Технология производства цемента мокрым способом: Промышленное производство цемента мокрым способом

Промышленное производство цемента мокрым способом

Классическое производство цемента заключается в следующих технологических операциях: добыча сырья, изготовление сырьевой смеси, ее обжиг и получение клинкера, помол клинкера и специальных добавок до состояния мелкодисперсного порошка.

По способу подготовки сырья различают мокрый, сухой и комбинированный методы производства клинкера. Способ производства выбирается в зависимости от технических, экономических и технологических факторов, к которым относятся свойства сырья, его влажность и однородность, наличие необходимой топливной базы и некоторые другие аспекты.

Мокрый способ изготовления цементного вяжущего используют в том случае, когда свойства компонентов не позволяют применить сухой способ (более экономный и рациональный). Мокрый метод заключается в измельчении и перемешивании сырьевых материалов, усреднении и корректировании смеси при воздействии некоторого количества воды.

Этот способ производства цемента предполагает измельчение сырья и смешивание сырьевой смеси с водой. В результате образуется достаточно густая масса, называемая сырьевым шламом, которая содержит от 32 до 45% воды.

В зависимости от различных факторов (например, берутся в расчет физические свойства исходных материалов) при мокром способе производства цемента могут применяться различные схемы, несколько отличающиеся способом приготовления смеси.

Цементные заводы, применяющие мокрый способ производства, используют для производства цементного клинкера твердый известняковый и мягкий глинистый компоненты.

Первоначальная технологическая процедура получения клинкера представляет собой измельчение сырья. Если известковым компонентом является мел, его подвергают дроблению в мельнице или болтушках. Твердый известняк измельчают щековыми дробилками. Похожий процесс измельчения известняка используется при производстве минерального порошка.

Глиняный шлам и известняк в определенных пропорциях (в зависимости от требуемого химического состава клинкера) помещаются в сырьевую мельницу. Для получения сырьевого шлама определенного химического состава проводят его корректировку в потоке либо бассейнах.

Густая масса сырьевого шлама, выходящая из мельниц, подается насосами в расходные бачки, из которых равномерно сливается в печи цеха для последующего обжига. В мокром производстве цемента используются для обжига клинкера вращающиеся длинные печи, в которые встроены теплообменные устройства. Похожие печи, только меньшего размера используются для сушки песка при производстве сухих строительных смесей.

Обожженный клинкер из печей отправляется в холодильные камеры, где подвергается обработке холодным воздухом. После охлаждения клинкер отправляется на склад (иногда прямо из холодильных камер он идет сразу в цементные мельницы для помола). Перед помолкой клинкер дробят, а помол производят совместно с добавками и гипсом.

После помола клинкер отправляют на склады силосного типа. Отгрузка потребителю осуществляется либо в бумажных мешках, либо в цементовозах, либо в специально оборудованных железнодорожных вагонах.

Способы производства цемента — Завод ВосЦем

Процесс производства цемента состоит из следующих основных технологических операций: добычи сырьевых материалов; приготовления сырьевой смеси, обжига сырьевой смеси и получения цементного клинкера; помола клинкера в тонкий порошок с небольшим количеством некоторых добавок.

В зависимости от способа подготовки сырья к обжигу различают мокрый, сухой и комбинированный способы производства цементного клинкера.

При мокром способе производства измельчение сырьевых материалов, их перемешивание, усреднение и корректирование сырьевой смеси осуществляется в присутствии определенного количества воды. А при сухом способе все перечисленные операции выполняются с сухими материалами. Мокрый способ приготовления сырьевой смеси применяют, когда физические свойства сырьевых компонентов (пластичной глины, известняка, мела с высокой влажностью и т.д.) не позволяют организовывать экономичный технологический процесс производства сырьевой смеси по сухому способу производства. При комбинированном способе сырьевую смесь приготовляют по мокрому способу, затем ее максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных установках и в виде полусухой массы обжигают в печи. Каждый из перечисленных способов имеет свои достоинства и недостатки.

Способ производства цемента выбирают в зависимости от технологических и технико-экономических факторов: свойств сырья, его однородности и влажности, наличия достаточной топливной базы и др.  

Мокрый способ производства цемента.

Сухой способ производства цемента.

Комбинированный способ производства цемента.

Производство цемента складывается в основном из следующий операций: добыча сырья; приготовления сырьевой смеси, состоящего из дробления и ее гомогенизации; обжига сырьевой смеси; помола обожженного продукта (клинкера) в тонкий порошок.

Существуют два основных способа производства – мокрый и сухой. При мокром способе производства сырьевую смесь измельчают и смешивают сырьевые материалы с водой. Получаемая сметанообразная жидкость – шлам – содержит 32-45% воды. По сухому способу сырьевые материалы предварительно высушивают, а затем измельчают и смешивают. Полученный тонкий порошок называют сырьевой мукой.

В зависимости от физических свойств исходных материалов и ряда других факторов при получении цемента по мокрому способу применяют разные схемы производства. Схемы эти отличаются одна от другой только способом приготовления сырьевой смеси. Приводим схему производства цемента по мокрому способу из твердого материала — известняка — и мягкого — глины.

При трехкомпонентной сырьевой смеси корректирующую добавку дробят, после чего она попадает в бункер, откуда вместе с известняком поступает в мельницу. Глину до болтушки пропускают через валковую дробилку. Сырьевые материалы дозируют перед мельницей специальными питателями.

Если при производстве по мокрому способу сырьевую смесь составляют из одних твердых материалов — известняка, мергелей и глинистых  сланцев, то их дробят в дробилках без добавки воды и размалывают совместно в мельнице, куда добавляют воду. В том случае в схеме отсутствует болтушка. При изготовлении цемента из одних мягких материалов (мела, глины, мягких мергелей) сырье измельчают в болтушках, после чего размалывают в более коротких шаровых мельницах. В этом случае воду добавляют в первой стадии процесса и материалы дозируют перед ,поступлением в болтушки.

При сухом способе производства выбор схемы зависит от рода поставляемого топлива, физических свойств сырья, мощности завода и ряда других факторов. При использовании для обжига клинкера угля с большим содержанием летучих обжиг ведут во вращающихся печах, — если же применяют топливо с малым содержанием летучих — то в шахтных.

Так как при соприкосновении мелкого порошка, образующегося при помоле, с влагой материала образуется пластичная масса, которая налипает на внутреннюю поверхность агрегата и препятствует дальнейшему помолу, то дробленые сырьевые материалы с естественной влажностью размалывать нельзя. Поэтому после выхода из дробилки сырьевые материалы высушивают и затем направляют в мельницу, где перемалывают в тонкий порошок. Однородные по физическим свойствам материалы можно дробить и сушить в одних и тех же аппаратах. В случае применения гранулированного шлака его подсушивают без предварительного дробления. Помол и сушку сырьевой смеси целесообразно вести одновременно в одном аппарате-мельнице — в том случае, если влажность сырьевых материалов не превышает 8-12%, например, при использовании известняков и глинистых сланцев. Если в качестве сырья используется непластичный глинистый компонент, то при сухом способе производства обжиг ведут только во вращающихся печах. При пластичном глинистом компоненте можно вести обжиг, как во вращающихся печах, так и в шахтных печах. В последнем случае сырьевую смесь вначале увлажняют в смесительных шнеках водой до 8-10%-ной влажности. Затем массу подают в грануляторы, где она вместе с дополнительно подводимой водой превращается в гранулы с влажностью 12-14%. Эти гранулы и поступают в печь.

При обжиге клинкера на газообразном или жидком топливе схема производства упрощается, так как отпадает необходимость в приготовлении угольного порошка.

В ряде случаев может оказаться целесообразным комбинированный способ производства, при котором сырьевая смесь в виде шлама, полученного при обычном мокром способе производства, подвергается обезвоживанию и грануляции, а затем обжигается в печах, работающих по сухому способу.

Выбор сухого или мокрого способа производства зависит от многих причин. Как тот, так и другой способ имеют ряд преимуществ и недостатков. При мокром способе легче получить однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь, обуславливающую высокие качества клинкера. Поэтому при значительных колебаниях в химическом составе известнякового и глинистого компонента он целесообразнее. Этот способ используется и тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, мягкую структуру и легко диспергируются водой. Наличие в глине посторонних примесей, для удаления которых необходимо отмучивание, также предопределяет выбор мокрого способа. Размол сырья в присутствии воды облегчается, и на измельчение расходуется меньше энергии. Недостаток мокрого способа — больший расход топлива. Если используют сырьевые материалы с большой влажностью, то расход тепла, затрачиваемого на сушку и обжиг, при сухом способе будет мало отличаться от расхода тепла на обжиг шлама при мокром способе. Поэтому сухой способ производства целесообразнее при сырье со сравнительно небольшой влажностью и однородным составом. Он же практикуется в случае, если в сырьевую смесь вместо глины вводят гранулированный доменный шлак. Его же применяют при использовании натуральных мергелей и тощих сортов каменного угля ,с малым содержанием летучих, сжигаемых в шахтных печах.

При изготовлении сырьевой смеси по любому способу необходимо стремиться к наиболее тонкому помолу, теснейшему смешению сырьевых материалов и к возможно большей однородности сырьевой смеси. Все это гарантирует однородность выпускаемого продукта и является одним из необходимых условий нормальной эксплуатации завода. Резкие колебания химического со·става сырьевой смеси нарушают ход производственного процесса. Высокая тонкость помола и совершенное смешение необходимы для того, чтобы химическое взаимодействие между отдельными составными частями сырьевой смеси прошло до конца в возможно более короткий срок.

При выборе той или другой схемы производства особое внимание следует обращать на рентабельность работы предприятия и возможность снижения себестоимости продукции. Основными мероприятиями, ведущими к снижению себестоимости являются: интенсификация производственных процессов, повышение коэффициента использования оборудования, рост выпуска цемента, повышение его качества (марки), снижение расхода топлива и электроэнергии, механизация производственных процессов и всех вспомогательных работ, автоматизация управления производственными процессами и некоторые другие.

Мощность цементных заводов устанавливают в зависимости от сырьевой базы и потребности района в цементе. На новых заводах она равна обычно 1-2 млн. т цемента в год. Характерным показателем производительности труда на цементных заводах является выпуск цемента на одного рабочего в год, который в 1963 г. составил 915 т. Выработка на одного работающего была 7-62 т. На заводах, оснащенных высокопроизводительным оборудованием, выработка цемента достигла соответственно 2000 и 1600 т.

На цементных заводах, а также на заводах по производству других вяжущих материалов приходится перемещать от одного аппарата к другому большие массы кускового порошкообразного и жидкого материала. Для транспортирования их применяют ковшовые элеваторы, шнеки, ленточные, пластинчатые и скребковые транспортеры, транспортные желоба, насосы, краны с грейферами. Для транспортирования порошкообразных материалов широко используют пневмовантовые и камерные насосы, а также пневмотранспортные желоба.

