Файл: Григорович, М. Б. Минеральное сырье для промышленности строительных материалов и его оценка при геологоразведочных работах.pdf

шлам — сметанообразная масса, содержащая 32—45% воды. При сухом способе сырьевые материалы высушиваются, измельчаются и смешиваются. При этом получается сухой порошок, называемый сырьевой мукой.

Мокрый способ применяется при непостоянном химическом со­ ставе сырья и его повышенной влажности. При наличии в глине крупных песчанистых включений мокрый способ дает возмож­ ность удаления их отмучиваннем. В том случае, если сырье харак­ теризуется небольшой влажностью и постоянством химического состава, целесообразно применять более экономичный сухой

способ.

Процесс производства портландцемента включает следующие • операции: добыча сырья, приготовление сырьевой смеси, обжиг смеси и размол, совместно с добавкой обожженной смеси (клин­ кера), в порошок. Процессы дробления и помола в цементной промышленности являются весьма трудоемкими и на них расходу­ ется 60—80% всей электроэнергии, затрачиваемой на производство цемента. Первый этап — предварительное дробление сырьевых ма­ териалов— производится на двух пли трех дробильных установ­ ках, расположенных последовательно.

Мокрый способ производства основан на использовании мягких материалов (мел, глина), для измельчения применяются болтушки, представляющие собой бассейны, в которых работает вертикаль­ ный вращающийся вал с крестовинами л граблями. При мокром способе шлам поступает прямо во вращающуюся печь, где он про­ ходит стадии сушки и рбжига.

При сухом способе производства после дробления сырьевые ма­ териалы подвергаются сушке и помолу. Затем производится об­ жиг сырьевой смеси в шахтных или вращающихся печах при тем­

В процессе обжига происходят химические реакции между кар­ бонатными и глинистыми компонентами сырьевой смеси с образо­ ванием клинкерных минералов — силикатов, алюминатов и фер­ ритов кальция.

Клинкер после охлаждения и вылеживания размалывается вместе с гипсом (3—5%) и другими добавками. В клинкере обра­ зуются следующие минералы: алит — ЗСаО • Si02 (C3S), являю­ щийся важнейшим минералом, обладает высокими вяжущими свойствами, особенно в первые часы; белит — 2СаО• Si02 (C2S), также важная составная часть клинкера, твердеет он медленно, постепенно набирая прочность; целит, в состав которого входят кристаллы элита и белита и алюмоферриты кальция. В клинкере содержатся и другие соединения.

По данным С. М. Рояка (1962), современный портландцементный клинкер содержит:

153

В процессе твердения происходят реакции гидратации и гидро­ лиза, протекающие с присоединением воды. Трехкальциевый си­ ликат, входящий в состав клинкера (3CaS), при соединении с во- ^дой разлагается по следующей формуле:

ЗСаО • Si02+ /iiH20 = 2Ca0 ■Sl02 • яН20 + Са (ОН)2.

Образование свободного гидрата окиси кальция в процессе гид­ ролиза трехкальциевого силиката является характерным для про­ цесса твердения портландцемента. Количество Са(ОН)2, которое образуется при твердении цемента, через 6 месяцев, составляет около 17%, в дальнейшем его содержание уменьшается в связи с образованием более высокоосновных гидроалюминатов и гидро­ ферритов кальция.

Академик А. А. Байков указывал, что в процессе твердения портландцемента большое значение имеют коллоидно-химические и кристаллизационные процессы. Вначале происходит растворение, затем коллоидация или схватывание и, наконец кристаллизация, когда студенистая масса превращается в кристаллический сросток, что сопровождается нарастанием механической прочности. Для за­ медления схватывания в цемент добавляется гипс, который связы­ вает гидроалюминат в трудно растворимый гидросульфоалюминат кальция.

Реакция протекает по следующей схеме:

ЗСа0А120 3 • 6H20 + 3(CaS04 • 2Н20) + 19Н,0 =

= ЗСаО • А120 3 • 3CaS04 • 31Н20.

Технические свойства портландцемента определяются в первую очередь минеральным составом клинкера. Для получения клинкера нужного минерального и химического состава необходимо иметь определенное соотношение главнейших окислов (CaO, Si02, А120 3, Fe20 3 и S 03) и сырьевой смеси.

Основными показателями химического состава клинкера явля­ ются три коэффициента.

154

Коэффициент насыщения представляет собой отношение коли­ чества окиси кальция, остающегося после полного насыщения гли­ нозема, окиси железа и серного ангидрида, к количеству этой окиси, теоретически необходимому для полного связывания крем­ незема до C3S (трехкальциевого силиката). В обычных портландцементах КН принимается равным 0,8—0,95.

2. Силикатный модуль (п), определяющий соотношение между минералами силикатными (алитом и белитом) и минералами плав­ нями (алюминатом и алюмоферритом кальция).Для нормального портландцемента значение силикатного модуля должно уклады­ ваться в следующих пределах:

Повышение значения силикатного модуля вызывает увеличение температуры обжига и расхода тепла, так как уменьшает количе­ ство' жидкой фазы. При пониженном значении модуля повышается легкоплавкость смеси и на футеровке образуются кольца и навары.

3. Глиноземный модуль (р), определяющий соотношение между минералами плавнями: трехкальциевым алюминатом и четырехкальцпевым алюмоферритом. Значение этого модуля принимается в пределах

Ж а Н З Д Г =0Т 1 до 2’5-

При повышенном значении этого модуля получается быстротвердеющий цемент.

В химическом составе сырьевых материалов помимо основных компонентов присутствуют и примеси. К полезным примесям сле­ дует отнести MgO в количестве до 1,5% от массы клинкера, P2Os (до 0,5 %), S O 3 (до 1,5%), ТЮ2 (до 1 %), МпО (до 2 %), F (до 0,4 %).

Эти примеси обусловливают легирование минералов клинкера, или производят минерализующее действие на процесс клинкерообразовання (Виноградов, 1971). Увеличение содержания этих примесей ухудшает качество клинкера, особенно нежелательно повышение содержания MgO (более 3—4% от массы клинкера), Na20 и К20.

В клинкере значительная часть окиси магния остается свобод­ ной в виде периклаза, который вступая в реакцию с водой, обра­ зует Mg (ОН)2, при значительном увеличении объема, что приво­ дит к возникновению в бетоне вредных напряжений.

Щелочи затрудняют процессы формирования клинкера, в осо­ бенности трехкальциевого силиката. В том случае, если заполни­ тели бетона содержат реакционно свободный кремнезем, щелочи цемента вступают с ними во взаимодействие с образованием геле­ вых соединений, гидратизирующихся и вызывающих в бетоне раз­ рушения.

155

Сырьем для производства портландцемента являются карбо­ натные (известняк, мел) и глинистые породы. Широко применяется также природная смесь этих веществ — мергель. Между этими по­ родами существует ряд взаимопереходов (табл. 79).

высоким, а при содержании ниже 77—76% — низким.

Мергель, не требующий для производства портландцемента корректировки своего химического состава другими материалами, называется натуральным.

Цементные заводы Советского Союза используют различные карбонатные и глинистые породы. Данные о химическом составе

156