Jaká je hlavní surovina při výrobě cementu?

Nejběžnějším spojovacím materiálem ve stavebnictví je cement, který se vyrábí na bázi magnézie nebo uhličitano-silikátových hornin. Posledně jmenovaná odrůda zaujímá více než 90 % trhu a nazývá se portlandský cement. Výrobní proces zahrnuje několik fází, škála vyráběných minerálních pojiv je široká, pro každého stavebníka bude užitečné zjistit si vyznačením rozsahu prášku.

Z čeho se vyrábí cement – hlavní surovina

Výchozími surovinami pro výrobu jsou pevné nerosty, v jejichž blízkosti se nacházejí cementárny.

Používá se při výrobě slínku – produktu společného vypalování hornin – karbonátových kamenů a jílů.

První kategorie minerálních útvarů se spotřebovává ve větším množství a představují ji vápencové odrůdy amorfní nebo krystalické struktury, jsou to:

• křída je měkká bílá hornina, skládající se z uhličitanu vápenatého s příměsí hořčíku, oxidů kovů a křemenných zrn;
• opuka – přírodní směs 50-75% derivátů kalcitu s 25-50% silikátových jílových útvarů, vhodná pro výrobu cementového slínku;
• lastura je vápenec z lastur mořských živočichů, jeho odrůda metamorfovaná tlakem při vysoké teplotě se nazývá mramor;
• dolomit – kromě uhličitanu vápenatého CaCO3 obsahuje hořčíkovou složku: MgCO3.

Jílové horniny, které zavádějí silikáty do slínku, jsou spraš, hlína a břidlice. Pro snížení nákladů na výrobu a dodání speciálních vlastností cementu se v technologii používají legovací přísady – oxid hlinitý, železo, křemík, odpad z hutních provozů.

Co je cementový slínek

Jedná se o produkt získaný slinováním při teplotě 1450 °C dvou hornin: 75 % vápence a 25 % jílu. Slínek vychází z pece ve formě granulí Ø10-60 mm.

Podle chemického složení se kalcinovaný drcený kámen každého z výrobců může lišit, průměrná distribuce je uvedena v procentech:

Drcený kámen z pece není jedinou složkou při výrobě portlandského cementu. Pro zpomalení doby tuhnutí finálního produktu se provádí mletí granulí na jemně dispergovaný prášek s přídavkem až 6% síranu vápenatého CaSO3 obsaženého v sádře nebo sádrovém kameni do slínku.

Mletí surovin je prováděno kulovými mlýny s čerpáním hotového výrobku do mnohatunových sil pneumatickou dopravou.

Výroba cementu je regulována státními normami: GOST 30515-2013 – všeobecné technické podmínky, GOST 10178-85 a 31108-2003 pro stavbu portlandských cementů. Pro speciální typy byly vyvinuty samostatné normy.

Hlavní vlastnosti produktu

Indikátory hustoty cementu: objem – 900-1100 kg / m³, se zhutněním – 1400-1700. Hodnoty skutečné měrné hmotnosti dosahují 3 t/m³. Existuje několik technických vlastností, podle kterých se kvalita pojivového prášku posuzuje:

1. Jemnost mletí – určuje aktivitu cementu: čím menší částice, tím větší povrch v jedné vrstvě pokrývají. Kontrolní měření se provádějí rozptylem na sítu s kyvetou 80 mikronů.
2. Potřeba vody – množství vlhkosti potřebné k hydrataci cementu a k tomu, aby těsto bylo plastické. Přebytek vody v roztoku vede k tvorbě pórů a trhlin, což snižuje pevnost.
3. Mrazuvzdornost je schopnost výrobků na bázi cementového prášku odolat opakovanému zmrazování a rozmrazování bez zničení. Požadovaného indikátoru je dosaženo speciálními přísadami při míchání roztoku.
4. Doba tuhnutí – v závislosti na hustotě vsázky se pohybuje v rozmezí 0,7-10 hodin. Indikátor závisí také na množství sádry přidané do slínku během mletí.
5. Pevnost je určena destrukcí vzorku vyrobeného z cementu z každé šarže uvolněné malty. Stáří kostek je stanoveno normou – 28 dní.

