Co se těží za cement?

Cement je široce používaný materiál, který se používá pro všechny typy prací souvisejících s opravami, restaurováním a konstrukcí. Cementová báze – pojivové složky anorganického původu. Cement se používá k výrobě betonu, zdiva, omítkových malt a železobetonových výrobků používaných při výstavbě průmyslových objektů a soukromých budov.

Charakteristickým rysem práškové cementové hmoty smíchané s vodou je schopnost postupně tvrdnout a přeměnit se v kamennou hmotu. Proces získávání provozní pevnosti probíhá jak ve vzduchu, tak ve vodě. Hlavní podmínkou pro vytvrzení je nadměrná vlhkost.

S cementem se setkal snad každý, ale málokdo ví, z čeho se tento univerzální stavební materiál vyrábí a jak se vyrábí. Jeho základem je slínek, speciální minerální přísady a sádra. Podívejme se blíže na to, jak se cement vyrábí a jaké suroviny se na něj používají.

Slínek je stále hlavní složkou cementu

Contents

Suroviny
Uhličitanové skály
Hliněné suroviny
Korekční přísady
Struktura
Výrobní proces
Výrobní fáze
Závěr

Suroviny

Výroba cementu se provádí ve speciálních továrnách umístěných v blízkosti míst těžby surovin pro jeho výrobu. Hlavními surovinami pro výrobu cementu jsou následující přírodní horniny:

fosilie karbonátového typu. Jedná se o cennou přírodní surovinu, která se vyznačuje krystalickou strukturou a fyzikálními vlastnostmi. Materiál může mít krystalickou nebo amorfní strukturu, která určuje účinnost jeho interakce s ostatními složkami během výpalu;
jílovité materiály, sedimentární horniny. Mají minerální základ, stávají se plastickými a s nadměrnou vlhkostí zvětšují svůj objem. Surovina se vyznačuje viskozitou a používá se při suché výrobě.

Uhličitanové skály

Zastavme se u karbonátových hornin, jejichž typickými zástupci jsou:

Křída, což je usazená hornina, která se snadno mele, patří k řadě mazlavých vápenců. Je oblíbený při výrobě cementu.
Opukový nebo opukový vápenec jsou sedimentární minerály, které se těží ve volném nebo pevném stavu a liší se specifickou hmotností a koncentrací vlhkosti. Obsahují jílové nečistoty, což umožňuje jejich zařazení mezi přechodnou surovinu, která má mnoho společného s vápencovými horninami a fosiliemi na bázi jílu.

Obsahuje aktivní minerální přísady (15%) v souladu s výrobními normami

Hliněné suroviny

Hliněné kameny zahrnují:

jíl obsahující minerální inkluze, které po přidání vody bobtnají;
hlíny, které jsou typem jílu, s vysokou koncentrací pískové frakce a prachových částic;
jílovité břidlice, patřící mezi horniny se zvýšenou pevností, které se při drcení zvrství do deskovitých částic. Suroviny se vyznačují stabilním granulometrickým složením a nízkou koncentrací vlhkosti.
spraš, což je sypká hornina, neplastická, vyznačující se pórovitostí a jemným zrnem. Obsahuje inkluze silikátu a křemene.

Je možné použít průmyslový odpad, jiné druhy přírodních materiálů a strusky.

Korekční přísady

Cementová kompozice je vyrobena z minerálních surovin za použití speciálních změkčovadel přidávaných při výrobě.

Pokud zvýšíte množství přísad na 20%, vlastnosti cementu se mírně změní

Technologie zahrnuje použití přísad na bázi fosilních látek obsahujících:

Technologie zajišťuje zavedení korekčních přísad, pomocí kterých se vyrábí cement a zlepšují jeho vlastnosti. Plastifikátory mohou zlepšit následující vlastnosti cementového složení:

odolnost vůči korozním procesům;
odolnost vůči změnám teploty a cyklům hlubokého zmrazování;
pevnostní charakteristiky;
doba tuhnutí;
pohyblivost cementové malty, její pružnost;
stupeň propustnosti vody.

