Применение нанотехнологий в производстве цемента

Сегодня Узбекистан – одна из самых динамично развивающихся стран мира. Реформы, проводимые в Узбекистане в последние годы, затронули все сферы жизни нашего общества, в том числе, и строительную. Строительная отрасль относится к числу наиболее консервативных отраслей производства. В свою очередь, производство цемента является наиболее консервативной из всех строительных отраслей. Сегодня в строительстве на планетарном уровне используется портландцемент. Ежегодное производство бетона на основе портландцемента составляет более 15 млрд.т.155

Одним из крупнейших производителей цемента является Китай. В 2014 году Китай производил 70% от мирового объёма производства. До последнего времени во многих странах, в основном, цемент производили мокрым способом, который является энергоёмким, а, значит увеличивающем объёмы выбросов СО2 в атмосферу. К примеру, для производства портландцемента мокрым способом, Китай использует более 8% мирового промышленного потребления энергии.

В связи с переходом мирового сообщества к энергосберегающим технологиям, во многих странах разработаны национальные программы по переходу строительных отраслей, в том числе и производство цемента, к

• ¹⁵⁵    Бикбау М.Я., Шикун В.Н. Наноцементы – будущее мировой цементной промышленности и технологии бетонов. С 2

менее энегозатратным и экологичным технологиям. В частности, модернизация цементной промышленности предусматривает переход от мокрого способа производства к сухому. Большой вклад в развитие нанотехнологий в производстве цемента сделала Россия. Разработанная в России в первом десятилетии XXI века модификация портландцемента в наноцемент позволяет снизить энергоёмкость производства и удельные выбросы CO2, NOX и SO2 на каждую тонну цемента в 1,5-3 раза с минимальными затратами. Данная технология позволяет не только сократить энергозатраты, производя высококачественный цемент, но и решает проблему изменения климата.

Сущность новой технологии модификации портландцемента в наноцемент - в формировании на поверхности зерен портландцемента в процессе механохимической активации, совмещенной с помолом портландцемента наноразмерных по толщине сплошных оболочек – капсул из специального модификатора.156,157

Из одной тонны портландцементного клинкера (цемента класса 42,5 или 52,5) путём модификации с добавлением 1,3 тонны кварцевых песков, камня, каменных отходов, шлака и зол через механическую активацию, совмещённую с измельчением и нанокапсуляцией можно получить 2-4 тонны наноцемента класса 32,5 или 72,5.

Применение технологии нанокапсуляции позволяет снизить в цементе количество цементного клинкера в три раза, при этом, марочная твёрдость цементного камня превышает марочную прочность цемента без добавок.

Наноцементы – цементы, характеризующиеся наличием сплошной нанокапсулы (оболочки) на зернах цемента толщиной в несколько десятков нанометров из модифицированного полимерного вещества. 158

По темпам твердения и прочности на сжатие и изгиб наноцементы превосходят портландцемент, позволяя повысить класс цемента с 42,5-52,5 до 72,5-82,5.

В последние годы Узбекистан переживает период бурного строительства. Для обеспечения растущего спроса на цемент, правительством разрабатывается Концепция развития промышленности строительных материалов в период до 2025 года. В частности, основными приоритетными направлениями и мерами по снижению себестоимости цементной продукции являются:

• 1.    Более полное использование мощностей по производству сэндвич-панелей, ЖБИ, гипсокартонных изделий.

• 2.    Обновление, модернизация оборудования в малых и крупных предприятиях по производству стеновых, отделочных, материалов с

  • ¹⁵⁶    Бикбау М.Я. Нанотехнологии в производстве цемента.- М.: ОАО «Московский институт материаловедения и эффективных технологий», 2008. - 768 с.

  • ¹⁵⁷    3.Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. М., Стройиздат,1998, - 768 с.

  • ¹⁵⁸    Бикбау М.Я., Шикун В.Н. Наноцементы – будущее мировой цементной промышленности и технологии бетонов. С. 9

• 3.    Расширение цементного производства в АО «Ахангаранцемент» с переводом технологии на энергосберегающий «сухой» способ.

• 4.    Снижение энергоемкости при производстве строительных материалов, за счет осуществления инвестиционных проектов по внедрению энерго-эффективных и теплосберегающих технологий на действующих производствах, включая строительство новой помольной станции в АО «Бекабадцемент» с привлечением кредитов по линии МАР Всемирного банка.

• 5.    Вывод из эксплуатации и обновление морально и физически устаревшего оборудования, оптимизации технологических процессов и снижение потерь, позволяющие снизить затраты на электроэнергию и природный газ, увеличение производительности.

• 6.    Утилизация отходящих газов из технологических печей (печей по обжигу клинкера) на крупных предприятиях цементной промышленности.

• 7.    Организация выработки электро- и теплоэнергии на газотурбинных блоках по инновационным технологиям в крупных цементных предприятиях.159

использованием современных энергоэффективных технологических печей и оборудования.

Для успешной реализации Концепции в Узбекистане ведётся научная работа по созданию наноцементов на основе ресурсо и энергосберегающих технологий. В частности, в Ташкентском химико-технологическом институте разработана ресурсо- и энергосберегающая технология производства цемента.

В качестве сырья предусмотрено использовать многотоннажные золошлаки, фосфогипс и алунит. Состав клинкера модифицируется сульфоалюминатом кальция. Процесс спекания клинкера идет при температуре на 150-200 градусов ниже обычной. Повышается также производительность помольных мельниц: клинкерных – за счёт менее спеченного сульфоклинкера и сырьевых – за счёт не требующих помола отходов производства – фосфогипса и золошлака.

Новая технология позволяет получать следующие виды цемента: обычный, с экономией энергетических затрат до 20-25 процентов, не производимые в настоящее время в республике быстротвердеющие и высокопрочные цементы марки 550 и 600, а также расширяющие и напрягающие цементы.160

Переход от мокрого к сухому способу производства цемента позволит не только значительно увеличить объём производства, но и сократить потребление энергоносителей и количество вредных выбросов в атмосферу. С этой целью на крупных цементных предприятиях намечено проведение

159 Постановление президента республика Узбекистан «Концепция развития промышленности строительных материалов на период до 2025 года»

160 proizvodstva_cementa работ по модернизации оборудования и реконструкции предприятий.

На АО «Кизилкумцемент» намечена модернизация всех трех технологических линий производства цемента, так как они спроектированы еще в 1960-е годы. В частности, предусмотрена реконструкция линии обжига сырьевой муки до стадии охлаждения клинкера включительно. На АО «Ахангаранцемент» намечается строительство нового завода по производству цемента сухим способом проектной мощностью 6200 т клинкера в сутки (или 2,4 млн т цемента в год). На АО «Бекабадцемент» разработан сетевой график реализации проекта перехода с мокрого на сухой способ производства клинкера с увеличением проектной мощности на 1,0 млн т цемента в год. Активно ведется работа по диверсификации производства с ориентацией на выпуск ликвидной экспортноориентированной продукции. На АО «Кувасайцемент» прорабатывается вопрос модернизации действующего производства. Цель проекта — модернизация одной вращающейся печи с переходом на сухой способ производства клинкера и увеличением ее мощности на 1,0 млн т цемента в год.161

Сегодня стала очевидной необходимость перехода от «коричневых» к «зелёным» технологиям в строительной индустрии и Узбекистан вносит весомый вклад в её развитие, в том числе, внедряя нанотехнологии в производства цемента.