Cement

Cement romański

- wynaleziony w 1796r.
-sposób otrzymywania: wypala się (głównie w piecach szybowych) margle w tem. poniżej spiekania i przez zmielenie wypalonego produktu. Temperatura wypalania wynosi ok. 900-1100 0C dla margli bezmagnezytowych i 800-9000C dla margli zawierających znaczniejsze ilości MgCO3.
W pierwszym wypadku chodzi o możliwie zupełne rozłożenie CaCO3 i utworzenie krzemianów i glinianów wapnia, w drugim o uzyskanie aktywnej magnezji MgO zdolnej do wiązania z wodą.
Przy wypaleniu, które jest stosunkowo umiarkowane, powstają krzemiany, gliniany i żelaziany wapnia oraz magnezja : 2CaO* SiO2*CaO*Al2O3, 5CaO*3 Al2O3, 2CaO* Fe2O3 ,MgO. Wskaźnik hydrauliczny(h), tj. stosunek zawartości CaO do sumy SiO2, Al2O3 i Fe2O3 , wynosi 1,1-1,7. Tlenek wapnia występuje jako zawiązany. Swobodnego tlenku wapnia jest niewiele lub wcale nie ma; na skutek tego kawałkowany produkt po wypaleniu nie gasi się wodą, a dopiero po sproszkowaniu uzyskuje właściwe spoiwa.


Cement portlandzki
-wynaleziony w 1824
produkcja cementu portlandzkiego

*są dwa sposoby- mokry, gdy mieszanie składników(wapienie i glinokrzemiany) przed wypaleniem odbywa się na mokro i suchy, kiedy mieszanie odbywa się na sucho. Sposób mokry daje możliwość bardziej dokładnego i równomiernego wymieszania składników i dlatego stosowany jest najczęściej. Sposób suchy może mieć zastosowanie wtedy, jeżeli surowce mają jednolity skład oraz w miejscach ubogich w wodę. Do wypalania sposobem mokrym mogą być stosowane tylko piece obrotowe. Przy sposobie suchym można wypalać klinkier w piecach obrotowych i szybowych. Ilość paliwa potrzebnego do wypalenie 1t cementu wynosi 200-275 kg węgla o kaloryczności 7000 kcal/kg. Przy sposobie suchym zużywa się mniej paliwa, ponieważ nie trzeba grzać wielkiej ilości wody, natomiast traci się więcej energii na podsuszanie i mieszanie.

