой, содержащейся в воздухе.