Tehnologija proizvodnje cementa

Projekt Inovativna kola za zelenu budunost

Primjer dobre prakse - Naicecement d.d.

Tehnologija proizvodnje cementa

Damir ulc, mag.in.kem.in.uz financijsku pomo Europske unije broj ugovora: HR.3.1.14-0014

1

CementCement je hidraulino vezivo.Veziva su tvari koje slue za:- spajanje raznog graevinskog materijala kod gradnje npr. kamenja ili cigle,- pravljenje buke za zidove,- povezivanje ljunka i pijeska u vrsti beton.Veziva imaju svojstva da djelovanjem kemijskih procesa u danom momentu otvrdnu i veu. Hidraulina veziva otvrdnu djelovanjem vode, a nastala masa ni pod vodom ne omeka. Naicecement d.d. proizvodi ove tipove portland cementa ope namjene:- CEM I 52,5N- CEM I 42,5R- CEM II/A-M (S-V) 42,5N- CEM II/A-S 42,5R- CEM II/B-M (P-S) 32,5R- CEM III/B 32,5N SR-LHUz cemente ope namjene, proizvodi se i zidarski cement: MC 5.

2

Ukupni proizvodni kapacitet tvornice je 1 000 000 tona cementa na godinu.Proizvodni proces se nadovezuje na proces eksploatacije sirovine, a tehnoloki je projektiran kao suhi postupak sa dvije komponente. Zapoinje sa oplemenjivanjem sirovine, a zavrava sa otpremom gotovih proizvoda.Proces proizvodnje je podijeljen u slijedee tehnoloke cjeline:1 Oplemenjivanje sirovine2 Proizvodnja sirovinskog brana3 Proizvodnja klinkera4 Proizvodnja cementa5 Otprema cementa.

Proizvodnja je masivna, kontinuirana, a izmeu tehnolokih cjelina su meuskladita koja definiraju poetak odnosno zavretak tih cjelina. Proces je u visokom stupnju automatiziran.

Sustav upravljanja je integriran i sastoji se od: - ISO 9001:2008 sustava upravljanja kvalitetom - ISO 14001:2004 sustava upravljanja okoliem - ISO 18001:2008 sustava upravljanja zdravljem i sigurnou na radu.U postupku je uvoenje i sustava za upravljanje energetskom uinkovitou u skladu s normom ISO 50001.Tehnologija proizvodnje je skup svih procesa koje prolazi proizvodnja od poetne faze do gotova proizvoda. 3

Shematski prikaz tehnologije proizvodnje4

Proizvodnja klinkeraOsnovna sirovina su laporoviti vapnenci. Korektivna sirovina su glinoviti pijesci. Obje vrste sirovina se eksploatiraju na povrinskim kopovima Bukova glava i Vranovi, koji su smjeteni uz tvornicu. Sirovina se transportira kamionima do drobilice, drobi i deponira u depo hali.Trenutno se u NC realizira projekt koji e omoguiti veu upotrebualternativnih sirovina u svrhu materijalne oporabe.Alternativne sirovine su nusprodukti ili otpad iz drugih proizvodnihprocesa, a koje je mogue prema fizikalnim i kemijskim svojstvimauklopiti u proizvodnju sirovinskog brana odnosno klinkera.To su materijali kao: elianska troska, piritna ogorina, pepeotermoelektrana, industrijski gips, Koritenjem alternativnih sirovina: uvamo prirodne sirovine zabudue generacije, smanjujemo emisiju CO2 i recikliramo otpad. Nadzor i kontrola kvalitete sirovine provodi se neutronskim analizatorom, koji kontinuirano mjeri kemijski sastav, a rezultate analiza prikazuje svake minute. 5

Daljnja priprema sirovine se odvija suenjem u suari sirovine, te mljevenjem kuglama u mlinu sirovine. Proizvedeno sirovinsko brano je poluproizvod koji se skladiti i homogenizira u silosu sirovinskog brana.

