Сырьевые материалы для производства минеральных вяжущих веществ

Исходными материалами для производства вяжущих веществ служат различные горные породы и некоторые побочные продукты ряда отраслей промышленности (металлургической, энергетической, химической и др.). Так, для производства гипсовых вяжущих используются гипсовые породы, состоящие в основном из двуводного гипса CaS04-2H20. Для этой же цели применяют и фосфо-гипс, являющийся отходом производства фосфорных удобрений.

Сырьё для производства минеральных вяжущих материалов по происхождению можно разделить на 2 группы: природное и техногенное (побочные продукты металлургии, энергетики, химии). В наибольших объёмах используется природное сырьё. Основные его виды по химико-минералогическому составу можно разделить на 5 групп: кремнезёмистое, алюмосиликатное, карбонатное, глинозёмистое, сульфатное сырьё (табл.).

Известняк, мел – основное сырьё для производства извести, портландцемента, глинозёмистого цемента. Известняк и мел состоят в основном из минерала кальцита СаСО3 и отличаются лишь плотностью. Известняк – плотная и твёрдая осадочная порода. Мел – осадочная микрозернистая, слабосцементированная и рыхлая порода, состоящая из мельчайших скелетных частей и панцирей простейших организмов.

Качество карбонатного сырья зависит от его структуры, количества и вида примесей, а также от их распределения в массе. Для производства портландцемента пригодны карбонатные породы при содержании СаО – 40…43,5 %, MgO – 3,2…3,7 %, Желательно, чтобы сумма Na2O и K2O не превышала 1 %, а содержание SO3 было не выше 1,5…1,7 %. Более благоприятны породы с постоянным химическим составом и однородной мелкозернистой структурой. Полезны также примеси тонкодисперсного глинистого вещества и аморфного кремнезёма при равномерном их распределении в карбонатной породе. Включения же значительных количеств доломита и крупнокристаллического кварца, имеющих низкую реакционную способность.

Мергель – лучшее сырьё для производства портландцемента. Она представляет собой природную смесь из 20…50 % глинисто-песчаных веществ и 50…80 % мельчайших частиц углекислого кальция. В зависимости от содержания СаСО3 и глинисто-песчаного вещества мергели подразделяют на песчаные, глинистые и известняковые. Наиболее ценное сырьё – известняковый мергель, содержащий примерно 75…80 % СаСО3 и 20…25 % глины. По химическому составу он близок к портландцементной сырьевой смеси, что упрощает производство портландцемента.

Глины – осадочные тонкообломочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов каолинитовой (Al2O3∙2SiO2 ∙2Н2О), монтмориллонитовой и гидрослюдной групп. Минералогический состав глин представлен преимущественно гидратами алюмосиликатов и кварцем. Их химический состав колеблется в широких пределах: SiO2 - 45…80 %, Al2O3 –10…40 %, Н2О – 3…15 %. В небольших количествах в глинах могут присутствовать кальций. магний. Натрий, калий, железо и другие элементы, При обжиге труднее всего вступают во взаимодействие крупнокристаллические включения. Поэтому содержание фракций более 0,2 мм не должно превышать 10%.

Глинистые сланцы – это плотные породы, образованные из глин в результате метаморфических процессов. Они отличаются от глин большей плотностью и твёрдостью.

Суглинки – используют в составе цементных сырьевых шихт. Это среднепластичная осадочная глинисто-песчаная порода, в которой содержание глинистых частиц достигает 10…30 %.

Перлит, пемза, туф, трасс – высокоактивные алюмосиликатные порды вулканического происхождения – используются в цементной промышленности в качестве активных минеральных добавок. Туфы и трассы образовались из вулканических пеплов, а песза и перлит – из лавы. Высокая активность этих пород связана с тем, что алюмосиликаты находятся в них в виде метастабильного вулканического стекла.

Кварцевый песок– основной компонент известково-кремне-зёмистых вяжущих, как добавка вводится в цементные сырьевые смеси. Это продукт разрушения горных пород, состоящих в основном из зёрен кварца, отличающийся высоким содержанием SiO2, малым количеством примесей и мелкозернистостью (зёрна размером 0,1…2 мм).

Диатомит, трепел, опока применяются как активная минеральная добавка к цементу и извести. Это осадочные горные породы, сложенные в основном опалом, представляющим собой водную аморфную кремнекислоту (SiO2∙nH2O). Аморфный кремнезём значительно более химически активен, чем кварц, и может вступать во взаимодействие с известью при нормальной температуре.

В этих породах содержание SiO2 в среднем составляет 70…85 %, но может достигать 98 %; Al2O3 – 5…13 %, СаО – 2…6 %, MgO – до 3 %. Содержание окcида железа Fe2O3колеблется от долей процента до 5…10 %, содержание воды – 3…13 %.

Диатомиты и трепелы – слабосцементированные или рыхлые землистые породы белого, серого или желтоватого цвета, в основном состоящие из аморфного кремнезема SiO2•nH2O. Они образовались из диатомитового ила, накопившегося в морях и озерах, мельчайших диатомитовых водорослей, а также кремниевых скелетов морской микрофауны с примесью глины и ила. Трепел отличается от диатомита тем, что содержит мало или почти лишен органических остатков. Диатомиты и трепелы – легкие пористые породы (плотность 350…950кг/м3) Диатомит и трепел содержат до 75…98% активного кремнезёма, поэтому они являются лучшей активной минеральной добавкой к вяжущим. Опока – тонкопористая или плотная порода, образовавшаяся в результате уплотнения со временем под давлением вышележащих слоев диатомитов и трепелов. От трепелов отличается большей однородностью и раковистым изломом. Плотность опоки составляет 1100…1800 кг/м3, пористость - 20…40%, цвет желтый с серым или зеленоватым оттенком

Магнезит и доломит – основное сырьё для производства магнезиальных вяжущих веществ. Магнезит – горная порода, состоящая преимущественно из MgСО3, встречается в природе в аморфном и кристаллическом виде. Доломи т – горная порода, состоящая их минерала доломита СаСО3∙MgСО3 и примесей (SiO2, Al2O3, Fe2O3).

Бокситы – основное сырьё для получения глинозёмистого цемента, используется также как корректирующая добавка в портландцементные сырьевые шихты. Состоят бокситы в основном из гидроксида алюминия. Содержание алюминия в пересчёте на Al2O3 в бокситах, используемых в силикатной технологии, составляет 30…49 %. Наиболее распространёнными примесями являются SiO2, Fe2O3. TiO2, CaO, MgO. Ограничивается содержание оксида серы SO3 - не более 0,5 %.

Гипс (гипсовый камень) – СаSO4∙2Н2О используется как сырьё для производства гипсовых вяжущих, а также как добавка к цементу. Гипсовый камень достаточно распространён в природе, обычно содержит примеси известняка, доломита, глинистых веществ.

Ангидрит - СаSO4 – сырьё для производства высокообжиговых гипсовых вяжущих. Плотная кристаллическая порода. Дстилающий слой двуводного гипса.