Содержание, карта.

Цементный клинкер производство


Цементный клинкер

Время на чтение:
5 минут

5356

Цементный клинкер представляет собой продукт, который производят в процессе обжига до состояния плавления или спекания сырьевой смеси определенного состава. Клинкер является промежуточным продуктом в процессе производства цемента.

В специальных печах, при очень высокой температуре (выше 1000 градусов) нагревают смесь известняков и разных глин, в итоге получая спекшийся гранулированный материал. Химически это смесь алюмината и алюмоферрита кальция с силикатами. Для приготовления цемента клинкер измельчают, добавляют в него гипс и другие вещества.

Стоимость клинкера находится в достаточно широких пределах и напрямую зависит от сорта. Применяется в самых разных ремонтно-строительных работах.

Содержание

  • 1 Производство цемента
  • 2 Четыре главные фазы клинкера
    • 2.1 Алит
    • 2.2 Белит
    • 2.3 Алюминатная фаза
    • 2.4 Алюмоферритная фаза

Производство цемента

В процессе нагревания смеси, которую получают из известняка (до 75%), глины (до 25%) либо других похожих по составу и активности материалов, до температуры +1450С достигается состояние частичного плавления – таким образом образуются гранулы клинкера.

Чтобы в итоге получить цемент, клинкер смешивается с 2-5% гипса (точный объем зависит от содержания SO3 в самом клинкере и марки гипса), затем перемалывается в тончайшую пыль. Благодаря гипсу удается обеспечить быстрое схватывание материала. Хотя, в некоторых случаях его частично заменяют иными формами сульфата кальция. При помоле также допускается вводить другие добавки.

Виды цемента, который производят из клинкера:

  • Портландцемент – после обжига известняков, глинистых примесей, мергелей получают раствор цемента. Клинкер обычно смешивают с доменным шлаком, ракушечником и другими добавками. Портландцемент производят двумя способами: мокрым (когда компоненты смалывают и смешивают с водой, потом обжигают) и сухим (аналогичные действия, но без воды). Из портландцемента делают высокопрочные бетоны, облицовочные плитки, монолитные конструкции, даже искусственный мрамор и т. д.
  • Романцемент – создается посредством обжига известняков (содержание глинистых минимум 25%) при температуре свыше +1000С. Применяют для производства блоков, стеновых панелей, бетонных смесей низких марок.

Стандартный клинкер предполагает такой состав:

  • Трехкальциевый силикат (алит) – активный минерал, достаточно интенсивно набирает прочность и твердость с выделением тепла.
  • Двухкальциевый силикат (белит) – медленно твердеет в первоначальной стадии.
  • Трехкальциевый алюминат – обладает низким уровнем стойкости под воздействием серно-кислых соединений.
  • Четырехкальциевый алюмоферрит – намного медленнее твердеет в сравнении с алитом, но все равно быстрее белита. Прочность демонстрирует более низкую, чем у алита.

Четыре главные фазы клинкера

Цементный клинкер – это основной материал, который используется для производства цемента разных марок. То есть, проводится два действия: сначала производится клинкер в виде гранул, который получают путем нагревания глины и извести (с добавками) методом плавления, потом клинкер смалывается, в него добавляется гипс и получается цемент.

Разные способы обработки обуславливают то, что клинкер может быть с элементарным химическим или минералогическим составом. От того, какие объемы клинкерных материалов использовались при обжиге, зависят свойства цемента: он может быть быстросохнущим, созданным специально для использования при минусе, обладать другими свойствами.

Состав представляет собой систему нескольких клинкерных минералов, которые появляются в процессе плавки и обжига. Но заметить части отдельных составляющих клинкера невозможно, так как речь идет об аморфных и тонкозернистых кристаллических фазах.

Прежде, чем производить цемент, клинкер подбирают по составу. Обычно речь идет о четырех основных фазах, указанных ниже. Кроме них, в небольших объемах в веществе могут присутствовать другие фазы (оксид кальция, щелочные сульфаты).