Sirovinsko brano ima ciljani kemijski sastav, da bi u procesu peenja iz njega nastao klinker eljenog kemijskog i mineralokog sastava. Osnovna komponenta je kalcij karbonat, koji arenjem na 850-900 C, prelazi u kalcij oksid: CaCO3 CaO + CO2 Pratei oksidi, potrebni za stvaranje minerala klinkera su: SiO2, Al2O3 i Fe2O3. Kemijski sastav glavnih oksida izarenog sirovinskog brana za portland cementni klinker uobiajen je u slijedeim granicama masenog udjela: Osim glavnih oksida u sastavu sirovinskog brana sadrani su i oksidi minornih elemenata: MgO, Mn2O3, TiO2, SO3, K2O, Na2O i TOC. Upotrebom alternativnih sirovina, u proces proizvodnje mogu se unijeti nepoeljni elementi kao: Cl-, teki metali i drugi akcesorni spojevi. Zbog toga je trenutno u realizaicji projekt ugradnje neutronskog analizatora ispred mlina sirovine.6

OksidMaseni udio [%]CaO65 68SiO221 23Al2O35 7Fe2O32 4

Osim kemijskog sastava zadani su i odnosi (moduli) meu glavnim oksidima, koji tvore minerale klinkera:

Kemijskim sastavom i optimalnim vrijednostima ovih modula u sirovinskom branu, definiran je pravilan odnos minerala u klinkeru. Kao glavni energent za peenje klinkera, koristi se petrol koks kalorine vrijednosti 31-35 MJ/kg.

U valjkastom mlinu petrol koks se sui i melje na zadanu finou, a iz sigurnosnih razloga cijelo postrojenje je opremljeno sustavom zatite od eksplozije i poara. Samljevena praina se skladiti u posebnim silosima sa odgovarajuim sustavima za vaganje i doziranje na plamenike.7ModulIzraunOptimalna vrijednostStupanj zasienjaSZ = (100xCaO) / (2,8xSiO2 + 1,2xAl2O3 + 0,65x Fe2O3)95 - 100Silikatni modulSM = SiO2 / (Al2O3 + Fe2O3)1,8 - 2,5Aluminatni modulAM = Al2O3 / Fe2O31,5 - 2,5

Peenje i hlaenje klinkera se odvija u spojenom sustavu postrojenja: ciklonski izmjenjiva topline, predkalcinator, rotacijska pe, hladnjak i vreasti otpraiva. Ciklonski izmjenjiva ima jednu liniju sa etiri stupnja izmjene topline (4 ciklona), od kojih je prvi stupanj dvostruki. U ciklonima se protustrujno vrtloe sirovina i dimni plinovi i izmjenjuju toplinu. Izmeu 3. i 4. stupnja je ugraen kalcinator sa plamenikom, uslijed ega se sirovina dodatno zagrijava i dekarbonatizira. Na ulazu u pe sirovina ima 1000 C i oko 80 % je dekarbonatizirana. Raspodjela energenta je 45% na plameniku kalcinatora i 55% na plameniku pei. Dimni plinovi na izlazu ciklonskog tornja imaju temperaturu 360-390 C koriste se za suenje sirovine, odnosno energenta u procesu mljevenja. Prolaskom i zagrijavanjem kroz rotacijsku pe, u sirovini se odvija proces sinteriranja (ili klinkerizacija - formiranje minerala klinkera na temperaturama od 1450 C) i stvaranja klinkera. Ispeeni klinker ispada iz pei sa temperaturom od 1250 C u hladnjak, gdje se zrakom hladi na 100 C. 8

Na slici je shematski prikazano kako nastaju minerali klinkera, iz sirovine uz porast temperature. Zagrijavanjem se mineralna sirovina dekarbonatizira i poinje mekati, a iznad 1 300 C se stvara i tekua faza. Na najvioj tempearturi od 1 500 C odvija se sinteriranje i klinkerizacija, kada nastaju minerali klinkera. Prema izlazu pei se protee zona hlaenja, u kojoj pravilno rastu minerali klinkera. Ohlaeni klinker se skladiti u silosima klinkera. Izlazni plinovi se otprauju vreastim otpraivaem prije isputanja u atmosferu.

