Cement romański
- został wynaleziony w roku 1796;
-metoda otrzymywania: margle są wypalane, przeważnie w piecach szybowych, w temperaturze poniżej spiekania i poprzez zmielenie wypalonego już produktu. Temperatura wypalania waha się od 900 do 1100 0C w przypadku margli bezmagnezytowych oraz od 800 do 9000C w przypadku margli zawierających większe zawartości MgCO3.
W przypadku pierwszym chodzi o możliwie kompletne rozłożenie CaCO3, a także utworzenie krzemianów oraz glinianów wapnia, a w drugim o pozyskanie aktywnej magnezji MgO , która będzie zdolna do powiązania z wodą.
Podczas wypalenia, które jest względnie umiarkowane, powstają żelaziany gliniany i krzemiany wapnia, a także magnezja: 5CaO*3 Al2O3, 2CaO* Fe2O3 ,2CaO* SiO2*CaO*Al2O3, MgO. Hydrauliczny wskaźnik, czyli stosunek zawartości CaO oraz sumy SiO2, Fe2O3 i Al2O3 wynosi: 1,1 do 1,7. Jako zawiązany występuje tlenek wapnia. Swobodny tlenek wapnia występuje w niewielkich ilościach lub wcale; w wyniku tego kawałkowany wyrób po wypaleniu nie jest gaszony wodą, a potem po sproszkowaniu uzyskuje odpowiednie spoiwa.
Cement portlandzki
- został wynaleziony w roku 1824;
produkcja cementu portlandzkiego przebiega w następujący sposób:
*istnieją dwa sposoby: mokry, kiedy wymieszanie składników(glinokrzemiany i wapienie) przed wypaleniem przebiega na mokro oraz suchy, gdy mieszanie przebiega na sucho. Metoda mokra daje możliwość dokładniejszego i bardziej równomiernego mieszania składników i dlatego jest stosowany częściej. Sposób suchy ma zastosowanie wtedy, gdy surowce mają skład jednolity, a także w miejscach, w których jest mało wody. Wypalanie sposobem mokrym może być stosowane tylko przy zastosowaniu pieców obrotowych. Stosując ten sposób możemy wypalać klinkier w piecu szybowym i obrotowym. Ilość paliwa niezbędnego do wypalenia cementu w ilości 1t wynosi 200 do 275 kg węgla mającego kaloryczność 7000 kcal/kg. W przypadku sposobu suchego zużywamy mniej paliwa, gdyż nie trzeba grzać dużej ilości wody, zaś tracimy więcej energii na mieszanie i podsuszanie.
Sposób mokry
margle i wapniaki są dostarczane wagonikami z kopalni do łamarni. W łamaczach duże bryły kruszą się. Potem skruszony materiał jest dostarczany na podnośnikach do pojemnika surowca, a stamtąd do surowego młyna. Jednocześnie glina z kopalni jest transportowana do basenów - szlamiarni, gdzie jest wymieszana z wodą, a później przechodzi rurami do surowego młyna. Jeśli w produkcji jest stosowana kreda, to jest ona transportowana do szlamiarni, a także rozmieszana z gliną. Później następuje stopniowy i dokładny przemiał w młynie surowym. Nad młynem jest umieszczony zbiornik na wodę napełniony automatycznie przez pompę, z którego dochodzi woda do młyna.
Następnie z młyna wychodzi zawiesisty szlam, który zawiera 40% wody. Zostaje on przepompowany do szlamowych zbiorników. W tych zbiornikach szlam zostaje dalej przemieszany przy pomocy sprężonego powietrza wtłaczanego dołem do kompresorów. Powietrze to dobrze przedmuchuje i wzrusza szlam znajdujący się w tych zbiornikach. Jeśli okaże się, iż w danym zbiorniku jakiegoś składnika (np. CaCO3) jest za dużo, to następuje uzupełnienie składu poprzez mieszanie z zawartością drugiego zbiornika, gdzie określonego składnika jest za mało.
Gotowy szlam jest dostarczany za pomocą pompy do aparatu rozdzielczego, który znajduje się przy wlocie do pieca obrotowego. Jest to zsynchronizowany aparat z ruchem oraz poziomem obrotów pieca, normujący właściwy dopływ szlamu do danego pieca.
