Сырьевые материалы для производства портландцементного клинкера

Основными сырьевыми материалами при производстве портландцементного клинкера являются кальцитсодержащие и глинистые породы. Содержание кальцитсодержащего компонента в сырьевой смеси должно составлять 75–80 %; глинистых пород – 20–25 %.

В качестве кальцитсодержащего компонента могут быть использованы как осадочные горные породы (известняк, мел, мергель и т.д.), так и побочные продукты производств других отраслей (доменные шлаки, нефелиновый шлам и т.д.).

Известняк – порода осадочного происхождения с содержанием кальцита CаСО₃ не менее 50 %. В качестве примесей может содержать кремнезем, глину, оксиды железа, доломит и др. Существуют следующие разновидности известняков, отличающиеся прочностью сцепления кристаллов: зернисто-кристаллический известняк (мрамор), плотный известняк, землисто-рыхлый известняк (мел), известковый туф, известняк-ракушечник. Для производства портландцемента наиболее пригодны известняки с невысоким пределом прочности при сжатии, что позволяет сократить энергозатраты при помоле сырья.

Мел – кальцитсодержащая осадочная порода со слабосцементированными частицами. Почти целиком состоит из порошкообразного кальцита. Содержание кальцита CаСО₃ в меле не менее 96–98 %. Прочность при сжатии мела составляет 0,5–15 МПа. Структура мела позволяет проводить измельчение без предварительного дробления, что существенно снижает стоимость производства портландцемента.

Мергель – осадочная горная порода, состоящая из смеси мельчайших зерен кальцита (50–80 %) и глинисто-песчаных частиц (20–50 %) с примесями доломита, кварцевого песка, полевого шпата и др. Мергель называют натуральным, если соотношение основных компонентов соответствует требуемому для сырьевой смеси. Такие мергели являются особо ценным сырьем для производства портландцементного клинкера.

Доменные шлаки – силикатные и алюмосиликатные расплавы, образующиеся в доменных печах при выплавке чугуна. Химический состав доменных шлаков (SiO₂ – 36–40 %; CaO – 42–44 %; Al₂O₃ – 5–15 %) позволяет замещать ими глинистую и часть кальцийсодержащей составляющей сырьевой смеси.

Нефелиновый шлам – отход переработки апатитовых пород в глинозем, поташ, соду. В основном состоит из минерала белита 2CaO·SiO₂. При использовании шлама в состав сырьевой смеси вводят корректирующие добавки – глиноземистую и железистую. Нефелиновый шлам имеет повышенное содержание щелочей, что является его недостатком.

При производстве портландцементного клинкера также используются различные виды глинистых пород: глины, суглинки, лесс и т.д.

Глины – тонкодисперсные горные породы, образующиеся в результате выветривания и глубокого химического преобразования полевошпатных пород. В процессе преобразования образуются различные минералы: монтмориллонит, каолинит и другие гидроалюмосиликаты. Помимо этого в глине присутствуют крупные частицы неразложившихся полевого шпата и слюд, зерна кварцевого песка. Эти включения труднее всего вступают в реакции при обжиге, поэтому количество крупных фракций размером более 0,2 мм не должно превышать 10 %. В небольших количествах имеются СаО и MgO в виде углекислых солей. Примеси в виде Na₂O, K₂O и MgO нежелательны, их содержание в глине, используемой в качестве сырья при производстве портландцементного клинкера, должно быть минимально. В остальном химический состав глин характеризуется наличием следующих оксидов: SiO₂ – 70–80 %; Al₂O₃ – 5–15 %; Fe₂O₃ – 3–10 %.

Суглинок – глина, содержащая повышенное количество частиц, более крупных, чем глинистые, – песчаных и пылеватых.

Лесс – тонкозернистая рыхлая горная порода, состоящая из пылевидных частиц кварца, полевого шпата, глинистых минералов и других силикатов. Помимо этого в лессах содержится значительное количество карбоната кальция.