Glavni minerali portland cementnog klinkera su:

Klinker je osnovni sastojak cementa, a minerali klinkera su glavni nositelji hidraulinih svojstava cementa.Mineraloki sastav klinkera se odreuje u laboratoriju rendgenskom difrakcijom (XRD) ili mikroskopom.U procesu proizvodnje klinkera, koriste se i alternativna goriva: otpadne gume i otpadna ulja .

10Kemijski nazivFormulaOznakaMineralPostotaktrikalcijev silikat3 CaO SiO2C3Salit55 - 65dikalcijev silikat2 CaO SiO2C2Sbelit10 - 20trikalcijev aluminat3 CaO Al2O3C3Aaluminat 9 - 13tetrakalcijev alumoferit4 CaO Al2O3 Fe2O3C4AFferit 8 - 12

Razliiti energenti se doziraju na upravljakom panelu ucentralnoj upravljakoj sobi proizvodnje klinkera.Na glavni plamenik pei je mogue dozirati i RDF.To je alternativno gorivo obraeno iz komunalnog, odnosno industrijskog otpada.Na plameniku pei je omogueno mijenjanje parametaraza nain sagorijevanja razliitih vrsta energenata, kao isamog oblika plamena.

U procesu sagorijevanja nastaju i potencijalno opasni spojevi i tvari koje mogu zavriti u atmosferi. Zbog toga su propisane zakonske granice i nadzor nad takvim tvarima. 11

Emisije Nox se neutraliziraju doziranjem 25%-tne otopine amonijaka: Odsumporavanje dimnih plinova se provodi dodavanjem hidratnog vapna u dimne plinove:

Prakaste tvari se hvataju i eliminiraju iz emisija u vreastom filteru pei.

12

Hidratno vapno se razlae na visokim temperaturama, kemijski reagira sa oksidima sumpora u dimnim plinovima rotacijske pei i stvara rea gips, koji se ugrauje u minerale klinkera i sa klinkerom izlazi iz procesa.Otopina amonijaka se dozira na tono odreena mjesta u ciklonskom izmjenjivau topline, u zoni temperatura 800 900 C, gdje se odvijaju kemijske reakcije redukcije oksida NOx. U oba sluaja to su sloene kemijske reakcije razliitih stupnjeva oksida duika i sumpora, i odvijaju se na razliitim temperaturama.Rezultat toga je proiavanje dimnih plinova i dovoenje koncentracije navedenih oksida u zakonom propisane granice, to se vidi na kontinuiranom mjerenju emisija sastava dimnih plinova rotacijske pei, kao i isti zrak.13

Upravljanje procesa, odvija se u centralnoj upravljakoj sobi proizvodnje klinkera, gdje se nadziru svi bitni parametri procesa. Upravljai procesa prate trendove bitnih parametara procesa i ostvarene kvalitete, te regulacijom dovode parametre u propisane granice.Tu se prate i svi sigurnosni parametri, te zvune signalizacije u sluaju njihovih prekoraenja.

Proces proizvodnje klinkera se odvija na visokim temperaturama i proizvodno postrojenje se mora zatiti vatrostalnim materijalima. Sagorijevanje energenata se odvija zbog sigurnosti u oksidacijskoj atmosferi, uz suviak kisika od 2,5 do 3,5% O2. To je i glavni razlog zbog kojeg oko 15% trovalentnog Cr2O3 iz sirovine, oksidira u nepoeljan esterovalentni Cr2O72- u klinkeru koji u dodiru s koom stvara alergijski dermatitis, a duom izloenou moe prei u rak koe. Da bi se neutraliziralo njegovo tetno djelovanje, u proizvodnji cementa se naknadno dodaje reducens kroma.

14

Proizvodnja cementaMineralni dodaci iz industrijskih ili prirodnih izvora koji se koriste u proizvodnji cementa prije mljevenja se prema zadanim recepturama mijeaju u zadanim omjerima na depou dodataka.