- sposób mokry
Wapniaki i margle dostarczane są z kopalni wagonikami do łamarni, gdzie w łamaczach większe bryły ulegają kruszeniu. Następnie skruszony materiał dostarczany jest na podnośnikach do zbiornika surowca,a stąd do młyna surowego. Równocześnie glina z kopalni transportowana jest do basenów, tzw. Szlamiarni, gdzie ulega rozmieszaniu w wodzie, a później rurami przechodzi do młyna surowego. Jeżeli w produkcji stosowana jest kreda, to zostaje ona doprowadzona do tych samych szlamiarni i rozmieszana wraz z gliną. W młynie surowym następuje stopniowy dokładny przemiał. Nad młynem znajduje się zbiornik na wodę napełniany samoczynnie pompą, z którego woda dochodzi do młyna.
Z młyna wychodzi gęsty szlam o zawartości ok. 40% wody, który zostaje przepompowany do zbiorników szlamowych W zbiornikach szlam ulega dalszemu przemieszaniu za pomocą sprężonego powietrza wtłaczanego od dołu do kompresorów; powietrze to silnie przedmuchuje i wzrusza znajdujący się w zbiornikach szlam. Jeżeli okaże się, że w danym zbiorniku pewien składnik, np. CaCO3, jest w nadmiarze, to następuje skorygowanie składu przez mieszanie z zawartością innego zbiornika, gdzie dany składnik jest w niedoborze.
Gotowy szlam dostarczany jest za pomocą pomp do aparatu rozdzielczego znajdującego się nad wlotem do pieca obrotowego; jest to aparat zsynchronizowany z ruchem i ilością obrotów pieca, który normuje odpowiedni dopływ szlamy do pieca.
Piec obrotowy jest stalową rurą wyłożoną cegłą szamotową w części, w której panuje wysoka temperatura.. Pochyłość rury wynosi 4-6%, szybkość obrotów 0,25-0,66 na minutę. Długość rury wynosi 50-120 m, średnica 2,5- 3,5 m. Im dłuższa rura i im większa średnica, tym wydajność pieca jest większa.
Szlam dostając się do wyższego końca pieca, posuwa się stale naprzód w kierunku drugiego końca, gdzie znajduje się palenisko.
Piec opala się mączką węglową odpowiednio przygotowaną z miału węglowego wysuszonego i zmielonego w młynie węglowym. Dmuchawa (wentylator) wysokoprężna wdmuchuje mączkę w niższym końcu pieca, gdzie ulega ona zapaleniu i przeobraża się w gaz. Gorący gaz idzie w kierunku wyższego końca pieca, gdzie stopniowa ochładza się, szlam natomiast posuwając się ku dolnemu końcowi najpierw rozgrzewa się, później traci wilgoć, dalej pozbywa się dwutlenku węgla i wreszcie w strefie największego żaru spieka się na klinkier w postaci zeszklonych drobnych bryłek barwy ciemnej.
Temperatura w piecach doprowadzona jest do spiekania, lecz nie do stopienia masy(ok.14500C).
Świeżo wypalony jeszcze żarzący się klinkier wysypuje się do chłodnika. Chłodnik urządzony jest w postaci bębna umieszczonego pod piecem. Nowoczesny typ chłodnika składa się z szeregu rur walcowych o niewielkich średnicach otaczających wylot pieca i obracających się łącznie z nim. Rury te wyłożone są w środku okładziną kamionkową. Wewnątrz rur znajdują się łańcuchy, które poruszając się powodują ochładzanie klinkieru.
Z chłodnika klinkier spada na przenośnik, który za pośrednictwem wagi automatycznej dostarcza klinkier do hali klinkierowej, gdzie musi przeleżeć klika tygodni w celu dogaszenia cząstek wolnego wapna, jakie mogą się trafić w klinkierze. Dogaszanie odbywa się pod wpływem wilgoci powietrza lub skraplania wodą. Ze zbiorników klinkier jest transportowany do młynów, gdzie ulega zmieleniu na cement; bezpośrednio przed zmieleniem klinkieru dodaje się 1-3 % gipsu wagowo w celu opóźnienia wiązania.
Z młynów cement transportowany jest za pomocą podnośników do zbiorników tzw. silosów, gdzie przechowywany jest i skąd w miarę zapotrzebowania ładowany jest maszynowo w worki papierowe(ok.50 kg).
- sposób suchy
Przy sposobie tym poszczególne surowce podlegają wysuszeniu i dokładnemu zmieleniu, po czym w stanie sproszkowanym są dozowane za pomocą wag automatycznych, odważone w określonych stosunkach składniki wsypywane są do zbiorników, gdzie następuje mieszanie. Zbiorników takich jest co najmniej 6. Jeżeli analiza chemiczna mieszanki z pierwszego zbiornika wykaże nadmiar jednego za składników(np. CaCO3), to do drugiego zbiornika dostarczają składniki z odpowiednio mniejszą ilością CaCO3. Następnie mączkę z 1i 2 zbiornika przesypują do 3; jeżeli skład mączki w tym zbiorniku wykaże brak lub nadmiar pewnego składnika, to do zbiornika 4 dostarczają składniki w odpowiednio uwzględnionym stosunku, a następnie w 5 zbiorniku mieszają mączkę ze zbiornika 3 i 4 itd. Ten sposób mieszania jest uciążliwy; ostatnio zmodyfikowano go przez sporządzenie dna w zbiorniku, dna z porowatych płytek, przez które od dołu przepuszcza się pod ciśnieniem powietrze poruszające mączkę i ułatwiające dzięki temu mieszanie.
Suchej mieszanki nie można bezpośrednio transportować do pieca; w piecu obrotowym znaczna jej ilość mogłaby być uniesiona w strumieniu uchodzących gazów; w piecu szybowym nasypana mieszanka ułożyłaby się tak ściśle, że utrudniłaby ciąg gazów.
Z tych powodów mieszanka poddawana jest nawilżaniu, zazwyczaj w korycie z wałem ślimakowym przesuwającym mączkę od góry skrapianą. Po nawilżeniu mieszanina jest wypalana w piecach na klinkier. Dalszy przebieg fabrykacji jak przy sposobie mokrym.

