Цементное сырье: Цементное сырье

Добыча сырья для производства цемента, его транспортирование и хранение.

Сырье, необходимое для изготовления цемента, добывают, как правило, в карьерах, расположенных вблизи заводов. На привозном сырье, удорожающем производство, работают редко. Целесообразно привозить только те материалы, которые употребляются в небольших количествах, например корректирующие добавки.

Весьма важны не только химический состав сырья, но и его физические свойства. К ним относятся: крепость породы, угол ее естественного откоса, влагоемкость, водопроницаемость, разрыхляемость (степень увеличения объема после добычи по сравнению с массивом горной породы), объемный вес, предел прочности при сжатии и ударе. Изучая условия залегания, необходимо определить мощность вскрыши, характер залегания полезного ископаемого, чередование различных пластов сырья и их мощность, угол наклона этих пластов, уровень и приток грунтовых вод и т. д.

В процессе разработки карьера уточняют свойства сырья и условия его залегания. Это осуществляется путем опережающих разведочных работ, на основании результатов которых составляют опережающую карьерную сетку с указанием химического состава сырья, его свойств и условий залегания.

Сырье в карьерах цементных заводов обычно добывают открытым способом одним или несколькими уступами. Предварительно  вскрывают полезное ископаемое, т. е. удаляют покрывающие его породы и земляной нанос. Кроме того, готовят подъездные  пути, по которым отвозят породу и доставляют к заводу полезное ископаемое. Пустую породу перевозят в опрокидываемых вагонетках и сваливают в выработанные места карьеров. Для нормальной эксплуатации карьера необходимо, чтобы работы по удалению пустой породы (вскрыши) шли с достаточным опережением основных работ по добыче (не менее 8-10 месяцев). Вскрышные работы проводят обычно в теплое время года, так как зимой удалять замерзший грунт трудно. Отношение между мощностью полезного ископаемого и мощностью вскрыши колеблется в известняковых карьерах от 1 : 0,5 до 1: 3. Высота отступа для твердых пород обычно составляет 10-15 м, а для мягких — 8-10 м.

Вскрышные работы, а также добыча сырья в карьерах при мягких породах могут осуществляться экскаваторами или гидромеханическим способом — путем размывания породы струей воды, подаваемой под давлением. При твердых породах куски их отделяют от горного массива взрывом, после чего экваторами загружают в вагонетки или автосамосвалы и доставляют в сырьевое отделение завода.

Добытое в карьере сырье, а также прибывающие по железной дороге топливо и другие материалы перевозят в различных транспортных устройствах. Если карьер находится на расстоянии более 8 км от завода и в нем добывается большое количество сырья, то при надлежащем рельефе местности используют железнодорожный транспорт широкой колеи (1524 мм) и перевозят сырье в саморазгружающихся вагона думпкарах грузоподъемностью 60 т и более. При расстоянии примерно до 8 км целесообразно применять автомобили-самосвалы грузоподъемностью 5-45 т.

Для транспортирования сырья по сильно пересеченной местности служат подвесные канатные или как их иначе называют воздушноканатные дороги. Они состоят из двух стальных несущих канатов, по которым движутся четырехколесные вагонетки емкостью до 1,5 м3 и ведущего тягового каната для передвижения вагонеток. По одному несущему канату движутся груженые, а по другому — порожние вагонетки. На такой дороге имеются  погрузочная и разгрузочная станции, а при извилистой трассе устанавливают еще одну или несколько промежуточных угловых станций. Карбонатный компонент при воздушноканатной дороге дробят в карьере и подвозят автотранспортом к погрузочной станции.

Мягкие, рыхлые и мелкокусковые породы можно доставлять на завод при сравнительно небольшом расстоянии и благоприятных климатических условиях ленточными конвейерами мягкие сырьевые материалы (глину, мел) можно подавать на завод гидротранспортом. В этом случае их вначале обрабатывают в установленной на карьере болтушке.

Южгипроцемент разработал конструкцию комбайна для добычи, переработки и гидротранспорта мягких пород. Сырье добывают с помощью вращающегося ротора с ковшами. Ленточный транспортер доставляет материал в мельницу — мешалку. Образующийся шлам откачивается насосом и по магистральному шламопроводу поступает на завод. Вся установка находится на гусеничном ходу и передвигается по мере продвижения забоя.

