Cementmalom

A cementmalom vagy klinkermalom (illetve "finish mill" Észak-Amerikában) 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

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. A technológia jelenlegi története főleg az őrlési folyamathoz szükséges energia fogyasztás csökkentésével foglalkozik.

Nyersanyagok őrlése

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, szilikaport 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

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, újra áramoltatják a malomba belépő forró levegőt.

Golyós malom

A golyós malom esetében egy vízszintesen elhelyezett, saját tengelye körül forgó cilinderbe golyókat (esetleg más alakút) 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: n_C = 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

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.

Energiafogyasztás

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

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.