Технологиялық процесс сұлбасы жіне оның түсініктемесі

Портландцементтің алынуы төмендегідей технологиялық процесстерден тұрады: шикізат қоспасын дайындау, күйдіру арқылы клинкер алу, клинкерге гипс қосып ұнтақтау. Шикізатты күйдіру ылғал, құрғақ және араласқан технологиялармен орындалады.

Қолданылатын шикізаттар:

а) карбонатты тау жыныстары (әктас, бор, туф әктасы, ракушечник әктасы), олардың проценттік көлемі СаСО₃-ге шаққанда 75-78% болу керек.

б) сазды тау жыныстары (саз, сазды сланец) - 22-25%.

в) әртүрлі қоспалар. Мысалы, күйдіру температурасын төмендету үшін темір рудасы қосылады; SiO₂ мөлшерін көбейту үшін туф, диатомит, маршаллит қосылады; Аl₂О₃ мөлшерін көбейту үшін глиноземге бай саз қолданылады.

1 – карьерден әк пен саз; 2 – шикізаттар араласпасын дайындау; 3 - дозатор; 4 – айналма пеш; 5 – отын беру; 6 – клинкерді тасымалдау; 7 – клинкер қоймасы; 8 – гипсті ұнтақтау және мөлшерлеу; 9 - гипс қоймасы; 10- клинкерді ұнтақтайтын құбырлы диірмен (гипспен бірге); 11 – пневматикалық сорап; 12 - компрессор; 13 – цемент қоймасы (силостар) ; 14 – цементті қаптау

1-сурет – Портландцементті өндіру схемасы

Маңызы жоғары тотықтар төмендегі проценттік мелшерде болу керек: СаО - 62-68; SiO₂ - 18-26; Аl₂О₃ - 4-9; Ғе₂О₃ - 2-6. Барлығының қосындысы 95-97%.

Шихта қоспасын айналмалы пеште, кейбір кезде (құрғақ әдісі бойынша) шахталық пеште дайындайды. Шикізатты күйдіру үшін негізгі күйдіру аппараты ретінде айналмалы пеш қолданылады. Айналмалы пеш ұзындығы 185 м және оданда үлкен, диаметрі 5...7 м болатын металл барабаннан тұрады. Цементтің қасиеттері негізінен клинкердің минералогиялық құрамына, шикізат қоспасының химиялық құрамына, күйдіру температурасы мен уақытына, салқындату жылдамдығына және т.б. факторларға байланысты анықталады.

Күйдіру нәтижесінде жүретін процестерге байланысты пеш шартты түрде 6 зонаға бөлінеді: кебу зонасы, қыздыру зонасы, кальцийлену зонасы, экзотермия зонасы, пісу зонасы жене салқындату зонасы. Кебу зонасы және қыздыру зонасы пештің 50-60 %-ын алады, кальцийлену және экзотермия зонасы 25-30%, салқындату зонасы 2-4% тең. Кебу (буландыру) зонасында (t=200°С) физикалық процесстер жүреді - материалдан су ұшып, кебе бастайды. Қыздыру зонасында материал 500-850°С аралығында қыздырылады. Химиялық реакциялар басталып, органикалық заттар бөлініп, жанып кете бастайды; сазды минералдар судан айрылып, келесі түрдегі сусыз қатты қалдық Аl₂О₃, 2SiO₂, Ғе₂О₃ пайда болады. Әрмен қарай жеке-жеке тотықтарға бөлініп кетеді. Кальцийлену зонасында материалдың температурасы 700-1100°С-ге көтеріледі. Кальций карбонатының бөлінуі басталады, сөйтіп бос әк тотықтарымен әрекеттесіп, клинкер минералдарын құра бастайды. Бұл реакциялар жәймен минералдардың қатты күйінде жүреді. Экзотермиялық зонада (t=1300°С) реакциялардың жылдамдығы үлкейіп, кальций силикатының, алюминатының, алюмоферритінің бөлінуі басталады. Балқу зонасында 1300... 1400°С температурасында күйдіріліп жатқан қоспа біртіндеп балқи бастайды. Балқыманың пайда болуына қарай онда С₂S пен СаО ери бастап, бір-бірімен әрекеттесіп клинкердің негізгі минералы үшкальцийлі гидросиликат 3СаО*SiO₂(C₃S) түзеді. Суу зонасында (күйдірудің соңғы кезеңі) клинкердің температурасы 1300 °С-ден 1000 °С дейін түседі. Бұл жерде портландцементтің С₃S, С₂S, С₃А, С₄АҒ қорытынды құрылымы, шыны фазасы түзіледі.

Пештен шыққан клинкерді бірден арнайы мұздатқыштарда суыту қажет. Өйткені суытылмаған жағдайда онда ірі кристалдар пайда болады, ал шыны фаза жойылып кетеді. Егер цемент тез суытылмаса, онда оның сумен әрекеттесу қабілеттілігі төмендейді. Клинкерді қоймада 1-2 апта ұстағаннан кейін цементке айналдыру үшін арнайы шарлы (немесе құбырлы) диірменде гипспен бірге ұнтақтайды. Цементті өндірудің жетілген технологиясы болып құрғақ әдіс саналады