Jak a z čeho se vyrábí cement: suroviny a výrobní technologie

Cement je druhým nejvíce spotřebovaným zdrojem na Zemi po vodě: jeho roční spotřeba na naší planetě je přibližně 1 tuna na osobu. Cement se vyrábí ve 156 zemích. 70 % světové produkce cementu je však soustředěno pouze v 10 zemích, kde žije 70 % světové populace. Cementářský průmysl má klíčový význam pro hospodářský rozvoj, protože vyrábí hlavní typ stavebních materiálů pro bydlení, průmyslovou výstavbu a pro výstavbu infrastrukturních zařízení. Jeho tempo růstu je 1,5–2krát vyšší než tempo růstu globálního HDP.

Cement je jedním ze základních stavebních materiálů, který se nazývá „chlebem stavby“. V moderní stavební praxi neustále roste role cementu při výrobě nových progresivních materiálů a výrobků pro prefabrikovanou bytovou výstavbu. Jako hlavní pojivo se cement široce používá při výrobě betonu, železobetonu, stavebních roztoků, ale i v azbestocementovém, ropném a dalších průmyslových odvětvích. Je žádaný při výstavbě nových průmyslových objektů, rekonstrukcích a výstavbě budov a konstrukcí, včetně vodních staveb, individuální výstavbě. Jedinečné vlastnosti cementu umožňují jeho použití k výrobě speciálních konstrukcí, jako jsou železniční pražce, stavební bloky, panely a dlaždice a mnoho dalších výrobků.

Cementářský průmysl je jedním z předních odvětví výroby stavebních materiálů. Vyrábí se různé druhy cementu: portlandský cement, struskový portlandský cement, pucolánový portlandský cement, speciální cementy (dekorativní, ucpávací, hlinitanový, síranovzdorný, cement pro vodní stavby, rychle tvrdnoucí cement atd.).

Mezi hlavní vlastnosti cementu patří vlastnosti, jako je mrazuvzdornost, pevnost, hustota a spotřeba vody. Trvanlivost cementu a předmětů, na které se používá, závisí na těchto vlastnostech.

Cement a z něj získané progresivní stavební materiály úspěšně nahrazují ve stavebnictví vzácné dřevo, cihly, vápno a další tradiční materiály.

Cement je důležitý a nenahraditelný materiál používaný v různých stavebních procesech. Velkými spotřebiteli cementu jsou ropný a plynárenský průmysl a stavební firmy různých velikostí. Cement často používají jednotlivci při interiérových dekoracích nebo individuální výstavbě.

Hlavními surovinami pro výrobu portlandského cementu jsou v přírodě široce rozšířené sedimentární vápencové horniny s vysokým obsahem uhličitanu vápenatého CaCO3 a jílovité horniny s vysokým obsahem oxidu křemičitého SiO2, oxidu hlinitého Al2O3 a oxidu železa Fe2O3.

Kromě toho se do portlandského cementu během mletí přidává sádra, která zpomaluje dobu tuhnutí, a pro úsporu slínku se přidávají aktivní minerální přísady a některé průmyslové odpady (granulovaná vysokopecní struska, popel z paliva, nefelinové kaly atd.). Do portlandského cementu se také přidává malé množství (až 1 %) korekčních přísad, které zintenzivňují proces mletí a zlepšují individuální vlastnosti hotového výrobku.

Mezi vápencové horniny používané v cementářském průmyslu v Rusku patří vápenec, křída, vápenatý tuf, skořápkový vápenec atd. Všechny tyto materiály jsou první uhličitanovou složkou surovinové směsi. Průměrná hustota hustých vápenců dosahuje 2400-2700 a křídových hornin 1500-2000. Vlhkost těchto materiálů je 2-6 %, respektive 15-30 %. Vápence a křída obsahují až 90 % nebo více uhličitanu vápenatého (CaCO3) a malé množství křemenného písku, jílových minerálů, oxidu křemičitého, oxidu hlinitého atd. Pro výrobu cementu jsou vhodné uhličitanové horniny s obsahem 40-43,5 % CaO a 3,2-3,7 % MgO. Je žádoucí, aby obsah Na2O a K2O celkem nepřekročil 1 % a SO3 1,5-1,7 %. Obsah MgO a SO3 ve vápencových horninách by měl být omezen. Výhodnější jsou horniny s konstantním chemickým složením a homogenní jemnokrystalickou strukturou.

Nejčastěji používanými jílovými horninami jsou jíl, hlína, jílovitá břidlice, slínovitý jíl, spraš a spraši podobná hlína. Jílovité horniny se výrazně liší strukturou a fyzikálními vlastnostmi. Jíl je sedimentární hornina, která s vodou tvoří plastické těsto a po vysušení si zachovává daný tvar.

