Как делают цемент и из чего: полный цикл от карьера до мешка

Цемент получают путём обжига смеси известняка и глины при высокой температуре с последующим помолом. Результат обжига называется клинкером, именно он определяет прочность готового продукта. Добавление гипса при помоле регулирует скорость схватывания, а различные минеральные добавки позволяют получать цемент разных марок.

Из чего делают цемент

Основное сырьё: известняк (его доля в смеси около 75–80%) и глина (15–20%). Известняк поставляет оксид кальция, глина даёт оксиды кремния, алюминия и железа. Именно соотношение этих компонентов определяет марку и свойства будущего цемента. На некоторых заводах вместо чистой глины используют промышленные отходы: золу от сжигания угля, доменный шлак или кремнезёмистый шлам, что удешевляет производство и решает задачу утилизации.

Добыча сырья ведётся в открытых карьерах, как правило расположенных в непосредственной близости от завода: известняк тяжёлый, и лишние перевозки существенно поднимают себестоимость. В России крупнейшие цементные предприятия сосредоточены в Белгородской, Липецкой, Новгородской областях и на Урале, где залегают подходящие карбонатные породы.

Основные этапы производства

Первый этап — подготовка сырьевой смеси. Известняк дробят до кусков размером 10–30 мм, затем вместе с глиной измельчают в мельницах до порошка тонкостью 80–100 мкм. Существуют два способа подготовки: сухой (порошок) и мокрый (водный шлам с влажностью 35–40%). Сухой способ энергоэффективнее, мокрый проще в управлении однородностью смеси.

Второй этап — обжиг в трубчатой вращающейся печи. Печь представляет собой металлический цилиндр диаметром 4–7 м и длиной до 185 м, наклонённый под углом 3–4 градуса. Материал медленно движется от загрузочного конца к горелке. В зоне декарбонизации при 900 °C из известняка выделяется углекислый газ, и оксид кальция вступает в реакции с оксидами глины. В зоне спекания температура достигает 1450 °C: здесь формируются основные минералы клинкера, алит, белит, алюминат и алюмоферрит кальция. Раскалённые гранулы клинкера диаметром 10–40 мм выходят из печи и резко охлаждаются в холодильнике до 80–100 °C.

Третий этап — помол клинкера. Остывший клинкер вместе с 3–5% гипса и различными добавками (шлак, зола, известняк) загружается в шаровые или вертикальные мельницы. Тонкость помола критически важна: частицы размером 10–40 мкм обеспечивают нужную скорость гидратации и набор прочности. Готовый цемент пневмотранспортом подаётся в силосы-накопители объёмом 5 000–20 000 тонн.

Марки и виды цемента

Марка цемента обозначает его прочность на сжатие в кгс/кв.см через 28 суток твердения. Самая распространённая в строительстве: ПЦ 500 (портландцемент марки 500). ПЦ 400 используют в жилом строительстве, ПЦ 500 и ПЦ 550 применяются в промышленных объектах, мостах, гидротехнических сооружениях. Шлакопортландцемент (ШПЦ) дешевле и применяется там, где не требуется быстрый набор прочности. Белый цемент производят из сырья с минимальным содержанием железа и марганца, он нужен для декоративных работ.

Сколько занимает полный цикл

От загрузки сырья в печь до засыпки готового цемента в силос проходит около 20–24 часов. Сам клинкер выдерживают на складе несколько суток до помола, чтобы стабилизировать температуру и снять внутренние напряжения. Производительность крупного завода составляет 2–5 миллионов тонн цемента в год. Типовой мешок в 50 кг на выходе содержит примерно 70 кг исходного сырья: часть массы «уходит» в виде углекислого газа при декарбонизации известняка.