Производство цемента: этапы бизнеса, стоимость и окупаемость

Как получают цемент – технология изготовления

Технологический процесс изготовления предусматривает выполнение следующих операций:

1. Разработку месторождений известняка, гипса и глины.
2. Измельчение добытых материалов.
3. Сушку измельченной сырьевой массы.
4. Получение известняково-глиняного шлама.
5. Обжиг сырья с получением гранул клинкера.
6. Дробление клинкера до порошкообразной консистенции.
7. Дозировку и перемешивание компонентов.

Цемент – широко распространенный материал, который применяют при любых видах работ, связанных с ремонтом, реставрацией, строительствомИспользуется различная технология, отличающаяся методом подготовки шлама:

• сухая. Сушка и дробление производятся в измельчителе, в который нагнетается нагретый воздух. Готовая фракция имеет требуемую влажность;
• мокрая. Предусматривает использование мела. Он дробится во влажном состоянии, затем шихта обжигается и измельчается;
• комбинированная. Объединяет особенности предыдущих методов в зависимости от применяемого в технологическом цикле оборудования.

В настоящее время производители отдают предпочтение сухому способу производства.

Производство цемента

Цемент — это один из самых востребованных строительных материалов на рынке. Однако, производство готового цемента является затратным как по капитальным вложениям, так и по использованию энергии. Заводы по его производству обычно расположены вблизи мест добычи основного сырьевого компонента, каковым является известняк. Сам цемент используется в строительстве, как в чистом виде, так и в качестве основы для изготовления незаменимых материалов (бетона и железобетона).

Производство цемента начинается с добычи клинкера. Затем клинкер измельчают и получают вещество в виде порошка, в которое добавляют гипсовый компонент и другое. Расходы на добычу клинкера — большая доля затрат в себестоимости цемента. В итоге такая статья затрат, как добыча сырья, составляет долю в себестоимости готового продукта равную 70%.

Метод, с помощью которого осуществляют добычу и разработку залежей известняка называется «сносом». Используя этот метод, часть горной породы «сносят», освобождая путь к известняку желто-зеленого цвета. Глубина залегания известняка обычно составляет 10 м, толщина пласта равна 70 см. До принятой глубины породу желто-зеленого цвета можно встретить еще примерно четыре раза. На следующем этапе добытый известняк с помощью ленты для транспортировки отправляется на измельчение. Здесь известняковая порода должна приобрести размер кусков не более 10 см в диаметре. Измельченный до таких размеров известняковый компонент транспортируется на сушку и повторное перемалывание, где к нему добавляются другие составляющие. Затем известняковая смесь обжигается. Так происходит процесс получения клинкера.

Следующая стадия заключается в обработке клинкера. В первую очередь, клинкер дробят. Одновременно проходит процесс подсушки минеральных компонентов и дробление гипсового камня. Затем все компоненты смешивают и еще раз подвергают перемалыванию.

Поскольку сырье имеет порой разные технические и физические характеристики, то в промышленности существует три метода производства готового продукта. Так, при производстве цемента применяется три способа изготовления готовой смеси: мокрый, сухой и комбинированный.

Цементная смесь, произведенная мокрым способом, сделана на основе карбоната (мела), силикатов (глины) и добавок, содержащих железо. К последним относятся конвертерный шлам, огарки пирита и железистый продукт. При этом глина должна содержать влагу не более 20%, а мел не более 29%. Все компоненты смеси проходят измельчение в воде, в итоге получается суспензия, влажность которой составляет 30-50%. Суспензия, а вернее шлам, поступает в специальные печи, где проходит обжиг. Печь для обжига имеет весьма внушительные размеры: ее высота составляет 7 м, а длина — 200 м. В процессе обжига из шлама происходит выделение углекислот. На выходе из печи после обжига получается клинкер, который имеет вид шариков. Эти шарики измельчают и получают готовую цементную смесь.