Транспортирование шлама имеет ряд особенностей, так как он представляет собой сметанообразную текучую массу, содержащую 32-45% воды. Чтобы уменьшить расход топлива на обжиг, стремятся снизить влажность шлама, а чтобы улучшить его транспортабельность, необходимо увеличить содержание воды. По условиям транспортабельности шлам должен течь по желобу, имеющему уклон в 2-4 %. Чем пластичнее сырьевые материалы, тем больше приходится добавлять воды для получения шлама нужной текучести. Обычно шлам транспортируется центробежными насосами.

На заводы сырьевые материалы доставляют из карьера в виде кусков размерами до 1000-1200 мм. Иногда сырьевые отделения расположены непосредственно на карьерах, откуда шлам поступает на заводы. Так, на Балаклейском цементном заводе отделение болтушек размещено на карьере. Сырьевые материалы в виде мела и глины поступают в дробилки, а затем в болтушки. Полученный глиняно-меловой шлам нормальной влажности перекачивается по шламопроводам на завод.

При выпуске цемента обычных марок сырьевые материалы и клинкер размалываются до остатка на сите №008 порядка 8-10%. Для получения цемента более высоких марок материалы размалываю тоньше — до остатка на том же сите около 5% и даже меньше. Измельчать сырьевые материалы до получения тонкого порошка в одном аппарате невозможно. Поэтому сначала материал подвергают в дробилках двyx — тpex стадийному дроблению до величины кусков, не превышающей 8-20 мм, а затем измельчают в мельницах в гонкий порошок с размерами зерен не более 0,06-0,10 мм, глину поступающую из карьера в кусках размером до 500 ММ, измельчают в валковых дробилках до кусков не больше 100 мм, а затем отмучивают в болтушках до получения глиняного шлама с влажностью 60-70%. Этот шлам и подают в сырьевую мельницу.

Удельный расход сырья зависит от его химического состава и зольности топлива и составляет 1,5-2,4 т на 1 т клинкера. Расход электроэнергии на 1 т выпускаемого цемента составляет 80-100 квт/ч.

Технология производства портландцемента — мокрый способ

Мокрый способ целесообразно применять, если в глине имеются посторонние примеси при значительных колебаниях химического состава сырья и его высокой влажности.

К недостаткам этого способа относится высокий расход топлива на обжиг — в 1,5 — 2 раза больший, чем при сухом.

Технологическая схема получения цемента по мокрому способу

1 — щековая дробилка;

2 — молотковая дробилка;

3 — склад сырья;

4 — мельница «Гидрофол»;

5 — мельница мокрого помола;

6 — вертикальный шламбассейн;

7 — горизонтальный шламбассейн;

8 — вращающаяся печь;

9 — холодильник;

10 — клинкерный склад;

11 — мельница;

12 — силос цемента.

Обычно содержание СаСО₃ в шламе составляет 75 — 78%. Отклонение от него допускается не более 0,1%. Откорректированный шлам хранится в горизонтальных шламбассейнах. Из них шлам перекачивают мощными насосами в распределительный бачок установленный над печью. Из бачка шлам поступает в печь на, обжиг.

Выходящий из печи клинкер интенсивно охлаждается в колосниковом холодильнике и поступает на клинкерный склад, где выдерживается 3–4 недели. Здесь создается промежуточный запас клинкера, обеспечивающий бесперебойную работу завода. Кроме того, в клинкере при вылеживании совершается в естественных условиях ряд физико-химических процессов, способствующих повышению качества и стабилизации свойств цемента, поэтому выдерживание клинкера на складе представляет собой отдельную технологическую операцию.

При выдерживании происходит гашение атмосферной влагой СаО несвязанного. Одновременно с этим стекловидная часть клинкера кристаллизуется, двухкальциевый силикат 2СаО•SiО2 из β-модификации частично превращается γ-форму. Все это приводит к стабилизации состава клинкера, некоторому разрыхлению его и облегчению последующего помола. Помимо клинкера, на клинкерных складах хранятся предварительно раздробленные минеральные добавки (трепел, опока, шлак и др.), которые вводят в состав цемента при помоле клинкера.

Открытые клинкерные склады оборудованы мостовыми кранами с грейферными захватами, с помощью которых клинкер и минеральные добавки подают в расходные бункера цементных мельниц.

В силосных складах составляющие цемента поступают на сборный ленточный конвейер, который доставляет их к мельницам. Питание шаровых мельниц осуществляется с помощью тарельчатых дозаторов, установленных под расходным бункером возле каждой мельницы.

Одновременно с размалываемыми материалами в мельницы подают интенсификаторы помола.

Влажность размалываемых материалов не должна превышать у клинкера — 0,3%, у минеральных добавок — 2%, у гипса — 10%. При необходимости минеральные добавки перед помолом высушиваются.

Тонкость помола оказывает существенное влияние на свойства портландцемента. Чем тоньше размолот клинкер, тем быстрее схватывается и твердеет цемент и выше его прочность в начальные сроки твердения.

Тонкость помола должна быть такой, чтобы при просеивании не менее 85% цемента свободно проходило через сито №008. При этом удельная поверхность цемента не должна быть меньше 250 — 300 и превышать 700 м2/кг. Из шаровых мельниц цемент пневмотранспортом загружают в силоса. Вместимость силосов 2500 — 10000 т, а иногда и более. Силоса оборудованы пневматическими устройствами для рыхления и гомогенизации цемента при хранении.

Цемент упаковывается в мешки специальными машинами, производительность которых достигает 120 т/ч. Каждая партия его снабжается паспортом, в нем указываются масса, марка, название цемента.

© Авторское право принадлежит «Мега Пауэр Гонконг Груп Лимитед».
Все права защищены. E-mail: [email protected]. Tel: 86 13903612274
В случае использования ссылка на сайт обязательна

Мокрый и сухой способ производства цемента: основные отличия

Так называемые «мокрая» и «сухая» технология производства цемента являются самыми распространенными способами получения этого незаменимого строительного материала.

СодержаниеСвернуть

Российские цементные заводы используют преимущественно «мокрый» метод, в то же время практически все зарубежные производители связующего работают по «сухой технологии».

Отличия мокрой технологии производства цемента от сухой

Обе технологии имеют свои преимущества и свои недостатки. Основной недостаток, которым отличается мокрый способ производства цемента – значительная энергоемкость процесса, отражающаяся на себестоимости конечного продукта. Сухая технология отличается большей экологической опасностью и соответственно большими капитальными затратами на устранение данного фактора. Рассмотрим оба способа производства цемента подробнее.

«Мокрая» технология производства связующего

Технологическая схема мокрого способа предусматривает раздельную первичную обработку компонентов клинкера. Измельченные «ингредиенты» загружаются в специальное оборудование для кратковременной выдержки под слоем воды. После этого компоненты клинкера, мокрыми, попадают в специальные мельницы, где их перемалывают до состояния порошка и тщательно перемешивают.

Подготовленный таким образом шлам подается в вертикальные и горизонтальные «шлюмбассейны» на корректировку необходимого соотношения «ингредиентов». Следующей технологической операцией идет печной обжиг откорректированного шлама и охлаждение промышленными холодильными установками. Полученный таким образом клинкер измельчается до мелкодисперсного порошка – цемента. Далее производятся: лабораторный анализ на соответствие цемента требованиям ГОСТ, фасовка и отправка потребителю.

Преимущества «мокрой» технологии

• Меньшие технологические затраты на измельчение сырья. Такие компоненты как мел и глина хорошо размокают в воде при первичной обработке в бассейнах. Соответственно процесс их измельчения происходит намного проще и легче;
• Транспортировка, усреднение и корректировка шлама происходит проще и экологически безопаснее, чем аналогичные операции при сухой технологии;
• В разы меньшее пылеобразование;
• Конструкция печей обжига шлама проста, надежна и имеет высокий Коэффициент Использования пространства – от 0,89 до 0,91;
• Имеется принципиальная возможность использовать сырьевые компоненты «пестрого» химсостава и хорошей гомогенизации шлама.

Недостатки

• Большой удельный расход тепловой энергии на обжиг сырья для производства цемента. Сырье поступающее на обжиг, имеет среднюю влажность 35-45%. Соответственно для испарения влаги и прогрев компонентов требуется порядка 5 450-6 800 кДж/кг тепловой энергии или 35% тепловой мощности печи. Поэтому часть обжиговой печи работает как сушильный агрегат со всеми вытекающими «неприятностями»;
• Высокая материалоемкость обжиговых печей при небольшой производительности.

Указанные недостатки выливаются в относительно низкую производительность труда, значительные технологические и эксплуатационные расходы, обуславливающие относительно высокую себестоимость производства.

«Сухая» технология производства связующего

В этом случае основное производственно-технологическое оборудование аналогично мокрому способу. Изменения заключаются в принципиально иной технологической схеме производства клинкера. После предварительного измельчения компоненты клинкера подаются в сушильные барабаны, причем каждый компонент подается в отдельный барабан. После сушки «ингредиенты» перемешиваются и поступают в общую мельницу для дальнейшего измельчения и ввода присадок.

Следующая операция обусловлена видом и влажностью глины. Все остальные компоненты корректируются по указанным параметрам глины. Суть операции заключается в незначительном увлажнении (не более 13% влажности) шлама и последующую подачу на обжиг. Соответственно небольшой влажности энергетические затраты на обжиг небольшие, а печи менее металлоемки и менее габаритны. Операции, следующие после обжига шлама, аналогичны предыдущему способу производства цемента.

Преимущества «сухой» технологии

• Относительно невысокий удельный расход тепловой энергии расходуемой на обжиг клинкера – 2 900-3 700 кДж/кг;
• Меньший на 30-40% объем печных газов при аналогичной производительности и возможность их вторичного использования для сушки компонентов. Это позволяет существенно снизить энергозатраты на производство клинкера и требует меньших капиталовложений на обеспыливание;
• Относительно меньшая металлоемкость обжиговых печей при большей производительности по сравнению с «мокрой» технологией. Производственная мощность печей при «сухом» способе – от 3 000 до 5 000 тонн продукта в сутки, что на 100-200% мощнее аналогичного оборудования работающего по «мокрой» технологии;
• Отсутствует необходимость в наличии мощных источников технологической воды.

Недостатки

• В разы большее пылевыделение, обуславливающее сложность обеспечения санитарных норм и охрану окружающего пространства;
• Относительная сложность конструкции обжиговых печей;
• «Капризность» обжиговых печей по отношению колебаний химсостава сырья, его дисперсности и степени важности;
• Относительно низкий Коэффициент Использования печей – от 0,7 до 0,8;

Более высокая трудоемкость энергоемкость на помол компонентов, обусловленные их низкой влажностью.

Технологии производство цемента — сухой и мокрый способы

Цемент пользуется огромной популярностью в строительстве. Его применяют как самостоятельно, так в качестве компонента многих строительных составов (к примеру, в производстве железобетона и бетона). Изготовление цемента – дорогостоящий и энергоемкий процесс. Заводы размещают в непосредственной близости к месту добычи сырья, из которого в дальнейшем будет создаваться продукт.

Производство цемента включат 2 этапа:

• получение клинкера,
• измельчение клинкера и введение добавок.

На получение клинкера приходится приблизительно 70% себестоимости стройматериала.