Struktura

Přemýšleli jste někdy, z čeho se vyrábí cement? Jeho složení je určeno vlastnostmi surovin a konkrétní značkou produktu. Portlandský cement, který je široce populární, má tedy následující složení:

Oxid křemičitý (kyselina křemičitá nebo křemen) – 25 %.
Vápno – 60%.
Hliník (alumina) – 5 %.
Oxidy železa a sádra – 10 %.

READ

Kde roste Goryanka?

Dnes se vyrábí mnoho druhů cementu

Procento přísad se může lišit v závislosti na technologii a značce cementových výrobků. Některé typy cementů, zejména portlandský struskový cement, zahrnují strusku, což je uhlí získané spalováním slínku.

Bez ohledu na recepturu jsou hlavními složkami při výrobě cementové kompozice jíl a vápenec. Koncentrace vápence je třikrát vyšší než obsah jílu, což zajišťuje potřebnou kvalitu slínku pro výrobu cementových výrobků.

Hlavní složky, ze kterých se cement vyrábí, jsou:

slínek, který určuje pevnostní charakteristiky, získané vypalováním surovin (vápenec, hlína). Slínek je základem konečného produktu, používá se v granulované formě o průměru 10-60 mm. Slínek se tepelně upravuje při teplotě asi jeden a půl tisíce stupňů Celsia. Taví za vzniku hmoty s vysokým obsahem oxidu vápenatého a oxidu křemičitého, které určují výkonnostní charakteristiky cementových kompozic. Granule jsou rozdrceny do prašného stavu a následně vypáleny;
sádra, jejíž procento určuje dobu tuhnutí. Základní složení vyžaduje použití až 6% čisté práškové sádry nebo sádrového kamene obsahujícího nečistoty;
speciální přísady zaváděné za účelem zlepšení stávajících vlastností nebo poskytnutí speciálních vlastností složení, které rozšiřují rozsah použití.

Velmi často se ve stavebnictví používá cement k vytváření betonových a vyztužených konstrukcí.

Výrobní proces

Výroba cementu se provádí po etapách a zahrnuje následující technologické operace:

Předmísení přísad pro výrobu slínku, který je vyroben z vápence, zavedeného v množství 75%, a z jílu, jehož podíl je 25%.
Vysokoteplotní výpal, po kterém vzniká slínek. Je výsledkem procesu spojování jílu a vápna pod vlivem teplot zvýšených na 1450 stupňů Celsia.
Mletí se provádí pomocí kulových mlýnů. Představují horizontálně umístěné bubny s ocelovými kuličkami uvnitř, které zajišťují mletí slínku do práškového stavu. S klesajícím podílem mletí se zvyšují výkonnostní charakteristiky a stupeň složení cementu.

Výrobní fáze

Mezi vlastnosti výroby patří výroba cementu různými metodami, což ovlivňuje vlastnosti použitých surovin. Důvodem je umístění výroby cementu, specifika používaného zařízení a poptávka po určitých značkách výrobků.

Všechny technologické možnosti se liší pouze ve vlastnostech přípravy surovin, které se provádějí:

mokrou cestou. Mokrá technologie spočívá v použití křídy místo vápna, která se s potřebnými přísadami míchá současně s mletím v horizontálním bubnu s povinným přidáním vody. V tomto případě se vytvoří směs s koncentrací vlhkosti 30-50%. Vsázkový materiál se vypaluje v peci, přičemž se mění na kulovitý slínek, který se pak drtí;
suchá metoda. Suchá technologie se vyznačuje sníženými náklady na výrobu cementu a kratším technologickým cyklem. Je to dáno kombinací technologických operací, které umožňují současné mletí a sušení součástí v kulovém mlýnu pod vlivem přicházejících horkých plynů. Výsledná směs má práškovou konzistenci;
kombinovaným způsobem. Kombinovaná možnost kombinuje vlastnosti mokré a suché výrobní metody, ale má určité rozdíly v různých podnicích. Jedna z možností umožňuje získat polosuchou kompozici s obsahem vlhkosti do 18 %, vyrobenou sušením směsi získané mokrou technologií. Druhý způsob zahrnuje přípravu suché směsi s následným navlhčením na 14 %, granulací a finálním žíháním.

