Способи виробництва портландцементу

Технологія виробництва портландцементу складається із трьох стадій:

- підготовка вапняку, глини, а потім їх суміші;

- випалювання суміші для отримання цементного клінкеру;

- подрібнення цементного клінкеру на порошок і додавання добавок.

Підготовка сировини до випалювання здійснюється двома способами: сухим і мокрим. Відповідно способи виробництва портландцементу поділяються на сухий і мокрий.

Сухий спосіб ( Рис. 1 ). Вапняк та глину вологістю до 10% після подрібнен-ня на вальцях (1в і 1г) сортують за допомогою решетів (2в і 2г), розмелюють у кульових млинах (3в і 3г). Отримані порошки перемішують у змішувачі 4 і після відстоювання у відстійниках 5 для вирівнювання хімічного складу подають у піч 6 для випалювання.

Мокрий спосіб. Подрібнену глину до розмірів частинок 3 – 5 мм перемішують у воді в залізобетонних резервуарах для отримання суспензії. Глиняну суспензію та подрібнений вапняк (3 – 5 мм) подають у трубовий млин безперервної дії, де за допомогою сталевих куль суміш розмелюють і перемішують. Розмелена суміш надходить до відстійника для відстоювання (вирівнювання хімічного складу суміші). Після відстоювання суміш подають до обертової печі безперервної дії для випалювання. Довжина печі 95 – 230 м, діаметром 5 – 7 м. Піч встановлена з малим нахилом до горизонту і обертається із швидкістю приблизно один оберт на хвилину.

Тепло, що утворюється в процесі горіння палива переміщається в протилежному напрямку руху вапняково-глиняній суміші. Під час зустрічі цих потоків спочатку випаровується волога і сировина висушується. Потім розкладаються гідрати, карбонати і утворюються оксиди. Ці реакції відбу-ваються в зоні печі, при температурі 700 – 1100 ⁰С. За цих умов вапняк розкладається:

CaCO₃ = CaO + CO₂ + Q.

 

Пр температурі 1100 – 1300 ⁰С глинисті мінерали розкладаються на оксиди SiO₂, Al₂ O ₃, Fe₂O₃, які вступають в реакцію з CaO і утворюються мінерали 2CaOx SiO₂; 4CaO Al₂O₃ Fe₂O₃. Далі при температурі 1350 – 1450 ⁰С утворюється основний мінерал майбутнього цементу – аліт (3CaO SiO₂). На складі клінкер вилежується протягом двох тижнів. За цей час вапно (СаО), яке міститься в клінкері, гаситься вологою, що є в атмосфері складу:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + Q.

У процесі гасіння клінкер стає рихлим, що полегшує його розмелювання.

 

Економічна характеристика виробництва цементу.

Собівартість цементу залежить від виду сировини, палива, способу виробництва. Затрати на сировину становлять примірно 25% собівартості цементу. Використання вторинної сировини зменшує собівартість цементу на 35 – 40%.

Виробництво цементу енергомістке. На виготовлення 1т цементу витрачається 240 кг твердого палива, 40% електроенергії для розмелювання клінкеру.

Кожний із способів виробництва цементу має свої переваги і недоліки. При сухому способі менше витрачається палива, але більші витрати електроенергії. Сухий спосіб дуже забруднює виробниче і довколишнє середовище. Мокрий спосіб дозволяє легше подрібнювати сировину, кращі умови праці, але витрати палива на 40 % перевищують витрати при сухому способі виробництва цементу.

Активність цементу зменшується з часом. За 3 місяці зберігання активність зменшується на 20%, за пів року – на 30%, за рік – на 40%.

 

 

Лекція 4

Технологія виробництва алюмінію. Сплави алюмінію.

1. Загальні відомості про алюміній.

2. Руди алюмінію.

3. Технологія виробництва алюмінію.

4. Зонна плавка.

5. Структура, властивості та використання алюмінієвих сплавів.

Література 4, 5, 6

 

1. Загальні відомості про алюміній.

Алюміній являється другим після заліза металом сучасної техніки.

Найбільш важливою властивістю алюмінію є його мала густина: 2, 7 г/см³. Алюміній майже в три рази легший ніж залізо.

Іншою важливістю алюмінію є його висока електропровідність, яка становить 34х10⁴Ом^-1хм-¹. Температура плавлення алюмінію 600 ⁰С. Алюміній має високу теплопровідність і теплоємність. Він швидко окислюється на повітрі і покривається тонкою окисною плівкою, яка не пропускає кисень. Тому алюміній є стійким проти корозії.

Кристалічна гратка алюмінію – кубічна з центровими гранями і параметром а = 4, 01 А⁰.

Механічні властивості алюмінію не високі. Опір розриву знаходиться в межах від 9 до 18 кгс/мм². алюміній має високу пластичність, що дає змогу прокатувати його на тонкі листи (фольгу). Алюміній важко піддається обробці різанням.

Відомо кілька сот алюмінієвих сплавів. Алюмінієві сплави широко використовується в машинобудуванні, будівництві, для виробництва побутових товарів.

Інша галузь застосування алюмінію – електротехніка. Це обумовлено тим, що алюміній менш дефіцитний ніж мідь. Із-а малої густини дріт можна виготовляти такої ж провідності як і дріт із міді, що є важливим для повітряних електромереж та авіації. Із-за нешкідливості для людини, алюміній широко використовують у виробництві харчових продуктів, в кондиторстві, для апаратури молочних, пивоварних і багатьох інших підприємств харчової промисловості.

Виробництво алюмінію являється енергоємним і складним технологічним процесом.

2. Руди алюмінію. Алюміній – найбільш розповсюджений метал в земній корі (8, 8%). В чистому виді він не зустрічається, але мінералів, які містять алюміній, дуже багато.

Основна сировина для виробництва алюмінію – боксити. Боксит – це складна гірська порода, яка містить алюміній у вигляді гідроокисі: Al(OH)₃. Боксит – найкраща алюмінієва руда. Боксити містять 50 – 60 % гідроокисі алюмінію. Інша руда, яка використовується для виробництва алюмінію – неф еліти (NaK₂OAl₂O₃2SiO₂). Цінною сировиною для виробництва алюмінію є алуніти, сієніти, нефеліни. До руд алюмінію відноситься також каолін, або глина. Хімічна формула каоліну: Al₂O₃2SiO₂2Н₂О. Видобувається каолін у Вінницькій, Хмельницькій, Дніпропетровській і Запоріжзській областях. Родовища бокситів розміщені також в Черкаській області. Виробляється алюміній на Запоріжському алюмінієвому заводі.

 

3.Технологія виробництва алюмінію.
3.1. Виробництво глинозему. Існує багато способів виробництва глинозему: електротермічний, кислотні способи, обробка лугом (їдкий натрій, кальційована сода).

Основний спосіб виробництва глинозему є мокрий лужний (спосіб Байєра), який є найбільш технологічним та дешевим.

Послідовність лужного способу:

- подрібнення бокситу;

- висушування подрібненого бокситу;

- обробка бокситу лугом NaOH(їдким натрієм) в автоклавах з підвищеним тиском при температурі 250 – 300 ⁰С з метою отримання алюмінату натрію (NaAlO₂):

 

Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O

 

- розчинення алюмінату натрію у воді

 

NaAlO₂ + 2H₂O = Al(OH)₃ + NaOH

 

- фільтрування розчину від осаду домішок;

- випаровування розчину і кристалізація Al(OH)₃;

- промивання Al(OH)₃ і випарювання в печі при температурі 1200 ⁰С з одержанням глинозему (Al₂O₃):

 

Al(OH)₃ = Al₂O₃ + 3Н₂О

Глинозем – стійка хімічна сполука, яка має температуру плавлення 2050 ⁰С.

3.2. Електролітичний спосіб виробництва алюмінію.

Металічний алюміній вилучають з глинозему електролітичним розкладанням в електролізній ванні (рис. 1). Електролітом слугує кріоліт (Na₃AlF₆).

 

 

Між анодом і катодом пропускається електричний струм напругою 4 – 5 В та силою струму 75000 А. При високій температурі (950 ⁰С) кріоліт і глинозем дисоціюють. На катоді відкладаються іони алюмінію Al³⁺, а на аноді - іони кисню О^2-, які окислюють вуглець аноду до СО і СО₂. Рідкий алюміній осідає на дно ванни, звідки його періодично зливають або випумповують до розливального ковша.

 

3.3. Рафінування алюмінію. Рафінування алюмінію проводять такими способами:

- продуванням розплавленого первинного алюмінію хлором (хлорування);

- електролітичним способом;

- зонним переплавленням.

Хлорування здійснюють у спеціальному ковші при температурі 650 – 770 ⁰С протягом 10 – 15 хв. При цьому утворюється пароподібний хлористий алюміній AlCl₃, який проходячи через розплав, адсорбується на частинках глинозему, кріоліту, вуглецю і сприяє їх спливанню.

Крім того, хлор утворює хлориди натрію, кальцію і магнію, які спливають.

Таким чином, неметалеві включення і гази видаляються з розплаву. Рідкий алюміній відстоюють. Хлорування дає алюміній чистоти 99, 5 – 99, 85 %.