Pro všechny objemy expedované cementárnou jsou vyplněny certifikáty kvality, ve kterých jsou uvedeny uvedené charakteristiky. Spotřebitelé nezávisle provádějí vstupní kontrolu, aby potvrdili integritu dodavatele.

Jaká je značka cementu

Pevnostní charakteristikou portlandského cementu je jeho značka, která je založena na výsledcích zkoušek krychlových vzorků s lícem 10 cm pro tlak. Složení roztoku pro plnění forem: na 1 díl práškového pojiva 3 odměrky čistého křemičitého písku.

Po přidání vody se hmota promíchá a nechá 28 dní tuhnout. Současně se nalije 6-10 kovových forem.

Z toho je 6 vzorků náhodně vybráno a rozdrceno pod tlakem. Aritmetický střední tlak se vypočítá ze 4 krychlí, které se zhroutily při největším zatížení. Hodnoty měřené v kg / cm² označují značku cementu v souladu s GOST 10178-85. Zobrazení napětí v metrické soustavě jednotek se provádí v souladu s GOST 31108-2003 v MPa. Zde se rozdělení provádí podle pevnostní třídy cementu.

Ukazuje se, že pro posouzení pevnostních charakteristik se současně používá stará a nová klasifikace. Digitální řada značek: M200, M300, M400, M500, M600. Odpovídající hodnoty třídy tvrdosti: B15; B22,5; B32,5; B42,5; B52,5.

Cementové značení

Uvedená označení pevnostních ukazatelů portlandského cementu jsou pouze malou částí informací o vlastnostech vyráběného cementu zašifrovaných v plném označení.

V souvislosti se současným používáním norem s předchozím označením a od roku 2003 nese mnoho kódů identické informace.

Výrobci cementu se snaží zprostředkovat informace o kvalitě a vlastnostech výrobků s využitím podmínek obou norem.

Co znamená označení cementu podle typu přísady?

Kromě hlavních složek se do složení pojivové minerální látky zavádějí přísady, které umožňují použití cementu ve speciálních betonech. Informace o speciálních vlastnostech jsou součástí označení produktů. Písmena kódují prášek a přísady:

• PC – portlandský cement bez zlepšujících přísad;
• ShPTs – při mletí slínku se přidává struska v množství ≥20 %, produkt se nazývá portlandský struskový cement;
• PPC – pucolánový cement, používaný k betonáži v zaplavených podmínkách (pucolány jsou produkty vulkanické činnosti: popel, tufy, pemza);
• SPT, SSPT, SSSHPT – pojiva odolná síranům, antikorozní;
• B – rychle tvrdnoucí prášek;
• BC – bílý cement; slínek pro jeho výrobu se vyrábí z kaolinu a lehkých druhů vápence;
• G – rychletuhnoucí práškový oxid hlinitý, suroviny pro výpal jsou uhličitanové horniny a bauxity;
• HF – hydrofobní cement pro betonové výrobky ve vodě;
• PL – plastifikovaný, poskytuje snadnost pokládky řešení i při nízkých teplotách;
• VRC je expandující cement odolný proti vlhkosti, který tvrdne v jakémkoli prostředí.

V označení GOST 10178-85 je množství přísad označeno písmenem a procentem: D0, D5, D20. Na konci kódu je uvedena norma, podle které je výrobek vyroben. Příklad: PC 400-D20-B-PL GOST 10178-85 – Portlandský cement o pevnosti 400 kg / cm² s přísadami v množství 20%, rychle tvrdnoucí, změkčený.

Dešifrování značení cementu podle nových norem

Kódování informací o výrobku podle GOST 31108-2003 je založeno na rozdělení druhů cementu do 5 skupin, označovaných římskými číslicemi. První 3 písmena jsou převzata z názvu prášku – CEM.

