Cementmalom

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A cementmalom vagy klinkermalom (illetve "finish mill" Észak-Amerikában[1]) a cementégető kemencéből kijövő, kemény, csomós klinker őrlésére használt berendezés, ami finom minőségű szürke cement port állít elő. Jelenleg a legtöbb cementet golyós malomban őrlik.

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A korai hidraulikus cementek, mint a James Parker, James Frost és Joseph Aspdin cementgyártóké viszonylag puhák voltak. Az akkori kezdetleges technológiával őrölt cementekhez malomkövet használtak még. A portland cement elterjedése az 1840-es években nehezebbé tette az őrlést, mivel az égetőkemencében előállított klinker gyakran olyan kemény, mint maga a malomkő. Emiatt a cementet csupán durván őrölték mindaddig, amíg jobb technológia nem állt rendelkezésre. Ez a cement nem csupán nem volt reaktív, de súlyosbította a cement megbízhatatlanságát is. Ez utóbbi bomlasztó tágulást a kalcium-oxid nagy részecskéinek vízfelvétele okozta. A finom őrlés csökkenti ezt a hatást, de akkoriban még így is hónapokig kellett tárolni eladás előtt a cementet, hogy a kalcium-oxid hidratálódhasson. 1885 után a speciális acél fejlődése az őrlő berendezések újabb formáihoz vezetett, és ezután a cement finomsága rohamosan javult. Ezzel indokolható, hogy a portland cement szilárdsága négyszeresére nőtt a 20. században.[2] A technológia jelenlegi története főleg az őrlési folyamathoz szükséges energia fogyasztás csökkentésével foglalkozik.

Nyersanyagok őrlése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A portland klinker a legtöbb cement fő alkotóeleme, ami mellett egy kevés kalcium-szulfátot (jellemzően 3-10%) adnak hozzá, azért, hogy a trikalcium-aluminát később hidratálódjon. A kalcium-szulfát tartalmazhat természetes gipszet, anhidritet vagy szintetikus anyagokat, úgy mint füstgáz FDG (kén-dioxidtól megszabadított - deszulfurizált) gipsz. Ezen kívül hozzá adhatnak még 5% kalcium-karbonátot és majdnem 1% ásványt. Természetes dolog vizet adni hozzá és kis mennyiségű szerves anyagú őrlés segítőt és teljesítmény fokozót. A kevert és kőműves cement tartalmazhat még nagy mennyiségű (akár 40%) kohósalakot, mészkövet, szilikon füstöt vagy metakaolint. A gipsz és a kalcium-karbonát viszonylag puha ásvány és gyorsan finomra őrölhető. Az őrlést segítő anyagok jellemzően olyan 0.01-0.03%-ban hozzáadott kémiai anyagok, melyek bevonják az őrlés során keletkező új felületeket és megelőzik az újra összetapadást. Ilyen lehet az alginát vagy az ecetsav.

Hőmérséklet szabályozás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az őrléssel keletkező hő miatt a gipsz (CaSO4.2H2O) vizet veszít és könnyen oldható ásványokká alakul (CaSO4.0.2-0.7H2O vagy CaSO4.~0.05H2O). Ezek 2%-ára szükség van a cement trikalcium-aluminát hidratációjának szabályozásához. Ha ennél több mennyiség keletkezik a gipsz kristályosodása rossz kötésekhez vezet - a cement keverék hirtelen besűrűsödik a keverés után pár perccel és újrakeveréskor felhígul. Ezt a malomban lévő magas hőmérséklet okozza. Más részről túl alacsony sem lehet a hőmérséklet, mert a hirtelen kötések visszafordíthatatlan merevséget okoznak a keverékben. Az optimális hőmérséklet 115°C környékén van, kevés hőingadozással. Amikor a malom túl forró, gyakran adnak hozzá a gyártók 2.5% gipszet és a megmaradt kalcium-szulfátot természetes α-anhidritként (CaSO4). Hatékony modern malmoknál, ahol kevés hő termelődik, úrjra áramoltatják a malomba belépő forró levegőt.