READ

Má se mučenka ořezávat?

Závěr

Materiál článku poskytuje informace o tom, jak se vyrábí cement, jaké suroviny se používají, jaké technologické vlastnosti se používají ve výrobním procesu. Existuje mnoho technologických nuancí, které dokonale ovládají specialisté zabývající se výrobou cementu.

Na stránce: Autor a redaktor článků na webu pobetony.ru
Vzdělání a pracovní zkušenosti: Vyšší technické vzdělání. Praxe v různých odvětvích a na stavbách – 12 let, z toho 8 let – v zahraničí.
Další dovednosti a schopnosti: Má 4. skupinu schválení elektrické bezpečnosti. Provádění výpočtů s využitím velkého množství dat.
Současné zaměstnání: Poslední 4 roky působí jako nezávislý poradce v řadě stavebních společností.

Cement je materiál, který se podílí na konstrukci každého objektu. Dnes existují tři hlavní způsoby výroby portlandského cementu – mokrý, suchý a kombinovaný. Výrobní podniky volí metodu na základě technologických, technických a ekonomických faktorů.

Technologický proces výroby cementu se skládá ze tří hlavních fází:

Mechanické procesy pro těžbu a zpracování surovin (mletí, míchání, úprava) k získání surovinové směsi pro její následné vypalování.
Tepelný proces spalování surovinové směsi v pecních jednotkách na výrobu slínku – hlavní složky pro výrobu cementu.
Mechanický proces společného mletí (nebo samostatné mletí a následné míchání) slínku, materiálu obsahujícího sádru a minerálních přísad za účelem výroby různých druhů cementu.

Vápenec, jeho modifikace (křída, opuka) a jíl jsou základem pro výrobu cementu. V těsné blízkosti cementáren jsou obvykle lomy, kde výrobce tyto materiály těží. Pro zajištění požadovaného chemického složení surovin se používají i nakupované suroviny – písek, popel, bauxit, pyrit a další.

Surovinová směs se skládá ze čtyř hlavních oxidů: vápníku, hliníku, železa a křemíku. Zdroje těchto oxidů jsou:

CaO – vápenec, křída, opuka;
Si₂O₃ – písek, hlína, struska, břidlice;
Al₂O₃ – jíl, bauxit, popel;
Fe₂O₃ – pyrit, železná ruda.

Vápenec se těží vrtáním a tryskáním, měkčí materiály (křída a opuka) těžbou. V moderních cementárnách se vápenec drtí v lomu pomocí stacionárních drtičů. Trubkový dopravník o délce až 7 km pomocí pásového dopravníku dopraví materiál na místo výroby, kde je skladován zakladačem v různých směrech se současným primárním průměrováním. Na výstupu z lomu je nad dopravním pásem instalován in-line analyzátor, který zjišťuje chemické složení materiálu.

V moderních výrobních závodech je dosahováno vysoké přesnosti dávkování všech složek hmotností pomocí specializovaných dávkovačů.

Ve starých cementárnách se vápenec drtí v místě výroby, kam se dopravuje po silnici nebo železnici. K přesunu surovin se v takových případech používají drapákové jeřáby, jejichž cena, stejně jako náklady na provoz a údržbu, jsou výrazně vyšší než u pásových dopravníků.

Další fází přípravy surové směsi je mletí. V moderních továrnách suchou výrobní metodou se mletí provádí na vysoce výkonných vertikálních mlýnech, které se skládají ze dvou částí. Ve spodní části pomocí otočného stolu a válců pod tlakem dochází k drcení materiálu a v horní části je separátor, který rozděluje materiál na jemné a hrubé frakce. Hrubá frakce se posílá na další mletí a materiál jemné frakce se považuje za hotový produkt. Kromě mletí se v surovém mlýně materiál suší pomocí spalin z pece na obsah vlhkosti nejvýše 0.5 %.