Přečtěte si více

Tělo ženy v poporodním období

Hustota jílu je 1,7-2,1, přirozená vlhkost je 10-30 %. Jíly se vyznačují značným obsahem jemných částic o velikosti menší než 0,001 mm. Skládají se z jílovité látky a nečistot. První z nich je buď jeden jílový minerál (monominerální jíly), nebo směs různých minerálů (polyminerální jíly). Jílovitou látkou jsou převážně hydrohlinitokřemičitany mAl2O3 nSiO2 pH2O, kde hodnoty koeficientů pro oxidy pro jednotlivé jílové minerály jsou různé. Krystalová mřížka hydrohlinitokřemičitanů může také obsahovat K, Na, Mg, Ca, Fe.

Existuje několik známých skupin jílových minerálů: kaolinit Al2O3 2SiO2 2H2O, halloysit Al2O3 2SiO2 4H2O, montmorillonit Al2O3 3-5SiO2 nH2O, monotermit 0,2K2O Al2O3 3SiO2 1,5H2O (místo draslíku může monotermit obsahovat Na, Mg, Ca), hydroslídy – ve formě sloučenin železa, křemen, uhličitany vápenaté a hořečnaté, sádrovec, živec a řada dalších látek. Různé druhy jílů slouží jako suroviny pro výrobu portlandského cementu, protože se obvykle používají jíly nacházející se v blízkosti uhličitanových ložisek. Častěji než jiné se používají hydroslídné a montmorillonitové jíly, méně často kaolinit a další. Hlavním ukazatelem vhodnosti jílu pro výrobu portlandského cementu je hodnota jeho silikátových a hlinitých modulů, které určují hodnotu těchto modulů v portlandském cementu, protože uhličitanová složka surovinové směsi obvykle obsahuje určité jílovité nečistoty.

Pouze při obzvláště příznivém chemickém složení surovin lze připravit surovinovou směs portlandského cementu daného složení ze dvou složek – uhličitanu a jílu. Ve většině případů je prakticky nemožné získat požadovanou směs ze dvou složek, a proto se používá třetí nebo dokonce čtvrtá složka – korekční přísady obsahující významné množství jednoho z oxidů chybějících v surovinové směsi.

Pokud v zásilce chybí SiO2, používají se jako korekční přísady obsahující oxid křemičitý křemenný písek, tripolis, štěpka a diatomit. Pokud chybí Fe2O3, přidává se železná ruda, pyrit a pyritové popelky a vysokopecní prach. Pokud chybí Al2O3, přidávají se jíly s vysokým obsahem oxidu hlinitého a bauxity. Obsah oxidů v korekčních přísadách by měl být: železnatý Fe2O3 nejméně 40 %; křemičitý SiO2 nejméně 70 %; hlinitý Al12O3 nejméně 30 %.

Aktivní minerální doplňky

Aktivní minerální přísady jsou minerální přísady, které po jemném mletí mají hydraulické nebo pucolánové vlastnosti. Aktivní minerální (jinak hydraulické) přísady mohou být přírodní nebo umělé. Mezi přírodní aktivní minerální přísady patří některé sedimentární horniny (diatomit, tripolis, opoka, gliage – přirozeně vypálené jílovité horniny), stejně jako horniny sopečného původu (sopečný popel, tuf, pemza, tras). Jako umělé aktivní minerální přísady se používají vedlejší produkty a průmyslový odpad: rychle ochlazené (granulované) vysokopecní a elektrotermofosforové strusky, palivový popel a struska, nefelinový kal (vedlejší produkt výroby oxidu hlinitého, sestávající z 80 % dikalciumsilikátu), jíly (jíloviny, cementit) vypalované při teplotách do 800 °C atd. Obsah aktivních minerálních přísad v cementu je regulován normou GOST 10178-85, je určen typem cementu a pohybuje se od 0 do 80 %.

Přečtěte si více

Co dělat, když rajčata ve skleníku hoří: jak je zachránit, proč hoří v polykarbonátovém skleníku od horka |

Aktivní minerální přísady se zavádějí nikoli za účelem zlepšení vlastností cementu, ale také za účelem úspory slínku a snížení nákladů na hotový výrobek.

Vedlejší produkty a odpad z jiných průmyslových odvětví

V cementářském průmyslu se nejčastěji používají vysokopecní struska, popel z paliva a nefelinové (belitové) kaly. Tyto vedlejší produkty zpravidla procházejí tepelným zpracováním v hlavní výrobě, neobsahují CaCO3 a mohou dokonce obsahovat řadu slínkových minerálů. Jejich zavedení do složení surovinových směsí proto umožňuje snížit teplotu výpalu a zvýšit produktivitu pecí.

