Polecamy

Technologia

Cement materiał wiążący
Cement jest podstawowym materiałem we wszystkich rodzajach budownictwa. Stosowany jest: w postaci zaprawy do łączenia elementów, jako podstawowy składnik mieszanki betonowej, do produkcji betonowych elementów prefabrykowanych, wielkogabarytowych konstrukcji monolitycznych, dachówek, pustaków, itp. Dzięki swoim właściwościom cement jest praktycznie wszechobecny - domy, biurowce, ulice, mosty, zapory, tunele, lotniska drogi, chodniki. Jest to spoiwo hydrauliczne, co oznacza, że proces jego twardnienia może przebiegać również pod wodą.

Czym jest cement?
Uzyskiwany przez wypał w piecu cementowym w wysokiej temperaturze takich surowców jak: wapień, wapień marglisty, margiel, glina czy iłołupek, klinkier cementowy jest półproduktem do produkcji cementu.

Podstawowe tlenki, z których zbudowany jest klinkier to: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 - czyli powszechnie występujące w przyrodzie.
Związki te podczas procesu wypału w piecu pod wpływem wysokiej temperatury reagują ze sobą tworząc podstawowe fazy (minerały) klinkierowe. Są nimi: krzemian trójwapniowy Ca3SiO5 - tzw. alit o wzorze technologicznym (C3S), krzemian dwuwapniowy Ca2SiO4 - tzw. belit (C2S), glinian trójwapniowy Ca3Al2O6 - tzw. celit (C3A), glinożelazian czterowapniowy Ca4Al2Fe2O10 - tzw. braunmilleryt (C4AF) Skład chemiczny i mineralny klinkieru jest zwykłe zbliżony do przedstawionego w tabeli 1.

Tab. 1. Porównanie przykładowych składów surowców i klinkieru portlandzkiego

Skład chemiczny surowców

Skład chemiczny klinkieru

Skład (mineralny)
wg metody Bogue'a

CaO

44,72

CaO

67%

C3S

51.5 - 85.2%

SiO2

14,34

SiO2

24%

C2S

0.2 - 27.1%

Al2O3

2,29

Al2O3

4%

C3A

6.8 - 15.6%

Fe2O3

1,84

Fe2O3

3%

C4AF

4.0 - 16.2%

MgO + SO3 + Inne

0,95

MgO + SO3 + Inne

2%

wolne CaO

0.08 - 5.58%

Strata prażenia

35,86


Cement portlandzki czysty uzyskuje się przez przemiał klinkieru cementowego z gipsem w młynach cementu. Dodatek gipsu reguluje czas wiązania (twardnienia) cementu, ponieważ bez obecności siarczanów podczas hydratacji (reakcje minerałów klinkierowych z wodą) twardnienie cementu odbywałoby się za szybko prawie natychmiast po zarobieniu cementu z wodą.

Proces technologiczny
Proces produkcji cementu jest technologicznie dość złożony. Dla jego zobrazowania najlepiej posłużyć się rysunkiem poglądowym. Poszczególne fazy procesu zostały krótko omówione w kolejnych podpunktach.

Surowce
Surowce do produkcji cementu to kopaliny naturalne, takie jak: wapień, wapień marglisty, margiel, glina.
Są one pozyskiwane w zakładowych kopalniach odkrywkowych. Do korekcji składu surowcowego wykorzystuje się: łupek, pucolany, surowce żelazonośne, piasek.
Przygotowanie zestawu surowcowego do pieca cementowego jest jedną z ważniejszych operacji w całym procesie technologicznym produkcji cementu. Utrzymanie zadanego stałego składu mąki surowcowej przygotowywanej do wypału w piecu jest podstawą otrzymania dobrego półproduktu - klinkieru cementowego. Surowiec dostarczany z kopalni jest kruszony i wstępnie uśredniany. Do przemiału na mąkę składniki dozowane są w ściśle określonych proporcjach.


Tab. 2. Przykładowe zestawy surowców do wypału klinkieru

1 kreda
53,42%
margiel
46,58%
2 kamień wapienny
88,67%
iłołupek
10,06%
mułek żelazonośny
1,27%
3 kamień wapienny
87,23%
iłołupek
5,01%
mułek żelazonośny
7,76%
Źródło: "Poradnik technologa przemysłu cementowego", W. Kurdowski, Warszawa 1981


Drobny przemiał surowców odbywa się w młynach kulowych bądź coraz częściej pionowych młynach rolowo-misowych. Młyny surowca tak jak inne urządzenia w przemyśle cementowym wyposażone są w filtry w celu ograniczenia emisji. Przygotowana mąka surowcowa, bardzo drobno zmielona - zwykłe poniżej 10% pozostałości na sicie 4900 oczek/cm2, gromadzona jest w silosach i poddawana korekcji składu i homogenizacji. Do kontroli procesu przygotowania zestawu surowcowego stosowane są najnowszej generacji zautomatyzowane układy wykorzystujące metodę rentgenograficznego badania składu chemicznego.

Wypał klinkieru cementowego
Podstawowa i najbardziej energochłonna część procesu produkcji cementu przebiega w piecu cementowym, w której podczas wielu reakcji i przemian fazowych otrzymywany jest klinkier cementowy. Aby można było "przekształcić" zestaw surowcowy w klinkier, przygotowany zestaw surowcowy jest w instalacji piecowej, podgrzewany, suszony, następuje rozkład surowców a następnie podczas przemian fizykochemicznych tworzą się minerały klinkierowe. W strefie spiekania pieca cementowego temperatura materiału osiąga wartość 1450oC. Materiał w strefie wysokich temperatur (powyżej 800oC) przebywa w zależności od konstrukcji pieca około 30 minut. Najwyższe temperatury podczas procesu wypału klinkieru sięgają blisko 2000oC - jest to temperatura płomienia i gazów w strefie spiekania, które przebywają w tej strefie ok. 10 sekund. Klinkier cementowy wychodzący z pieca ma temperaturę od około 900oC do około 1300oC. Jest on następnie schładzany i po opuszczeniu chłodnika ma temperaturę około 100oC. Gorące gazy z chłodnika klinkieru wykorzystywane są przy przemiale w młynach węgla.


Temperatura gazów i czas przebywania materiału i gazów w piecu cementowym.

Przemiał cementu
Operacją, która prowadzi do uzyskania końcowego produktu jest mielenie. Młyny, w których odbywa się przemiał w to przeważnie młyny kulowe. W tym roku została oddana do eksploatacji instalacja przemiału cementu z zastosowaniem prasy rolowej wstępnie przemielającej klinkier przed młynem cementu. Jest to pierwsza tego rodzaju instalacja w Europie Centralnej. Większość układów przemiałowych stosowanych zakładach cementowych pracuje w tzw. układach zamkniętych, z wykorzystaniem separatorów mechanicznych lub wysokiej sprawności separatorów cyklonowych. Osiąga się dzięki temu większą stabilność przemiału a zatem stabilność jakości produktu. Do operacji przemiału zużywa się najwięcej energii elektrycznej spośród wszystkich operacji jednostkowych w całym procesie produkcji cementu. W produkcji czystego cementu portlandzkiego do przemiału klinkieru dodawany jest gips pełniący rolę regulatora czasu wiązania cementu o czym wspominano wcześniej. Do cementów z dodatkami można stosować dodatki w ilościach od 5% do 80 %. Uzyskuje się dzięki temu asortyment cementów różniących się właściwościami w zależności od ich przeznaczenia. Tylko kilka rodzajów cementu wymaga przy produkcji specjalnych klinkierów cementowych.