При сухом способе производства происходит сушка всех сырьевых составляющих цемента, и только затем перемалывание. Таким образом, смесь имеет вид порошка.

При комбинированном способе осуществляется частичное использование двух предыдущих. Таким образом, комбинированный способ производства подразделяется на два вида. При первом из них смесь сырьевых компонентов готовят по мокрому способу, и только затем влажность смеси снижают с помощью специальных фильтров, она не должна превышать 16-18%. Потом эту массу отправляют на обжиг. При втором виде для получения смеси используется способ сухого получения первоначальной смеси, а затем в нее добавляют воду. Так получают гранулы, размер которых составляет не более 10-15 мм. Затем эти гранулы отправляют в печь для обжига.

Виды цемента

Цемент — это порошкообразный искусственный строительный материал, приобретающий вяжущие свойства при взаимодействии с жидкостями. Используется для производства бетона и растворов.

В зависимости от состава, цемент бывает:

1. Портландцемент.
2. Глиноземистый.
3. Магнезиальный.
4. Кислотоупорный.
5. Биоцемент.
6. Романцемент.

Основную массу в производстве составляет портландцемент, обычно его подразумевают, когда говорят о цементе.

По прочности сжатия цемент подразделяют на марки и классы. Для маркировки измеряют давление на тестовый образец, в килограммах на кубический сантиметр. Стандартом предусмотрены марки от М100 (наименее прочная) до М700 (наиболее прочная). Промежуточные значения маркируются с приростом 50 или 100.

Класс прочности определяют в мПа по прошествии 28 дней после изготовления образца. Значения могут быть от 22,5 до 62,5 с шагом 10.

Кроме этого, аббревиатура названия продукции может содержать различные указания на состав цемента и его характеристики:

• ШПЦ — шлакопортландцемент с более чем 20% добавок;
• Н — нормированный;
• ГФ — гидрофобный с повышенной влагоустойчивостью;
• Б — быстродействующий с коротким сроком отвердевания;
• СС — сульфатостойкий;
• ВРЦ — водонепроницаемый расширяющийся цемент;
• Д с цифровым индексом — содержание добавок.

Стандарты могут изменяться, в последних версиях фигурируют обозначения ЦЕМ1, ЦЕМ2 32,5Б.

Типы продукции по сфере использования

Для проведения различных видов работ требуются определенные качества раствора. Широкое применение получил портландцемент, который может использоваться для производства большинства видов работ. Но для специальных условий требуются другие марки:

• Белый портландцемент. Данный материал отличает более тонкий помол и повышенное содержание гипса. Его применяют для оборудования наливных полов, так как белый цемент позволяет достичь высокого качества основания и привлекательного внешнего вида. При необходимости в состав цемента могут добавляться различные пигменты, что позволяет получать цветной раствор.
• Сульфатостойкий портландцемент. Предназначен для сооружения конструкций, подвергающихся многократным воздействиям агрессивной и влажной среды. Этот материал используют при изготовлении свай и быков для мостов.
• Шлаковый цемент. Используется для отливки конструкций и элементов, предназначенных для работы под водой или в земле.
• Пуццолановый цемент. Характеризуется отличным сопротивлением к воздействию пресных вод и используется для монтажа гидротехнических конструкций.
• Глиноземистый цемент. Данный материал применяется для возведения конструкций, работающих в морской воде, а также для производства ремонтных работ при отрицательных температурах.

Ремонт бетона расширяющимся цементом

Применение расширяющихся бетонов для ремонта конструкций аналогично применению обычного бетонного или цементного раствора, с некоторыми особенностями.

• Ремонтируемую поверхность тщательно очищают от аморфной массы и загрязнений.
• Перед нанесением расширяющегося раствора бетонную основу и арматуру тщательно увлажняют.
• Для получения ремонтного состава расширяющийся цемент смешивают с чистым песком в соотношении 1:2, затворяют чистой водой в количестве 40-50% от веса цемента и тщательно перемешивают.
• Нанесение раствора осуществляют пневмонабрызгом и инъектированием специальными шприцами.
• Поверхность конструкции укрывают полиэтиленовой пленкой и поддерживают во влажном состоянии в течение 7 дней.
• Не допускается смешивание расширяющегося цемента с материалами общестроительного применения.