Vysokopecní strusky vznikají během úplného tavení výchozích složek vsázky ve vysoké peci: rudy a tavidla – v redukčním prostředí. Mineralogické složení vysokopecních strusek je reprezentováno převážně silikáty a hlinitokřemičitanmi vápenatými. Popel z paliva vzniká při spalování paliva. Tepelné působení na anorganickou (minerální) část paliva vede k tvorbě pevných zrn různých sloučenin. Malé a lehké částice se specifickým povrchem 150-300/kg jsou z pece unášeny plyny. Podle chemického složení tvoří 85-90 % popela oxidy křemíku, hliníku, železa, vápníku a hořčíku.

Nefelinový (belitový) kal je odpadním produktem komplexního zpracování apatit-nefelinických hornin na oxid hlinitý, sodu a potaš. Chemické složení kalu, % hmotnostní: SiO2 — 26-30; А12О3 — 2,2-6,5; Fe2O3 — 2,1-5,5; СаО — 52-59; MgO — 2-2,5; Na2O — 1-2,5. Vzhledem k tomu, že tento kal prošel tepelným zpracováním, sestává převážně z křemičitanu vápenatého, minerálu, který je součástí cementového slínku.

Cement je hlavní stavební materiál, téměř žádná stavba se bez něj neobejde. K výrobě cementové směsi jsou potřeba speciální materiály, které se mlejí a míchají pomocí specifické technologie.

Z čeho se vyrábí cement: hlavní suroviny

Hlavními surovinami používanými při výrobě cementu jsou jíl a uhličitanové horniny, dále další materiály přírodního původu a průmyslový odpad, jako je struska.

Mezi horniny karbonátového původu patří vápenec, křída, slín a dolomity.

Fyzikální vlastnosti těchto hornin výrazně ovlivňují kvalitu vyrobeného cementu. Horniny s krystalickou strukturou hůře interagují s ostatními složkami během výpalu ve srovnání s horninami s amorfní strukturou. Vlastnosti těchto hornin jsou následující:

Křída je měkká sedimentární hornina, která je vápencem s roztíratelnými vlastnostmi. Křída se snadno drtí. Tento materiál je důležitou složkou při tvorbě cementové směsi.
Slín je sedimentární hornina, která se svými vlastnostmi nachází mezi vápnem a jílem. Může být pevná nebo sypká. Hustota a obsah vlhkosti této horniny se liší v závislosti na procentuálním zastoupení jílu, které obsahuje.

Při výrobě cementu se používají tyto horniny: jíl, spraš, jílovitá břidlice a sprašovitá hlína. Tyto materiály mají následující vlastnosti:

Jíly jsou sedimentární horniny, které obsahují minerály s různými vlastnostmi, za mokra se stávají plastickými a bobtnají. Při výrobě cementu suchou metodou umožňuje plastifikační schopnost jílu granulovat mouku a vytvářet brikety. Hlína je obyčejný jíl, který byl kontaminován prachovými a pískovými částicemi.
Jílovitá břidlice je hornina s vysokou hustotou a tvrdostí. Destičky, které tuto horninu tvoří, jsou tenké. Ve srovnání s jílem břidlice tolik neabsorbuje vlhkost a má stabilnější složení.
Spraš se skládá z nejmenších částic minerálů, jako je křemen, živec, má vysokou kyprost, pórovitost a nízkou plasticitu. Mezi hlínou a spraší se co do vlastností nachází sprašovitá hlína.

Přečtěte si více

Alergie na kočky - příznaky u dospělých a dětí, léčba

Korekční přísady

Proces výroby cementu zahrnuje použití různých přísad v závislosti na požadovaném typu konečného produktu. Nejčastěji se vyrábějí z minerálů obsahujících následující složky: oxid hlinitý, oxid křemičitý, fluorit, jíl a apatit.

Pomocí korekčních přísad, které se do složení cementu zavádějí pomocí specifické technologie, se zlepšují vlastnosti tohoto stavebního materiálu. Například s použitím změkčovadel začíná mít cementové složení následující vlastnosti:

Stává se odolnějším vůči negativním účinkům koroze.
Vyšší odolnost vůči teplotním změnám a dlouhodobému mrazu.
Zlepšuje se pevnost betonu.
Doba vytvrzování se prodlužuje.
Zvyšuje se mobilita a elasticita cementové malty.
Stupeň propustnosti vody se snižuje.