READ

Jaké květiny se nazývají květiny smrti?

Surovinová směs připravená k výpalu je dodávána a skladována v sile, kde se směs také homogenizuje pomocí stlačeného vzduchu vstupujícího provzdušňovacími okny umístěnými ve spodní části.

V cementárnách, mokrých a polomokrých výrobních metodách se příprava surovinové směsi provádí ve formě kalu o vlhkosti 35-40% pomocí hydrofolu (autogenní mlýnice) a surovinových mlýnů. Hotový kal různé kvality vstupuje do vertikálních a následně horizontálních kalových bazénů, kde se upravuje na požadované chemické složení. K homogenizaci směsi připravené pro výpal v horizontálních kalových bazénech dochází mechanickým mícháním a pomocí stlačeného vzduchu. Rozdíl mezi polomokrou metodou a mokrou metodou je v tom, že před vypálením je materiál dehydratován v lisovacích filtrech.

Kvalita surovinové směsi hraje důležitou roli a je rozhodující pro získání vysoce kvalitního slínku a cementu. Hlavními ukazateli kvality surové směsi jsou:

silikátový modul je poměr oxidu křemičitého k součtu oxidů hliníku a železa, s nárůstem silikátového modulu se zhoršuje vypalitelnost surové směsi v důsledku poklesu obsahu kapalné fáze, pohybuje se v rozmezí 2.2- 2.8;
hlinitanový modul je poměr oxidu hlinitého k oxidu železa, určuje obsah kapalné fáze během procesu výpalu, určuje poměr minerálů ve slínku, je v rozmezí 1.5-2.5;
koeficient nasycení oxidu křemičitého vápnem – určuje poměr minerálních látek ve slínku, je v rozmezí 0.92-0.98;
koeficient homogenity surovinové směsi – charakterizuje stabilitu směsi z hlediska chemického složení, pro suchou metodu – ne více než 14, pro mokrou metodu – ne více než 10.

Vypalování surovinové směsi v pecních jednotkách je nejdůležitější fází výroby cementu, která určuje kvalitu slínku. Moderní továrny vyrábějící cement suchou metodou využívají k výpalu pecní jednotku skládající se ze dvou hlavních částí. Ve vertikální části jsou umístěny cyklonové výměníky tepla s dekarbonizátorem, ve kterých se připravuje surovinová směs (dehydratace, dekarbonizace) před přímým vstupem do pece. V horizontální části je umístěna vysokoteplotní vypalovací pec 1450 ºС, kde z taveniny vznikají hlavní minerály slínku. K dispozici je také lednice, ve které se v důsledku náhlého ochlazení stabilizují fáze slínku.

U polomokrého způsobu výroby cementu je proces vypalování shodný s výše popsaným, který používají továrny používající suchý způsob. V cementárnách využívajících metodu mokré výroby se pecní jednotka skládá z jedné velké pece dlouhé až 180 metrů. Významnou část takové pece zabírá zóna s řetězovou clonou. Odstraňuje z materiálu velké množství volné vlhkosti, což je charakteristické pro mokrý způsob výroby. Řetězová clona zvyšuje intenzitu výměny tepla mezi okolním plynným médiem a materiálem.

Spotřeba energie pecních jednotek moderních suchých výrobních závodů je o 30-40 % nižší než u mokrých výrobních provozů, a to z důvodu absence potřeby odpařování velkého množství volné vlhkosti ze surovinového kalu.

Vysokoteplotní zóna pece je zevnitř vyzděna žáruvzdornými cihlami pro snížení tepelných ztrát do atmosféry a snížení vlivu teploty na kovový plášť pece. Jednotka pece má malý úhel sklonu a otáčí se rychlostí 3-4 otáčky za minutu, díky čemuž se materiál pohybuje uvnitř pece.