Každá asociace má znaky označující výrobní vlastnosti:

• I – Portlandský cement bez přísad, skládá se z 95-100% z cementového slínku;
• II – tato skupina se dělí na podtřídy A s přísadami 6-20% a B – 21-35%. Existují také pucolánové cementy obsahující
• III – struskový portlandský cement s obsahem strusky 36-65%;
• IV – pucolánový cement s přídavkem 21-35%;
• V – kompozitní prášek, včetně 11-30% strusky a pucolánu ve stejném rozsahu.

Každá z přísad má v označení své písmeno: I – vápenec, Z – popílek, MK – křemičitý úlet, K – kompozitní přísada, G – glieg, Sh – struska, P – pucolán. Následuje číslo pevnostní třídy a za ním písmena: H – normální doba tuhnutí, B – rychlé tuhnutí. Příklad: Portlandský struskový cement CEM III / A 32,5N GOST 31108-2003. Dešifruje se takto: pevnost cementu je 32,5 MPa, normálně tvrdne, obsahuje 36-65 % strusky.

Druhy cementu a jejich použití

Portlandské cementy se používají v souladu s označením, které přímo označuje zvláštní podmínky, pokud existují. U stavebních prací při výběru značky věnujte pozornost ukazateli pevnostní třídy nebo značky cementu.

Kroky uspořádání v závislosti na tvrdosti práškového pojiva:

• M200 – cement je určen pro omítání, výrobu betonu M100;
• M300 – odpovídá monolitu M200, používá se k betonáži podkladních ploch pro základy, nalévání základů pro nízkopodlažní budovy;
• M400 – konstrukce železobetonových konstrukcí o pevnosti M300, vozovky, dlažební desky, obrubníky, nosné konstrukce;
• M500 – všechny typy venkovních betonářských prací, výroba letištních desek a vodních konstrukcí z monolitu M400.

Složení roztoků se může lišit a je nastaveno podle podmínek budovaného zařízení. Receptura směsí je dána projektem.

Cement je nepostradatelný materiál, bez kterého si nelze představit žádný stavební objekt. Jedinečnost materiálu je nepopiratelná, protože tak či onak se podílí téměř na všech fázích výstavby. Moderní provozy využívají tři základní způsoby výroby cementu, které závisí na způsobu přípravy suroviny k výpalu: mokrá technologie, suchá a polomokrá (kombinovaná). Způsob uspořádání výrobní základny závisí na možnostech každé společnosti: technologických, technických a ekonomických.

Technologie výroby portlandského cementu je rozdělena do tří klíčových fází:

Mechanický – zodpovídá za těžbu, přípravu a zpracování surovin, jejichž účelem je získat potřebnou směs pro následné tepelné zpracování výpalem. Tyto operace zahrnují mletí, míchání a úpravu.

Stupeň tepelného zpracování je zodpovědný za výpal surovin ve vysokoteplotních pecích, jejichž účelem bude získání slínku, základní složky cementu.

Fáze mletí a míchání složek k získání suché směsi skládající se z několika složek: slínku, sádrových pojiv a aktivních minerálních přísad, které ovlivní typ cementu.

První etapa. Extrakce a příprava surové směsi.

Hlavními složkami portlandského cementu jsou přírodní suroviny: jíl, vápenec, křída. Z ekonomických důvodů jsou výrobní jednotky instalovány pokud možno v blízkosti lomů pro těžbu těchto materiálů. Spolu s dodávkami z lomů je často nutné dodatečně zajistit výrobu surovinami od partnerů, aby byla zaručena požadovaná kvalita surovin z hlediska chemického složení. Provádí se také doplňkové nákupy pro zajištění výroby chybějících materiálů, jako je sádra, popel, pyrit, bauxit a podobně.

Složky cementu lze rozdělit do 4 skupin oxidů, z nichž každá je sloučeninou chemického prvku s kyslíkem ve složení:

• oxid vápenatý (CaO), do této skupiny patří jíl-karbonátové horniny jako vápenec, křída nebo opuka;
• oxid křemičitý (Si₂O3), zahrnuje jemnozrnné sedimentární horniny, například písek, jíl, strusku, břidlice;
• oxid hlinitý (Al3) – bauxity;
• oxid železitý (Fe₂O3) – železná ruda.

