Сырьевая мельница представляет собой оборудование , используемое для измельчения сырья в « rawmix » в процессе производства цемента . Затем Rawmix подается в цементную печь , которая превращает его в клинкер , который затем измельчается для производства цемента в цементной мельнице . Стадия измельчения сырья процесса эффективно определяет химический состав (и, следовательно, физические свойства) готового цемента и имеет большое влияние на эффективность всего производственного процесса.
История
История развития технологии измельчения сырья определяет раннюю историю цементной технологии. На других этапах производства цемента на начальном этапе использовались существующие технологии. Ранние гидравлические материалы, такие как гидравлическая известь , природный цемент и римский цемент Паркера, все были основаны на «натуральном» сырье, сожженном «как вырытый». Поскольку эти природные смеси минералов встречаются редко, производители были заинтересованы в создании мелкозернистой искусственной смеси легкодоступных минералов, таких как известняк и глина, которые можно было бы использовать таким же образом. Типичной проблемой было бы приготовить однородную смесь из 75% мела и 25% глины и сжечь ее, чтобы получить «искусственный цемент». Развитие «мокрого» метода производства мелкозернистой глины в керамической промышленности дало возможность средства для этого. По этой причине в ранней цементной промышленности использовался «мокрый процесс», при котором сырье измельчали вместе с водой для получения суспензии, содержащей 20–50% воды. И Луи Вика, и Джеймс Фрост использовали эта технология использовалась в начале 19 века, и она оставалась единственным способом изготовления сырых смесей для портландцемента до 1890 года. Модификацией технологии, использовавшейся в ранней промышленности, было «двойное обжигание», при котором твердый известняк сжигался и гашился перед смешиванием с глиняной суспензией. Этот метод позволял избежать измельчения твердого камня и использовался, в частности, Джозефом Аспдином . Ранняя технология измельчения была неудовлетворительной, а первые суспензии делались жидкими с высоким содержанием воды. стоять в большом резервуары («шламовые задники») на несколько недель. Крупные, не измельченные частицы падали на дно, а избыток воды поднимался вверх. Воду периодически декантировали до тех пор, пока не осталась плотная лепешка консистенции гончарной глины. Его разрезали на части, выбрасывая крупный материал на дне, и обожгли в печи. Влажное измельчение является сравнительно энергоэффективным, и поэтому, когда появилось хорошее оборудование для сухого измельчения, мокрый процесс продолжался в течение всего 20 века, часто с использованием оборудования, которое Джозия Веджвуд узнал бы.
Материалы шлифованные
Rawmixes содержат правильно сбалансированный химический состав для производства силикатов кальция ( алит и белит ) и флюсов ( алюминат и феррит ) в печи. Данные химического анализа при производстве цемента выражаются в единицах оксидов, и наиболее важными из них при расчете сырых смесей являются SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 и CaO. В принципе, любой материал, который может вносить какой-либо из этих оксидов, может быть использован в качестве сырьевого компонента. Поскольку основным требуемым оксидом является CaO, наиболее распространенным компонентом сырой смеси является известняк , в то время как другие в основном представлены глиной или сланцем . Незначительные корректировки химического состава вносятся небольшими добавками материалов, таких как показанные ниже.
Типичный химический анализ компонентов rawmix:
Окись | Серый известняк | Белый известняк | Марл | Глина | Песок | Millscale | Каолин | Боксит | Летающий пепел |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
SiO 2 | 6,6 | 2.1 | 14.1 | 61,6 | 98,0 | 1.3 | 46,1 | 11.1 | 48,1 |
Al 2 O 3 | 1.5 | 0,3 | 3.3 | 17,5 | 0,9 | 1.2 | 38,5 | 54,4 | 26,5 |
Fe 2 O 3 | 0,7 | 0,13 | 1.3 | 7,5 | 0,13 | 96,8 | 0,35 | 9,7 | 6 |
CaO | 48,4 | 53,7 | 43,8 | 1.1 | 0,1 | 0,3 | 0,3 | 0,6 | 4,7 |
MgO | 2.0 | 0,8 | 0,7 | 1.1 | 0,0 | 0,6 | 0,1 | 0,1 | 1.2 |
Na 2 O | 0,07 | 0,02 | 0,07 | 0,5 | 0,02 | 0,11 | 0,01 | 0,05 | 0,3 |
К 2 О | 0,27 | 0,08 | 0,43 | 1.9 | 0,37 | 0,05 | 0,09 | 0,05 | 1.3 |
TiO 2 | 0,06 | 0,02 | 0,15 | 0,8 | 0,06 | 0,30 | 0,9 | 2.1 | 1.5 |
Mn 2 O 3 | 0,03 | 0,01 | 0,02 | 0,12 | 0 | 0,63 | 0 | 0,09 | 0,07 |
LoI 950 | 40,0 | 42,7 | 35,8 | 6,8 | 0,3 | 0 | 13,7 | 20,8 | 9.1 |
Примечание. LoI 950 - это потери при возгорании при 950 ° C, которые представляют (приблизительно) потери компонентов во время обработки в печи. Он состоит в основном из CO 2 из карбонатов, H 2 O из глинистых гидратов и органического углерода.