Jednotku pece na výrobu cementu lze rozdělit do několika zón:

odpařování volné vlhkosti (t 100 ºС) – typické pro pece s mokrou výrobou;
dehydratace (t 350-650 ºС) – jíl ztrácí krystalizační vlhkost;
dekarbonizace (t 650-950 ºС) – proces rozkladu uhličitanu vápenatého a hořečnatého za vzniku oxidů vápníku a hořčíku;
tvorba slínku (t 1300-1450 ºС) – hlavní minerály slínku vznikají z taveniny, které určují vlastnosti cementu;
chlazení (t 1250 ºС) – v důsledku prudkého ochlazení se fáze slínku stabilizují.

READ

Jak naplnit postele okurkami?

K dalšímu ochlazení slínku na teplotu 100 ºС dochází v roštové chladničce, poté je skladován v krytých silech, která slínek chrání před atmosférickými vlivy a zachovávají jeho vysokou kvalitu.

Multifunkční hořáky se používají ke spalování různých druhů paliv v pecích v cementárnách. Kromě přírodních paliv (plyn, uhlí, topný olej) jsou hojně využívána alternativní paliva (odpad z domácností, materiály z čistíren odpadních vod, pryžové pneumatiky atd.), jejichž podíl se každým rokem zvyšuje a v některých zemích dosahuje 80 %.

V důsledku procesu výpalu surovinové směsi vznikají hlavní minerály slínku.

Minerály slínku určují vlastnosti cementu, a to:

trikalciumsilikát (alit) C₃S je hlavní složkou cementu, poskytuje rychlou kinetiku nárůstu pevnosti, vysokou počáteční a dobrou pevnost;
dikalciumsilikát (alit) C₂S – poskytuje pomalou kinetiku nárůstu pevnosti, nízkou počáteční pevnost a dobrou pevnost po dlouhou dobu tuhnutí, obtížně brousitelná součást;
hlinitan vápenatý C₃A – zajišťuje rychlou kinetiku nárůstu pevnosti, vysokou počáteční pevnost, výrazně ovlivňuje vlastnosti betonu (reologie, korozní odolnost);
tetrakalciumhlinitý ferit C₄AF – prakticky neovlivňuje vlastnosti, určuje barvu (čím více je v cementu, tím je barva tmavší).

Kromě hlavních minerálů slínku obsahuje slínek také vedlejší složky pocházející ze surovin (Mg, K, Na, Cl, SO₃) nebo z paliva (Fe₂O₃, P₂O₅, K, Na, Cl, SO₃). Jejich počet je nevýznamný (3–6 %), ale ovlivňují:

granulometrické složení slínku a tvorba prstenců v peci;
blokování průchodu cyklónových výměníků tepla;
složení prachu z pece;
emise do ovzduší;
kvalita cementu.

Na kinetiku vývoje pevnosti cementu mají významný vliv alkalické oxidy draslíku a sodíku, které ji v počátečních fázích výrazně zvyšují a ve stáří 28 dnů snižují.

Mletí cementu je mechanický proces společného mletí (nebo samostatného mletí a následného míchání) slínku, materiálu obsahujícího sádru a minerálních přísad za účelem výroby různých druhů cementu. Mletí cementu se provádí ve dvou typech cementářských mlýnů – vertikálním (podrobné informace v sekci „Příprava surové směsi“) a kulovém trubkovém mlýnu. Kulový mlýn je kovový plášť lemovaný zevnitř pancéřovými pláty, které chrání tělo mlýna před opotřebením. Mlýny se skládají z jedné nebo dvou komor.

Dvoukomorové mlýny jsou od sebe odděleny membránou s regulovatelným přívodem materiálu. Na výstupu z mlýna je také membrána s buňkami optimální velikosti. Při použití jednokomorových mlýnů je navíc před mlýnem instalován válečkový lis pro předběžné mletí materiálů. Uvnitř mlýna jsou mlecí tělesa (koule různých průměrů), která při otáčení mlýna drtí materiál nárazem v první komoře a otěrem ve druhé komoře.