Оборудование для производства

В производстве цемента сначала необходимо подготовить сырье. Для измельчения известняка используются специальные промышленные дробилки, стоимость их от 200 000 рублей за единицу, для глины нужны мельницы-мешалки, в которых ее измельчают с помощью воды, стоимость их от 250 000 рублей.

Дальнейший процесс смешивания и измельчения для получения однородной массы проводиться в шаровых трубных мельницах, стоимость которых начинается от 3 300 000 рублей.

Затем проводиться корректировка состава и шлам попадает во вращающуюся печь для обжига, где происходит завершение химических реакций, и на выходе получается клинкер. Следующий этап – охлаждение клинкера. Для быстрого охлаждения горячего клинкера, выходящего из печи с температурой 1200-1500°С необходимы специальные промышленные холодильники. В цементном производстве используются рекуператорные, барабанные и колосниковые холодильники. Барабанные холодильники имеют большие размеры и, при этом, слабую степень охлаждения, всего от 100 до 200°С , средняя производительность у рекуператорных холодильниках – охлаждают до 100-150°С, самые эффективные колосниковые, способны охлаждать до 80-120°С. В производстве цемента часто применяются вращающееся печи в комплекте с рекуператорным холодильником, их стоимость от 140 000 рублей.

Дальнейшее совместное измельчение клинкера, гипса и различных минеральных добавок происходит в шаровой трубной мельнице.

Для производства цемента необходимы и производственные площади с цехами. Высота потолков в помещении должна быть не ниже четырех метров, а необходимая минимальная площадь от 450 кв.м. Идеальный момент для ведения такого бизнеса – собственный или арендуемый карьер, для добычи глины и известняка. В таком варианте себестоимость цементной продукции существенно снизится, что обеспечит выгодные конкурентные условия на рынке.

Для полноценного производства цемента понадобятся и специальные линии по упаковке готовой продукции в мешки, автопогрузчики для складирования и отгрузки.

Необходимое количество единиц оборудования для производства цемента зависит от планируемого объема выпуска продукции, который скован, пожалуй, только финансовыми вложениями в бизнес. Цемент можно производить в больших количествах, так как строительный рынок способен поглотить очень большое его количество. Штат работников, занятых на таком производстве цемента, зависит от количества и технологичности применяемого оборудования.

Виды цемента и что это такое

Под цементом чаще всего подразумевают связывающее вещество, которым скрепляют газоблок, кирпич, шлакоблок и другие элементы для создания строений. Также цемент используется для создания фундамента, так как с его помощью можно связать между собой арматуру или щебень, которые служат укрепляющим основанием и сам бетон, из которого получается искусственный камень.

Бетоном является жидкая масса, которая чаще всего состоит из песка и цемента, смешанного с водой в определённых пропорциях. Из-за своего химического состава порошкообразное вещество смешиваясь с водой меняет свои свойства.

Вначале цемент становится жидким или вязким, в зависимости от количества жидкости. После этого под действием температуры вода испаряется, а вся масса начинает густеть. Когда все высохнет, цемент станет твёрдым, а его плотность будет разной, что зависит от состава самого порошка, а также от правильности рецепта бетона. Для быстрого перехода от состояния пасты до вида кирпича, цементу нужен тёплый и влажный воздух.

Пример свежего и подсохшего раствораИсточник blogspot.com

В древние времена цемент делали из подручных материалов, которые могли найти в природе, так как технологии искусственного создания большинства химических составляющих тогда ещё не было. Даже сейчас у каждого вида цемента есть свои пропорции и состав, так как все они отличаются сферой использования.

