Цементная отрасль определяет экономический потенциал и уровень промышленного развития страны. Динамично развивающийся строительно-инвестиционный комплекс России, основу которого составляет цементная промышленность, дает возможности расширения объемов производства, ассортимента выпускаемой продукции. Цемент ничем невозможно равноценно заменить. Цемент и изготовляемые из него бетон и железобетон являются в настоящее время основными строительными материалами. Цемент в качестве вяжущего материала является одним из основных компонентов для большинства сухих строительных смесей. При этом цемент остается относительно простым, универсальным и дешевым веществом, для изготовления которого требуются широко распространенные материалы — известняк, мергель, глины, мел, гипс
Эволюция технологий
Производство цемента в своем становлении и развитии прошло большой путь. Каждый новый виток спирали базируется на новых технологических укладах. Как и каждое промышленное производство, производство цемента проходит несколько этапов развития — научно-технический, технико-экономический, экономико-социальный и социально-регуляторный. И каждый новый этап является «толчком» в развитии как оборудования и технологии, так и нового мировоззрения.
Обжиг извести и изготовление цемента (гидравлической добавки) рассмотрены уже в первом русском обобщающем статистико-экономическом труде И. К. Кирилова «Цветущее состояние Всероссийского государства».
Открытие римского цемента
Джеймс Паркер открыл, что глинистые почвы устьев Темзы с 30–35% глины после обжигания и измельчения дают цемент. В 1796 году англичанином был запатентован роман-цемент, способный твердеть как на воздухе, так и в воде.
Упоминание цемента в России
Первое в России описание вяжущего вещества, полученного путем обжига мергеля с последующим помолом, дал в академик В. М. Севергин. Полученный продукт по качеству был лучше романцемента, но не был портландцементом. Изобретателем нынешнего цемента считается Е. Г. Челиев.
Исследования о приготовлении цемента и бетона
В Петербургском институте путей сообщения проф. А. Р. де Шарлевилем были опубликованы научные исследования мергелистых пород для получения гидравлической извести и цементов. В России цемент начали производить в 19-м столетии. 1822 году, когда русский строитель Челиев Егор Герасимович получил вяжущий материал из смеси извести и глины. Свои результаты он изложил в книге «Трактат об искусстве приготовлять хорошие строительные растворы», изданной в Петербурге.
Почему «портландцемент»
В 1825 г. Аспдин основал заводское производство своего «портландцемента» в Йоркшире, недалеко от Лидса. Крупные строители того времени по достоинству оценили новый цемент и предпочитали его всем остальным цементам, поэтому производство его получило в Англии большое развитие.
Новые исследования Е. Г. Челиева
В Петербурге выходит новый труд Е. Г. Челиева «Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель, или цемент, весьма прочный для подводных строений, как-то: каналов, мостов, бассейнов и плотин, подвалов, погребов и штукатурки каменных и деревянных строений», где он обобщает накопленный опыт улучшения свойств вяжущих материалов, полученный при восстановлении Кремля, разрушенного во время Отечественной войны 1812г.
Заголовок
Профессор И. Фукс представил свои работы об известях и растворах.
Заголовок
Фабрикант И. В. Юнкер основал в Петербурге у старой Московской заставы «Английский цементный завод» для изготовления «паркеровского - английского» цемента который работал на «цементном камне» доставлявшемся из Англии.
Заголовок
Л. Ж. Вика показал, что большая часть глин обладает свойством превращаться в пуццоланы вследствие обжига, то есть затвердевать с известью под водой, почему продукт обжига глин и назвали искусственным пуццоланом (цемянкой).
Заголовок
Фирма «Робинс, Аспдин и Компания» начала производство настоящего портландцемента
Английский портландцемент
Английские портландцементы получили признание и распространение после Лондонской всемирной выставки 1851 г. Весь портландцемент на континенте стал называться английским, вплоть до 1878–1880 гг., когда его производство освоили в Германии. С этого времени цемент начал применяться практически повсеместно. Технология изготовления цемента получила широкое распространение, и в каждом государстве промышленники строили свой собственный цементный завод, а то и не один. Купить цемент стало значительно проще, уже не требовалась переброска цемента морем.
Запрет на экспорт "английского цемента в Россию"
Перемены в развитии цемента в России наступили лишь тогда, когда Российской империи необходимо было в спешном порядке укреплять фортификационные сооружения в Крыму. Однако дружественная Турции Великобритания в 1852 г. ввела запрет на экспорт «английского» цемента в Россию. Романцемент, производимый на заводах П. Е. Роше под Петербургом и Филатьева под Москвой, был нестабильного качества. Поэтому отсутствие экспорта из Англии компенсировали за счет экспорта из Германии, где для нужд российской обороны стал работать новейший и мощнейший по тем временам цементный завод в Штеттине (теперь польский Щецин).
Первая вращающаяся печь
Изобретателями вращающейся печи являются Эллиот и Руссель, которые в 1853 г. получили патент на вращающуюся механическую содовую печь. Изобретение вращающихся печей имело большое значение не только для прогресса содового производства, но и в других отраслях промышленности, в том числе и цементной. Механическая вращающаяся печь приводилась в движение паровым двигателем и вмещала 196,5 пуда сырьевой шихты.
Завод портландцемента в Германии
Первый завод по производству портландцемента в Германии возник в Цюльхове близ Штеттина в 1855 г. Цемент, производившийся из местной глины и мела с острова Волина, по качеству не уступал английскому, и вскоре производство выросло до 30 000 бочек в год. Такой успех породил устройство подобных заводов в Бонне, Леббине, Оппельне, Люнебурге, Аменебурге, Финкельвальде. К 1877 г. в Германии насчитывалось уже 30 заводов по производству портландцемента
Заголовок
Первый завод по производству портландцемента в Германии возник в Цюльхове близ Штеттина
Заголовок
В предместье Хеммоор появляется фабрика по производству цемента «Хеммоор».