Dodaci su: troska, tuf, vapnenac, letei pepeo, te gips.Troska (granulirana zgura visoke pei) sadri dvije treinemasenog udjela staklaste faze i ima hidraulina svojstva.Letei pepeo je industrijski pucolan koji nastaje sagorijevanjem ugljena u termoelektranama i ima pucolanska svojstva.

15

Tuf spada u prirodne pucolane. To su tvari vulkanskog porijekla, koje imaju pucolanska svojstva: fino samljeveni uz dodatak vode, kemijski reagiraju s CaO iz klinkera i doprinose razvijanju vrstoa.Vapnenac je inertno punilo, a koristi se u proizvodnji zidarskog cementa.Gips (CaSO4 x 2H2O) je prirodni mineral, a dodaje se drugim sastojcima u prozvodnji cementa za regulaciju vezivanja. Gips prema normi za cement ne spada u konstituente, ali bez njega nema cementa jer on omoguava vrijeme prerade i oblikovanja cementnog morta.Dodaci se sue u suari dodataka:

Svi dodaci i klinker se transportiraju u bunkere na mlinici cementa. Osim komponenti, u proizvodnji cementa se dodaju i aditivi. To su organski spojevi uglavnom u tekuem stanju, a slue za efikasnije voenje procesa i za poboljanje odreenih svojstava cementa. U zidarski cement se dodaje i aerant. To je organski spoj koji uvlai zrak u svjei mort, to kasnije daje izolacijsko svojstvo tom betonu. Osim aditiva, dodaje se i sredstvo za redukciju kroma VI u cementu. To je sredstvo u prakastom stanju, na bazi oksida antimona.

16

U mlinovima cementa se prema zadanim recepturama, odvija procesproizvodnje cementa. Proces je automatiziran, a nadzire se iz centralneUpravljake sobe mlinice cementa.

17

Upravlja procesa preko upravljakih panela vodi proces i nadzire parametre procesa.

Mljevenje cementa se provodi u dvokomornom cijevnom mlinu sa kuglama, na zadanu finou. Gotov se proizvod skladiti u silose cementa. Veliina i finoa estica krajnjeg produkta imaju veliki utjecaj na kvalitetu cementa u procesu hidratacije cementa. Kad se cement pomijea s vodom, nastaju sloene reakcije hidratacije. Proces hidratacije se odvija na nain da molekula vode reagira s CaO iz minerala klinkera. Nastaju koloidalni i kristalinini hidratizirani spojevi, tvorei metastabilne gelove. Gelovi se sue i prelaze u stabilnije forme, te konano u kristalinine produkte. Reakcija hidratacije je egzoterman proces u kojem se oslobaa toplina i kod proizvodnje betona (cement+voda+pijesak i ljunak) mora se paziti da ne doe do pucanja betona. Proces ukruivanja plastine mase cementa i vode, je svojstvo vezivanja cementa. Konane vrstoe su najvanija svojstva koja cement daje betonima nakon zavrene reakcije hidratacije.

18

Proizvedeni cement se skladiti i uva u silosima cementa.Pri procesu uvanju u silosima, ne smiju se naruiti svojstva i kvaliteta uskladitenog cementa. Iz silosa se cement otprema ili uvreava i paletizira. Uvreavanje i paletizacija se odvija na dvije potpuno automatizirane linije. Proces paletizacije zavravasa foliranjem kompletne palete. Time se omoguavadulje stajanje palete sa cementom na otvorenom.

19

Cement se iz tvornice distribuira kao rasuti cement (u rinfuzi) i kao pakirani cement u vreama, na paletama. Transport se odvija cisternama i kamionima.

U procesu izgradnje je i industrijski kolosjek, koji e omoguiti i otpremu cementa, kao i dopremu energenata i komponenti za cement eljeznicom.20

21Hvala!

PRIKAZ STVARANJAMINERALNIH FAZA U SIROVINI, U OVISNOSTI O TEMPERATURI

PRIKAZ STVARANJA MINERALNIH FAZA U SIROVINI, U OVISNOSTI O TEMPERATURI