Например, для мостов, опоры которых монтируются в воду, подводных сооружений, стройках под землёй или для конструкций, которые должны выдерживать агрессивные погодные условия, применяется сульфатостойкий цемент. Его особенность в том, что он медленно застывает, но в его составе меньше содержание алюминатов кальция, что даёт ему возможность выдерживать низкие температуры.

Аналогами сульфатостойкого цемента являются пуццолановые и глинозёмные составы. Их также применяют для создания конструкций в среде с повышенным содержанием влаги или сильными морозами. Отличительной чертой глинозёмного является то, что химический состав цемента разбавляется глинозёмным шлаком или гипсом. Эти вещества дают возможность делать конструкции, которые не подвержены коррозии и быстро твердеют.

Разновидность гипса для цемента (алебастр)Источник drago-kamni.ru

Один из самых популярных видов связывающего вещества является портландцемент. Его белую разновидность применяют для создания декора, наливных потолков или прочих элементов внешнего вида. В состав цемента добавлено больше гипса, что меняет его цвет на белый. Если добавить к составу порошка пигменты, которые изменяют окрас вещества, то можно подобрать цвет готового цемента под требуемый декор.

Также одной из разновидностей «портланда» является шлаковая, которая применяется для очень больших и тяжёлых конструкций. В её составе находиться до 25 % шлаковых гранул, которые сильно повышают прочность готового бетона.

Для того, чтобы ускорить производство, цемент должен быстро затвердевать, поэтому есть разновидность, в состав которой входят минеральные добавки, ускоряющие затвердевание бетона. Чаще всего такой цемент применяют для создания железобетонных конструкций или постройках, для которых сильно ограниченны временные сроки.

Пример изделий из бетонаИсточник yandex.net

Для специализированных предприятий по добыче и переработке газа или нефти применяется тампонажный цемент. Исходя из названия можно понять, что он применяется для закрытия отверстий. Чаще всего с его помощью герметизируют скважины, так как он начинает твердеть и набирать прочность в начале процесса сушки.

Чтобы сделать конструкции загнутой формы или изгибающиеся под определённым углом требуется пластифицированный цемент. Эта разновидность укрепляющего вещества содержит добавки, которые делают замешанный цемент мягким, гибким и пластичным.

Пример состава пластичного цементаИсточник infourok.ru

Для среды с повышенной кислотностью используется вид цемента, который содержит в составе камнефтористый натрий и кварцевый песок. Эти вещества увеличивают защиту бетона от внешнего воздействия. Из-за особенностей использования и состава кислотоупорного цемента, его требуется разбавлять не водой, как остальные виды, а жидким кварцевым стеклом.

Бетон, в раствор которого входит цемент, является крепким только, если состав укрепляющего вещества подобран правильно. Следует знать, как и из чего делают цемент, так как при использовании неправильной смеси, конструкция будет подвержена разрушению. Агрессивная внешняя среда быстро разрушает связи между веществом, что сильно уменьшает прочность.

Пример изделия из цемента, которое начало разваливаться под воздействием внешней средыИсточник promportal.su

Основные характеристики

Использование цемента связано с его свойствами. Действующий стандарт регламентирует следующие характеристики:

• прочностные свойства. Они изменяются для цементных составов различных марок. Прочность определяется лабораторным методом путем сжатия эталонного образца застывшей смеси. Контроль прочности согласно требованиям нормативного документа производится в три стадии: через двое суток, а также через одну и четыре недели после заливки. Величина параметра измеряется в мегапаскалях. Цифровое значение прочности соответствует марке цементного состава;
• продолжительность схватывания. Параметр характеризует временной промежуток, в течение которого изменяются пластические характеристики цементной смеси. Правильно приготовленный раствор начинает застывать через пару часов после заливки в жаркое время года. В осенний период процесс гидратации может занимать 8–10 часов. Резко возрастает продолжительность схватывания при нулевой температуре и может составлять 15–20 часов. Введение добавок позволяет регулировать скорость схватывания;
• устойчивость к воздействию отрицательных температур. Эта характеристика называется морозостойкостью. Она характеризует способность затвердевшего цементного массива воспринимать глубокое замораживание с дальнейшим оттаиванием на протяжении многих циклов. При этом должна сохраняться целостность массива и прочностные характеристики. Причиной разрушения является увеличение объема воды, насыщающей поры. Введение добавок повышает порог морозостойкости;
• плотность. Параметр характеризует массу порошкообразного вещества в одном кубическом метре материала. Свежеприготовленный цементный состав имеет наименьший удельный вес. При длительном складском хранении материал слеживается, а при перевозке – уплотняется. При этом плотность возрастает. Характеристика зависит от крупности измельченного клинкера. Среднее значение – 1,3 т/м3.

