Цементное сырье

ЦЕМЕНТНОЕ СЫРЬЁ (а. cement raw materials; н. naturlicher Zementstein, Rohstoff fur Zementindustrie; ф. materiaux de ciment; и. materia prima de cemento) — минеральные образования, которые используются для производства цемента. Для производства 1 т цементного клинкера (полупродукта, получаемого при обжиге тонкоизмельчённой смеси известняка с глиной) расходуется 1,7-2,1 т основного минерального сырья средней влажности, причём 75-82% составляет карбонатный компонент, 18-25% глинистый. Все другие виды сырьевых материалов (железистые добавки, флюорит, фосфогипс, кремнефтористый натрий) используются в значительно меньших количествах. Из природных образований в качестве добавок при помоле цемента широко применяются искусственные гидравлические добавки (доменные гранулированные шлаки, золы уноса сланцев и углей при сжигании их в топках электростанций), а также осадочные и вулканические горные породы, а для регулирования сроков схватывания цемента — гипс.

Из карбонатных пород используются: известняк, мел, известняк-ракушечник, известковый туф; из карбонатно-глинистых — мергелистый известняк, мергель, из глинистых — глины, суглинки, глинистый сланец, лёсс, лёссовидные суглинки. В качестве добавок применяют породы осадочного (диатомит, трепелы, опоки, глиежи, спонгиолиты) и вулканического (пеплы, туфы, пемза и тpacc) происхождения. В последние годы в сырьевую цементную шихту вводятся техногенные продукты, шлаки, золы, заменяющие глинистую и частично карбонатную или только глинистую часть шихты. Технические условия, определяющие качество основных видов цементирования скважин для производства портландцементного клинкера, учитывают химически-минералогический состав клинкера, характеризующийся коэффициент насыщения (KH), силикатным (л) и глинозёмным (р) модулями.

KH кремнезёма известью (отношение количества оксида кальция в клинкере, фактически связанного с кремнекислотой, к его количеству, теоретически необходимому для полного связывания кремнекислоты в 3-кальциевый силикат) изменяется от 0,85 до 0,95. Значение n (отношение % содержания в клинкере кремнекислоты к сумме % содержания оксидов алюминия и железа) равно 1,7-3,5, а р (отношение % содержания в клинкере оксида алюминия к % содержанию оксида железа) от 0,9 до 2,5.

Карбонатное цементное сырье должно содержать (%): CaO не менее 43,5 при благоприятном значении n и р; MgO не более 2,95; предельное содержание MgO в известковом и глинистом компонентах определяется исходя из условия содержания MgO в клинкере не более 5, а содержание R₂О(Na₂О + К₂О) не должно превышать 3-4 (суммарно); SO₃ не более 1 ; P₂O₅ не более 0,4. При этом содержание SiO₂, Al₂O₃ и Fe2O₃ должно обеспечить необходимые значения пир.

В глинистом цементном сырье допускается значение n от 2,6 до 3,5 и р от 1,5 до 3. При таких значениях модулей глинистые породы должны содержать (%): SiO₂ 50-65; Al₂O₃ 15-20; Fe2O₃ 6-10; SO₃ не более 1; P₂O₅ не более 0,6; TiO₂ не более 2 (содержание CaO не ограничивается). Наряду с полезными компонентами (CaO, SiO₂, Al₂O₃ и Fe2O₃) в цементном сырье имеются вредные примеси, особенно при их значительном содержании в сырье (MgO, К₂О, Na₂О, Cl, P₂O₅, SO₃, TiO₂, MnO), а также кремневые включения в виде прослоек халцедона и сульфатная сера.

Применяемое цементное сырье для производства клинкера карбонатные и глинистые породы имеют неоднородный химический состав. Изменение его вызвано доломитизацией, окремнением пород, наличием включений изверженных горных пород и карстового песчано-гравийного материала. Эти примеси влияют на физико-механические свойства добываемых пород, которые изменяются: плотность от 2,5 до 3 т/м³; объёмная масса от 1,75 до 2,74 т/м³; коэффициент разрыхления от 1,27 до 1,7; естественная влажность от 1,13 до 10,7% (у мелов от 25 до 32%); пористость от 33 до 34%; временное сопротивление сжатию от 4 до 196 МПа; водопоглощение от 0,8 до 4,8%.

Разведанные запасы цементирования скважин на территории CCCP распределены неравномерно и сосредоточены в основном в районах регионального распространения карбонатных и глинистых пород различного возраста. Крупнейшие месторождения, на базе которых действуют цементные заводы: Афанасьевское, Щуровское, Кумовогорское, Фокинское, Белгородское, Себряковское, Вольское, Ванькинское, Новопашийское, Кунарское, Шеинское, Яшкинское, Соломинское, Новороссийское, Джегутинское, Мазульское, Таргашинское, Слюдянское ("Перевал"), Лондоковское, Длиногорское в РСФСР; Амвросиевское, Краматорское, Шебелинское, Добрянское, Здолбуновское, Гуменецкое, Бахчисарайское в Украинской CCP; Резинское в Молдавии; Колядичи и Каменка в Белоруссии; Пунане-Кунда, Карпенай и Сатини-Сесиле в Прибалтике; Цители-Цкаройское, Карадагское и Араратское в Закавказье; Астаховское, Новотаубинское, Сажаевское и Казы-Куртское в Казахстане; Керминское, Кувайское, Карахтайское и другие в Средней Азии.

В CCCP разведано 326 месторождений цементного сырья (1986), суммарные запасы которых по категориям А+В+С1 составляют около 17,6 млрд. т карбонатных и более 4,1 млрд. т глинистых пород, около 950 млн. т гидравлических песчанистых добавок. Основная масса разведанных запасов цементного сырья сосредоточена в РСФСР (56,5% карбонатных и 55,2% глинистых пород), на Украине (12,7 и 13,5% соответственно) и в Казахстане (13 и 12%).

Добыча цементного сырья в CCCP в 1985 производилась на 155 месторождениях и составила 174,3 млн. т карбонатных и 31,1 млн. т глинистых пород, 7,2 млн. т гидравлических добавок.

Сведений о мировых запасах цементного сырья нет. Но учитывая, что карбонатные и глинистые породы встречаются практически в отложениях всех геологических возрастов, их широкое площадное распространение и значительные мощности, мировые запасы цементного сырья огромны. По оценочным данным, мировая добыча цементного сырья в 1985 составила (млн. т): около 1200 карбонатные и 230 глинистые породы.