в зависимости от мощности (высоты слоя) известняк разра--батывают одним или несколькими уступами высотой 10-15 м каждый. Первичное рыхление пласта известняка производят взрывом. При это.м заряд закладывают в специально пробуренную скважину глубиной, соответствующей высоте уступа, я 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 я 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 нещв 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 зависи.мости от этого различают два основных способа производства портландцемента - мокрый и сухой. При мокро.м 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 30-407о 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 способ. 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 это.м 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 807о портландцемента, в Англии, Канаде, Франции почти все заводы работают по мокрому способу, в США примерно 60%, цемента производится по м.ок.рому 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-эконо-мического 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 сухоу 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;
пюмол 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.
§ 7. МОКРЫЙ СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Для проивводства портландцемента применяют твердые и и мягкие горные породы; при этом как к первым, так и ко вторым могут относиться глинистые и известковые компоненты сырьевой смеси. К мягким глинистым компонентам относится глина, лёсс, а к твердым - глинистый мергель, глинистый сланец. Среди мягких известковых компонентов применяют мел, а среди твердых - известняк.
Мягкие компоненты успешно измельчают в болтушках, твердые же компоненты могут быть измельчены только в мельницах. Поэтому технологическую схему измельчения сырьевых материалов при мокром способе выбирают в зависимости от их физико-мехаиических свойств. Существует три варианта техно-логаческих схем:
два мягких материала - глина и мел измельчаются в болтушках;
два твердых материала - .глинистый мергель и известняк измельчаются в мельницах;
один материал мягкий -глина измельчается в болтушках, другой твердый - известняк измельчается в мельнице.
На отечественных заводах наиболее Распространена схема производства портландцемента при мягком (глине) " JfP" (известняке) сырьевых компонентах. Она состоит из следующих операций:
Дробление известняка
Дробление глииы
Измельчение в болтушке
Дробление угля
Измельчение в мельнице (получение шлама)
Корректировка шлама I
Обжиг шлама-.---
(получение клинкера)
Складирование клинкера
Помол с подсушкой
Помол клинкера с добавками и гипсом (получение цемента)
Складирование цемента
Упаковка цемента 1
Отправка лемента в таре
Дробление добавок
Сушка добавок
Дробление гипса
Отправка цемента навалом
Начальной технологической операцией получения клинкера является измельчение сырьевых материалов.
Необходимость измельчения сырьевых материалов до весьма тонкого состояния определяется условиями образования однородного по составу клинкера из двух или нескольких сырьевых материалов. Химическое взаимодействие материалов при обжиге происходит вначале в твердом состоянии (в твердых фазах). Это такой вид химической реакции, когда новое вещество образуется в результате обмена атомами и молекулами двух соприкасающихся между собой веществ. Возможность такого обмена появляется при высокой температуре, когда атомы и
молекулы начинают совершать свои колебания с большой силой. Образование при этом новых веществ происходит на поверхности соприкасающихся между собой зерен исходных материалов. Следовательно, чем больше бздет поверхность этих зерен и чем меньше сечение зерна, тем полнее произойдет реакция образования .новых веществ.
Куски исходных сырьевых материалов нередко имеют размеры в несколько десятков сантиметров. При существующей помольной технике получить из таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно только за несколько приемов. Вначале куски подвергают грубому .измельчению - дроблению, а затем тонкому- .помолу.
iB зависимости от свойств исходных материалов в цементной , промышленности тонкое измельчение производят в мельницах и в болтушках в присутствии большого количества воды. Мельницы применяют для измельчения твердых .материалов (известняк, глинистые сланцы), а болтушки - для материалов, легко распускающихся в .воде (мел, глина).
Из болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов позволяет получать более однородный сырьевой шлам.
В сырьевую мельницу .известняк и глиняный шлам подают в строго определенном соотношении, соответствующем химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке не удается получить из мельницы шлам необходимого химического состава. Причиной этого в ochobhoiM служат колебания характеристики сырья в пределах месторождения.
Чтобы получить шлам строго заданного химического состава, его корректируют в специальных бассейнах. Для этого в одной или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или заведомо высоким титром (содержанием углекислого кальция СаСОз), и этот шлам в определенной пропорции добавляют в корректирующий шламовый бассейн.
Приготовленный таким образом шлам, представляющий собой сметанообразную массу с содержанием воды до 40%, насосами подают в расходный бачок лечи, откуда равномерно сливают в печь.
Для обжига клинкера при мокром способе производства применяют только вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан длиной до 150-.185 м и диаметром 3,6-5 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом; производительность таких печей достигает 1Ш0-2000 т клинкера в сутки.
Барабан печ.и устанавливают с наклоном в 3-4°. Шлам загружают Со стороны поднятого конца печи, а топливо в виде угольной пыли, газа или мазута вдувают в печь с противоположной стороны. В результате вращения наклонного барабан. находящиеся в нем материалы непрерывно продвигаются к опу-
щенному концу. В области горения топлива развивается наиболее высокая температуры - до 1500° С, что необходимо для взаимодействия окиси кальция, образовавшейся при разложении СаСОз, с окислами глины и получения клинкера.
Дымовые газы движутся вдоль всего барабана иечи навстречу обжигаемому материалу. Встречая на пути холодные материалы, дымовые газы подогревают их, а сами охлаждаются. В результате, начиная от зоны обжига, температура вдоль печи снижается с 1500 до 150-200° С.
Из печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом. Охлажденный клинкер отправляют на склад для магазинирования. Магазини-рование - это вылеживание (до 2-3 недель) с целью гашения свободной извести в клинкере влагой из воздуха и предупреждения этим неравномерности изменения объема цемента лри его твердении.
Высоко организованный технологический процесс получения клинкера обеспечивает минимальное содержание свободной СаО в клинкере (менее 1%) и исключает этим необходимость его магазинирования. В этом случае клинкер из холодильника направляют непосредственно на помол.
Перед помолом клинкер дробят до зерен размером 8- 10 лш, чтобы облегчить работу мельниц.
Измельчение клинкера производится совместно с гапсом, гидравл.ическими и другими добавками, если последние применяются. Совместный помол обеспечивает тщательное перемешивание между собой всех материалов, а высокая однородность цемента является важным фактором его качества.
Г.ид.равлические добавки, будучи материалами сильно пористыми, и.меют, как правило, высокую влажность (.до 20-130% и более). Поэтому перед помолом их высушивают до влажности примерно 1%, предварительно раздробив до зерен крупностью 8-10 мм. Гипс только дробят, так как его вводят в незначительных количествах, и содержащаяся в нем влага легко испаряется теплом, образующимся при помоле цемента в результате ударов и истирания в мельнице мелющих тел.
Из мельницы цемент выходит с температурой до 100° С и более. Для охлаждения, а также создания запаса его отправляют на склад. Для этой цели применяют силосные склады, оборудованные механическим (элеваторы, шнеки), пневматическим (пневматические насосы, аэрожелоба) или пневмомеханическим транспортом.
Отгружают цемент потребителю в таре - в многослойных бумажных мешках весом 50 кг - .или навалом в контейнерах, автомобильных или железнодорожных цементовозах, в специально оборудованных судах. Каждая партия цемента снабжается паспортом.