Используя эти материалы, можно составить типичные сырые миксы:
- Смесь 1: Цемент общего назначения: 88,0% серого известняка, 8,9% глины, 2,2% песка и 0,9% окалины.
- Смесь 2: сульфатостойкий цемент: 87,6% серого известняка, 5,2% глины, 5,0% песка и 2,2% окалины.
- Смесь 3: Белый цемент : 82,3% белого известняка, 6,8% каолина и 10,9% песка.
Химический анализ этих сырых смесей будет следующим:
Окись | Смешайте 1 | Смешайте 2 | Смешайте 3 |
---|---|---|---|
SiO 2 | 13,46 | 13,91 | 15.55 |
Al 2 O 3 | 2,91 | 2.30 | 2,96 |
Fe 2 O 3 | 2,16 | 3,14 | 0,14 |
CaO | 42,69 | 42,47 | 44,23 |
MgO | 1,86 | 1,82 | 0,67 |
Na 2 O | 0,11 | 0,09 | 0,02 |
К 2 О | 0,41 | 0,35 | 0,11 |
TiO 2 | 0,13 | 0,10 | 0,09 |
Mn 2 O 3 | 0,04 | 0,05 | 0,01 |
LoI 950 | 35,8 | 35,4 | 36,1 |
Показанные сырье и смеси являются «типичными»: возможны значительные различия в зависимости от доступного сырья.
Контроль второстепенных элементов
Помимо основных оксидов (CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 и Fe 2 O 3 ) второстепенные оксиды в лучшем случае являются разбавителями клинкера и могут быть вредными. Однако цементное сырье по большей части выкапывается из земной коры и в некотором количестве содержит большинство элементов периодической таблицы . Поэтому производитель выбирает материалы так, чтобы вредное воздействие второстепенных элементов было минимальным или контролировалось. Часто встречаются следующие второстепенные элементы:
- Фтор полезен для печного процесса, поскольку он позволяет алиту образовываться при более низкой температуре. Однако при содержании в клинкере более 0,25% время схватывания цемента замедляется и неравномерно.
- Щелочные металлы (в первую очередь натрий и калий ) вызывают проблемы при обработке, поскольку они образуют летучие соли в системе печи. Они испаряются в зоне обжига печи и повторно конденсируются в более холодных областях подогревателя, вызывая закупорку. Щелочи также вредны для бетона, потенциально вызывая щелочную реакцию кремнезема . По этой причине многие стандарты ограничивают содержание щелочей (обычно выражается как «общий эквивалент соды», который составляет Na 2 O + 0,658 K 2 O). Типичные пределы спецификации находятся в диапазоне 0,5–0,8%.
- MgO вызывает проблемы при уровнях более 2,5%. Небольшие количества находятся в твердом растворе в клинкерных минералах, но выше 2,5% «свободный» MgO присутствует в клинкере в виде периклаза . Он может медленно гидратироваться до Mg (OH) 2 с расширением в затвердевшем бетоне, вызывая растрескивание. Тщательная обработка клинкера для сохранения периклаза в микрокристаллической форме позволяет управлять уровнями до 5% без серьезных последствий. Все стандарты ограничивают MgO, типичные пределы находятся в диапазоне 4-6%.
- P 2 O 5 при уровнях выше 0,5% начинает вызывать медленное схватывание и низкую реакционную способность клинкера.
- Хлор образует очень летучие соли и, как следствие, блокировку подогревателя, и его содержание в сыромиксе обычно не превышает 0,1%.
- TiO 2 присутствует повсеместно, но редко присутствует в количествах (~ 1%), которые могут вызвать проблемы.
- Хром может попасть в цемент в виде хроматов (Cr [VI]), особенно когда клинкер содержит большое количество сульфатов. Хроматы вызывают аллергический контактный дерматит у потребителей цемента, и по этой причине содержание Cr [VI] в цементе ограничено во многих стандартах до 0,0002%. Типичные природные сырые смеси содержат около 0,01% Cr 2 O 3 , и на этом уровне можно контролировать образование Cr [VI]. Хром, присутствующий в цементе в виде Cr [III], не имеет значения.