Golyós malom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A golyós malom esetében egy vízszintesen elhelyezett, saját tengelye körül forgó cilinderbe golyókat (esetleg más alakokkal) töltenek, így azok ziláló, zúzó hatást fejtenek ki. A malomba betöltött anyag szétzúzódik a csapódások és dörzsölődések által. Az őrlőket leginkább magas krómtartalmú acélból készítik. A kifelé hajtó centrifugális erők miatt a forgás sebessége nem lehet bármekkora. A kritikus sebessége meghatározható: nC = 42.29/√d, ahol d a belső átmérő (méterben). A golyós malmokat általában a kritikus sebesség 75%-ával szokták működtetni, így egy 5 méter átmérőjű malmot úgy 14 rpm-mel szoktak forgatni.

A malom általában két kamrára van felosztva, ezáltal egyszerre különböző méreteket lehet őrölni. A klinker csomók (akár 25 mm átmérőjű is lehet) szétzúzására nagy golyókat használnak a bemenetnél (60-80 mm átmérőjű). Kétkamrás malom esetén a második kamra őrlője általában 15-40 mm között szokott lenni, de akár 5 mm-essel is lehet találkozni. Általános szabály, hogy az őrlő mérete legyen arányos az őrlemény méretével: nagy őrlővel nem lehet rendkívül finoman őrölni, ugyanakkor kis őrlővel nem lehet a nagyobb szemeket szétzúzni. A négykamrás malom viszonylag ritka ma már. Alternatív sokkamrás malmok lehetnek:

  • malom párok tandemként futnak, különböző méretű őrlőkkel.
  • alternatív technológia használata (finom őrlés előtt a klinker törése golyós malomban).

A malmon légáram megy keresztül. Ez segíti a malom hűlését, és kiviszi az elpárolgó nedvességet, amely máskülönben akadályozná az anyag vándorlását. A füstös távozó levegőt általában zsákos szűrőkkel tisztítják.

Zárt keringetésű rendszer[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Mivel a golyós malmokban való őrlés korai hatékonysága sokkal nagyobb, mint az ultra-finom részecskék kialakulása, így a golyós malmok leghatékonyabban durva őrlésre képesek. A finom részeket el kell különíteni és a durvákat visszaküldeni a malomba őrlésre. A visszakerülő anyag mértéke 10-30% között mozog átlagos cement őrlésekor, de extrém finomságú cement esetén ez akár 85-95% is lehet. A modern malmoknál olyan szétválasztók vannak, amit precízen választják szét a méreteket, így a működtetés kevesebb energiába kerül. A hatékony zárt keringetésű rendszer egységes részecske méretű cementet állít elő.

Energia fogyasztás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A cementmalmokat általában elektromosan hajtják: P = 0.285 d (1.073-j) m n ahol d a belső átmérő méterben, j a malomban lévő őrlő térfogatának hányada, m a malomban lévő őrlő tömege tonnában, és n a malom sebessége, rpm. A motor valódi energiafogyasztása 5-10%-kal nagyobb ennél a mechanikus veszteségek miatt.

A malom teljesítménye függ a ráfordított energia mennyiségétől, a termék finomságától és a klinker keménységétől. Az őrlési folyamat energia felhasználása nagyban függ a klinker keménységétől. Ez függ a klinker ásványi összetételétől és a termál történetétől.

Görgős malom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az elmúlt években már használják, de teljes körben még nem elfogadottak. Energiaszükségletük csupán fele ugyan a golyós maloménak, viszont a cementben lévő részecskék méretének elosztása nem túl jó, ami problémát jelent.

Jegyzetek és hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. spanyolul: molino de cemento, franciául: broyeur de ciment, németül: Zementmühle
  2. P. C. Hewlett (Ed)Lea's Chemistry of Cement and Concrete: 4th Ed, Arnold, 1998, ISBN 0-340-56589-6, p 12