Наиболее высоки капиталовложения при воздушноканатном и железнодорожном транспорте, самые низкие при автомобильном. Однако эксплуатационные расходы при доставке автотранспортом более высокие. Самые низкие они при использовании воздушноканатных дорог и ленточных конвейеров.

На крупных заводах целесообразно всегда иметь запас сырья или шлама, который обеспечил бы непрерывную работу на случай прекращения добычи сырья в карьере (непогода, авария экскаваторов или транспортных устройств). Для хранения нормативных запасов сырьевых материалов, клинкера, топлива, гипса, корректирующих и других добавок на заводах устраивают склады (шихтовальные дворы). Погрузочно-разгрузочные работы на территории складов должны быть механизированы. С этой целью применяют мостовые краны с грейфером, мостовые перегружатели (козловые краны), тельферы, ленточные транспортеры и другое оборудование.

Склад представляет собой бетонированную площадку, вдоль которой установлены железобетонные колонны для ферм перекрытия, несущие одновременно и подкрановые пути. Между колоннами имеются подпорные стены высотой до 6 м, что позволяет насыпать материал более толстым слоем. Часть склада, где хранится топливо, а в районах с мягким климатом и ряд других материалов, делают открытыми. В отдельных случаях применяют и силосные склады. На крупных заводах для разгрузки железнодорожных вагонов устанавливают вагоноопрокидыватели.

ТФГИ — Пензенская область

Минерально-сырьевая база Пензенской области

Схема расположения месторождений твердых полезных ископаемых и месторождений углеводородного сырья в Пензенской области

Минерально-сырьевая база твердых полезных ископаемых Пензенской области

Твердые полезные ископаемые — 9 месторождений (формовочные пески, цементное сырье, стекольные пески, тугоплавкие глины, минеральные краски, лечебная торфяная грязь).

Общераспространенные полезные ископаемые — 306 месторождений (кирпичные глины, керамзитовые глины, мел на известь, строительные пески, строительные камни, диатомиты, карбонатные породы, торф)

Подземные воды — 148 объектов учета на 65 месторождениях пресных и 9 минеральных.

Углеводородное сырье — 4 месторождения.

Минеральное сырье регионального значения

Формовочные пески — 1 месторождение (Чаадаевское).

Цементное сырье — 2 месторождение (Сурское; Заборовское-1).

Стекольное сырье -1 месторождение (Ивановское II)

Тугоплавкие глины, минеральные краски, лечебная торфяная грязь.

Общераспространенные полезные ископаемые

Строительные материалы (строительные пески, строительные камни, диатомиты, мел на известь, карбонатные породы, керамзитовые глины, кирпичные глины)

Запасы и ресурсы твердых полезных ископаемых и подземных вод Пензенской области

Вид полезного ископаемого	Единицы измерения	Количество объектов	Запасы (А+В+С1+С2)	Ресурсы (Р1+Р2+Р3)
Формовочные пески	тыс. т.	1	63142	—
Цементное сырье	тыс.т.	2	290179	—
Стекольные пески	тыс.т.	1	236	—
Тугоплавкие глины	тыс.т.	2	1574	—
Минеральные краски	тыс.т.	2	511	—
Лечебная торфяная грязь	тыс.м3	1	256	—
Подземная вода	тыс.м3 сут.	148	274
Минеральная вода	тыс.м3 сут.	9	1,37

 

Основные горнодобывающие предприятия и их обеспеченность балансовыми запасами

Предприятие	Полезное ископаемое	Запасы	Добыча в 2021 г. (тыс.т)	Обеспеченность запасами (лет)
ООО Карьероуправление	формовочные пески	63142	200	94
ООО Азия-Цемент	цементное сырье	290179	5041	58
ОАО ЭкоИнвест	цементное сырье	39604	—	17
АО Корпорация развития Пензенской области	стекольное сырье	236	—	—

 

Финансирование геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые за счет средств бюджета РФ и недропользователей в 2010-2021 г.г.

