Цемент — ключевой ингредиент бетона, который используется для строительства практически всех конструкций: от домов и мостов до тротуаров и канализационных систем. Бетон получают путем смешивания цемента с наполнителем — песком, гравием и водой. Этот состав образует пасту, которая со временем затвердевает. Цемент придает бетону вяжущее свойство, благодаря которому материал затвердевает.
Производство цемента — сложный процесс, включающий несколько этапов. Каждый этап играет важную роль в качестве конечного продукта. В этой статье мы опишем, как производится цемент в четырех стадиях производственного процесса.

Мы условно разделили производство цемента на четыре этапа.

Рудные породы добываются в карьерах и измельчаются на более мелкие куски размером около 6 дюймов. Затем вторичные дробилки или молотковые мельницы уменьшают их до еще меньшего размера — 3 дюйма. После этого ингредиенты готовятся к пирообработке.

Измельченные сырьевые ингредиенты смешивают с добавками до получения однородной смеси. Состав цемента здесь дозируется в зависимости от желаемых свойств цемента. Обычно 80% составляет известняк, а остальные 20% — глина.
На цементном заводе сырьевая смесь высушивается таким образом, чтобы содержание влаги снизилось менее чем до 1%. Тяжелые колесные валки и вращающиеся столы перемешивают сырьевую смесь, а затем валки измельчают ее до мелкого порошка, который подается в печь.

После выхода из печи клинкер быстро охлаждают до 100−200°С, пропуская через него воздух. На этом этапе различные добавки смешиваются с измельчаемым клинкером для получения конечного продукта — цемента. Добавление гипса и измельчение его с клинкером регулирует время схватывания и придает самое важное свойство цемента — прочность на сжатие. Это также предотвращает налипание порошка на поверхности механизма. Некоторые органические вещества, такие как триэтаноламин, добавляются в качестве вспомогательных средств для измельчения. Иногда используются и другие добавки: этиленгликоль, олеиновая кислота и додецилбензолсульфонат.
Тепло, выделяемое клинкером, возвращается обратно в печь для экономии энергии. Последний этап изготовления цемента — измельчение. Клинкер после охлаждения переносится во вращающиеся барабаны и измельчается в очень мелкий порошок. Этот порошок и есть конечный продукт — цементом.

Для производства цемента нужны определенные ингредиенты: известняк, песок и глина, сланец, летучая зола, окалина и бокситы.

В камере предварительного нагрева материал проходит через обработку горячими газами, чтобы снизить потребление энергии и сделать процесс производства цемента более экологически чистым.
Нагрев состава в печи — основной этап процесса производства цемента.
Несмотря на сложность процесса, события производства клинкера можно записать в следующей последовательности:

1. Испарение свободной влаги.
2. Преобразование влаги в глинистых компонентах.
3. Прокаливание карбоната кальция CaCO ₃ до оксида кальция CaO.
4. Реакция CaO с кремнеземом с образованием двухкальциевого силиката.
5. Реакция CaO с алюминиевыми и железосодержащими компонентами.
6. Образование клинкерных конкреций.
7. Испарение летучих компонентов.
8. Реакция избытка CaO с двухкальциевым силикатом.

Вышеупомянутые события можно свести к четырем основным этапам, основанным на изменении температуры внутри печи:

1. 100°C: испарение свободной воды.
2. 100 °C — 430°C: дегидратация и образование оксидов кремния, алюминия и железа.
3. 900 °C — 982°C: выделяется CO2 и образуется CaO в результате прокаливания.
4. 1510°C: образуется цементный клинкер.

Печь расположена под углом 3 градуса к горизонтали, чтобы материал мог пройти через нее в течение 20−30 минут. К тому времени, когда сырьевая смесь достигает нижней части печи, образуется клинкер.