После застывания цемента образуется прочное соединение, не уступающее по своей плотности камню

Среди прочих характеристик можно отметить:

• гигроскопичность. Степень поглощения воды отличается для различных марок;
• крупность помола. Определяется путем просеивания через сито;
• коррозионная стойкость. Повышается путем введения специальных добавок;
• срок годности. Он зависит от условий хранения и допустимого уровня влажности.

1.Основные способы производства цемента

Основой производства цемента является обожженная масса, именуемая «клинкер». Состав клинкера может быть разнообразным, поэтому о нем мы поговорим позже.

Весь технологический процесс производства цемента можно разделить на два основных этапа:

(1)получение клинкера – наиболее затратный и трудоемкий процесс;

(2)дробление клинкера до получения порошкообразной массы.

Само изготовление клинкера делится еще на четыре этапа:

(1)сырье, из чего будет готовиться клинкер, добывается и доставляется к месту переработки;

(2)сырье измельчается;

(3)подготавливается сырьевая смесь в нужных пропорциях;

(4)готовая смесь обжигается под воздействием высоких температур.

1.1Способы получения цемента подразделяются на три основных нруппы :сухой

Сухой способ требует, чтобы любое сырье обрабатывалось без использования воды. В данном случае глину, известняк и прочие компоненты дробят, затем перемалывают до состояния пыли и смешивают с помощью подачи воздуха в закрытых боксах.

При изготовлении цемента сухим способом, в печи на обжиг попадает уже готовое сырье, не имеющее, к тому же, водяных испарений. Следовательно, после термической обработки, мы получаем готовый цемент, не требующий дробления.

Сухой способ значительно уменьшает затраты времени, тепловой энергии и других ресурсах. Он очень выгоден и эффективен при высокой однородности шлама.

В обоих случаях клинкер попадает в печь с влажностью от 10 до 18%.

1.2Бесклинкерный способ производства

Кроме перечисленных выше традиционных способов, производство цемента может происходить бесклинкерным способом. В данном случае сырье представляет собой доменный или гидравлический шлак, который соединяют с дополнительными компонентами и активаторами. На выходе получается шлако-щелочная смесь, которую дробят и перетирают до нужной консистенции.

Бесклинкерная технология производства цемента обладает следующими положительными качествами:

(1)конечный продукт устойчив к любым условиям окружающей среды;

(2)значительно сокращаются затраты тепловой энергии и прочие энергозатраты;

(3)отходы металлургической промышленности используются как сырье для качественного производства цемента, что положительно влияет на чистоту окружающей среды;

(4)дает возможность производить конечный продукт с различными свойствами и в разных цветах без изменения способа производства.

1.3Оборудование для производства цемента

Поскольку весь процесс производства делится на этапы, которые по своей сути сильно отличаются друг от друга, то и оборудование для получения цемента требуется разнопрофильное. Его можно разделить на следующие подгруппы:

(1)техника для добычи и транспортировки сырья;

(2)для дробления и складирования;

(3)печи для обжига;

(4)станки для измельчения и смешивания клинкера;

(5)станки для фасовки готового цемента.

Поскольку производство цемента производится разными способами, и сырье используется разное, оборудование на заводах так же может быть разным.

