Для производства портландцемента в качестве сырьевых материалов применяют главным образом карбонатные и глинистые породы, а также другие природные виды сырья и искусственные материалы, получаемые в виде промышленных отходов.

Помимо основных сырьевых материалов в производстве портландцемента используют и различные корректирующие добавки.

Карбонатные породы. Карбонатные породы — осадочные или метаморфические горные породы известнякового, доломитового и карбонатно-глинистого состава. Все разновидности карбонатных пород — известняк, мел, известняк-ракушечник, известковый туф, мергелистый известняк, мергель, за исключением мрамора, — находят применение в производстве портландцемента. Во всех этих горных породах наряду с углекислым кальцием СаС03 могут содержаться примеси глинистых веществ, доломита, кварца, гипса. Содержание в известковых породах глинистых веществ не ограничено; примеси доломита и гипса в больших количествах вредны.

Качество карбонатных пород как сырьевого материала для производства цемента зависит от их физических свойств и структуры: породы с аморфной структурой легче взаимодействуют при обжиге с другими составляющими сырьевой смеси, чем породы с кристаллической структурой.

Известняки — один из основных видов известкового сырья. Плотные известняки, широко распространенные, часто имеют мелкокристаллическую структуру. Плотность известняков составляет 2700—2760 кг/м3; прочность на сжатие до 250—300 МПа; влажность колеблется от 1 до 6%. Наиболее пригодны для производства цемента мергелистые и пористые известняки с невысоким пределом прочности при сжатии, не содержащие кремниевых включений.

Мел — осадочная мягкая, легко растирающаяся горная порода, представляющая собой разновидность слабо сцементированного мажущего известняка. Мел легко измельчается при добавлении воды и является хорошим сырьем для производства портландцемента.

Мергель — осадочная порода, представляющая собой смесь мельчайших частиц СаСОэ и глины с примесью доломита, тонкого кварцевого песка, полевого шпата и др. Мергель — переходная порода от известняков (50—80%) к глинистым породам (20—50%). Если в мергелях соотношение между СаСОэ и глинистой породой приближается к требуемому для производства портландцемента и значения силикатного и глиноземного модулей находятся в допустимых пределах, то мергели называют натуральными или цементными.

Структура мергелей различная: плотная и твердая или землисто-рыхлая. Залегают мергели большей частью в виде слоев, отличающихся один от другого по составу. Плотность мергелей колеблется от 2000 до 2500 кг/м3; влажность в зависимости от содержания глинистых примесей 3—20%.

Глинистые породы. Для цементного производства применяют следующие виды глинистых пород: глину, суглинок, глинистый сланец, лесс и лессовидные суглинки.

Глины — тонкодисперсные осадочные горные породы, состоящие из различных минералов: каолинита, монтмориллонита, гидрослюд и других гидроалюмосиликатов. Глина при увлажнении разбухает и приобретает пластичность. При сухом способе производства пластичность и связующая способность глины обеспечивают возможность брикетирования и гранулирования сырьевой муки.

Суглинок — глина, содержащая повышенное количество песчаных и пылеватых частиц.

Глинистые сланцы — твердые плотные горные породы с ориентированным расположением слагающих минералов, тонкослоистой структурой и хорошо выраженной сланцеватостью — способностью легко раскалываться на тонкие пластинки. Глинистые сланцы по сравнению с глиной характеризуются меньшей влажностью, более постоянным составом и не смерзаются зимой при хранении на складах.

Лесс Лессовидный суглинок — пористая тонкозернистая, рыхлая горная порода, состоящая из очень тонких пылевидных частиц кварца, полевого шпата, глинистых материалов и некоторых других силикатов. Он содержит значительное количество карбоната кальция. Пористость лесса 48—50%, пластичность его невелика.

Лессовидный суглинок — суглинок, переходный по своим свойствам к лессу.

Глинистые породы обеспечивают в сырьевой смеси необходимое количество и соотношение кислотных окислов: Si02, AI2O3 и Fe203.

К химическому составу глинистых пород, используемых при производстве цемента, установлены следующие требования. Количество СаО не ограничивается. Допустимое содержание MgO зависит от содержания его в известковом компоненте и ограничивается условием получения клинкера с содержанием MgO не более 5%. Содержание Na20 и КгО в сумме не должно превышать 3—4%, a S03 — не более 1 %.

Промышленные отходы. В качестве сырьевых компонентов на некоторых цементных заводах используются отходы различных отраслей промышленности. Наиболее широко применяют доменные шлаки, которые представляют собой силикатные и алюмосиликат- ные расплавы, получающиеся при выплавке чугуна, а также нефелиновый (белитовый) шлам — отход производства окиси алюминия из нефелинов, сиенита и других горных пород.

Нефелиновый шлам на 80% состоит из белита (2Ca0-Si20), который полностью заменяет глинистый компонент в сырьевой смеси и примерно на 50% карбонатный. При использовании белито- вого шлама в сырьевую смесь обычно вводят одновременно две корректирующие добавки — глиноземистую и железистую. Недостаток нефелинового шлама — наличие повышенного содержания щелочей.

Минерализаторы. Минерализаторы — вещества, которые активно участвуют в образовании клинкерных минералов при обжиге и сами частично входят в их состав. В качестве минерализаторов в цементной промышленности используют плавиковый шпат — флюорит CaF2, фосфогипс, кремнефтористый натрий Na2SiF6, апатит Ca5(P04)3F, гипс и др.

Фосфогипс — продукт, вырабатываемый из отходов производства фосфорной кислоты, из флотационного апатитового концентрата или флотационного фосфата. Фосфогипс в основном состоит из двуводного сульфата кальция и содержит примеси фосфорной кислоты, неразложенного сульфата, глинистых минералов и др.

В состав шлама вводят фосфогипс в количестве до 1% в пересчете на S03 от массы загружаемого сырья. В цементной промышленности фосфогипс применяют как интенсификатор процесса обжига, а также взамен гипса при помоле цемента.

Плавиковый шпат (флюорит) — минерал состава CaF2, содержащий 48,8% F и 51,2% Са. Обычно плавиковым шпатом называют как минерал, так и флюоритовую руду и концентрат. В производстве цемента плавиковый шпат используют с содержанием CaF2 не менее 65% и Si02 не более 30%.

Корректирующие добавки. Такие добавки — железосодержащие, глиноземистые и кремнеземистые — вводят в сырьевую смесь для корректирования величин кремнеземного и глиноземного модулей.

В качестве железосодержащей добавки обычно применяют пирит- ные огарки с сернокислотных заводов, реже колошниковую пыль доменных печей. В качестве глиноземистой добавки используют богатые глиноземом маложелезистые глины, боксит, реже каолин. Кремнеземистой добавкой служат кварцевые пески, опоки, трепелы.

Для снижения влажности шлама (разжижения шлама) используют жидкие концентраты сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ).