Экологические проблемы основных производств (стр. 2 )

Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) получают обжигом природного двухводного гипса или природного ангидрита при 800 - 1000°С с последующим измельчением. При этом происходит не только обезвоживание двухводного гипса, но и частично разложение с образованием свободной извести и в отходящих газах. Эта известь в высокообжиговом гипсе играет роль катализатора. Изделия из высокообжигового гипса имеют высокую прочность на истирание, они мало тепло - и звукопроводны. Поэтому такой гипс применяют для изготовления полов. Высокообжиговый гипс можно также использовать для приготовления строительных растворов и бето­нов, искусственного мрамора и других изделий.

Гидравлические вяжущие материалы принадлежат к более сложным веществам, основу которых составляет смесь:

Наиболее известными и распространёнными являются различные цементы.

9.3. Цемент

Цементы составляют большую группу неорганических вяжущих, порошкообразных материалов, образующих при смешении с водой пластичную массу, затвердевающую в прочное каменное тело. Основными видами цементов являются: портландцементы, пуццолановые, шлако­вые, глинозёмистые, расширяющиеся, романцементы, цементы с наполнителями.

Наиболее широко применяются портландцементы. По своим свойствам портландцементы делятся на быстротвердеющие, особо быстротвердеющие, высокопрочные, пластифицированные, гидрофобные, сульфатостойкие, белые и цветные, тампонажные, дорожные и для асбестоцементных изделий. Портландцемент получают тонким помолом клинкера, образующегося в результате обжига до спекания искусственной смеси, в составе которой преобладают силикаты кальция (70-80%).

Химический состав портландцемента (без добавок) включает: 62-76%, 20-24%, 4-7%, 2-5-%, 1,5-4% и другие примеси.

Минералогический состав портландцемента следующий: 40-60%, 15-35%, 4-14%, 10-18%. Вяжущими свойствами обладают силикаты кальция.

Марки цемента (300, 400, 600,700) устанавли­ваются по пределу прочности при сжатии кубиков из цементного раствора с песком состава 1:3 по массе после 28 дневного тверде­ния (в кг/см2).

Процесс твердения портландцемента в основном определяется гидратацией силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция. При взаимодействии порошка цемента с водой в основном протекают следующие реакции:

Для удобства написания формул различных соединений, с которыми приходится иметь дело в химии и технологии вяжущих соединений, приняты особые сокращенные обозначения, в которых оксиды обозначаются первой буквой относящейся к ним формулы, а индексы около букв означают число эквивалентов данного оксида.

Например,обозначаются как , , и .

Свойства цемента зависят от соотношения основных оксидов в клинкере и могут быть охарактеризованы тремя величинами:

-  коэффициентом насыщения (КН), %;

коэффициент насыщения кремнезема оксидами кальция выражается следующей формулой:

где - общее содержание оксида кальция в смеси, мас.%, - свободный оксид кальция, т. е. не вошедший в реакцию с другими (кислыми) оксидами, - общее содержание оксида кремния, - не вошедший в реакцию кремнезем, определяемый по величине нерастворимого остатка.

Коэффициент насыщения представляет собой отношение количества оксида кальция, оставшегося после полного насыщения им глинозёма, оксида железа и серного ангидрида соответственно до , и к тому количеству оксида кальция, которое необходимо для полного насыщения кремнезема до .

Величина КН обычно выражается формулой:

Низкий коэффициент насыщения вызывает более медленное твердение вследствие повышенного содержания и пониженного . Поэтому необходимо стремиться к более высокому КН, но при одном непременном условии, чтобы оксид кальция полностью связывался в составляющие клинкер соединения. Для портландцемента КН = 0,8-0,95 %;

-  силикатным или кремнеземистым модулем (n);

определяющим отношение содержания вошедшей в реакцию кремнекислоты к суммарному содержанию глинозёма и оксида железа:

Для портландцемента n = 1,7-3,5.

Величина n определяет относительное содержание минералов-силикатов (и) и минералов-плавней () и выражается формулой:

Цементы с высоким силикатным модулем медленно схватываются и твердеют, но с течением времени прочность их возрастает и через длительные сроки оказывается весьма высокой. Повышение силикатного модуля увеличивает стойкость цементов в минерализованных водах, но высокий n затрудняет спекание портландцементного клинкера. Низкий же силикатный модуль вызывает затруднения при обжиге из-за легкоплавкости сырьевой смеси, сваривания её в куски и возможности образования на футеровке печи толстого слоя колец (навара), затрудняющего перемещение клинкера вдоль печи;

-  глинозёмным или алюминатным модулем (Р);

показывающим отношение содержания глинозёма к содержанию оксида железа:

Величина P = 1,0-3,0. Величина Р определяется отношением алюмината к алюмоферриту кальция:

Цементы с высоким глинозёмным модулем, т. е. повышенным содержанием , быстрее схватываются и твердеют, но зато достигнутая в первое время прочность в дальнейшем мало или почти не возрастает. Такие цементы менее устойчивы к действию минерализованных вод. Обжиг их затруднён вследствие повышенной вязкости жидкой фазы, что замедляет процесс образования . При малой же величине глинозёмного модуля, т. е. при более значительном содержании оксида железа, цементы медленно схватываются и твердеют, но дают более высокую конечную прочность. Клинкер в этом случае делается весьма легкоплавким, что может вызывать образование сводов и больших комьев.

Существует два основных способа производства цемента: мокрый и сухой. Производство цемента в основном состоит из следующих операций:

-  добыча сырья;

-  приготовление сырьевой смеси (дробление исходных материалов, помол и гомогенизация смеси);

-  обжиг сырьевой смеси;

-  помол обожженного продукта в тонкий порошок.

При мокром способе сырьевую смесь измельчают вместе с водой. Получаемая сметанообразная жидкость шлам – содержит 32-45% воды. При мокром способе легче получить однородную (гомогенную) сырьевую смесь и меньше пыление. Поэтому он чаще применяется при значительных колебаниях химического состава известкового и глинистого компонентов. Этот способ используют и тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, легко измельчаются и диспергируются водой. Наличие в гипсе посторонних примесей, для удаления которых необходима вода (отмучивание), также предопределяет выбор мокрого способа (рис.9.1).

Рис.9.1. Схема производства портландцемента по мокрому способу:

1 – подача извести; 2 – подача глины; 3 – сырьевая мельница; 4 – шламобассейны; 5 – вращающаяся печь; 6 – подача угольного порошка; 7 – подготовка угольного порошка; 8 – склад клинкера; 9 – подача гипса; 10 –силосы для цемента; 11 – отгрузка цемента.