Начинается все с добычи сырьевых материалов. Как правило, добыча известняка осуществляется путем сноса части горы, после которого  открывается слой желто-зеленого известняка. Глубина залегания известнякового слоя – приблизительно 10 м, толщина – в среднем 0,7 м. После того, как сырье доставлено на завод, производится обжиг в специальной печи при температуре +1450°С, в результате которого получают клинкер.

На второй стадии производства цемента осуществляют дробление клинкера, гипсового камня, сушка добавок. Затем производится помол клинкера вместе с добавками и гипсом. Гипс добавляют в размере 5% от общей массы, добавки вводят в зависимости от типа смеси.

Однако, учитывая тот факт, что технические и физические характеристики сырьевого материала могут отличаться, для каждого типы сырья предусмотрен свой способ подготовки.

Способы производства цемента:

• мокрый,
• сухой,
• комбинированный.

Изготовление цемента мокрым способом

Мокрый способ предусматривает изготовление цемента с применением карбонатного компонента (мела) и силикатного компонента (глины). Также используются железосодержащие добавки (пиритные огарки, конверторный шлам и пр.). Влажность мела не должна быть более 29%, а влажность глины – не выше 20%. Называется этот способ производства цемента тому, потому что измельчение сырья осуществляется в воде, на выходе образуется шихта в виде суспензии на водной основе. Влажность шихты – 30-50%. Далее производится обжиг шлама в печи, в результате которого выделяется углекислота. Образовавшиеся шарики-клинкеры перемалывают в тонкий порошок под названием цемент.

Производство цемента сухим способом

Данный способ по праву считается наиболее экономически выгодным. Особенность его в том, что на всех стадиях используются материалы только в сухом состоянии. Выбор схемы производства цемента определяется химическими и физическими характеристиками сырья. Наиболее востребованным признано изготовление материалов во вращающихся печах, в котором используются глина и известняк.

После того, как глина и известняк прошли измельчение в дробилке, их сушат до требуемого состояния (влажность — не более 1%). Просушка и измельчение производиться в сепараторной машине, после чего смесь отправляется в циклонные теплообменники, где находится не боле 30 секунд. Далее идет стадия, на которой производиться обжиг сырья с дальнейшим перемещением в холодильник. Затем клинкер направляется на склад, где происходит его перемалывание и фасовка. Подготовка гипса и добавок, а также хранение и транспортировка цемента идентичны тем, которые производятся при мокром способе.

Комбинированный вариант производства цемента

Шлам получают «мокрым» способом, после чего смесь  обезвоживается в специальных фильтрах до того момента, пока уровень влажности не достигнет 16-18%. Далее сырье отправляют на обжиг. Второй вариант комбинированного способа производства цемента предусматривает сухое изготовление сырьевой массы, в которую затем вводят 10-14% воды и гранулируют. Размер гранул не должен превышать 15 мм. Далее производится обжиг.

Для каждого способа производства используют свое оборудование и определенную последовательность операций.

Современные производства ориентируют деятельность на получение материала сухим методом. Его по праву считают будущим цементной промышленности.

технологические отличия и показатели. Какой метод получения цемента выбрать?

Существует несколько методов изготовления цемента: мокрый, полусухой, комбинированный и сухой. Основными способами, которые применяются на ведущих заводах, являются сухой и мокрый.

Мокрый способ производства цемента

Схема изготовления цемента мокрым методом представлена на рисунке ниже.

Производство начинается с извлечения из карьеров твердого известняка, который впоследствии дробится на куски различного размера. Затем куски измельчаются в дробильных агрегатах, пока размеры частей известняка не будут превышать 8-10 мм.

Затем на мини-завод транспортируют глину из карьера и обрабатывают ее в вальцевых дробилках до той степени, пока размер кусочков будет достигать от 0 до 100 мм.

Далее измельченную смесь отмачивают в болтушках. В результате получается шлам из глины, влажность которого составляет до 70 %.

Затем он поступает в мельницу, где происходит процесс смешивания и размалывания с известняковой массой.

После этого шлам влажностью около 40 % направляется в вертикальный бассейн, в котором выполняется окончательный процесс корректировки. Эта операция имеет исключительное значение, так как на этом этапе обеспечивается химическая формула состава произведенного шлама.

Только после того как шлам пройдет контроль качества, он допускается к последующим этапам. Далее цементная масса транспортируется из вертикального оборудования (бассейна) в горизонтальный, в котором происходит хранение смеси перед поступлением в печь обжига. В горизонтальном бассейне сырьевая масса постоянно помешивается механическим путем с применением сжатого воздуха. Благодаря этому шлам не выпадает в осадок и полностью гомогенизируется. Если в процессе изготовления цемента применяются сырьевые компоненты, что имеют неизменный химический состав, то корректировка химического состава шлама осуществляется в горизонтальном бассейне.

Затем шлам направляется в печь для обжига, в которой он превращается в клинкер. Полученная клинкерная основа цемента поступает в промышленный холодильник для охлаждения. После этого клинкер подвергается дроблению и подается в бункеры мельниц. Там клинкерная масса повторно измельчается.

Если для процесса обжига шлама используется твердое топливо, то возникает необходимость в строительстве дополнительного помещения для хранения и подготовки угля. Когда в производственном процессе применяется жидкое или газообразное топливо, то схема обжига клинкерной смеси имеет упрощенный вид.

В завершение цемент перенаправляется из бункеров мельниц в специальные помещения для хранения. На этом производственном этапе лаборанты осуществляют контроль качества продукции и определяют марку цемента. Только после этого продукция направляется в упаковочные аппараты.

Сухой способ производства цемента

Схема изготовления цемента сухим методом представлена на рисунке ниже.

Во время производства цемента сухим методом используется другая технологическая схема. Глина и известняк, добытые из карьера, после дробления направляются в сепараторную мельницу, где осуществляется помол, смешивание и сушка сырьевых компонентов. Полученная смесь направляется к смесительным аппаратам, где выполняется окончательное смешивание с применением сжатого воздуха. На данном этапе осуществляется корректировка химического состава цементной смеси.

Если применяется глинистый компонент, то сырьевая смесь подается для смешивания в шнеки, в которых происходит частичное увлажнение водой. На этом этапе образуются прочные гранулы, что имеют влажность не более 14 % — далее они поступают в печь для обжига.

При сухом методе производства процесс обжига сырья может выполняться в различных печах, здесь особое внимание уделяется приготовлению сырьевой массы. Дальнейшие этапы технологического процесса осуществляются так же, как и при мокром методе производства.

Особенности полусухого способа производства

Схема изготовления цемента полусухим методом представлена на следующем рисунке.

Полусухой метод производства цемента очень похож на сухой, но отличия все же есть.

Размер муки, что проходит стадию гранулирования, составляет 10-20 мм, а влажность 11-16 %. Сырье обжигается в печах Леполь и после этого образовавшиеся гранулы направляются на конвейерный кальцинатор.

Из печки выделяются газы, что проходят сквозь гранулы на решетке. В результате этого происходит их нагрев до 900 ºС и они полностью высушиваются. Во время такой термообработки выполняется декарбонизация смеси на 22-30 %, что важно для производства. По завершению этих процессов сырье направляется в печь, где и завершается процесс изготовления цемента. Обжиг гранулированного цемента может происходить в шахтных печах. При этом гранулирование выполняется с частицами угля, после этого цемент направляется на хранение.

Комбинированный метод производства цемента

Схема изготовления цемента комбинированным методом отображена на рисунке ниже.

Этот метод основывается на подготовке сырьевых компонентов по мокрому способу, а их обжиге – по схеме полусухого способа. Полученный в сырьевой мельнице шлам влажностью 30-45 % поступает в специальный фильтр, в котором он обезвоживается до влажности 15-20 %. Далее сырьевая смесь смешивается с пылью, что снижает влажность до 12-14 %.

Затем смесь поступает на обжиг, который выполняется в печах полусухого метода изготовления цемента. Остальные операции комбинированного метода не отличаются от этапов мокрого способа производства.

Методы производства выбирают исходя из технико-экономических и технологических факторов: свойств сырьевых компонентов, однородности и влажности смеси, наличия мощной топливной базы и других.

Полезное и важное по теме:

Поделитесь статьей с друзьями:

Технология производства цемента

Технология производства цемента довольно сложна, это поэтапный высокотехничный процесс. Причем качество конечного продукта зависит от множества факторов, которые непременно нужно учитывать. Из-за популярности и, можно сказать, универсальности данного строительного материала, конкуренция среди производителей велика. Потребитель же выбирает товар, исходя не только из его стоимости, но и характеристик.

Технология изготовления цемента: этапы

Строго говоря, есть две основных фазы в производстве цемента. Это изготовление клинкера из шлама либо сухой шихты (та, в свою очередь, получается из смеси природных материалов) и изготовление самого портландцемента методом измельчения гранул клинкера с добавками. Если говорить о первом этапе более подробно, то следует упомянуть разные способы получения клинкера.

1. Технология производства цемента сухим способом – составные части будущего клинкера (известняк, мел, глина, уголь, мергель) высушиваются в сушильных барабанах и измельчаются в порошкообразную массу. После этого смешиваются без использования воды – получается сухая шихта. Этот метод экономически целесообразен, если уровень влажности сырья достаточно низок – до 12 процентов. Тогда затраты на сушку компонентов ниже, чем расходы на мокрый метод.
2. Технология производства цемента мокрым способом предполагает использование воды. Из исходного сырья получается шлам с уровнем влажности от 30 до 50 процентов. Вещество перемешивается до однородного состояния и измельчается. После этого шлам подается в печь, предназначенную для обжига клинкера, где поддерживается температура более 1400 градусов Цельсия. На этом первый этап обработки завершается.
3. Технология получения цемента смешанным способом представляет собой соединение обоих перечисленных выше методов. В результате получается клинкер с усредненным показателем влажности – около 20 процентов. При этом изначально сухая шихта искусственно увлажняется, а мокрая – высушивается до нужного состояния. Далее этот материал также поступает на обжиг.

Ресурсосберегающая технология цемента

Шлаки металлургического производства (мартена, доменных печей и т.д.) могут использоваться в качестве сырья для производства цемента. Это не только удешевляет процесс изготовления, но и решает вопрос переработки шлаков. Щелочным компонентом при этом может быть щелочной раствор, который применяется с целью очистки металлических отливок. К сожалению, вместо рационального использования полезные материалы чаще попадают в шламонакопители.

Для производства шлакощелочного цемента технология будет несколько отличаться от метода изготовления портландцемента. Измельченный шлак смешивается с щелочной составляющей. Характеристики полученного материала также отличны от параметров портландцемента. Так, шлакощелочной бетон более морозостоек благодаря меньшей пористости цементной пасты. Шлакощелочной цемент не является хромосодержащим веществом (а портландцемент может содержать в разных количествах водорастворимые соединения хрома).

В производстве шлакощелочного цемента новые технологии почти не применяются – это давно известный материал, изобретенный еще в XIX веке. Однако в нашей стране этот метод изготовления цемента до сих пор не имеет столь обширного распространения, как за рубежом.

Мокрый процесс производства цемента

Цемент — это порошкообразный материал. При правильном смешивании с водой он превратится в суспензию. Суспензия постепенно затвердеет на воздухе и прочно склеит гранулированные или волокнистые материалы, такие как песок и камень. Он широко используется во всех сферах нашей жизни, таких как строительство метро, ​​строительство мостов и строительство жилых домов. Это неотъемлемая часть нашего города.

Процесс производства силикатного цемента (также известного как портландцемент) характерен для производства цемента.Обычно в качестве основных материалов используются известняк и глина. После дробления, дозирования и измельчения до соответствующей степени зернистости большая часть сырья будет загружена в цементную печь для обжига клинкера, а затем мы обычно добавляем соответствующее количество гипса (иногда смешанного с другими материалами или добавками) в процессе измельчения цемента. , наконец, получение цементной продукции квалифицированной крупности. На цементном заводе, в соответствии с различными методами подготовки сырья, производство цемента можно разделить на сухой процесс (включая полусухой процесс) и мокрый процесс (включая полумокрый процесс).Далее мы подробно обсудим мокрый процесс производства цемента.

Схема процесса производства цемента

Мокрый процесс и сухой процесс

Мокрый процесс

Мокрый процесс производства цемента относится к измельчению сырья в суспензию после смешивания с водой с последующей подачей его в печь мокрого процесса для сушки и прокаливания и, наконец, образования клинкера. Содержание воды в суспензии обычно составляет от 32% до 36%. Кроме того, суспензия сырья также может быть обезвожена в блоки сырья и помещена в печь для обжига клинкера.Этот метод называется полумокрым процессом, который до сих пор относится к мокрому способу производства цемента.

Преимущества: мокрый процесс производства цемента отличается простотой эксплуатации, низким уровнем запыленности и легкостью транспортировки. Поскольку суспензия обладает текучестью, поэтому ее однородность хорошая, а качество клинкера улучшается. Более того, потребление энергии при измельчении сырья мокрым способом снижается почти на 30%.

Недостатки: потребление тепла мокрым процессом слишком велико, обычно между 5234-6490 Дж / кг, и потребление уязвимых частей шаровой мельницы также велико.По сравнению с другими методами обработки клинкер, полученный мокрым способом, имеет низкую температуру на выходе из печи, поэтому этот метод не подходит для производства клинкера с высоким содержанием кремнезема и высоким содержанием алюминия и кислорода.

Сухой процесс

Сухой процесс производства цемента означает, что после сушки, измельчения и измельчения сырьевых материалов с различными размерами частиц до порошков определенной степени измельчения они будут отправлены в сушильную печь для обжига, в результате чего образуется клинкер.Кроме того, порошкообразное сырье можно также превратить в шарики сырья, добавив необходимое количество воды, а затем направить его непосредственно в печь Лепол для прокаливания. Этот метод называется полусухим и относится к сухому способу производства цемента.

Преимущества: , поскольку сухой процесс заключается в непосредственной подаче порошка сырья во вращающуюся печь для обжига, а содержание влаги в сырье составляет около 1–2%, это позволяет экономить тепло, необходимое для испарения влаги.Таким образом, этот метод обладает преимуществами энергосбережения, высокой производственной эффективности и стабильной производительности, что позволяет удовлетворить производственные потребности крупных цементных заводов. В то же время при производстве цемента сухим способом сбрасывается меньше сточных вод. Это способствует защите окружающей среды. В настоящее время мы называем производственную линию с подогревателем и прекальцинатором новой линией по производству цемента сухим способом, что является направлением развития производства цемента сухим способом в будущем.

Недостатки: Недостатками сухого процесса являются неоднородный состав сырья, высокая энергоемкость и высокая запыленность цеха.

Процедуры мокрого процесса

Процедуры мокрого процесса в основном аналогичны сухому процессу, который можно разделить на три стадии: подготовка сырья, прокаливание клинкера и помол цемента. Все эти этапы описаны в статье «Что нужно знать о процессе производства портландцемента », о которой мы упоминали ранее.

Подобно сухому процессу, материалы также нуждаются в
для разработки карьеров, первичного дробления, вторичного дробления, дозирования и
измельчение на стадии подготовки сырья мокрого процесса. Самый большой
разница между двумя методами заключается в том, что во влажном процессе вода обычно
требуется в качестве технологической среды, добавляемой в сырую смесь для образования суспензии. После смешивания
и смешивания, суспензия будет храниться в резервуаре для суспензии, ожидая дальнейшего
обработка. В то время как на линии производства цемента сухим способом сырьевая смесь не
нужна вода.

На стадии обжига цементная печь
при влажном процессе дольше по сравнению с сухим процессом, и там
Перед печью нет подогревателя и прекальцинатора. Температура в цементе
температура печи может достигать 1400-1500 ℃, суспензия в ней нагревается и сушится и, наконец, формируется
соединения клинкера, а именно силикат кальция, силикат трикальция,
Трехкальциевый алюминат и тетракальций алюмоферрит. Клинкер — это разновидность
частицы различных размеров и темно-зеленого цвета. После охлаждения в
решетки охладителя, они будут отправлены в мельницу для последней обработки.

На последнем этапе клинкер будет измельчен.
в квалифицированную тонкость помола в мельницах. Во время этого процесса мы обычно добавляем
немного гипса и других материалов в клинкер, чтобы получить конечный цементный продукт
различные свойства и способы использования. Например, мы добавляем гипс, чтобы получить
обычный портландцемент и добавьте гипс и летучую золу для получения пуццолана.
Портландцемент.

Применения в производстве цемента мокрым способом

Метод производства цемента мокрым способом может использоваться для производства различных типов портландцемента, таких как обычный портландцемент, белый портландцемент, цемент для нефтяных скважин и т. Д.Это может помочь вашему цементному заводу добиться высокого качества и производительности производства цемента.

Производство обычного портландцемента

Производство белого цемента

Производство цемента для нефтяных скважин

PS: Нажмите на картинку, чтобы узнать больше.

Производство портландцемента — материалы и процессы

При производстве цемента используются различные сырьевые материалы и различные процессы. Каждый процесс объясняется химическими реакциями при производстве портландцемента.

Цемент представляет собой порошок зеленовато-серого цвета, изготовленный из кальцинированной смеси глины и известняка. При смешивании с водой становится твердым и прочным строительным материалом.

История цемента восходит к Римской Империи. Современный цемент. То есть портландцемент был впервые произведен британским каменщиком Джозефом Аспдином в 1824 году, который варил цемент на своей кухне. Он нагрел смесь известняка и глиняного порошка на своей кухне и измельчил смесь в порошок, создав цемент, который затвердевает при смешивании с водой.Название Портленд было дано изобретателем, так как он напоминает камень, добытый на острове Портленд.

Впервые современный портландцемент был использован при строительстве туннеля в Темзе в 1828 году.

Процесс производства цемента

Процесс производства портландцемента описан ниже.

1. Смешивание сырья
2. горит
3. Шлифовальный
4. Хранение и упаковка

1.Смешивание сырья

Основным сырьем, используемым при производстве цемента, являются кальций, кремний, железо и алюминий. Эти минералы используются в различных формах в зависимости от наличия минералов.

В таблице показано сырье для производства портландцемента

Процесс смешивания при производстве цемента осуществляется 2 способами,

a) Сухой процесс

Известковое и глинистое сырье сначала измельчается в гирационных дробилках, чтобы получить отдельные куски размером 2-5 см.Измельченный материал снова измельчается, чтобы получить мелкие частицы в шаровой или трубчатой ​​мельнице.

Каждый мелко измельченный материал после просеивания хранится в бункере. Теперь эти порошкообразные минералы смешиваются в необходимом соотношении, чтобы получить сухую сырьевую смесь, которая затем хранится в силосах и готовится к отправке во вращающуюся печь. Теперь сырье смешивается в определенных пропорциях, так что средний состав конечного продукта сохраняется должным образом.

Рис. Производство цемента сухим способом

b) Мокрый процесс

Сырье сначала измельчается, превращается в порошок и хранится в силосах.Затем глину промывают в стиральных мельницах, чтобы удалить приставшие органические вещества, содержащиеся в глине.

Порошкообразный известняк и промытая водой глина направляются в каналы и передаются в мельницы, где они полностью смешиваются и образуется паста, известная как суспензия.

Процесс измельчения может производиться в шаровой или трубчатой ​​мельнице или даже в том и другом. Затем суспензия направляется в сборный резервуар, где можно регулировать состав. Суспензия содержит около 38-40% воды, которая хранится в резервуарах для хранения и хранится в готовности для вращающейся печи.

Рис. Производство цемента мокрым способом

Сравнение сухого процесса и мокрого процесса производства цемента

2.Сжигание сырья

Процесс обжига осуществляется во вращающейся печи, в то время как сырье вращается со скоростью 1-2 об / мин на ее продольной оси. Вращающаяся печь состоит из стальных труб диаметром 2,5-3,0 метра и длиной от 90 до 120 метров. Внутренняя сторона печи выложена огнеупорным кирпичом.

Печь опирается на колонны из кирпичной кладки или бетона и опирается на роликовый подшипник в слегка наклонном положении с уклоном от 1: 25 до 1: 30.Сырьевая смесь сухого процесса или скорректированного шлама мокрого процесса вводится в печь с верхнего конца. Печь нагревается с помощью порошкообразного угля, масла или горячих газов из нижнего конца печи, так что возникает длинное горячее пламя.

Поскольку положение печи наклонено и она медленно вращается, материал, загружаемый с верхнего конца, перемещается к нижнему концу со скоростью 15 м / час. В верхней части вода или влага из материала испаряются при температуре 400 ° C, поэтому этот процесс известен как зона сушки.

Центральная часть, т.е. зона обжига, температура около 10 000 ° C, где происходит разложение известняка. Оставшийся материал находится в форме небольших комков, известных как узелки после выхода CO ₂ .

CaCO ₃ = CaO + CO ₂

Нижняя часть (зона клинкера) имеет температуру в пределах 1500-17000 ° C, где известь и глина реагируют с образованием алюминатов кальция и силикатов кальция. Эти алюминаты и силикаты кальция плавятся, собираясь в мелкие и твердые камни, известные как клинкеры.Размер клинкера от 5 до 10 мм.

Нижняя часть, т.е. зона клинкера, имеет температуру около 1500-1700С. В этом регионе известь и глина реагируют с образованием алюминатов кальция и силикатов кальция. Эти продукты из алюминатов и силикатов кальция плавятся вместе, образуя твердые и мелкие камни, известные как клинкеры. Размер мелкого и твердого клинкера колеблется от 5 до 10 мм.

2CaO + SiO ₂ = Ca2SiO ₄ (силикат декламированный (C ₂ S))

3CaO + SiO ₂ = Ca3SiO ₅ (трехкальциевый силикат (C ₃ S))

3CaO + Al ₂ O ₃ = Ca ₃ Al ₂ O ₆ (алюминат дикальция (C ₂ A))

4CaO + Al ₂ O ₃ + Fe ₂ O ₃ = Ca ₄ Al ₂ Fe ₂ O ₁₀ (тетракальцийалюмоферрит (C ₄ AF)

Клинкер, поступающий из зоны обжига, очень горячий.Чтобы снизить температуру клинкера, воздух пропускается противотоком в основании вращающейся печи. Остывшие клинкеры собирают в небольшие тележки.

3. Измельчение клинкера

Охлажденный клинкер поступает из охлаждающих ванн и отправляется в мельницы. Клинкеры тонко измельчаются в порошок в шаровой или трубчатой ​​мельнице. Порошковый гипс добавляется около 2-3% в качестве замедлителя при окончательном измельчении. Конечным продуктом является цемент, который не быстро оседает при контакте с водой.

По истечении начального времени схватывания цемента цемент становится жестким, а гипс замедляет растворение трикальциевых алюминатов, образуя трикальцийсульфоалюминат, который нерастворим и предотвращает слишком ранние дальнейшие реакции схватывания и твердения.

3CaO.Al ₂ O ₃ + xCaSO ₄ .7H ₂ O = 3CaO.Al ₂ O ₃ .xCaSO ₄ .7H _{3 2} O 9000

4. Хранение и упаковка

Измельченный цемент хранится в силосах, откуда он продается либо в контейнерах, либо в мешках по 50 кг.

Производство цемента — обзор

Причина и химия

Закисление океана является прямым следствием увеличения выбросов CO ₂ в атмосферу. Выбросы CO ₂ значительно увеличились после промышленной революции из-за увеличения объемов сжигания ископаемого топлива, производства цемента и изменений в землепользовании, что привело к увеличению годового накопления CO ₂ в атмосфере. Из-за увеличения концентрации CO ₂ в атмосфере за последние 200 лет океан поглощает огромное количество антропогенного CO ₂ ; в настоящее время это составляет около миллиона метрических тонн CO ₂ в час (Brewer, 2009), что эквивалентно 25% накопленных выбросов CO ₂ (Sabine et al., 2004; Ле Кере и др., 2009). Без поглощения океаном атмосферный CO ₂ сейчас составлял бы около 450 частей на миллион, что примерно на 60 частей на миллион выше, чем сегодня. Хотя этот процесс частично сдерживает изменение климата за счет удаления CO ₂ из атмосферы, он имеет серьезные последствия для химического состава океана.

Диоксид углерода (CO ₂ , <1%), угольная кислота (H ₂ CO ₃ , <1%), бикарбонат-ионы (HCO3-, 91%) и карбонат-ионы (CO32-, 8 %) содержат формы растворенного неорганического углерода в морской воде при среднем значении pH морской воды 8.1 и соленость 35. Они происходят в динамическом равновесии, реагируя с водой и ионами водорода (уравнение 2.1; Zeebe and Wolf-Gladrow, 2001).

(2.1) CO2 + h3O↔h3CO3↔H ++ HCO3 − ↔H ++ CO32−

При обмене с атмосферой растворенный CO ₂ вступает в реакцию с морской водой и карбонат-ионами с образованием угольной кислоты (уравнение 2.1). Общее увеличение выбросов в атмосферу приводит к увеличению на концентрации растворенного CO ₂ , угольной кислоты и бикарбоната на , как и следовало ожидать из уравнения (2.1). Концентрации ионов водорода (H ⁺ ) также увеличиваются на на , таким образом, pH, мера концентраций H ⁺ падает, а кислотность увеличивается на . Следует отметить, что pH океана вряд ли станет кислым (то есть станет ниже pH 7), и термин подкисление отражает процесс повышения кислотности, так же как потепление отражает процесс повышения температуры, хотя это может быть из-за холода. чтобы не совсем так холодно.

Кроме того, что очень важно, наблюдается снижение на и концентрации карбонат-ионов, поскольку также происходит реакция между CO ₂ и карбонатом, дополнительно на повышается уровней бикарбонатов:

(2.2) CO2 + CO32− + h3O → 2HCO3−

Другой ключевой результат снижения концентрации карбоната (CO32–) на заключается в том, что это увеличивает на скорость растворения минералов карбоната кальция (CaCO ₃ ) в океан, с чистым эффектом:

(2.3) CaCO3 + CO2 + h3O → Ca2 ++ 2HCO3–

Состояние насыщения (Ω) используется для выражения степени насыщения CaCO ₃ в морской воде:

(2,4) Ω = Ca2 + CO32− / Ksp

, где [Ca ^{2 +} ] и [CO32−] — это концентрации кальция и карбоната in situ, , соответственно, а K _sp — растворимость продукт для CaCO ₃ (концентрации в состоянии равновесия, ни растворения, ни образования).Значения K _sp зависят от кристаллической формы CaCO ₃ ; они также меняются в зависимости от температуры и давления, при этом CaCO ₃ необычен тем, что он более растворим в холодной воде, чем в теплой. Незащищенные раковины, скелеты и другие структуры карбоната кальция начинают растворяться, когда Ω падает ниже 1 для соответствующей минеральной фазы. Ω больше 1 соответствует пересыщению. Горизонт насыщения отделяет перенасыщенные воды (вверху) от недонасыщенных (внизу) вод и, по прогнозам, будет двигаться вверх к поверхности океана (мелководье) в результате этих изменений в химическом составе карбонатов океана, в результате чего большее количество организмов будет подвергаться воздействию агрессивных недосыщенных вод (Орр и др., 2005; Turley et al., 2007).

pH описывает концентрацию или, точнее, активность иона водорода в воде, a _H , логарифмической функцией:

(2,5) pHT = −log10aH +

Активность ионов водорода важна для всех кислотно-основных реакций. Используется общая шкала pH (pH _T ).

Эти изменения химического состава океана являются прямым следствием увеличения выбросов CO ₂ в атмосферу и, несомненно, основаны на известных химических реакциях.Степень подкисления океана в будущем будет зависеть от концентраций и скорости выбросов CO ₂ , и, если они известны, степень подкисления очень предсказуема (Caldeira and Wickett, 2003; Orr et al., 2005; Joos et al. , 2011).

Как производится цемент

Портландцемент является основным ингредиентом бетона. Бетон образуется, когда портландцемент образует пасту с водой, которая связывается с песком и камнем, чтобы затвердеть.

Цемент производится с помощью строго контролируемой химической комбинации кальция, кремния, алюминия, железа и других ингредиентов.

Обычные материалы, используемые для производства цемента, включают известняк, ракушечник, мел или мергель в сочетании со сланцем, глиной, сланцем, доменным шлаком, кварцевым песком и железной рудой. Эти ингредиенты при нагревании при высоких температурах образуют каменное вещество, которое измельчается в мелкий порошок, который мы обычно называем цементом.

Каменщик Джозеф Аспдин из Лидса, Англия, впервые изготовил портландцемент в начале XIX века, сжигая порошкообразный известняк и глину в своей кухонной плите.Этим грубым методом он заложил основу отрасли, которая ежегодно буквально перерабатывает горы известняка, глины, цементной породы и других материалов в порошок, настолько мелкий, что он может проходить через сито, способное удерживать воду.

Лаборатории цементных заводов проверяют каждый этап производства портландцемента путем частых химических и физических испытаний. Лаборатории также анализируют и тестируют готовый продукт, чтобы убедиться, что он соответствует всем отраслевым спецификациям.

Самый распространенный способ производства портландцемента — сухой.Первым шагом является добыча основного сырья, в основном известняка, глины и других материалов. После добычи порода дробится. Это включает в себя несколько этапов. Первое дробление уменьшает размер камня до максимального размера около 6 дюймов. Затем порода поступает на вторичные дробилки или молотковые дробилки для измельчения примерно до 3 дюймов или меньше.

Дробленая порода смешивается с другими ингредиентами, такими как железная руда или летучая зола, измельчается, смешивается и подается в цементную печь.

Цементная печь нагревает все ингредиенты примерно до 2700 градусов по Фаренгейту в огромных стальных цилиндрических вращающихся печах, облицованных специальным огнеупорным кирпичом.Обжиговые печи часто достигают 12 футов в диаметре — достаточно большого размера, чтобы вместить автомобиль, и во многих случаях больше, чем высота 40-этажного здания. Большие печи устанавливаются с небольшим наклоном оси от горизонтали.

Тонко измельченное сырье или суспензия подается в верхний конец. На нижнем конце — ревущий взрыв пламени, произведенный точно контролируемым сжиганием порошкообразного угля, нефти, альтернативных видов топлива или газа с принудительной тягой.

По мере того, как материал движется через печь, определенные элементы уносятся в виде газов.Остальные элементы объединяются, образуя новое вещество, называемое клинкером. Клинкер выходит из печи в виде серых шариков, размером с мрамор.

Клинкер выгружается раскаленным из нижнего конца печи и обычно доводится до рабочей температуры в различных типах охладителей. Нагретый воздух из охладителей возвращается в печи, что позволяет сэкономить топливо и повысить эффективность горения.

После охлаждения клинкера цементные заводы измельчают его и смешивают с небольшим количеством гипса и известняка.Цемент настолько мелкий, что в 1 фунте цемента содержится 150 миллиардов зерен. Теперь цемент готов к транспортировке компаниям по производству товарного бетона для использования в различных строительных проектах.

Хотя сухой процесс является наиболее современным и популярным способом производства цемента, в некоторых печах в США используется мокрый процесс. Эти два процесса по сути схожи, за исключением мокрого процесса, когда сырье измельчается с водой перед подачей в печь.

Мокрый процесс производства цемента

Танви Лад — старший менеджер (гражданское дело).Она получила степень бакалавра в области гражданского строительства в 2013 году. Она возглавляет отдел оценки и тендеров SDCPL. Она следит за обзором проектов, калькуляцией, оценкой, тендером, оценкой тендера и детальным проектированием жилых, коммерческих и инфраструктурных работ. Она также ведет блог на gharpedia.com. С ней можно связаться в LinkedIn, Twitter.

Этот пост также доступен на:
हिन्दी (хинди)

При мокром процессе, если используется мел, он тонко измельчается и диспергируется в воде в промывочной мельнице.Промывочная мельница представляет собой круглую яму, состоящую из вращающихся радиальных рычагов с граблями, которые разбивают твердые материалы на комки. В аналогичной промывочной мельнице глина также измельчается и смешивается с водой. Теперь две смеси перекачиваются так, чтобы смешаться в заданной пропорции, и пропускаются через серию сит. Образующийся цементный раствор стекает в резервуары для хранения.

Необходимо прочитать: Сухой процесс производства цемента

Когда используется известняк, сначала необходимо его взорвать, затем измельчить в двух дробилках постепенно уменьшающегося размера, а затем подать в шаровую мельницу с глиной, диспергированной в воде.Полученная суспензия перекачивается в резервуары для хранения.

Суспензия представляет собой жидкость кремообразной консистенции с содержанием воды от 35 до 50 процентов и небольшой фракцией материала примерно на 2 процента больше, чем размер сита 90 мкм. Для хранения навозной жижи предусмотрено несколько резервуаров. Осаждение взвешенных твердых частиц предотвращается механическими мешалками или барботированием сжатым воздухом.

Шлам с желаемым содержанием извести поступает во вращающуюся печь. Это большой, огнеупорная футеровка стального цилиндр, имеющий диаметр до 8 м, а иногда до тех пор, как 230 м.Стальной цилиндр медленно вращается вокруг своей оси и немного наклонен к горизонтали. Суспензия подается в печь с верхнего конца, а пылевидный уголь вдувается воздушной струей в нижний конец печи, где температура составляет около 1450 ° C. Уголь, используемый в печи, не должен иметь слишком высокое содержание золы, потому что 220 кг угля используется для производства одной тонны цемента. Это достойно при учете количества цемента.

Сухой материал подвергается серии химических реакций в самой горячей части печи, и от 20 до 30 процентов материала становится жидким, а известь, кремнезем и глинозем рекомбинируют.Расплавленная масса превращает плавкие предохранители в шары диаметром от 3 до 25 мм, известные как клинкер. Клинкер попадает в охладители, где охлаждается в контролируемых условиях. Охлажденный клинкер и 3-5 процентов гипса измельчаются в шаровой мельнице до требуемой степени измельчения, а затем отправляются в силосы для хранения, откуда цемент расфасовывается в мешки.

Печь должна работать непрерывно, чтобы обеспечить стабильный режим и, следовательно, однородность клинкера. Большая существующая печь на заводе мокрого процесса производит 3600 тонн клинкера в день.

Производство цемента мокрым способом энергоемко и поэтому неэкономично по сравнению с сухим и полусухим способом.

Также читайте: OPC против PPC: как сделать правильный выбор

Танви Лад — старший менеджер (гражданский). Она получила степень бакалавра в области гражданского строительства в 2013 году. Она возглавляет отдел оценки и тендеров SDCPL. Она следит за обзором проектов, калькуляцией, оценкой, тендером, оценкой тендера и детальным проектированием жилых, коммерческих и инфраструктурных работ.Она также ведет блог на gharpedia.com. С ней можно связаться в LinkedIn, Twitter.

Производство цемента | Центр и сеть климатических технологий

Цемент — это глобальный товар, производимый на тысячах заводов. Отрасль консолидируется во всем мире, но на долю крупных международных компаний приходится лишь 30% мирового рынка. Основным и наиболее заметным рынком цемента является строительная промышленность, где он используется в различных областях, где он смешивается с водой для изготовления бетона.В большинстве современных проектов гражданского строительства, офисных зданий, квартир и жилых домов используется бетон, часто в сочетании с системами стальной арматуры. По данным UNEPTIE, во многих развитых странах рост рынка очень медленный, и цемент в больших объемах используется в основном для строительства инфраструктуры. На рынках развивающихся стран (например, Китая) темпы роста более высокие. Поскольку цементная промышленность носит одновременно глобальный и локальный характер, она сталкивается с уникальным набором проблем, которые привлекают внимание как на местном, так и на международном уровне.

На цемент приходится 83% общего потребления энергии при производстве неметаллических полезных ископаемых и 94% выбросов CO2. Энергия составляет от 20% до 40% общей стоимости производства цемента. Производство цементного клинкера из известняка и мела путем нагревания известняка до температур выше 950 ° C является основным энергоемким процессом. Портландцемент, наиболее широко используемый тип цемента, содержит 95% цементного клинкера. Большое количество электроэнергии используется для измельчения сырья и готового цемента.

В процессе производства клинкера также выделяется CO2 в качестве побочного продукта при кальцинировании известняка. Эти технологические выбросы не связаны с использованием энергии и составляют около 3,5% выбросов CO2 во всем мире и 57% общих выбросов CO2 от производства цемента. Выбросы при кальцинировании известняка нельзя уменьшить за счет мер по повышению энергоэффективности или замены топлива, но их можно уменьшить за счет производства смешанного цемента и выбора сырья.

Введение

Цемент — это глобальный товар, производимый на тысячах заводов.Промышленность консолидируется во всем мире, но на крупные международные фирмы приходится лишь 30% мирового рынка (European Commission, 1997). Основным и наиболее заметным рынком цемента является строительная промышленность, где он используется в различных областях, где он смешивается с водой для изготовления бетона. На обрабатывающую промышленность в целом приходится треть мирового потребления энергии. Прямые выбросы промышленной энергии и технологического CO2 составляют 6,7 гигатонн (Гт), что составляет около 25% от общих мировых выбросов, из которых 30% приходится на металлургическую промышленность, 27% — на неметаллические полезные ископаемые (в основном цемент) и 16% — на химическое и нефтехимическое производство (IEA, 2008).Производство цемента включает нагрев, кальцинирование и спекание смешанных и измельченных материалов для образования кликера. В результате производство цемента является третьей по величине причиной антропогенных выбросов CO2 из-за производства извести, ключевого ингредиента цемента. Следовательно, экономия энергии при производстве цемента может привести к снижению воздействия на окружающую среду. В цементной / бетонной промышленности повышение энергоэффективности и сокращение выбросов CO2 может быть достигнуто в основном с помощью двух процедур: (i) путем изменения производственных процессов и (ii) путем корректировки химического состава цемента.Производственные и производственные процессы можно улучшить, изменив управление энергопотреблением и вложив средства в новое оборудование и / или модернизацию. Было продемонстрировано, что изменения в химическом составе цемента способствуют экономии энергии и сокращению выбросов CO2, но их широкому распространению пока препятствует тот факт, что разработка нового промышленного стандарта сложна и требует времени. Это, в частности, относится к цементной промышленности, которая является высоко капиталоемким и конкурентоспособным сектором с длительным экономическим сроком службы существующих предприятий, так что изменения в существующем основном капитале не могут быть легко внесены.

Наибольшие возможности для повышения энергоэффективности и сокращения выбросов CO2 могут быть достигнуты за счет улучшения процесса производства цемента. В цементной промышленности пиропроцессинг (переработка сырья в цемент при высокой температуре, например, выше 8000 ° C) является очень распространенной технологической процедурой, на которую приходится 74% потребления энергии в мировой цементной / бетонной промышленности. Поскольку термический КПД за счет использования этой традиционной технологии пиропроцессинга в среднем немного превышает 30% (Mersmann, 2007), существуют значительные возможности для улучшений.На измельчение и помол приходится 5,8% энергопотребления цемента / бетона (Choate, 2003). Эти операции имеют энергоэффективность от 6 до 25%, а также предоставляют большие возможности для экономии энергии. На следующем рисунке представлен процесс производства цемента.

Потенциальные возможности для повышения энергоэффективности и снижения выбросов CO2 при производстве сырья и производстве бетона меньше, чем при производстве цемента. Например, выбросы CO2 во время транспортировки можно уменьшить, заменив дизельное топливо биодизелем.Обычно повышение энергоэффективности пропорционально сокращает выбросы CO2, образующегося при сжигании ископаемого топлива и производстве электроэнергии. Однако следует отметить, что сокращение выбросов CO2 от производства цемента на процент, пропорциональный повышению энергоэффективности, невозможно. Более половины выбросов CO2, связанных с цементом / бетоном, являются результатом химических реакций, необходимых для преобразования сырья, а не результатом энергии, необходимой для этих реакций.Например, если топливо с почти нулевым выбросом CO2 (например, ядерная энергия, биомасса) использовалось для всех потребностей в энергии пиропроцессинга, то выбросы CO2 можно было бы сократить на 54%.

Еще один способ сократить выбросы — заменить ископаемое топливо отходами или биомассой. Цементные печи хорошо подходят для сжигания отходов из-за их высокой температуры процесса, а также из-за того, что клинкерный продукт и известняковое сырье действуют как газоочистители. Использованные шины, древесина, пластмассы, химикаты и другие виды отходов сжигаются в цементных печах в больших количествах.Заводы в Бельгии, Франции, Германии, Нидерландах и Швейцарии достигли среднего уровня замещения от 35% до более 70%. Некоторые отдельные заводы даже достигли 100% -ной замены с использованием соответствующих отходов. Однако очень высокие показатели замещения могут быть достигнуты только при наличии специальной системы предварительной обработки и наблюдения. Например, твердые бытовые отходы необходимо предварительно обработать для получения однородной теплотворной способности и характеристик корма. Цементная промышленность в Соединенных Штатах сжигает 53 миллиона изношенных шин в год, что составляет 41% от всех сгоревших шин, что эквивалентно нулю.39 Мт или 15 ПДж. Около 50 миллионов шин, или 20% от общего количества, по-прежнему используются на свалках. Еще один потенциальный источник энергии — ковры: около 100 ПДж в год выбрасываются на свалки — вместо этого их можно сжигать в цементных печах. Хотя эти альтернативные материалы широко используются, их использование все еще вызывает споры, поскольку цементные печи не подлежат такому же жесткому контролю выбросов, как установки для сжигания отходов. Согласно статистике МЭА, цементная промышленность в странах ОЭСР использовала 1.6 млн т н.э. горючих возобновляемых источников энергии и отходов в 2005 г., половина из которых — промышленные отходы, а половина — древесные отходы (Taylor, 2006). Во всем мире сектор потребил 2,7 Мтнэ биомассы и 0,8 Мтнэ отходов. Это составляет менее 2% от общего расхода топлива в этом секторе. С технической точки зрения использование альтернативных видов топлива может быть увеличено с 24 до 48 Мтнэ, хотя между регионами будут различия из-за разной доступности таких видов топлива. Это приведет к сокращению выбросов CO2 в диапазоне от 100 до 200 млн тонн в год.

Еще один способ снизить энергетические и технологические выбросы при производстве цемента — это смешивание цементов с увеличенными долями альтернативного (не клинкерного) сырья, такого как вулканический пепел, гранулированный доменный шлак от производства чугуна или летучая зола от сжигания угля. выработка энергии. Использование таких смешанных цементов широко варьируется от страны к стране. Он высокий в континентальной Европе, но низкий в Соединенных Штатах и ​​Великобритании. В США и Китае другие заменители клинкера добавляют непосредственно на стадии изготовления бетона.В долгосрочной перспективе цементу не хватает жизнеспособной безуглеродной альтернативы, и сценарии МЭА предполагают сильную зависимость от цементных печей для улавливания и хранения углерода (CCS) с кислородным топливом (IEA, 2008).

Осуществимость технологий и производственные потребности

В процессе пиропроцессинга цемента важно помнить, что отходы горят и горят при разных температурах и в разных условиях. Следовательно, твердые топливные отходы необходимо вводить в печь таким образом, чтобы они не влияли существенно на температурный профиль и химические реакции в процессе пиропроцессинга в целом.Иногда необходимо добавлять твердые отходы через люк или клапан в кожухе печи, что представляет собой техническую проблему и частично компенсирует повышение эффективности и сокращение выбросов CO2. Наконец, получение и обращение с альтернативным или отработанным топливом может вызвать техническую ответственность и политические проблемы. Компании-производители цемента не хотят, чтобы их называли обработчиками опасных отходов, и окружающие сообщества могут испытывать опасения по поводу транспортировки и обращения с опасными отходами на ближайшем цементном заводе.

Кроме того, смешанные цементы открывают большие возможности для энергосбережения и сокращения выбросов, но их использование во многих случаях потребует пересмотра строительных стандартов, кодексов и практик.

Из этапов цепочки производства цемента операции измельчения и помола достаточно энергоэффективны. Как упоминалось ранее, типичные системы обычно работают с энергоэффективностью на месте от 6 до 25% (Министерство энергетики США, 2003). Повышение энергоэффективности измельчения и измельчения можно повысить за счет использования современных систем мельниц, которые включают несколько единиц технологического оборудования с двухвалковыми прессами высокого давления, трубными мельницами, шаровыми мельницами и обычными или высокоэффективными сепараторами (IEA, 2009).

Состояние технологии и ее будущий рыночный потенциал

Основной потенциал в снижении энергопотребления и выбросов CO2 при производстве цемента / бетона заключается в улучшении пиропроцессинга цемента. Пиропереработка превращает сырую смесь в клинкер. В настоящее время около 78% производства цемента в Европе приходится на сухие печи, еще 16% производства приходится на полусухие и полумокрые печи, а оставшаяся часть европейского производства, около 6%, приходится на мокрые печи. технологические печи.Обычно ожидается, что при обновлении печи мокрого процесса, работающие в Европе, будут преобразованы в системы обжига сухого процесса, как и системы обжиговых печей полусухого и полувлажного процесса. В среднем системы пиропереработки в ЕС и США работают с термическим КПД ниже 35%, что довольно мало. В развивающихся странах этот процент еще ниже (Карстенсен, без даты). Эти улучшения процесса будут происходить за счет лучшего управления энергопотреблением, модернизации существующего оборудования (например, замены мокрых печей, модернизации до подогревателей и прекальцинаторов), внедрения новых технологий пиропроцессинга (например,грамм. системы с псевдоожиженным слоем), а в более долгосрочной перспективе — проведение НИОКР, необходимых для разработки новых концепций процессов производства цемента.

Япония является ведущей страной в области энергоэффективности в цементном секторе. Европа (в среднем 4,1 ГДж / т цемента) не могла конкурировать с Японией (3,1 ГДж / т), но многие другие части мира демонстрируют гораздо более высокие модели энергопотребления, например средний уровень энергопотребления в США (5,3 ГДж / т) или в Китае намного выше, чем в среднем по Европе (Worrell et al., 2004).

Типичные балансы энергии для основных систем пиропроцессинга показаны ниже. Эти балансы показывают, где происходят потери энергии и, таким образом, представляют возможность для повышения энергоэффективности и снижения выбросов CO2 на основе топлива. В частности, таблица показывает, что можно добиться значительных улучшений, если перейти от мокрого цементирования к сухому. Отдельные области использования энергии (например, разгрузка клинкера, оболочка печи и т. Д.) В таблице показывают площадь и величину возможностей, доступных для управления потерями энергии путем улучшения конкретного оборудования или методов.

С помощью энергетических аудитов, включая тестирование производительности печной системы и расчет баланса массы и тепла, можно определить конкретные возможности повышения энергоэффективности и снижения выбросов CO2. Энергетический аудит производства цемента должен как минимум рассматривать использование энергии и рекомендовать возможные действия, такие как:

• Нижние потери газа на выходе из печи
  • установить устройства, обеспечивающие лучшую кондуктивную теплопередачу от газов к материалам, например.г., печные цепи
  • работают при оптимальном уровне кислорода (контроль подачи воздуха для горения)
  • Оптимизация формы и температуры пламени горелки
  • увеличить или увеличить мощность подогревателя
• Более низкие возможности поглощения влаги для сырьевой муки и топлива: устранение необходимости испарения адсорбированной воды
• Снижение содержания пыли в выхлопных газах за счет сведения к минимуму турбулентности газа: пыль уносит энергию из печи, где она улавливается пылесборниками; пыль перерабатывается в сырьевую муку и подается в печь, где она повторно нагревается
• Более низкая температура на выходе клинкера, сохранение большего количества тепла в системе пиропереработки
• Нижняя температура дымовой трубы охладителя клинкера
  • рециркулировать избыток охлаждающего воздуха
  • регенерировать более холодный воздух, используя его для сушки сырья и топлива или подогрева топлива или воздуха
• Снижение потерь на излучение в печи за счет использования правильной смеси и более энергоэффективных огнеупоров для контроля температурных зон печи
  • Нижняя утечка холодного воздуха
  • закрыть ненужные отверстия
  • обеспечивают более энергоэффективные уплотнения
  • работают с максимально высокой температурой первичного воздуха
• Оптимизируйте работу печи, чтобы избежать сбоев.

Производство цемента мокрым способом включает смешивание сырья (известняк и глина или суглинок) с водой с целью получения суспензии. Далее в процессе из гомогенизированной смеси испаряется вода, и этот этап производства требует значительного количества энергии. Сырьевая мука (высушенный шлам) подвергается воздействию высоких температур во вращающейся печи, где происходит реакция прокаливания (ее конечными продуктами являются известь и CO2). На известь также влияют температуры от 1400 до 1450 ° C.Эта реакция, называемая спеканием, приводит к образованию клинкера. Заключительный этап производства цемента — тонкое измельчение клинкера и смешивание вещества с минеральными компонентами, такими как шлак, летучая зола или гипс.

В случае производства цемента сухим способом сырье смешивается без воды, поэтому процесс испарения можно не проводить. Последняя технология может снизить потребление энергии от «мокрого» до «сухого» процесса более чем на 50%.

Существующие технологии в цементной промышленности можно модернизировать несколькими способами.В Таблице 26-3 показано, основанное на данных цементных заводов США, влияние возможных мер по модернизации, таких как переход от мокрых процессов к сухим и в рамках последней категории, влияние использования технологий подогревателя и прекальцинатора. Таблица показывает, что если все заводы в США модернизируют свою пиропроцессинг до уровня лучших заводов США (т.е. система сухого процесса с подогревателем с технологией прекальцинатора), промышленность снизит потребление энергии на 30% до примерно 3 407 650 Джоулей / тонну цементировать и сократить выбросы CO2 на 13% до 75.3 млн т / год.

Что касается новых технологий в цементном секторе, несколько технологий проходят испытания и демонстрируются, например, печи с псевдоожиженным слоем. С середины 1990-х годов было разработано несколько опытных образцов крупномасштабных печей с псевдоожиженным слоем (200 т / день), которые продемонстрировали значительную экономию энергии. Например, по оценкам, полномасштабная система с псевдоожиженным слоем (3000 т / день) будет столь же эффективна, как самая передовая обжиговая печь в США, использующая подогреватель и прекальцинатор, и на 37% эффективнее, чем средняя установка в США.Для систем с псевдоожиженным слоем требуемые капитальные затраты примерно на 12% ниже, чем у современного цементного завода, а их эксплуатационные расходы составляют около 75% от эксплуатационных расходов современного цементного завода (Министерство энергетики США, 2003). Однако по сравнению с более старыми, полностью капитализированными установками на базе печей, системы с псевдоожиженным слоем относительно дороги, поэтому их, вероятно, следует рассматривать только для будущего расширения мощности. Еще одним препятствием для внедрения систем с псевдоожиженным слоем является нежелание вкладывать средства в такие большие капитальные затраты, поскольку системы были продемонстрированы только на небольших предприятиях.

Цементные заводы, учитывая их крупномасштабный спрос на промышленную тепловую энергию, предлагают возможности для комбинированного производства электроэнергии и / или пара, особенно если система когенерации является частью первоначального проекта завода. Это может значительно повысить общую энергоэффективность некоторых производственных операций. В настоящее время пять заводов по производству цемента производят электроэнергию на месте за счет когенерации (Министерство энергетики США, 2003 г.). Более того, использование отработанного тепла в системах теплообмена подогревателя обычно более энергоэффективно, чем когенерация электроэнергии с присущей ему низкой эффективностью преобразования тепловой энергии в электрическую (обычно для производства 1 кВтч требуется около 10 481 Джоулей).Хотя совместное производство пара на цементном заводе возможно, цементные заводы обычно требуют небольшого количества пара и расположены в изолированных районах, где рынки для избыточного производства пара часто недоступны.

Вклад технологий в экономическое развитие (включая поддержку энергетического рынка)

Важным преимуществом повышения энергоэффективности в цементной промышленности могло бы стать снижение затрат на электроэнергию. В целом, в цементной промышленности ЕС расходы на электроэнергию составляют около 40% от общих производственных затрат, в то время как европейские технологии производства цемента являются одними из самых энергоэффективных в мире.С 1970-х годов в Европе энергия, необходимая для производства цемента, упала примерно на 30%, а возможности для дальнейших улучшений стали довольно небольшими. Однако в других частях мира по-прежнему возможна более значительная экономия на энергозатратах.

В производстве цемента рентабельное повышение эффективности от 10% до 20% уже возможно при использовании коммерчески доступных технологий. Энергоемкость большинства промышленных процессов как минимум на 50% выше теоретического минимума, определяемого основными законами термодинамики.Энергоэффективность обычно ниже в регионах с низкими ценами на энергию. Комплексные технологии для двигателей и паровых систем позволят повысить эффективность во всех отраслях промышленности с типичной экономией энергии в диапазоне от 15% до 30%. Срок окупаемости может составлять всего два года, а в лучшем случае финансовая экономия в течение срока службы улучшенных систем может достигать 30–50%. В тех процессах, где эффективность близка к практическому максимуму, инновации в материалах и процессах позволят добиться еще большего выигрыша (IEA, 2008).

Климат

При производстве цемента выделяется CO2, так как для сжигания сырья и придания клинкеру уникальных свойств требуются очень высокие температуры. CO2 образуется из трех независимых источников: декарбонизация известняка в печи (около 525 кг CO2 на тонну клинкера), сжигание топлива в печи (около 335 кг CO2 на тонну цемента) и использование электроэнергии (около 50 кг. кг CO2 на тонну цемента). Существует три основных меры, с помощью которых цементная промышленность может сократить прямые выбросы CO2 в ближайшем будущем:

• Повышение энергоэффективности (все еще возможно максимум 2%),
  • Снижение соотношения клинкер / цемент (введение полезных промышленных побочных продуктов), и
  • Увеличение использования отходов в качестве альтернативного топлива (национальные инициативы, адекватное национальное выполнение определенных директив, касающихся конкретных отходов).

