Карбонатные породы – осадочные или метаморфические горные породы известнякового, доломитового и карботнато-глинистого состава. Все разновидности карбонатных пород – известняк, мел, известняк-ракушечник, известковый туф, мергелистый известняк, мергель, за исключением мрамора, — находят применения в производстве цемента.
Во всех этих горных породах наряду с углекислым кальцием СаСО3 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 не высоким 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 цемента.
Мергель – осадочная порода, представляющая собой смесь мельчайших частиц СаСО3 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 СаСО3 и глинистой породой приближается к требуемому для производства цемента 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 200 до 2500 кг/м3; влажность в зависимости от содержания глинистых примесей 3-20%.
Для производства цемента можно применять различные виды карбонатных пород, как-то: известняк, мел, известковый туф, известняк-ракушечник, мергелистый известняк, мергель и т. п.
Во всех этих горных породах наряду с углекислым кальцием, главным образом в виде кальцита, желательно тонкодисперсного, могут содержаться примеси глинистых веществ, доломита, кварца, гипса и ряда других. Глину в производстве цемента всегда добавляют к известняку, поэтому примесь в нем глинистых веществ желательна. Примеси доломита и гипса в больших количествах вредны. Содержание MgO и SО3 в известковых породах должно быть ограничено. Кварцевые зерна не являются вредной примесью, но затрудняют производственный процесс.
Качество карбонатных пород зависит и от их структуры: породы с аморфной структурой легче взаимодействуют при обжиге с другими составляющими сырьевой смеси, чем породы с кристаллической структурой.
Плотные известняки, имеющие часто мелкокристаллическую структуру, широко распространены и являются одним из главных видов известкового сырья. Встречаются кремнистые известняки, пропитанные кремнекислотой. Для них характерна особенно большая твердость. Наличие в известняке отдельных кремневых включений затрудняет его использование, так как включения эти необходимо отделять вручную или на обогатительных фабриках путем флотации.
Обогащение цементного сырья путем флотации применяется лишь на некоторых зарубежных цементных заводах, имеющих некондиционное сырье. Такое обогащение может оказаться целесообразным только в тех районах, где нет более чистого сырья, пригодного для производства цемента.
Мел представляет собой мягкую, легко растирающуюся породу, состоящую из частиц с сильно развитой поверхностью. Он легко измельчается при добавлении воды и является хорошим сырьем для производства цемента.
Известковые туфы — сильно пористая, иногда рыхлая карбонатная порода. Туфы сравнительно легко разрабатываются и также являются хорошим известковым сырьем. Примерно такими же свойствами обладают и известняки-ракушечники.
Объемный вес плотных известняков равен 2000-2700 кг/м3, а мела — 1600-2000 кг/мЗ. Влажность известняка колеблется в пределах 1-6%, а мела 15-30%.
Наиболее пригодны для производства цемента мергелистые и пористые известняки с невысоким пределом прочности при сжатии (100-200 кг/см2), не содержащие кремневых включений. По сравнению с твердыми и плотными разновидностями такие известняки легче измельчаются и быстрее наступают при обжиге в реакцию с другими компонентами сырьевой смеси.
Мергель является осадочной породой, представляющей собой природную гомогенную смесь кальцита и глинистого вещества с примесью доломита, тонкого кварцевого песка, полевого шпата и др. Различают известковые мергели, глинистые мергели и т.д. Если в мергелях соотношение между углекислым кальцием и глинистым веществом приближается к требуемому для производства цемента и значения силикатного и глиноземного модуля находятся в допустимых пределах, то их называют натуральными или цементными. Обжигают их в виде кусков (без всяких добавок) в шахтных печах, чем устраняется предварительная, подготовка сырьевой смеси и снижается стоимость готового продукта. Однако такие мергели встречаются весьма редко.
Мергели имеют различную структуру. Одни из них плотные и твердые, другие — землисторыхлые. 3алегают они большей частью в виде слоев, отличающихся друг от друга по составу. Объемный вес мергелей обычно колеблется в пределах 2000-2500 кг/мЗ; влажность их, в зависимости от содержания глинистых примесей, 3-20%.