Группа полезных ископаемых	Средства бюджета РФ, (тыс. р.)												Средства недропользователей (тыс.р.)
	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021
Цементное сырье	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	4548	—	26629	33521	4300	927	—	—	—	—	—	—

 

Добыча и прирост запасов твердых полезных ископаемых Пензенской области в 2010-2021 г.

г.

Вид полезного ископаемого	Ед. измерения	Добыча												Прирост
		2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021
Формовочные пески	тыс. т	141	134	137	107	115	74	63	50	135	193	293	200	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Цементное сырье	тыс. т	—	—	—	274	2372	2628	2973	3636	2948	3975	4382	5041	272716	38201	—	39604	—	17810	—	—	—	—	—	—

 

Прогнозный уровень добычи основных видов минерального сырья Пензенской области

	2021г.		2034г.
	фактическая добыча		оптимальный сценарий		оптимистический сценарий		единицы измерения
формовочные пески	200		300		400		тыс. т
цементное сырье	5,041		6		7		млн.т

 

Приоритетные направления ГРР в Пензенской области и объем ассигнований на 2017-2030 г.г.(за счет всех источников финансирования)

Поисковые и поисково-оценочные работы				млн.руб
Тугоплавкие глины		Восточная горнопромышленная зона		1,6
Цементное сырье		Восточная горнопромышленная зона		19
Разведочные работы
Цементное сырье		Восточная горнопромышленная зона		6
Тугоплавкие глины		Восточная горнопромышленная зона		0,8
ОПИ(строительные материалы)		Область в целом		16,7

 

Перспективы наращивания и проблемы минерально-сырьевого комплекса Пензенской области

Основные задачи наращивания минерально-сырьевой базы Пензенской области до 2030 г.					Проблемы развития минерального комплекса Пензенской области
Средства бюджета РФ					1.Недостаточная развитость инфраструктуры, сдерживающая создание горно-добывающих мощностей
	Подготовка геологических основ для поисковых работ
					2. Слабая изученность и подготовленность известных месторождений к эксплуатации
Средства бюджета субъекта
Поисково-оценочные работы на общераспространенные полезные ископаемые					3. Проблема оттока населения и нехватки квалифицированных инженерных и рабочих кадров
Средства недропользователей					4. Несовершенство законодательной базы и системы лицензирования в геологоразведочной и добычной отраслях
Поисковые и разведочные работы на цементное сырье, стекольные пески, общераспространенные полезные ископаемые

 

Распределенный фонд твердых полезных ископаемых Пензенской области

Вид полезного ископаемого	Единицы измерения	Общие		Распределенный фонд
		Запасы	Ресурсы	Запасы	Ресурсы
формовочные пески	тыс. т	63142	—	63142	—
цементное сырье	тыс.т	290179	—	290179	—
стекольное сырье	тыс.т	236	—	236	—

 

Презентация «Состояние минерально-сырьевой базы Пензенской области»

 

Сырье для производства цемента

Минералы природного происхождения, а также промышленные продукты/побочные продукты могут использоваться для производства цемента при условии, что основные компоненты цемента (CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3) присутствуют в требуемом соотношении при смешивании, а примеси или нежелательные компоненты, такие как щелочи, сера, хлориды, Mgo и т. д., находятся ниже допустимых уровней для обеспечения качества цемента и эксплуатационной стабильности. пропорции всех необходимых минералов к 2- или 5-компонентным смесям, включающим один или два сорта известняка, сланца или глины/силикатона, а также одну или несколько добавок для повышения уровня SiO2, Al2O3 или Fe2O3. Сырая мука обычно содержит 78-80% CaCO3, так что известняк может приближаться к этому уровню только в той степени, в которой он также содержит другие ингредиенты. Необходимо иметь достаточное количество флюса/жидкости (Al, Fe, Mg, F) ​​для обеспечения плавления в печи, но содержание MgO не должно превышать 4-5%, иначе цемент может расширяться. Избыток щелочей (K, Na) влияет как на работу печи (наросты), так и на качество продукта (щелочно-агрегатная реакционная способность). Избыток серы вызывает отложения в печи и ограничивает добавление гипса, что может привести к проблемам схватывания. Стехиометрическое отношение щелочей к сере обычно поддерживается в пределах 0,8-1,2. Избыток Cl   вызывает  серьезные  проблемы отложений в работе подогревателя. Помимо химического состава, способность к измельчению также является важным фактором при выборе сырья. В частности, добавки кремнезема, содержащие крупнозернистый кварц, очень трудно измельчить, что может привести к жесткому горению и высокому расходу топлива. Если используется кварцевый кремнезем, предпочтительно, чтобы он имел естественный размер зерен менее 50% мкм. Как правило, цементные заводы располагаются на месторождениях известняка, а сланца или глины достаточно для того, чтобы большинство заводов добывали их на месте. Добавки обычно вносятся в небольших количествах.
Примерный анализ сырьевой смеси на прокаленной основе или клинкера:

CaO	65- 68%
SiO2	20- 23%
Al2O3	4- 6%
Fe2O3	2- 4%
MgO	1- 5%
Mn2O3	0,1- 3%
TiO2	0,1- 1%
SO3	0,1-2%
К2О	0,1- 1%
Na2O	0,1- 0,5%

Известь Компонент
Известняк: Распространенными формами карбоната кальция, используемыми в качестве сырья для производства цемента, являются известняк и мел. Известняк имеет преимущественно мелкозернистую кристаллическую структуру, его твердость составляет от 1,8 до 3,0 по шкале Мооса. твердости и удельного веса 2. К 2.8. Известняк обычно содержит примеси глинистого вещества или соединений железа, что влияет на его цвет. Только самые чистые сорта известняка имеют белый цвет.
Мел: В отличие от известняка мел характеризуется мягкой землистой текстурой. Это осадочная порода, образовавшаяся в меловой период геологического времени, относительно молодая геологически. Для добычи мела не требуется взрывных работ, а процесс дробления также может быть исключен, что значительно снизит себестоимость производства цемента.
Мергели: Известняки с примесями кремнезема, глинистого вещества и оксида железа называются мергелями. Мергели образуют переходный элемент к глине. Из-за широкого распространения мергелей они часто используются в качестве сырья для производства цемента

Глинистый компонент
Вторым важным сырьем для производства цемента является глина. Основной компонент глины образован гидроалюмосиликатами. Химический состав глины может варьироваться от близкого к чистой глине, до содержащего значительное количество примесей в виде гидроксида железа, сульфида железа, песка, карбоната кальция и др. В качестве глинистого компонента сырьевой смеси используется глина.

Корректирующие ингредиенты
Если первичные компоненты, необходимые в цементной сырьевой смеси, не присутствуют в требуемом процентном соотношении, корректирующие материалы используются в качестве добавок. Например, для увеличения содержания SiO2 в качестве добавки используется песок, глина с высоким содержанием кремнезема и т.д. Аналогично, для увеличения содержания глинозема в сырьевой смеси используются бокситы или богатая глиноземом глина, а для увеличения содержания железного компонента в качестве добавок используются железная руда, пиритные огарки и т. д.