-cement glinowy
Główne składniki to boksyty i kamienie. Boksyt zawiera cenne dla produkcji wodorotlenki glinu Al2O3 *3H2O, Al2O3 * H2O, Al2O3 *nH2O. Oprócz tego w boksytach są różne domieszki, jak SiO2 ,Fe2O3, Ti O2.
Domieszki SiO2 ,Fe2O3 są szkodliwe i wymagają usunięcia z wyrobu. Ponieważ takie usunięcie jest trudne, zwłaszcza jeśli chodzi o SiO2 , dlatego boksytów zawierających znaczną ilość tych dwóch tlenków, a szczególnie pierwszego, nie opłaca się używać do produkcji. Przydatność do fabrykacji ocenia się zawartością Al2O3 i stosunkiem Al2O3 do SiO2 . Stosunek ten wynosi dla boksytów dobrego gatunku 8-15 ,dla gorszego 3-5.
Boksyty zwłaszcza nadające się do produkcji cementu glinowego występują dość rzadko, między innymi na Uralu i pod Tichwinem w byłym ZSSR, w południowej Francji, na Węgrzech, w Dalmacji, w USA, w Grecji i w Niemczech. W Polsce boksyty odnaleziono dopiero w 1951, surowiec sprowadzano z zagranicy i dlatego cement glinowy był bardzo drogi.
Drugim surowcem jest wapień w postaci wapniaków CaCO3 lub wapna palonego CaO, używanych w możliwie czystym gatunku. Oba te materiały, wapno i boksyt, miesza się ze sobą w stosunku ustalonym dla danego składu chemicznego.
Łącznie z surowcami dodaje się do pieca koks, którego zadaniem jest zwiększenie temperatury i odbieranie tlenu tlenkom żelaza i krzemu. Surowce zostają przygotowane odpowiednio do rodzaju pieca(suszenie, mielenie, ew. formatowanie w brykiety).
Piece są różnych rodzajów: szybowe, elektryczne, tzw. wielkie piece hutnicze itp. Piece elektryczne dają możliwość uzyskania cementu wysokiego gatunku nawet z niezbyt dobrego boksytu.
Temperatura w piecach osiąga 1400-15000C.Składniki ulegają stopieniu, a szkodliwe domieszki krzemowe łączą się z żelazem tworząc krzemki żelaza. Nadmiar żelaza występuje w postaci surówki.
Wypływająca z pieców masa poddawana jest zwykle działaniu strumienia powietrza lub pary wodnej pod ciśnieniem 7-10 atn w celu uzyskania produktu w postaci ziaren, które nie wymagają rozdrabniania przed mieleniem. Produkt ten ma dużą twardość.(wg skali Mohsa-7-7,5)
Mielenie odbywa się w młynach wielokomorowych przy użyciu pancerzy wykładzinowych i kul z bardzo twardej stali. W czasie przemiału lub po zmieleniu następuje oddzielenie i usunięcie surówki żeliwnej i krzemków żelaza za pomocą separatorów magnetycznych.
Gotowy cement jest miałkim proszkiem; pozostałość na sicie o 4900 oczkach na 1 cm2 nie powinna przekraczać 10%.Barwa szara o odcieniach od zupełnie jasnego do zupełnie ciemnego, niemal czarnego, czasem brunatna, poza tym cement glinowy przedstawia się zewnętrznie podobnie jak cement portlandzki.