Do cementové směsi se přidávají přísady obsahující železo, oxid hlinitý a oxid křemičitý, aby se upravily hodnoty modulů těchto minerálů. Jako přísada obsahující železo obvykle slouží pyritové popelky z průmyslových podniků vyrábějících kyselinu sírovou. V této funkci se také, ale o něco méně často, používá vysokopecní prach získaný z vysokých pecí.

Mezi přísady oxidu hlinitého patří jíly s nízkým obsahem železa, bauxit a někdy i kaolin.

Křemenný písek, opoka a tripoli působí jako křemičité přísady do cementu. Ke snížení obsahu vlhkosti v kalu se používají koncentráty sulfitové kvasnice.

Pro získání různých druhů cementu se používají speciální přísady. S použitím přísad se vyrábějí:

HydrofobníPůsobí proti vysoké vlhkosti. Díky tomuto cementu má transportbeton dobrou odolnost vůči nízkým teplotám a minimální propustnost vlhkosti.
Bílý cementPoužívá se jako surovina, ze které se vyrábějí různé suché směsi, které se následně používají k povrchovým úpravám.
Rozšiřující sePři použití tohoto typu začíná hotový beton nabývat na objemu, což není typické pro jiné typy tohoto stavebního materiálu (beton je obvykle stlačený).
pucolánovéTento stavební materiál má nízké tepelné emise, takže se používá při stavbě velkých objektů. Zároveň se výrazně snižuje pravděpodobnost nerovnoměrného sedání budovy.
BarevnýPoužívá se k výrobě předmětů, které nevyžadují další zpracování. Při výrobě barevného cementu se obvykle přidává bílý slínek nebo barviva.
HliníkovéPevnost betonu smícháného s takovým cementem dosahuje 50 % již po jednom dni. V zimě se často používá v betonárnách kvůli velkému množství uvolněného tepla.

Jak se cement vyrábí ve výrobě

Při výrobě cementu existuje určitá technologie, která zahrnuje následující operace:

Všechny ingredience se předem smíchají za účelem výroby slínku, který se skládá z vápence a jílu. Podíl těchto materiálů na celkové hmotnosti slínku je 75 %, respektive 25 %.
Pak se vypaluje při vysoké teplotě, což je vlastně slínek. K tomu dochází při interakci hlíny a vápna, které jsou vystaveny vysokým teplotám dosahujícím 1450 °C.
Pak se to mele v kulových mlýnech. Takové mlýny jsou speciální bubny s kovovými kuličkami uvnitř. Bubny jsou horizontální a umožňují rozemletí slínku na prášek. Čím menší je podíl mletého materiálu, tím lepší je kvalita cementu a vyšší je stupeň stavebního materiálu.

Při výrobě cementu se používají různé metody, které jsou dány umístěním cementárny, použitým zařízením a poptávkou po určitých značkách produktů.

Byl jsi někdy v cementárně?

Přečtěte si více

Očkování proti hepatitidě A pro děti: důsledky, klady a zápory

Výrobní technologie se liší pouze v metodách přípravy komponentů pro výrobu cementu. Provádějí se následujícími způsoby:

MokrýTato technologie spočívá v použití křídy místo vápna, která se po smíchání s ostatními složkami současně mele v kulovém mlýně s povinným přidáním vody. Výsledkem je směs s koncentrací vlhkosti 40–50 %. Výsledný produkt se poté vypaluje v peci a přemění se na slínek ve tvaru koule, který se následně mele.
SuchoTato technologie umožňuje snížit náklady na výrobu cementu a dosáhnout zkrácení doby výrobního cyklu. Toto snížení nákladů a zrychlení procesu je dáno tím, že složky cementu jsou současně mlety a sušeny v mlýně pod vlivem plynů zahřátých na vysokou teplotu. Konečným produktem je prášková směs.
Kombinované. Tato možnost kombinuje mokré a suché metody, ale má své vlastní rozdíly. Jedna z možností zahrnuje finální výrobu polosuché směsi s obsahem vlhkosti až 18 %, která se vyrábí sušením získané směsi pomocí technologie mokré výroby. Jiná metoda je založena na přípravě suché směsi, která se následně navlhčí na 14 %, granuluje a nakonec se výsledná směs žíhá.

Výsledný cement musí být skladován v místech s nízkou vlhkostí. Jinak se při dlouhodobém skladování zhorší pojivové vlastnosti stavebního materiálu a kvalita betonu z něj vyrobeného nebude odpovídat deklarovaným vlastnostem.

K tomuto článku nejsou žádné komentáře.
Přidat komentář:
populární