- Mn 2 O 3 не вреден, действуя как заменитель железа. Но он придает цементу больший цвет, чем железо, ацементы свысоким содержанием Mn 2 O 3 (> 1%) почти черные.
- ZnO встречается в некоторых добавках rawmix (а также в шинах, используемых в качестве топлива для печей). При уровнях выше 0,2% он вызывает медленное схватывание и низкую реакционную способность клинкера.
- Стронций и барий действуют как заменители кальция и начинают снижать реактивность клинкера только на уровне 1,5% и 0,2% соответственно.
- Токсичные тяжелые металлы : среди них низкие уровни мышьяка , селена , кадмия , сурьмы и вольфрама не представляют проблемы, поскольку они абсорбируются в основной структуре клинкера в виде анионов. С другой стороны, необходимо тщательно контролировать ртуть , таллий и свинец, поскольку они могут выделяться в виде летучих галогенидов в выхлопных газах печи.
Мокрые сырьевые мельницы
Влажное измельчение более эффективно, чем сухое измельчение, поскольку вода покрывает вновь образованные поверхности разрушенных частиц и предотвращает повторную агломерацию. Процесс смешивания и гомогенизации rawmix также намного проще, когда он находится в форме суспензии. Недостатком является то, что воду из полученной суспензии необходимо впоследствии удалить, а это обычно требует больших затрат энергии. Хотя энергия была дешевой, мокрое измельчение было обычным явлением, но с 1970 года ситуация резко изменилась, и новые установки для мокрого процесса сейчас устанавливаются редко. Мокрый помол выполняется двумя разными способами: промывочными и шаровыми мельницами.
Стиральная машина
Он представляет собой самую раннюю технологию измельчения сырья и использовался для измельчения мягких материалов, таких как мел и глина. Он скорее похож на кухонный комбайн. Он состоит из большой емкости (диаметром до 15 м), в которую вместе с потоком воды опрокидывается измельченное (до менее 250 мм) сырье. Материал перемешивается вращающимися комплектами борон . Наружные стенки чаши состоят из решеток или перфорированных пластин, через которые может проходить мелкий продукт. Измельчение в значительной степени является автогенным (т.е. происходит за счет столкновения кусков сырья) и очень эффективно, выделяя мало тепла, при условии, что материалы мягкие. Обычно две или три стиральные мельницы подключаются последовательно, причем выпускные перфорации последовательно уменьшаются. Вся система может производить жидкий навоз с расходом всего 5 кВт · ч электроэнергии на тонну сухого вещества. Относительно твердые минералы (например, кремень) в смеси более или менее не затрагиваются процессом измельчения и оседают в основании мельницы, откуда они периодически выкапываются.
Шаровые мельницы и стиральные барабаны
Ballmill позволяет размол твердых известняков , которые являются более распространенными , чем мел. Шаровая мельница состоит из горизонтального цилиндра, который вращается вокруг своей оси. Он содержит сферические, цилиндрические или стержневые мелющие тела размером 15–100 мм, которые могут быть из стали или различных керамических материалов, и занимают 20–30% объема мельницы. Корпус мельницы футерован стальными или резиновыми пластинами. Измельчение происходит за счет ударов и истирания мелющих тел. Различные минеральные компоненты сырой смеси подают в мельницу с постоянной скоростью вместе с водой, и суспензия течет из выпускного конца. Промывной барабан имеет аналогичную концепцию, но содержит мало или совсем не содержит мелющих тел, поскольку измельчение является аутогенным из-за каскадного действия более крупных кусков сырья. Он подходит для мягких материалов, особенно для кремневого мела, где неотшлифованный кремень действует как мелющая среда.
Тонкость суспензии и влажность
Важно, чтобы крупные частицы (> 150 мкм для карбоната кальция и> 45 мкм для кварца) были удалены из rawmix, чтобы облегчить химическое соединение в печи. В случае суспензий более крупные частицы могут быть удалены с помощью гидроциклонов или просеивающих устройств. Для этого требуется определенное количество энергии, поступающей от перекачки под высоким давлением. Этот процесс, а также перемещение и смешивание суспензии требует тщательного контроля вязкости суспензии. Очевидно, что более жидкую суспензию легко получить, добавив больше воды, но за счет больших затрат энергии на ее последующее удаление. Таким образом, на практике густая суспензия должна быть настолько густой, насколько может выдержать заводское оборудование. Цементные сырые смеси представляют собой пластики Бингама, которые также могут проявлять тиксотропные или реопектические свойства. Энергия, необходимая для перекачивания суспензии с желаемой скоростью, регулируется главным образом пределом текучести суспензии, который , в свою очередь, изменяется более или менее экспоненциально в зависимости от соотношения твердые вещества / жидкость суспензии. На практике дефлокулянты часто добавляют для поддержания прокачиваемости при низком содержании влаги. Обычные дефлокулянты используемых (при типичных мощности дозы 0.005-0.03%) являются карбонатом натрия , силикат натрия , полифосфаты натрия и лигносульфонаты . При благоприятных обстоятельствах могут быть получены перекачиваемые суспензии с содержанием воды менее 25%.