Pancéřové pláty se kromě ochrany podílejí i na procesu broušení. V první komoře mlýna jsou instalovány zvedáky pancéřových desek, které zvedají mlecí tělesa do určité výšky. Také pomocí pancéřových desek se mlecí koule třídí podle velikosti kvůli různým hodnotám elastického odskoku. Při průchodu po délce mlýna je materiál vystaven mlecím tělesům různých průměrů, díky čemuž dochází k jeho drcení.
Pokud mlýn pracuje v otevřeném cyklu, bez použití separátoru, pak je materiál opouštějící mlýn považován za hotový výrobek a je skladován v sile.

READ

Je možné na Ai Petri sbírat houby?

V moderních cementárnách pracují všechny mlýnice v uzavřeném cyklu s vysoce účinnými separátory. Materiál z mlýna vstupuje do separátoru, který jej rozdělí na jemnou frakci (hotový produkt) a hrubou frakci, která je odeslána k dodatečnému mletí.

Uzavřený mlecí cyklus umožňuje získat cement s optimálním granulometrickým složením, které zvyšuje stupeň hydratace cementu a v důsledku toho i pevnostní charakteristiky.

Po separátoru je hotový cement uložen do sila, kde zůstává až do expedice spotřebitelům. Konstrukce moderních sil, zejména reverzní kužel na základně, zabraňuje velkému množství odumřelých zbytků cementu, které jsou charakteristické pro starší konstrukce. Moderní silo má také vícedílnou konstrukci, která umožňuje skladovat velké množství různých druhů cementu v jednom sile.

Nezbytnou složkou při výrobě cementu je sádra, která se používá k regulaci doby tuhnutí cementu. Hlinitan vápenatý C₃A je velmi aktivní složka a při interakci s vodou dochází k tvorbě struktury s rychlou ztrátou pohyblivosti cementu. Aby se tomu zabránilo, sádra vytváří kolem C ochrannou vrstvu₃A zabraňuje rychlému tuhnutí cementu.

Existuje několik modifikací sádry, které se liší svými vlastnostmi, zejména aktivitou. Nejaktivnější formou je polovodný sádrovec CaSO₄• 0.5H₂O, následovaný dihydrátem sádry CaSO₄• 2H₂O, nejméně aktivní formou je anhydrit CaSO₄. Během procesu mletí při zvýšených teplotách ve mlýně, více než 70 ºС, se dihydrátová forma sádry mění na polovodnou formu s negativním vlivem na reologické vlastnosti cementu a v důsledku toho i betonu a malty (potřeba vody zvyšuje, retence pohyblivosti se snižuje).

Existují koncepty rychlého a falešného tuhnutí cementu. K rychlému tuhnutí cementu dochází při nedostatečném množství sádry, kdy je kolem hustá ochranná vrstva₃Ale nelze jej vytvořit. K nesprávnému tuhnutí cementu se ztrátou pohyblivosti dochází, když se dihydrátová forma sádry za zvýšených teplot ve mlýně přemění na polovodnou formu. Po smíchání se v případě chybného nastavení pohyblivost obnoví. Pokud cement po smíchání rychle tuhne, pohyblivost již není obnovena.

Po zvážení technologií a rozdílů v hlavních výrobních metodách můžeme říci, že suchá metoda je nejmodernější. Cementárny LafargeHolcim jsou zaměřeny na suchou výrobu. Hlavní výhodou této metody je snížení spotřeby paliva a také snížení objemu pecních plynů o téměř 40 %, což následně snižuje náklady na odprašování a poskytuje větší možnosti využití tepla spalin pro sušení surovin. Mezi výhody suchého způsobu výroby cementu patří také vyšší úběr slínku z 1 m³ pecní jednotky. Při spalování suchým způsobem se výrazně snižuje spotřeba čerstvé vody.