Piecem obrotowym nazywamy stalową rurę wyłożoną szamotową cegłą w części, gdzie jest wysoka temperatura. Przechył rury wynosi około 4 do 6%, a szybkość jej obrotów od 0,25 do 0,66 na min. Długość tej rury wynosi około 50 do 120 m, a średnica 2,5 do 3,5 m. Wraz ze wzrostem długości i średnicy, wzrasta również wydajność pieca.
Dostając się do wysokiego końca pieca szlam, posuwa się ciągle naprzód w kierunku tego końca, w którym jest palenisko.
Piec jest opalany mączką węglową przygotowaną odpowiednio z: miału węglowego zmielonego i wysuszonego w węglowym młynie. Dmuchawa - wentylator, wysokoprężny wdmuchuje mączkę w niskim końcu pieca, w którym ulega on zapaleniu i zamienia w gaz. Ciepły gaz idzie w stronę wysokiego końca pieca, w którym stopniowo się ochładza, szlam natomiast posuwa się ku niższemu końcowi najpierw i rozgrzewa się, a później traci wilgotność, następnie eliminuje dwutlenku węgla i w końcu spieka się w klinkier w strefie maksymalnego żaru w postaci drobnych zeszklonych bryłek o ciemnej barwie.
Temperatura w piecu jest doprowadzona do spiekania, ale nie do stopienia substancji (około 14500C).
Dopiero co wypalony żarzący się jeszcze klinkier wysypuje się na chłodnik. Chłodnik jest urządzony w postaci bębna znajdującego się pod piecem. Najnowszej generacji typ chłodnika jest zbudowany z szeregu walcowych rur o niewielkich średnicach, które otaczają wylot pieca i które obracają się razem z nim. Te rury w środku wyłożone są okładziną kamionkową. W rurach znajdują się także łańcuchy, które poruszają się i powodują obniżenie temperatury klinkieru.
Następnie klinkier spada z chłodnika na przenośnik, dostarczający klinkier do hali klinkierowej za pomocą wagi automatycznej. Musi on tam przeleżeć klika tygodni, aby wygasić cząstki wolnego wapna, które trafiają się w klinkierze. Pod wpływem skraplania wodą lub wilgoci powietrza odbywa się dogaszanie. Klinkier jest transportowany ze zbiorników do młynów, w których jest mielony na cement; na chwilę przed zmieleniem klinkieru dodawane jest wagowo 1 do 3 % gipsu aby opóźnić wiązania.
Cement transportowany jest z młynów za pośrednictwem podnośników do zbiorników - silosów, w których jest przechowywany i skąd ładowany jest, w miarę zapotrzebowania, w worki papierowe (około 50 kg) automatycznie przez maszynę.
Sposób suchy
W przypadku sposobu suchego poszczególne surowce są wysuszane i dokładnie mielone, a następnie są dozowane w stanie sproszkowanym za pośrednictwem wag automatycznych, odmierzone w określonych stosunkach komponenty są wsypywane do zbiorników, w których następuje mieszanie. Jest minimum 6 takich zbiorników. Jeżeli chemiczna analiza mieszanki w pierwszym zbiorniku wykaże nadwyżkę jednego z komponentów, np.: CaCO3, to w drugim zbiorniku uzupełniane są składniki z adekwatnie niższą ilością CaCO3. Dalej mączkę z pierwszego i drugiego zbiornika przesypuje się do trzeciego. Jeśli skład mączki w zbiorniku wykaże ubytek lub nadmiar określonego składnika, to w zbiorniku czwartym są uzupełniane składniki po odpowiednim uwzględnieniu stosunku, a potem w zbiorniku piątym miesza się mączkę ze zbiorników trzeciego i czwartego itd. Sposób ten jest jednak uciążliwy. Ostatnio został zmodyfikowany poprzez przygotowanie w zbiorniku dna z porowatymi płytkami, przez które przepuszcza się od dołu pod ciśnieniem powietrze wprawiające w ruch mączkę i dzięki temu ułatwiające mieszanie.