První vteřina. Surová směs a její příprava

Ložiska přírodního vápence jsou vyvíjena otevřeným způsobem. Použitý technologický postup závisí na vybavení lomu a druhu vápence. Pro těžbu hornin se používají výbušné, bagrové, kombinované metody. Na stejném místě v lomu se na výrobních jednotkách drtí vápenec pomocí stacionárních drtíren. Dále po pásovém dopravníku, jehož délka dosahuje 7 km, je materiál dopravován na místo výroby, kde je naskládán na hromady v různých směrech. Ve fázi drcení je nutné analyzovat tvrdou horninu, k tomu je nad dopravním dopravníkem instalován XRF analyzátor. Instalace určuje chemické složení vápence pro následnou úpravu.

Moderní výrobní závody jsou vybaveny speciálními dávkovači pro přesné měření hmotnostního poměru všech komponentů.

Ve starších cementárnách není proces tak pokročilý, což má za následek vyšší náklady. V těchto závodech je lomový materiál dodáván do výrobních míst po silnici nebo železnici. Což obecně zhoršuje ekonomickou výkonnost výrobního procesu. Místo pásových dopravníků se používají drapákové jeřáby. Zvyšují se mzdové náklady a čas na výrobní cyklus, čímž se zvyšují náklady.

Ve fázi přípravy prochází surovina další fází – mletím. V závislosti na vybavení výrobní linky se používá technologie broušení za sucha, za mokra nebo polomokra. V prvním případě je výrobní linka vybavena výkonnými mlýny. Spodní část zařízení mele vápenec a horní část se dělí na frakce. Hrubá frakce je ponechána pro sekundární mletí, jemná frakce je odeslána do další výrobní fáze. Během procesu mletí se surovina vysuší na obsah vlhkosti 0,5 %.

Surová směs se před tepelným zpracováním skladuje ve speciálních skladech sypkých materiálů, kam je provzdušňovacími poklopy přiváděn stlačený vzduch pro zprůměrování koncentrace sypkých složek.

Pro metodu mokrého a kombinovaného mletí se surová směs připravuje ve formě kalu, zvlhčuje ji až na 40 %. Surová mouka se mele v mlýnech fungujících na principu samomletí, jako je hydrofol. Ponořený do bubnového prostoru pece se kal ničí působením rotačních pohybů vzájemným nárazem. Dochází tak k současnému drcení a mletí vápence. Složení surové směsi se ve speciálních bazénech upravuje na požadovanou formuli. U této technologie výroby, stejně jako u suché metody, se kal zprůměruje působením stlačeného vzduchu, pouze to se provádí v kalové lázni. Polomokrá metoda se od mokré metody liší tím, že směs před vypálením prochází lisovacím filtrem, aby došlo k její dehydrataci.

Pro získání vysoce kvalitního slínku se používají prvotřídní suroviny, které dále určují kvalitu cementu. Při analýze syrové moučky se zkoumají následující modulární ukazatele:

Silikátový modul je poměr gramů molekul oxidu křemičitého k počtu gramů molekul oxidu hliníku a železa. Čím vyšší je silikátový modul, tím horší je kalcinovatelnost surové směsi. Optimální poměr se měří v procentech a pohybuje se mezi 2.2-2.8.

Modul oxidu hlinitého (hlinitanu) – poměr grammolekul dvou oxidů – hliníku a železa, pro řízení stavu kapalné fáze slínku ve fázi výpalu, také udává vztah minerálů v materiálu, normální údaj je 1.5-2.5 %.

Když už mluvíme o vzájemném vlivu modulů, lze poznamenat, že pokud je indikátor hlinitanového modulu vysoký a silikátový modul naopak nízký, pak cement tuhne příliš rychle. Přídavek sádry koriguje dobu vytvrzování.