Алит

Самая важная составляющая любого клинкера для цемента. В составе должно быть минимум 50-70% трехкальциевого силиката (обозначается 3СаO*SiО2 или сокращенно C3S). Структура и состав данной фазы модифицируются благодаря размещению в решетке инородных ионов (в особенности Аl3+, Mg2+, Fе3+). Алит стремительно реагирует с водой, в нормальных цементах имеет самое большое значение для обеспечения прочности. Особенно важен алит для обеспечения набора прочности цемента в течение 28 суток.

Белит

Когда производится клинкер цементный, содержание белита должно быть равно 15-30%. Двухкальциевый силикат обозначается как 2СаO*SiО2 (либо сокращенно C2S), модификация происходит за счет добавления в структуру инородных ионов, чаще всего большей частью либо полностью присутствует в формате β-модификации.

Белит с водой реагирует достаточно медленно, не оказывает воздействия на уровень прочности цемента на протяжении 28 суток. Но он влияет на прочность в значительно поздние сроки, что также немаловажно. Так, через год в идентичных условиях показатель прочности чистого белита и чистого алита примерно одинаков.

Алюминатная фаза

Алюминатная фаза в клинкере цементном составляет 5-10%. Трехкальциевый алюминат обозначается как 3СаO*Al2O3, меняется по составу и структуре в некоторых случаях благодаря инородным ионам (в особенности Nа+, Si4+, К+, Fe3+). Фаза мгновенно реагирует с водой, из-за чего становится причиной быстрого высыхания, если в состав не был введен контролирующий скорость схватывания реагент, в качестве которого выступает обычно гипс.

Алюмоферритная фаза

Ферритная фаза составляет около 5-15% цементного клинкера, обозначается как 4CaO*Al2O3*Fe2O3 (сокращенно CaAlFe). Четырехкальциевый алюмоферрит существенно меняет состав при изменениях пропорции Al/Fe и нахождении в структуре инородных ионов.

Скорость реакции базы с водой может быть разной из-за отличий в составе. Как правило, показатель достаточно высокий на первых этапах, в более поздние сроки средний между показателями алита и белита.

Что такое цементный клинкер? Состав и использование

Цементный клинкер — производится на стадии обжига при производстве цемента и используется в качестве связующего во многих цементных изделиях.

При нагревании смеси, полученной из известняка (около 75 %) и глины (около 25 %) или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры 1450°С происходит частичное плавление и образуются гранулы клинкера.

Кусочки клинкера обычно имеют диаметр 3-25 мм и темно-серого цвета.

Состав клинкера

Состав клинкера рассматривается двумя отдельными подходами:

  • минералогический анализ с использованием петрографической микроскопии или рентгеноструктурного анализа;
  • химический анализ, наиболее точно методом рентгеновской флуоресцентной спектрометрии.

Четыре главные фазы клинкера

Алит. Является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров. Его содержание составляет 50—70 %.

Белит. Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15—30 %.

Алюминатная фаза. Содержание алюминатной фазы составляет 5—10 % для большинства нормальных цементных клинкеров.

Алюмоферритная фаза. Ферритная фаза (CaAlFe) составляет 5—15 % обычного цементного клинкера.

Термохимия клинкера

Сырье забирается в печь при комнатной температуре. Внутри печи температура продолжает повышаться, и когда она достигает своего пика, при быстром охлаждении образуется клинкер. Хотя стадии реакции часто пересекаются, они могут быть выражены в четко определенной последовательности следующим образом:

  1. 65-125 ° C : испаряется свободная вода. Чистая подводимая теплота: 2145 кДж/кг клинкера.
  2. 400-650 ° C : глина разлагается эндотермически, и щелочи вступают в реакцию с атмосферой печи с образованием жидких сульфатов. Чистая тепловая мощность: 42,2 кДж/кг клинкера.  
  3. 500-650 ° C : доломит разлагается эндотермически. Чистая потребляемая энергия: 19,7 кДж.
  4. 650-900 ° C : карбонат кальция эндотермически реагирует с диоксидом кремния с образованием «зарождающегося белита». Чистая тепловая мощность: 722,5 кДж
  5. 700-900 ° C : карбонат кальция эндотермически реагирует с оксидом алюминия и оксидом железа с образованием зарождающегося алюмината и феррита. Чистая тепловая мощность: 207,2 кДж.
  6. 900-1050 ° C : когда весь имеющийся оксид кремния, оксид алюминия и оксид железа прореагировали, оставшийся карбонат кальция эндотермически разлагается до оксида кальция. Потребность в тепле: 601,9 кДж / кг клинкера.
  7. 1300-1425 ° C : алюминат, феррит и часть белита эндотермически плавятся, а белит реагирует с оксидом кальция с образованием алита.
  8. 1425-1300 ° C : пройдя пиковую температуру, расплав экзотермически замерзает, превращаясь в алюминат, феррит и белит.

Использование клинкера: преобразование в цемент

Клинкер, в сочетании с добавками и измельченный в мелкий порошок, используется в качестве связующего в цементных изделиях. Различные вещества добавляются для достижения определенных свойств в производимом цементе. Гипс, добавляемый и измельчаемый клинкером, регулирует время схватывания и дает наиболее важное свойство цемента — прочность на сжатие. Это также предотвращает агломерацию и покрытие порошка на поверхности шариков и стенок мельницы. Некоторые органические вещества, такие как триэтаноламин (используется в количестве 0,1 мас.%), добавляется в качестве измельчающих добавок, чтобы избежать агломерации порошка. Другими добавками, которые иногда используют, являются этиленгликоль, олеиновая кислота и додецилбензолсульфонат. Наиболее заметным типом производимого цемента является портландцемент, но некоторые активные ингредиенты химических добавок могут добавляться в клинкер для производства других типов цемента, таких как:

  • молотый гранулированный доменный шлак цемент
  • пуццолана цемент
  • кремнеземистый цемент

 

Клинкер в основном используется для производства цемента. Поскольку он может храниться в сухом состоянии в течение нескольких месяцев без заметного ухудшения, он продается в больших количествах на международном рынке. Производители цемента покупают клинкер для своих цементных заводов в тех местах, где сырья для цемента мало или нет в наличии.

Что такое цементный клинкер? Состав, типы и применение

Клинкер представляет собой шаровидный материал, получаемый на стадии обжига при производстве цемента и используемый в качестве связующего во многих цементных продуктах. Глыбы или узелки клинкера обычно имеют диаметр 3-25 мм и темно-серый цвет. Его получают путем нагревания известняка и глины до состояния разжижения при температуре около 1400°C-1500°C во вращающейся печи. Клинкер при добавлении к гипсу (для контроля схватывания цемента и обеспечения прочности на сжатие) и тонком измельчении дает цемент. Клинкер может храниться в течение длительного периода времени в сухом состоянии без ухудшения качества, поэтому он продается на международном уровне и используется производителями цемента, когда сырье оказывается дефицитным или недоступным.

Состав клинкера

Состав клинкера исследуют двумя отдельными методами:

  • минералогический анализ с использованием петрографической микроскопии и/или рентгеноструктурного анализа
  • химический анализ, наиболее точно с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии

Четыре основных компонента клинкера:

  • Алит : примерно трехкальциевый силикат (обычно около 65% от общего количества)
  • Белит : приблизительно двухкальциевый силикат (обычно около 15% от общего количества)
  • Алюминат : приблизительно трехкальциевый алюминат (обычно около 7% от общего количества)
  • Феррит : приблизительно четырехкальциевый алюминоферрит (обычно около 8% всего)

Другие вещества могут присутствовать в небольших количествах:

  • Солевые фазы - различные сочетания катионов натрия, калия и кальция с сульфатными и хлоридными анионами, такие как:
    • Arcanite - K 2 SO 4
    • Calcium Langbeinite - K 2 Ca 2 (SO 4 ) 3
    • Aphthitalite - K 3 Na(SO 4 ) 2
    • Сильвит - KCl
  • Низкотемпературные фазы - различные промежуточные химические вещества, избежавшие дальнейшей термической обработки, такие как:
    • Спуррит - Ca 5 (SiO 4 09050 4 09050 ) 29043 )
    • Тернезит - CA5 (SIO 4 ) 2 (SO 4 )
    • ELLESTADITE - CA 10 (SIO 4 ) 3 (SO 4 ) 3 (SO 4 ) 50550) 3 (SO 4 ) ) (SO 4 ) ) (SO 4 ) ) ) 3 (SO 4 ) ). OH) 2
    • Ye'elimite - CA 4 (ALO 2 ) 6 (SO 4 )

Химический анализ клиннк обычно дается в оксидном, следующие (следующие поступающие (NOS NOGS: NOS NOS. в вес. оксида %):

SiO2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO K 2 O Na 2 O SO 3 LOI IR Total
21.5 5.2 2.8 66.6 1.0 0.6 0.2 1.0 1.5 0.5 98.9

Свободная известь = 1,0% CaO

Остаток составляется путем добавления сульфатов щелочных металлов и незначительных примесей, таких как небольшие количества оксидов титана, марганца, фосфора и хрома.

Количество различных компонентов варьируется в зависимости от желаемых свойств производимого клинкера.

Термохимия клинкера

Сырье, поступающее в печь, принимают при комнатной температуре. Внутри печи температура продолжает расти, и когда она достигает своего пика, клинкер производится путем быстрого охлаждения. Хотя стадии реакции часто перекрываются, их можно выразить в четко определенной последовательности следующим образом:

  1. 65-125°C : Свободная вода испаряется: необходимо обеспечить скрытое тепло. Полезная тепловая нагрузка: 2145 кДж/кг клинкера.
  2. 400-650°C : Глины разлагаются эндотермически, а щелочи реагируют с атмосферой печи с образованием жидких сульфатов. Полезная тепловая нагрузка: 42,2 кДж/кг клинкера.
  3. 500-650°C : Доломит разлагается эндотермически. Полезная энергозатратность: 19,7 кДж.
  4. 650-900°C : Карбонат кальция эндотермически реагирует с диоксидом кремния с образованием "начального белита". Полезная тепловая энергия: 722,5 кДж
  5. 700-900°C : Карбонат кальция эндотермически реагирует с оксидом алюминия и оксидом железа с образованием зачаточного алюмината и феррита. Полезная тепловая энергия: 207,2 кДж.
  6. 900-1050°C : Когда весь доступный кремнезем, оксид алюминия и оксид железа прореагируют, оставшийся карбонат кальция эндотермически разлагается до оксида кальция. Потребность в подводимой теплоте: 601,9 кДж/кг клинкера.
  7. 1300-1425°C : Алюминат, феррит и часть белита плавятся эндотермически, и белит реагирует с оксидом кальция с образованием алита.
  8. 1425-1300°C : Пройдя пиковую температуру, расплав экзотермически замерзает до алюмината, феррита и белита.

Типы клинкера

Наиболее распространенный тип клинкера производится для портландцемента и его смесей. Типы клинкера различаются в зависимости от типа цемента, для которого производится клинкер. Помимо смесей портландцемента, некоторые специальные типы цементного клинкера перечислены ниже:

  1. Сульфатостойкий клинкер
  2. Низкий тепловой клинкер
  3. Белый клинкер
  4. Низко-алло-клинкер
  5. Белье кальцийсульфоалюминат Тернезит (BCT)
Sulfate Resistaint Clinker

IT содержит 76% AlIte, AlIte, Al-aliTe, Al-Reste-Restant. , и 1% свободного оксида кальция. Его производство в последние годы сократилось, потому что сульфатостойкость можно легко получить, используя гранулированный доменный шлак в производстве цемента.

Низкотемпературный клинкер

Содержит 29 % алита, 54 % белита, 2 % алюмината трикальция и 15 % алюмоферрита тетракальция с очень небольшим количеством свободной извести. Его больше не производят, потому что цемент, произведенный из обычного клинкера и молотого гранулированного доменного шлака, обладает отличными низкотемпературными свойствами.

Белый клинкер

Он содержит 76 % алита, 15 % белита, 7 % трехкальциевого алюмината, не содержит тетракальциевого алюмоферрита и 2 % свободной извести, но его состав может сильно различаться. Белый клинкер производит белый цемент, который используется в эстетических целях в строительстве. Большая часть белого цемента идет на заводские сборные железобетонные изделия.

Низкощелочной клинкер

Уменьшение содержания щелочи в клинкере осуществляется либо заменой сырьевого источника глинозема другим компонентом (таким образом получая более дорогой материал из более удаленного источника), либо установкой «щелочного стравливания», который включает удаление некоторых высокотемпературных газов из системы печи (которые содержат щелочи в виде дыма), что приводит к некоторым потерям тепла.

Белит Сульфоалюминат кальция Тернезит (BCT)

Эта концепция используется при производстве клинкера с выбросом двуокиси углерода на 30% меньше. Повышается энергоэффективность, а затраты на электроэнергию для производственного процесса также снижаются примерно на 15%.

Использование клинкера: преобразование в цемент

Клинкер в сочетании с добавками и измельченный в мелкий порошок используется в качестве связующего в цементных изделиях. Различные вещества добавляются для достижения определенных свойств в производимом цементе. Гипс, добавленный и измельченный с клинкером, регулирует время схватывания и придает важнейшее свойство цемента — прочность на сжатие. Это также предотвращает агломерацию и налипание порошка на поверхность шаров и стенки мельницы. Некоторые органические вещества, такие как триэтаноламин (используется в количестве 0,1 мас.%), добавляют в качестве добавок для измельчения, чтобы избежать агломерации порошка. Иногда используются и другие добавки: этиленгликоль, олеиновая кислота и додецилбензолсульфонат. Наиболее известным типом производимого цемента является портландцемент, но некоторые активные ингредиенты или химические добавки могут быть добавлены в клинкер для производства других типов цемента, таких как:

  • измельченный гранулированный доменный шлаковый цемент
  • пуццолановый цемент
  • микрокремнеземный цемент

Клинкер в основном используется для производства цемента. Поскольку он может храниться в сухом состоянии в течение нескольких месяцев без заметного ухудшения качества, он продается на международном уровне в больших количествах. Производители цемента покупают клинкер для своих цементных заводов в районах, где сырья для производства цемента мало или оно отсутствует.

Процесс производства цементного клинкера с реакциями

Добыча и подготовка сырья

Основное сырье (известняк, глинистый мел или базальт) добывается из природных горных пород. Их измельчают и передают в хранилище предварительного смешивания, куда добавляют другие вещества (такие как песок, железная руда, бокситы, сланцы, шлак, зола-уноса) для получения желаемого химического состава.

Гомогенизация

Сырье измельчается в сырьевой мельнице, где размер частиц уменьшается на 90 мкм, а затем переносится в бункер гомогенизации для обеспечения производства однородного и хорошего качества клинкера.

Предварительный нагрев

Гомогенная смесь сырьевых материалов нагревается и превращается в оксиды (которые готовы к фазе обжига в печи) в циклонах предварительного нагрева, снабженных кальцинатором, работающим на нефти, природном газе или угле .

Обжиговая фаза

Поскольку клинкер представляет собой сложную смесь ингредиентов, он требует многоступенчатой ​​термообработки, которая осуществляется в печи. Основная часть процесса производства клинкера происходит в печи. Стадии в печной фазе следующие:

  • Испарение свободной воды: Для испарения воды из шламовой смеси сырьевых материалов требуется давление выше атмосферного. Вода становится перегретой, и испарение постепенно прекращается, когда температура поднимается выше 120°С.
  • Разложение глины: «Глинистые» минералы составляют большую часть щелочей в сырье, наиболее распространенным из которых является каолинит, Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 . Отделенные щелочи реагируют с кислыми газами, присутствующими в печи, при высокой температуре. Эффективными реакциями здесь являются:
    SI 2 AL 2 O 5 (OH) 2 → 2 SIO 2 + AL 2 O 3 + 2 H 2 O (Vapor) KALSI 3 O 2 O (Vapor) KALSI 3 O 999999999. 8 (ортоклаз) + 0,5 SO 2 + 0,25 O 2 → 3 SIO 2 + 0,5 AL 2 O 3 + 0,5 K 2 SO 4
  • DOLOMIT в сырьевой смеси существует в основном в виде доломита CaMg(CO 3 ) 2 , а также в виде силиката или карбоната. Доломит реагирует следующим образом:
    CaMg(CO 3 ) 2 >→ CaCO 3 + MgO + CO 2
    Опять же, некарбонатные соединения магния (например, флогопит) реагируют следующим образом: O 10 (OH) 2 + 0,5 SO 2 + 0,25 O 2 → 0,5 K 2 SO 4 + 3 MGO + 0,5 AL 2 O 3 + 3 SIO 2 2 O 3 + 3 SIO 2 2 + H 2 O (пар)
  • Низкотемпературное разложение кальцита Карбонат кальция, присутствующий в сырьевой смеси в виде кальцита, образует углекислый газ, количество которого превышает половину массы готового клинкера. Это требует огромных затрат тепла. Эффективность этой реакции является одним из факторов, определяющих производительность и расход тепла в печи. Чистый кальцит в печи разлагается при температуре около 650°C:
    2 CaCO 3 + SiO 2 → Ca 2 SiO 4 + 2 CO 2
    Активные продукты разложения глины и небольшое количество щелочного сульфата/хлорида-расплав сближают продукты за счет поверхностного натяжения и действуют в качестве среды переноса ионов. Здесь образуется CO 2 , но не образуется свободная известь (CaO). В силикатных фазах магний реагирует с кремнеземом с образованием форстерита (который переходит в твердый раствор в белите):
    2 MgO + SiO 2 → Mg 2 SiO 4
    Фосфор (в виде апатита в сырьевой смеси) реагирует с небольшим количеством свободного кремнезема и образует витлокит (который также переходит в твердый раствор в белите):
    Ca 5 (PO 4 )3OH + 0,25 SIO 2 → 1,5 CA 3 (PO 4 ) 2 + 0,25 CA 2 SIO 4 + 0,5 H 2 O (Vapor)
    печь израсходована.
  • Реакция глинозема и оксида железа: Карбонат кальция продолжает реагировать с другими оксидами, свободная известь еще не образуется. Хотя трехкальциевый алюминат здесь стабилен, плохо закристаллизованный майенит (Ca 12 Al 14 O 33 ) кажется сформированным. Реакции на этом этапе:
    12 Caco 3 + 7 AL 2 O 3 → CA 12 AL 14 O 33 + 12 CO 2
    4 CACO 3 + AL AL. 2 O 3 + Fe 2 O 3 → Ca 4 Al 2 Fe 2 O 10 + 4 CO 2
    4 CaCO 3 + Al 2 О 3 + MN 2 O 3 → CA 4 AL 2 MN 2 O 10 + 4 CO 2
  • Остальное расчет: Маленькое количество кальцита остается на этой сцене и и на этом сцене впервые образует свободную известь:
    CaCO 3 → CaO + CO 2
  • Агломерация: Агломерация — это процесс уплотнения и образования твердой массы материала под действием тепла или давления до точки разжижения без фактического расплавления.

    Learn more