Sucha mieszanka nie może być bezpośrednio transportowana do pieca. W piecu obrotowym jej duża ilość mogłaby zostać uniesiona wraz z uchodzącymi gazami. W piecu szybowym wysypana mieszanka ułożyłaby się ściśle w taki sposób, że utrudniałaby ciąg gazów.
W wyniku tego mieszanka jest poddawana nawilżaniu, zwykle w korycie ze ślimakowym wałem przesuwającym od góry skrapianą mączkę. Po nawilżeniu mieszanka wypalana jest na klinkier w piecach. Późniejszy przebieg fabrykacji podobnie jak w przypadku sposobu mokrego.
Cement glinowy
Głównymi składnikami są kamienie i boksyty. W skład boksytu wchodzą pożyteczne w produkcji wodorotlenki glinu: Al2O3 *nH2O, Al2O3 * H2O, Al2O3 *3H2O. Poza tym w boksyty zawierają różne dodatki, np. Ti O2 Fe2O3, SiO2.
Dodatki Fe2O3, SiO2 musza być usunięte z wyrobu, ponieważ są szkodliwe. Jednakże takie usunięcie jest dość trudne, szczególnie biorąc pod uwagę SiO2. Dlatego też boksytów zawierających dużą ilość wymienionych wcześniej tlenków, a szczególnie tego pierwszego, nie używa się zwykle do produkcji. Użyteczność w fabrykacji ocenia się poprzez zawartość Al2O3 i stosunek Al2O3 i SiO2. Ten stosunek wynosi dla boksytów gorszego gatunku: 3-5, a dla boksytów lepszego gatunku: 8-15.
Boksyty zwłaszcza te wykorzystywane w produkcji cementu glinowego dość rzadko występują, m.in. na Uralu oraz koło Tichwina w dawnym ZSSR, na Węgrzech, w południowej Francji, w USA, w Dalmacji, w Niemczech i w Grecji. W Polsce odnaleziono boksyty dopiero w roku 1951, surowiec ten sprowadzano z zagranicy, dlatego też cement glinowy był dość drogi.
Następnym surowcem jest wapień występujący w postaci wapna palonego CaO lub wapniaków CaCO3, używanych w jak najczystszym gatunku. Obydwa materiały: boksyt i wapno, są ze sobą mieszane w stosunku ustalonym przez dany skład chemiczny.
Razem z surowcami dodawany jest do każdego pieca koks, zadaniem którego jest zwiększenie temperatury oraz odbiór tlenu tlenkom krzemu i żelaza. Surowce są przygotowywane stosownie do rodzaju pieca.
Wyróżniamy różnego rodzaju piece: wielkie piece hutnicze, elektryczne, szybowe, i inne. Piece elektryczne pozwalają na uzyskanie wysokiego gatunku cementu nawet z małowartościowego boksytu.
W piecach osiągane są temperatury: 1400 do 15000C. Składniki są topione, a szkodliwe krzemowe domieszki wchodzą w reakcje z żelazem, w wyniku czego powstają krzemki żelaza. Zbyt duża ilość żelaza pojawi się w formie surówki.
Masa wypływająca z pieców jest zwykle poddawana działaniu strumienia powietrza albo pary wodnej pod wysokim ciśnieniem: 7 do 10 atn aby uzyskać produkt w formie ziaren, nie wymagających rozdrabniania przed zmieleniem. Ten produkt ma dużą twardość- wg skali Mohsa: 7 - 7,5.
Proces mielenia odbywa się w wielokomorowych młynach przy użyciu wykładzinowych pancerzy oraz kul z wysoce twardej stali. Podczas przemiału lub już po zmieleniu następuje wyodrębnienie i usunięcie żeliwnej surówki i krzemków żelaza przy pomocy separatorów magnetycznych.
Wyprodukowany cement jest pylistym proszkiem. Pozostałość na sicie mającym 4900 oczek/cm2 nie może przekraczać około 10%. Kolor szary o odcieniu od całkiem jasnego do całkiem ciemnego, niemalże czarnego, czasem brunatny, oprócz tego glinowy cement wygląda z zewnątrz porównywalnie do cementu portlandzkiego.