Koeficient nasycení oxidu křemičitého vápnem (KN) – ukazuje neúplné nasycení oxidu křemičitého oxidem vápenatým v procesu tvorby slínku. Standardní ukazatel je v rozmezí od 0.92 do 1 %.

Koeficient homogenity surové směsi – udává chemické složení a její stabilitu. U suché výroby by ukazatel neměl být větší než 14, použití mokrých nebo kombinovaných metod by mělo poskytovat ukazatel maximálně 10 %.

Třetí etapa. Hořící

Pražení směsi a získávání slínku je nejdůležitější fází výrobního procesu.

Výkonnostní vlastnosti cementu přímo závisí na kvalitě slínku, teplotě a době vypalování. Faktem je, že v přírodních podmínkách hlavní složky surové směsi nevstupují do vzájemné chemické reakce, ale proces interakce mezi jílem, vápencem a dalšími složkami začíná při zahřátí.

Nejčastěji jsou průmyslové podniky vybaveny rotačními pecními jednotkami. Hlavními součástmi jednotky jsou pec, lednice, pecní zařízení, ventilátory, odsavače kouře, lapače prachu. Rotační pece se dělí na dva typy – pro suchý a mokrý způsob výroby.

Rotační buben je svařen z ocelových plášťů, pražící zóna bubnové pece je uvnitř vyložena žáruvzdornou vyzdívkou, díky které se snižuje teplota dopadu na kovové svařované prstence. Buben pece je umístěn v mírném sklonu a otáčí se kolem podélné osy s frekvencí 0,5 až 4 otáčky za minutu s ohledem na výkon agregátu.

Pokud je suchý způsob výroby cementu srovnáván s mokrým způsobem, pak je považován za technologickější, modernější a ekonomičtější. Zařízení pece spotřebuje o 30-40% méně energie kvůli tomu, že chybí jedna z pracovních fází – potřeba odpařování vlhkosti slínku.

Instalace pece může být rozdělena do teplotních zón s různými funkcemi:

Sušící zóna udržuje teplotu až 200°C, kde se z kalu odpařuje přebytečná vlhkost.

V ohřívací zóně, kde se teplota pohybuje v rozmezí 200 – 650°C, probíhá proces dehydratace, v důsledku čehož dochází k dehydrataci jílové složky, vyhoření organických nečistot.

V dekarbonizační zóně je udržován teplotní režim od 650 do 1000°C. Zde se z látky odstraňuje uhlík rozkladem uhličitanů vápenatých a hořečnatých, které se vlivem teplot mění na oxidy těchto chemických prvků – CaO a MgO.

V zóně slinování slínku při teplotním rozsahu 1300-1450°C dochází k aktivaci pohybu molekul v surovinách a tvorbě minerálů v látce, které ovlivňují konečné užitné vlastnosti cementu. Zvýšení teploty výpalu zvyšuje intenzitu všech fyzikálních a chemických procesů, kterými procházejí komponenty slínku.

• Minerály slínku vzniklé při výpalu určují vlastnosti budoucího portlandského cementu a mají následující účinek:
• Alit nebo trikalciumsilikát (C₃S) – hlavní minerál portlandského cementu je zodpovědný za urychlené nastavení počáteční a jakostní pevnosti;
• Belit nebo dikalciumsilikát (С₂S) – je zodpovědný za pomalé vytvrzování během dlouhých období tuhnutí;
• hlinitan vápenatý (С₃А) – nejaktivnější minerál, nemá vysokou pevnost, ale do značné míry ovlivňuje urychlení počátečního vývoje pevnosti;
• tetrakalcium aluminoferrit (C₄AF) – má střední rychlost tvrdnutí a průměrné uvolňování tepla, jeho vliv na fyzikálně-chemické vlastnosti portlandského cementu není tak významný, ale minerál určuje barvu cementu. Čím vyšší obsah, tím intenzivnější barva.

Spolu s užitečnými minerály při zahřívání ve slínku vznikají nežádoucí složky, hlavně oxidy: hořčík, draslík, sodík. Do slínku se dostávají vedlejší produkty a v důsledku spalování paliva může přípustné množství nepříznivých látek ovlivnit vlastnosti cementu a ekologické ovzduší v podniku, proto je obsah těchto prvků normalizován a kontrolován.

