СЫРЬЕВЫЕ  МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ  ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА  И АЦИ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ.

     Сырьевые  материалы, применяемые при производстве портландцемента, можно разделить  на две группы. К первой группе относятся .материалы, предназначенные для получения клинкера, ко второй — материалы, добавляемые к клинкеру при помоле.

Сырьевые материалы для изготовления клинкера.

     Сырьевые  смеси для изготовления клинкера подразделяются на следующие, в зависимости  от числа входящих в их состав материалов (компонентов): двухкомпонентные, трехкомпонентные, четырехкомпонентные.

     Двухкомпонентная  смесь составляется из двух исходных материалов: известняка, карбонатной  горной породы, и глины.

     Трехкомпонентная  сырьевая смесь включает три вида сырьевых материалов: известняк, глину  и корректирующую добавку. В качестве последней применяют вещества с  высоким содержанием одного из окислов, которого оказывается недостаточным  при использовании только двух основных компонентов (известняка и глины). Если недостает кремнезема, то применяют  трепел, песок и другие вещества с высоким содержанием Si0₂; при недостатке глинозема (А1₂0₃) применяют бокситы или глину с высоким содержанием А1₂Оз и другие высокоглиноземистые вещества, например алюминиевые шлаки; недостаток окиси железа компенсируется добавкой железной руды, колчеданных огарков, колошниковой пыли.

     Четырехксмпонентная смесь состоит из двух основных сырьевых материалов и двух видов корректирующих добавок. Такую смесь применяют при недостаточном количестве в сырье одновременно двух окислов, например кремнезема и окисла железа. В этом случае шихта составляется из четырех компонентов: например известняка, глины, трепела и руды.

Таким образом, независимо от компонентности омеси основными составляющими ее являются карбонатные горные породы и глинистые породы с высоким содержанием кремнезема, а также содержащие глинозем, окислы железа и др.

     В отдельных случаях, когда имеется  возможность, два основных компонента — известковый и глинистый, заменяют одним — мергелем, представляющим природную смесь глинистых веществ  и углекислого кальция.

     Наряду  с сырьевыми материалами природного происхождения цементная промышленность,все более начинает использовать для своих целей вторичное сырье — отходы промышленности. К этим искусственным сырьевым материалам в первую очередь следует отнести металлургические шлаки, топливные золы, нефелиновый шлам.

     В зарубежной практике в качестве известкового компонента используют отходы производства щелочей, сернокислого аммония.

     Имеется также опыт использования отходов  при получении серной кислоты  из сернокислого кальция.

     Пригодность сырьевых материалов устанавливается  на основании их всестороннего технологического изучения и технико-экономического анализа вопросов, вытекающих из организации  цементного производства в данном районе (способ производства, вид топлива, качество цемента).

     Карбонатные породы в природе встречаются в виде известняков, мела, известкового туфа, известняка-ракушечника и мрамора. Все приведенные разновидности карбонатных пород находят применение в портландцементном производстве, за исключением мрамора.

Наиболее  применимы известняки и мел, представляющие собой осадочные горные породы *. Осадочное происхождение известняков  и мела обусловливает разнообразие их химического состава и физических свойств.

     Химически чистый углекислый кальций содержит 56% СаО и 44% С0₂. Но таких известняков в природе нет. Наряду с СаСОз природные известняки содержат кремнезем, глинозем, окиси железа, окись магния и др.

     Плотность и прочность карбонатных пород  колеблются в значительных пределах, от весьма плотных известняков с  кристаллической структурой, прочностью 1500—2000 кгс/см², до мягких, рыхлых пород — мела, способного размокать в воде.

     Физические  свойства карбонатных пород, предназначенных  для портландцементного производства, учитываются при выборе схемы  приготовления сырьевой смеси (по мокрому  или сухому способу).

     Технические условия на карбонатные породы для  производства портландцемента стандартом не установлены. На основании

     * Карбонатные породы образовались  в основном из остатков животного или растительного мира, осевших на дне водоемов, а также из химических осадков углекислого кальция.

практического опыта карбонатные породы признаются удовлетворительного качества при следующем химическом составе:

СаО — в них должно содержаться не менее 40—43,5%;

MgO —не более 3,2—3,7%) при содержании окиси магния в глинистом компоненте не более 1% ^или ^израсчета получения клинкера для портландцемента с содержанием MgO не более 5%. Количество Si0₂; А1₂0₃; Fe₂0₃ в сочетании с содержанием их в глинистом компоненте должно обеспечивать получение необходимых значений коэффициента насыщения, кремнеземного и глиноземного модулей в сырьевой смеси и клинкере. Желательно, чтобы сумма Na₂0 и КгО не превышала одного процента, а содержание S0₃ было не больше 1,5—1,7%.

     Глинистые породы для цементного производства используют в виде легкоплавких глин, глинистого мергеля, глинистого сланца, лёсса.

     Глины представляют собой тонкоразмельченные горные породы, легко размокающие при затворении их водой. Легкоплавкие глины имеют разнообразный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. Нередко глины содержат значительное количество грубых включений обломков горных пород в виде песка, щебня и гальки, что вызывает необходимость их тщательного предварительного обогащения.

     Минералогический  состав глин представлен водными  алюмосиликатами, например каолинитом (А1г0₃ ■ 2Si0₂ • 2Н₂0), и квар^ цевыми соединениями, преимущественно в виде кварцевого песка. Химический состав легкоплавких глин характеризуется в основном тремя окислами: кремния (55—80%), алюминия (5— 20%) и железа (3—Ф5%). В небольшом количестве могут содержаться в глинах СаО и MgO, хотя в отдельных разновидностях глин содержание окиси кальция может достигать 25%, а окиси магния — 5%.

     Присутствуют  в глинах и растворимые соли, содержащие S0₃, Na₂0 и К₂0. Эти примеси, а также MgO являются нежелательными, и .их содержание в глинах, используемых для производства портландцемента, должно быть по возможности минимальным.

Мергели являются переходной горной породой  от известняков к глинам и представляют собой природную смесь глинисто-песчаных веществ (20—50%) и мельчайших частиц углекислого кальция (50—80%). В зависимости  от содержания Са,С0₃ и глинисто-песчаного вещества мергели разделяются на песчаные, глинистые и известковистые.

     Наиболее  ценным сырьем является известковистый мергель, содержащий примерно 75—80% СаСОз и 20—25% глины. По химическому составу твердых компонентов он близок клинкеру, что значительно упрощает производство из него портландцемента. Мергели, в которых содержание СаС0₃ соответствует искусственно составленной портландцементной сырьевой смеси, называются «натуральными».

     По  физическим свойствам мергели, подобно  карбонатным породам, могут резко  отличаться один от другого. Одни имеют  плотную структуру и прочны, другие, подобны мелу, мягкие, рыхлые.

     Лёсс  представляет собой пористую осадочную  горную породу серо-желтого цвета, близкую  по своему химическому составу глинистым  мергелям, но отличающуюся более грубодисперсны-ми частицами. Лёсс состоит в основном из частиц пыли размером 0,05—0,01 мм; глинистые частицы (меньше 0,01 мм)содержатся в незначительном количестве, но в то же время в лёссе почти отсутствуют частицы песка с зернами крупнее 0,25 мм.

     Глинистые сланцы относятся к породам метаморфическим (видоизмененным). Образовались они  в результате видоизменения глин под действием большого давления, которое возникает при перемещении  верхних слоев земной коры в более глубокие. По химическому составу глинистые сланцы подобны глинам, но отличаются от них физическими свойствами — они обладают высокой плотностью, прочностью и не размокают в воде, подобно глинам.

На глинистое  сырье для производства портландцемента  нет установленных стандартом технических  требований. Однако на основании практического  опыта установлены следующие  ориентировочные требования к химическому составу глинистых пород, определяющие целесообразность их использования.

     Количество  СаО не ограничивается. Допустимое содержание MgO зависит от содержания его в известковом компоненте и ограничивается условием получения клинкера для портландцемента с содержанием MgO не более 5%, а для магнезиального портландцемента—не более 10%. Количество Si0₂;AI2O3; Feg0₃ в сочетании с известковым компонентом должно обеспечивать получение необходимых значений коэффициента насыщения, кремнеземного и глиноземного модулей в сырьевой смеси и клинкере (с учетом возможности введения корректирующих добавок).

     Желательно, чтобы Na^O и КгО в сумме не превышали 3— 4%, a S0₃ было не более 1%.

Увеличение  содержания Si0₂ достигается добавкой высококремнеземистых веществ — трепела, опоки, диатомита. Недостаточное количество в сырьевой смеси окиси железа компенсируется добавкой колчеданистых огарков, железной руды; добавка высокоглиноземных глин (бокситов) позволяет повысить содержание в клинкере глинозема.

Добавки к клинкеру при изготовлении портландцемента.

     При изготовлении портландцемента стандарт допускает добавку к клинкеру активных минеральных (гидравлических) добавок в количестве, определяемом видом портландцемента и качеством добавки. Неотъемлемой частью портландцемента является добавка гипса; получение пластифицированного и гидрофобного портландцемента достигается добавкой поверхностно-активных веществ.

     Активные  минеральные добавки подразделяются на природные и искусственные. В качестве последних применяются в основном доменные гранулированные шлаки, хотя не исключается возможность использования металлургических и топливных шлаков при соответствующем их химико-минералогическом составе.

     Природные активные минеральные добавки бывают:

- осадочного происхождения, образованные в результате осаждения из водоемов остатков некоторых растений или в результате природного обжига глинистых пород;

- вулканического происхождения, образовавшиеся в результате извержения магмы.

     В качестве добавок осадочного происхождения в цементном производстве применяются:

- диатомиты—состоящие преимущественно из скопления микроскопических панцирей диатомовых водорослей и содержащие главным образом кремнезем в аморфном состоянии;

- трепелы — состоящие из микроскопических округлых зерен и содержащие главным образом аморфный кремнезем. Трепелы и диатомиты по своим физическим свойствам сходны с глинами: они пластичны, вязки и легко размокают в соде;

- опоки — уплотненные диатомиты и трепелы;

- глиежи — горные породы, образовавшиеся в результате природного обжига глины при подземных пожарах в угольных пластах.

     Добавками вулканического происхождения являются: пески вулканические — представляющие собой рыхлые продукты извержения вулканов и содержащие в основном - алюмосиликаты;

- туфы вулканические — уплотненные и сцементированные (склеенные) застывшей магмой вулканические пеплы;

- трассы — видоизмененные разновидности вулканических туфов;

- пемза — кремневидные породы, характеризующиеся пористым губчатым строением, называемые поэтому еще вспученным вулканическим стеклом.

Назначение  гидравлических добавок в портландцементе  состоит в том, чтобы связать  в нерастворимые соединения свободный  гидрат окиси кальция, выделяющийся при твердении цемента (см. стр. 16). В соответствии с этим основным показателем качества гидравлической добавки является способность ее связывать Са (ОН)₂. Эта способность добавки характеризуется ее активностью.

     За  показатель активности гидравлической добавки принимается количество извести в миллиграммах, поглощаемой  из известкового раствора одним граммом  добавки в течение 30 суток. Различные  добавки, применяемые для портландцемента, должны иметь активность не ниже следующей  в -мгСаО .

г