Вспомогательные компоненты
Здесь обсуждаются некоторые из наиболее важных вспомогательных компонентов, количество которых в цементе ограничено либо стандартными спецификациями, либо производственным опытом.
Оксид магния (MgO) 0-5%:
MgO соединяется до 2% по весу с клинкерной фазой, а сверх этого он появляется в виде свободного MgO (периклаз). Созревший кристаллический периклаз взаимодействует с водой с образованием Mg(OH)2, но эта реакция протекает медленно, в то время как другие реакции отверждения уже завершены. Поскольку Mg(OH)2 занимает больший объем, чем MgO, и образуется в том же месте, где находится частица периклаза, он может расщепить связку затвердевшего цементного теста, что приведет к трещинам расширения. Быстрое охлаждение клинкера (закалка) в охладителе помогает заморозить MgO в стеклообразной форме, которая остается такой, какая она есть, и не гидратируется, что создает проблемы с расширением в цементном тесте.
Щелочи:
Некоторое количество Na2O (оксид натрия) и K2O (оксид калия) входит в состав клинкерных примесей C3A, C4AF и C4AF. Большинство оставшихся остается водорастворимыми. Повышенный процент щелочей, особенно водорастворимых щелочей, отрицательно влияет на прочность (28 сут). Низкощелочные цементы должны иметь Na-эквивалент ниже 0,6% по весу. Если щелочи не уравновешены сульфатами, они останутся очень летучими и могут накапливаться в циркуляции между печью и подогревателем, увеличивая проблемы с входом в печь, покрытиями стояков печи. Основными источниками щелочей являются сырье и уголь.
Сера (SO3):
Сульфаты могут присутствовать в клинкере примерно до 3%. Сера в сырье увеличивает выбросы SOx и вызывает отложения в подогревателе. Сульфат может образовывать стабильное соединение с калием (K2SO4) и, в меньшей степени, с натрием (Na2SO4). Сульфаты в клинкере поступают из сырья и топлива. Сульфаты должны быть уравновешены щелочами, иначе избыток или недостаток сульфатов по отношению к щелочам усилит явления циркуляции летучих.
Cl Хлориды:
Хлориды образуют стабильные соединения со щелочами и более летучи, чем сульфаты. Около 1% в горячем блюде считается максимальным для бесперебойной работы. Клинкер может содержать примерно от 0,012 до 0,023% хлора. Байпас, обычно известный как щелочной байпас, может потребоваться для удаления хлоридов из системы печи.

СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТА

Основными материалами, используемыми в производстве цемента, являются минералы, содержащие оксид кальция, кремнезем, оксид алюминия и оксид железа.

Эти компоненты редко встречаются в одном виде сырья; поэтому для производства цемента сырьевая смесь выбирается по следующим компонентам:

КАРБОНАТНЫЙ КОМПОНЕНТ (богатый кальцием) содержится в сырьевой смеси в количестве 76-80%:

• Известняк. Твердость по шкале Мооса 1,8-3,0. Чем старше геологическая фракция, тем тверже. Одной из разновидностей известкового шпата является мрамор.
• В отличие от известняка имеет более рыхлую землистую структуру; поэтому он относится к специально разработанному сырью для влажного производства. Мел – мягкое сырье, не требует дробления.
• Мергель — известняк с примесями кремнистых и глинистых веществ, а также окиси железа. Является переходной стадией к глине. Твердость мергеля ниже твердости известняка. Чем больше глинистого вещества, тем ниже его твердость. Это отличное сырье для производства цемента.

Каждый из этих материалов имеет разный коэффициент измельчения. Чем выше коэффициент помола, тем сильнее измельчается этот материал. Коэффициенты измельчения основного сырья при производстве цемента приведены в таблице ниже.

Материал для измельчения	Коэффициент помола
Клинкер для вращающейся печи	1,00
Клинкер шахтной печи	1,15-1,25
Шлак доменный гранулированный	0,55-1,10
Мел	3,70
Глина	3,00-3,50
Марль	1,40
Известняк	1,20
Кварцевый песок	0,60-0,70

ГЛИНИСТЫЙ КОМПОНЕНТ (содержит мало извести)

Глинистые минералы имеют мелкозернистую структуру; размер зерна не превышает 2 мкм.

КОРРЕКТИРУЮЩИЕ ДОБАВКИ

Корректирующие добавки вводят в тех случаях, когда химический состав сырьевой смеси не соответствует установленным требованиям. Например, песок, трепел используют для увеличения кремнезема. При недостатке оксида железа для снижения температуры спекания клинкера и повышения коэффициента насыщения добавляют пиритный огарок, железную руду. Это приводит к экономии газа во время горения. Карбонатные и глинистые компоненты используются для обеспечения необходимого содержания CaCO3. Они имеют разные карбонатные компоненты CaCO ₃ (титр). Карбонатная составляющая содержит до 97% CaCO3, глинистая – около 10%. Необходимо добиться, например, титра 80%. Поэтому на цементных заводах существуют шламонакопители с высоким и низким титром. Ил из бассейнов смешивают в определенных пропорциях.

В связи с этим каждый цементный завод имеет свой, уникальный состав сырья для производства готовой продукции.