Растворы часто содержат минералы разной твердости, такие как кальцит и кварц. Их одновременное измельчение на сырьевой мельнице неэффективно, поскольку энергия измельчения преимущественно используется при измельчении более мягкого материала. В результате образуется большое количество слишком тонкого мягкого материала, который «смягчает» измельчение более твердого минерала. По этой причине песок иногда измельчают отдельно, а затем подают на главную сырьевую мельницу в виде мелкодисперсной суспензии.
Сухие сырьевые мельницы
Сухие сырьевые мельницы - это обычная используемая сегодня технология, позволяющая минимизировать потребление энергии и выбросы CO 2 . В основном цементное сырье добывается в карьерах и поэтому содержит определенное количество естественной влаги. Попытка измельчить влажный материал безуспешна, потому что образуется трудноразрешимая «грязь». С другой стороны, тонкий материал сушить намного легче, чем грубый, потому что крупные частицы удерживают влагу глубоко в своей структуре. Поэтому на сырьевой мельнице обычно одновременно сушат и измельчают материалы. Для подачи этого тепла может использоваться печь с горячим воздухом, но обычно используются горячие отходящие газы печи. По этой причине мельница обычно размещается рядом с подогревателем печи. Типы сухих сырьевых мельниц включают шаровые мельницы, валковые мельницы и молотковые мельницы.
Шаровые мельницы
Они похожи на цементные мельницы , но часто с большим потоком газа. Температура газа регулируется за счет отвода холодного воздуха, чтобы гарантировать получение сухого продукта без перегрева мельницы. Продукт попадает в воздушный сепаратор, который возвращает негабаритные частицы на вход мельницы. Иногда мельнице предшествует молотковая мельница с горячим воздухом, которая выполняет большую часть сушки и производит сырье для мельницы миллиметрового размера. Шаровые мельницы довольно неэффективны и обычно требуют 10–20 кВт · ч электроэнергии для производства тонны сырой смеси. Мельница Aerofall иногда используется для предварительного измельчения крупных влажных кормов. Это короткая полусамоизмельченная мельница большого диаметра, обычно содержащая 15% по объему очень больших (130 мм) мелющих шаров. Подача может достигать 250 мм, и большие куски производят большую часть измельчающего действия. Мельница обдувается воздухом, а мелочь уносится с потоком газа. Дробление и сушка эффективны, но продукт крупный (около 100 мкм) и обычно повторно измельчается в отдельной шаровой мельнице.
Валковые мельницы
Это стандартная форма в современных установках, иногда называемых вертикально-шпиндельными фрезами . Обычно материал подается на вращающийся стол, на который прижимаются стальные ролики. Вблизи тарелки поддерживается высокая скорость потока горячего газа, так что мелкие частицы уносятся, как только они образуются. Газовый поток переносит мелкие частицы во встроенный воздушный сепаратор, который возвращает более крупные частицы на путь измельчения. Мелкодисперсный материал уносится выхлопными газами и улавливается циклоном перед перекачкой в хранилище. Оставшийся запыленный газ обычно возвращается в основное пылеулавливающее оборудование печи для очистки. Размер загружаемого материала может достигать 100 мм. Валковые мельницы эффективны, они потребляют примерно половину энергии, чем шаровая мельница, и, кажется, нет предела доступному размеру. Установлены валковые мельницы производительностью более 800 тонн в час. В отличие от шаровых мельниц, подача на мельницу должна быть регулярной и бесперебойной; в противном случае возникает разрушительная резонансная вибрация.
Молотковые мельницы
Молотковые мельницы (или «дробилки-сушилки»), продуваемые горячими отходящими газами печи, имеют ограниченное применение там, где измельчается мягкое влажное сырье. Простая конструкция означает, что он может работать при более высоких температурах, чем другие мельницы, что обеспечивает высокую сушильную способность. Однако измельчение происходит плохо, и продукт часто повторно измельчают в шаровой мельнице.