В последнее время большой популярностью пользуются частные мини заводы по производству цемента. Иногда его даже изготавливают в домашних условиях, но об этом мы поговорим позже.

Все дело в том, что оборудование для таких заводов стоит не очень дорого, устанавливаться они могут на относительно небольших площадях, а окупают себя поразительно быстро.

К тому же сборка, разборка и транспортировка производственной линии не вызывает трудностей. Поэтому устанавливать частный завод можно на любом неперспективном сырьевом месторождении, а, выработав его, перевозить в другое место. Такой вариант освободит производителя от задачи транспортировать сырье,что позволит значительно экономить.

1.4 Из чего состоит производственная линия?

1.Шнековые дробилки. Предназначены для грубого дробления и измельчения сырья.

2.Молотковые дробилки.

3.Грохоты или вибрационное сито. Нужно для просеивания дробленого материала.

4.Устройство подачи материала на первый этап.

5.Транспортеры. Выполняют функцию подачи сырья к следующему этапу.

6.Машина для сортировки.

7.Молотильная и молотильно-дозировочная машины.

8.Мельница с жерновами.

9.Станок для смешивания шлама.

10.Вращающаяся барабанная печь.

11.Сушильная установка.

12.Холодильная установка.

13.Мельница для клинкера.

14.Ковшевой элеватор с подающими шнеками.

15.Весовое и упаковывающее оборудование.

Состав цемента

Цементная смесь получается в результате смешивания ряда компонентов:

1. Клинкера. Вещество основано на глине и известняке, используется для определения прочности материала. Производится путем обжига глины и известняка. Под воздействием высоких температур плавится, преображаясь в гранулированную фракцию с высоким содержанием кремнезема. Затем обжигается повторно.
   Гипса. Используется для регулирования процесса твердения цемента. Вводится в состав в количестве не более 5%.
   Активных минеральных добавок. Они способствуют улучшению свойств цементного состава и расширению области его использования.

При изготовлении продукции могут быть использованы другие добавки, например, окислы кальция, магния, фосфора, соли. Но они используются в небольших количествах. Их вносят для того, чтобы получить установленные характеристики — жаропрочность, кислотоустойчивость и пр.

Если технологический процесс позволяет, то в состав могут быть введены пластификаторы.

Их использование помогает получить следующие эксплуатационные характеристики:

1. Препятствовать проникновению влаги в конструкцию.
   Уменьшение времени затвердевания.
   Увеличение прочности.
   Стойкость к колебаниям температур, влиянию агрессивных сред.

В зависимости от количества добавок выделяются несколько видов продукта:

1. Портландцемент. Самая распространенная модификация, в составе которой около 80% силиката кальция. Используется при различных строительных работах. Добавление красящих веществ улучшает декоративные свойства цемента, позволяя использовать его для отделочных работ.
   Глиноземистый. Отличается ускоренным твердением. Благодаря этому свойству его используют на объектах, которым необходима срочная реставрация, например, устранение разрушений после аварий, пожаров.
   Магнезиальный. Основной компонент — оксид магния, добавляет составу прочности, повышает адгезию к древесине. Однако из-за повышенной склонности к коррозии используется редко.
   Кислотоупорный. В процессе изготовления в состав вносится наполнитель — гидроксиликат натрия, затворяющийся жидким стеклом. Используется в кислотостойких бетонах и растворах.

Технология производства

Технология изготовления цемента включает следующие этапы:

• дробление твердого сырья
• смешивание основного сырья
• обжиг сырьевых элементов
• введение в сырьевую массу добавок регулирующих свойства готового цемента
• повторный обжиг готовой смеси с постоянным перемешиванием

Для каждого этапа используется отдельный комплект оборудования, транспортировка сырья выполняется с помощью конвейерных лент, позволяя автоматизировать процесс на каждом этапе. По готовности цемента выполняется фасовка в мешки или непосредственная загрузка транспорта заказчика методом навала цемента.