Dále se hmota slínku ochladí v chladicím oddílu na 100 °C. Po vychladnutí vstupuje slínek do krytých skladovacích prostor pro sypké hmoty, kde čeká na další zpracování.

Čtvrtá etapa. Mletí slínku a přísad

Konečným pracovním stupněm při získávání hotového cementu je mletí slínku společně s přísadami nebo samostatně, po kterém následuje míchání. Proces je zcela mechanický, provádí se v mlýnských instalacích uzavřeného nebo otevřeného typu. Tento proces se liší od mletí surovin ve fázi přípravy tím, že slínek je mnohem tvrdší, navíc konečná frakce cementového zrna musí mít specifikovaná kritéria pro složení a velikost. Konstrukce mlýnů na slínek je podobná těm, které se používají ve fázi přípravy suroviny.

Princip činnosti mlecí jednotky je následující:

• Slínek obohacený o přísady je dopravován pásovým dopravníkem ze sil do mlýna.
• Po broušení se materiál nasype do vykládacího čepu, poté se dostane do elevátoru. Cementová moučka se prosévá sítem o velikosti ok 0,08 mm, jemnost mletí je určena procentuálním zbytkem, zbytek neprosetého cementu by neměl být větší než 15 %.
• Elevátor přenáší mletý slínek do separátoru odstředivé síly, kde je separován na mouku a obiloviny podle velikosti frakcí. Jemné mletí je považováno za hotový výrobek, drť se posílá na sekundární mletí do mlýna.
• Dvoukomorová pneumatická čerpadla dopravují hotový cement potrubím do skladu sypkých materiálů. Kamery fungují střídavě. Pokud se cement dostane do pravého, pak je zleva vytlačena stlačeným vzduchem prachovzdušná směs. Pro zlepšení provzdušňování cementové moučky jsou v části komolého kužele, kterou je přiváděn stlačený vzduch, instalovány porézní příčky. Komory jsou vybaveny manometry, které umožňují regulovat tlak stlačeného vzduchu.

Na moderních technologických linkách je mletí prováděno metodou uzavřeného cyklu, což umožňuje dosáhnout vysoké kvality portlandského cementu se stabilními fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Při použití takového schématu vychází za separátorem cementová mouka se specifikovanými vlastnostmi. To má pozitivní vliv na energeticky úsporný zdroj průmyslové výroby. High-tech mlecí jednotky s automatickým řízením jsou vybaveny kontrolními měřiči.

Mlecí kapacita slínku závisí nejen na způsobu výpalu, ale také na složení minerálů slínku. Slínek vyrobený v šachtové peci má poréznější strukturu a snadněji se mele. Koeficient mletí pro takový slínek je 1,25. Koeficient pro slínek vyrobený v rotační peci je 1. Čím vyšší je tento ukazatel, tím vyšší je účinnost mlecí jednotky a tím nižší je spotřeba energie.

Některé výrobní linky s mlýny s otevřeným cyklem nepoužívají v okruhu separátor. Na takových linkách je cement odeslán do skladu bezprostředně za mlýnskou jednotkou. Kvalita takového cementu je nižší.

Před expedicí spotřebiteli se hotový cement skladuje v silech. Konstrukčně jsou moderní sila uspořádána ve formě obráceného komolého kužele ze železobetonu nebo kovu.

Analýza použitých technologií nám umožňuje dojít k závěru, že suchá metoda je považována za technologicky nejpokročilejší a nejmodernější. To jsou technologie, které LafargeHolcim používá ve svých cementárnách. Kromě získání produktů s vysokými výkonnostními charakteristikami a fyzikálními a chemickými vlastnostmi může tato metoda výrazně snížit náklady na spotřebované palivo, snížit nejméně 40 % objemu emisí plynů ze zpracování pecí, snížit spotřebu čerstvé vody a zároveň čas, získejte více slínku z 1 m³ pece.