На основе анализа IEA (2008) для смешанных цементов, в целом потенциал экономии в этом случае составляет от 300 до 450 млн тонн CO2 к 2050 году. Основные подходы к этому заключаются в использовании:

• Доменный шлак, охлажденный не воздухом, а водой. Около половины всего доменного шлака уже используется для производства цемента, где шлак охлаждается водой и где расстояния транспортировки и затраты приемлемы. Если бы был использован весь доменный шлак, это привело бы к сокращению выбросов CO2 примерно на 100 млн тонн CO2.
• Зола уноса угольных электростанций. Но содержание углерода в летучей золе может повлиять на время схватывания бетона, которое определяет качество цемента. Для использования в качестве заменителя клинкера высокоуглеродистая летучая зола должна быть улучшена. Технологии для этого только появляются. Специальные методы измельчения также изучаются как способ увеличения скорости реакции летучей золы, что позволяет повысить содержание летучей золы в цементе до 70% по сравнению с максимальным значением 30% в настоящее время (Justnes et al., 2005). Китай и Индия могут значительно увеличить использование летучей золы.Если бы 50% всей летучей золы, которая в настоящее время отправляется на свалки, можно было бы использовать, это привело бы к сокращению выбросов CO2 примерно на 75 млн. Т.
• Стальной шлак. Процесс CemStar, который использует 15% -ную загрузку стального шлака с воздушным охлаждением в смеси сырья вращающейся печи, был разработан и успешно применяется в Соединенных Штатах, что привело к снижению выбросов CO2 примерно на 0,47 т / т добавленного стального шлака ( Yates et al., 2004). В Китае насчитывается около 30 сталелитейных цементных заводов с совокупной годовой производительностью 4.8 млн т. Однако качество стального шлака варьируется, и его трудно перерабатывать, что ограничивает его использование. Если бы общий мировой ресурс сталеплавильного шлака конвертерных печей и ЭДП от 100 до 200 млн тонн в год был использован таким образом, потенциал сокращения выбросов CO2 составил бы от 50 до 100 млн тонн в год. Для подтверждения жизнеспособности этого варианта необходим дальнейший анализ. Другие материалы, которые могут быть использованы в большей степени в качестве заменителей клинкера, включают вулканический пепел, молотый известняк и битое стекло. Такие подходы могли бы облегчить проблемы доступности заменителей клинкера и, возможно, проложить путь к 50% сокращению энергопотребления и выбросов CO2.В долгосрочной перспективе могут быть разработаны новые типы цемента, в которых известняк не используется в качестве основного ресурса. Эти новые виды называются синтетическими пуццоланами. Технологическая осуществимость, экономичность и энергетический эффект таких альтернативных цементов остаются спекулятивными.
• Смешанные цементы предлагают большие возможности для энергосбережения и сокращения выбросов, но их использование во многих случаях потребует пересмотра строительных стандартов, норм и правил. В целом потенциал экономии для смешанных цементов составляет от 300 до 450 млн тонн CO2 к 2050 году.Скорость обучения для цементных печей CCS при текущей стоимости 200 долларов США за тонну CO2 составляет около 5%, в то время как целевой показатель затрат на коммерциализацию в долларах США составляет 75 долларов США.

Для расчета этих сокращений выбросов парниковых газов рекомендуется применять утвержденные методологии для консолидированной методологии увеличения состава смеси в производстве цемента, методологии сокращения выбросов парниковых газов за счет рекуперации отходящего тепла и использования для выработки электроэнергии на цементных заводах, перехода на ископаемое топливо, мер по энергоэффективности и смене вида топлива для промышленных объектов, сокращение выбросов за счет частичной замены ископаемого топлива с альтернативными видами топлива или менее углеродоемкими видами топлива в проекте по производству цемента (крупномасштабные мероприятия), который был разработан в рамках Механизма чистого развития Киотского протокола РКИК ООН (МЧР).Эта методология помогает определить базовый уровень выбросов парниковых газов в отсутствие проекта (т. Е. При обычном ведении бизнеса), как можно рассчитать сокращения выбросов ниже этого базового уровня и как можно отслеживать эти сокращения. Общую информацию о том, как применять методологии CDM для учета парниковых газов, можно найти здесь.

Финансовые потребности и затраты

Прогнозируется, что мировой спрос на цемент будет расти на 4,7% ежегодно до 2,8 млрд метрических тонн в 2010 году. Китай, который уже является крупнейшим рынком цемента в мире, продемонстрирует наибольший рост общего объема проданного цемента.Другие развивающиеся части Азиатско-Тихоокеанского региона и Восточной Европы, а также ряд стран в регионах Африки / Ближнего Востока и Латинской Америки также продемонстрируют прирост рынка цемента выше среднего, чему способствуют хорошие перспективы строительства. Ожидается, что Вьетнам, Таиланд, Украина, Турция и Индонезия также продемонстрируют значительный рост в процентном отношении. Рыночный рост будет менее устойчивым в развитых регионах США, Японии и Западной Европы, при этом основная часть роста спроса на цемент до 2010 года будет приходиться на ремонтно-эксплуатационное строительство.Однако увеличение расходов на строительство в Германии и Японии после продолжительного периода спада поможет поддержать общий рост развитых мировых рынков.

Цементная промышленность приложила значительные усилия для внедрения инновационных технологий в производство цемента. В последние годы были потрачены значительные ресурсы на изучение новых и, надеюсь, не вызывающих споров и экологически чистых технологий. К сожалению, многие такие технологии обладают низкой производительностью (некоторые все еще находятся в стадии разработки), технически сложны и в настоящее время недоступны для многих развивающихся стран.При сравнении современных технологий с точки зрения устойчивости, пригодности, производительности, надежности, рентабельности, патентных ограничений (доступности) и требований к компетентности можно сделать вывод, что, по крайней мере, в краткосрочной перспективе цементная промышленность будет базироваться на на мельницах пиропроцессинга и помола.

Как описано выше, наиболее традиционный способ производства цемента — в печах. Хотя в развитом мире это стандартная процедура, в развивающемся мире мы можем столкнуться с финансовыми требованиями, которые нелегко удовлетворить.Высокотемпературные печи для обжига цемента широко распространены и доступны в большинстве развивающихся стран и могут представлять собой доступную, экологически безопасную и устойчивую альтернативу обработке. Выбор мельницы будет варьироваться на разных предприятиях из-за ряда факторов. Хотя потребление энергии (и, следовательно, затраты на энергию) на трубных станах выше, они имеют более низкие эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание, чем другие типы станов. Инвестиционные затраты трудно сравнивать в общих чертах, потому что ограничения, характерные для конкретного объекта, играют важную роль.Факторы, не связанные с затратами, которые влияют на инвестиционные решения, включают содержание влаги в сырье, вертикальные валковые мельницы могут как сушить, так и измельчать материалы, и поэтому они наиболее подходят для сырья с более высоким содержанием влаги, в то время как валковые прессы и горизонтальные валковые мельницы могут потребовать отдельная сушилка.

В 1999 году десять ведущих цементных компаний, представляющих примерно одну треть мирового производства цемента, добровольно приступили к реализации того, что стало Инициативой устойчивого развития цемента (CSI), программой под руководством членов Всемирного совета предпринимателей по устойчивому развитию (WBCSD). ).Его цель — найти для отрасли новые способы уменьшения воздействия на окружающую среду, понимания потенциала ее социального вклада и расширения взаимодействия с заинтересованными сторонами.

Список литературы

• Американская ассоциация угольной золы (ACAA), 2001. Обзор продуктов сжигания угля.
• Чоат, У., 2003. Энергия и возможности сокращения выбросов в цементной промышленности. Министерство энергетики США.
• Европейская комиссия, 1997. 4-я рамочная программа исследований и технологического развития (RTD), проект ATLAS.
• МЭА, 2008. Перспективы энергетических технологий — сценарии и стратегии до 2050 года. Международное энергетическое агентство.
• МЭА, WBSCD, 2009. Дорожная карта цементных технологий на 2009 год — Сокращение выбросов углерода до 2050 года. Международное энергетическое агентство.
• Юстнес, Х., Эльфгрен, Л. и Ронин, В., 2005. Механизм действия энергетически модифицированного цемента по сравнению с соответствующими смесями цемента, цемента и бетона, исследования, 35 (2), стр. 315-323.
• Karstensen, K.H. (без даты).Звуковое уничтожение устаревших пестицидов в цементных печах в развивающихся странах, Фонд научных и промышленных исследований (SINTEF).
• Мерсманн, М., 2007. Технология пиропроцесса. Отчет о технической конференции цементной промышленности, IEEE, стр. 90-102.
• Перри, Курт Э., 1986. Энергия и возможности сокращения выбросов для цементной промышленности — Вращающаяся цементная печь, Chemical Publishing Co., Inc., Нью-Йорк, стр. 107
• Scalon, J., 1992. Добавка минералов, сборник ACI 22.
• Тейлор, М. 2006. Энергоэффективность и выбросы CO2 в мировой цементной промышленности. Документ подготовлен для семинара IEA-WBCSD, Международное энергетическое агентство.
• Министерство энергетики США, 2003 г. Энергетика и возможности сокращения выбросов для цементной промышленности, Вашингтон, округ Колумбия, США.
• Уоррелл, Э., Прайс, Л. и Галицкий, С., 2004. Новые энергоэффективные технологии в промышленности: тематические исследования отдельных технологий, Nr. LBNL-54828: Департамент анализа энергии, Отдел экологических энергетических технологий, Национальная лаборатория Эрнеста Орландо Лоуренса в Беркли, Калифорнийский университет, Беркли, Калифорния 94720.
• Йейтс, Дж. Р., Перкинс, Д. и Санкаранараян, Р., 2004. Процесс и технология Cemstar для снижения парниковых газов и других выбросов при увеличении производства цемента, Хэтч, Канада.

Каков производственный процесс портландцемента?

ВЛАЖНЫЙ ПРОЦЕСС

В мокром процессе, прежде всего, только что добытый известняк дробится на более мелкие кусочки. Затем в шаровой или трубчатой ​​мельнице его смешивают с глиной или сланцем с водой до образования суспензии.Суспензия представляет собой жидкость кремообразной консистенции с содержанием воды от примерно 35 до 50 процентов, в которой измельченные до тонкости частицы удерживаются во взвешенном состоянии.

Затем суспензия перекачивается в резервуары для навозной жижи или бассейны. В этом резервуаре предотвращается осаждение частиц известняка и глины за счет продувки сжатым воздухом со дна суспензии, которая поддерживается в воспламененном состоянии с помощью вращающихся рычагов с цепями.

Требуемый химический состав суспензии поддерживается в трубной мельнице путем периодических испытаний и корректировок.Также испытано в различных резервуарах для хранения путем смешивания суспензии. После этого в резервуарах окончательного хранения путем перемешивания пульпы поддерживается неоднородное состояние.

Одной из важных частей цементного завода является вращающаяся печь. Эта однородная скорректированная суспензия распыляется из форсунки на верхний конец вращающейся печи. Вращающаяся печь представляет собой стальной цилиндр диаметром от 3 до 8 м, облицованный огнеупорными материалами, установленный на роликовых подшипниках и способный вращаться вокруг собственной оси с расчетной скоростью.
Длина вращающейся печи может варьироваться от 30 метров до 200 метров. Жидкий раствор при разбрызгивании на горячую поверхность гибкой цепи теряет влагу и превращается в хлопья. Эти хлопья отслаиваются и падают на пол. Вращение вращающейся печи заставляет хлопья перемещаться от верхнего конца к нижнему концу печи, подвергаясь воздействию все более и более высоких температур.

Обжиг печи ведется с нижнего конца. Обычно для производства цемента в качестве топлива используется каменный уголь, нефть или природный газ.По мере продвижения материалов материал скатывается к нижнему концу вращающейся печи, сухой материал претерпевает ряд химических реакций, пока, наконец, не попадет в самую горячую часть печи, где температура составляет порядка 1500 °. C, от 20 до 30 процентов материалов плавятся. Известь, диоксид кремния и оксид алюминия рекомбинируются. Здесь оксиды в сырье объединяются с образованием соединений в клинкере.

Расплавленная масса превращается в шаровидную форму размером от 3 до 20 мм, известную как клинкер.