Первый цементный завод в США Coplay Cement Company был основан Дэвидом О. Сэйлором в долине Лихай штата Пенсильвания.
В.П. Ливен построил завод по производству портландцемента «Товарищество Рижского цементного завода и маслобойни К. Х. Шмидта»
Заголовок
Во Франции впервые портландцемент начала производить компания «Лафарж» в городе Тей, коммуна Ардеш.
Первый цементный завод в США Coplay Cement Company был основан Дэвидом О. Лекция А. Р. Шуляченко на тему «О гидравлической извести» получила положительный отзыв экзаменаторов, после чего А. Р. Шуляченко был допущен к чтению лекций по химии «и приложению ее к строительному делу»
Заголовок
Пуск первого цементного завода в границах современной России (г Коломна)
Заголовок
Дэвидом О. Сэйлор получил патент на производство портландцемента, который был гораздо прочнее и качественнее, чем так называемые натуральные цементы, производимые в США до этого времени.
Заголовок
В 1881 г. были разработаны первые русские нормы на портландцемент с методами определения его свойств.
Заголовок
В 1885 г. в России был созван первый съезд по цементному производству.
Дробилку (мельницу) для измельчения клинкера изобрел датский инженер Дэвидсен.
Заголовок
Построены печи, которые мы можем наблюдать и сейчас, то есть вертикальные печи Schoefer.
Заголовок
Первым был пущен в строй в 1897 г. завод «Санкт-Петербургского товарищества для производства Глухоозерского портландцемента и других строительных материалов» (впоследствии его переименовали в завод «Большевик»).
Заголовок
У деревни Боровка Калужской губернии (ныне город Фокино Брянской области) был основан Мальцовский цементный завод
Заголовок
Изобретен глиноземистый цемент, отличающийся быстрым темпом роста механической прочности
Заголовок
К 1912 г. были построены цементные заводы «Солнце», «Бетон», «Титан», «Скала», «Победа», «Орел», «Атлас».
Заголовок
Точка отсчета в истории Воскресенского цементного завода. Предприятие введено в эксплуатацию
Заголовок
Развитие производства российского цемента — начало активного строительства в России сети железных дорог.
Заголовок
Гродзецкий цементный завод был приобретен международным концерном Solvay.
Отгрузка цемента в мешки
Интересно, что до 1935–1936 гг. цемент перевозился в деревянных бочках. При заводах были большие бондарные промыслы, для которых завозили десятки тысяч кубометров леса. В 1935 г. началась планомерная работа по изменению правил отгрузки цемента. Теперь цемент отгружался в бумажных мешках. Для погрузки на суда и в вагоны были установлены ленточные транспортеры.
Заголовок
СССР занял первое место в мире по выпуску цемента.
Начало возрождения цементной промышленности в РФ
С 2008 г. началась беспрецедентная активность в строительстве и вводе в эксплуатацию новых современных линий, преимущественно сухого способа производства. В 2008–2017 г. введено в эксплуатацию 26 технологических линий общей мощностью 36 млн т, из них 24 технологические линии, работающие по сухой технологии, и 1 линия комбинированного способа производства.
Разработка ИТС 6 «Производство цемента»
Разработка ИТС 6 «Производство цемента»;
Введение обязательной сертификации цементов в РФ
Введение обязательной сертификации цемента в 2017 году в Российской Федерации стало важным событием, направленным на повышение качества и безопасности строительных материалов. Это привело к снижению объема контрафактной продукции и улучшению качества цемента, используемого в строительстве.
Описание технологии
Цемент — это гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением портландцементного
клинкера с гипсом и добавками, образующее при затворении водой удобоукладываемое тесто, способное
затвердевать в воде и на воздухе. Цемент служит сырьем для строительных растворов и бетонов. Бетон
является самым востребованным в мире стройматериалом, изготавливаемым путем смешивания воды,
цемента, мелкого заполнителя (песка) и крупного заполнителя (щебня, гравия).
Поскольку затвердевший бетон содержит большое количество заполнителя, то после завершения «жизненного
цикла» бетонного сооружения возможна переработка бетона с получением бетонолома, на основе которого
делают вторичные искусственные заполнители. Поэтому при экологической оценке жизненного цикла необходимо
учитывать не только влияние самого материала, но и процессов, сопровождающих его по жизненному циклу, —
от добычи сырья для его изготовления до уничтожения, захоронения или, что более предпочтительно,
повторного его использования для изготовления новых материалов. Это позволяет «замкнуть» жизненный цикл
материала и решить экологические задачи — сократить количество отходов и обеспечить ресурсосбережение.
Экологическая безопасность материалов должна рассматриваться и оцениваться не по принципу «здесь и
сейчас», а «везде и всегда». При этом оцениваются не только прямые (явные) негативные воздействия, такие
как эмиссия вредных веществ, образование отходов и т. п., но и косвенные эффекты (дефицит сырья, влияние
на здоровье человека, ухудшение качества окружающей среды, нагрузки при перевозке материалов.
Производство цемента
Процесс производства цемента включает несколько основных этапов. Первый и важный пункт это подготовка
сырья. Компоненты дробятся, измельчаются, смешиваются в нужных пропорциях в дробильных установках и
мельницах.
Второй не менее значительный этап - обжиг. Подготовленное сырьё загружается в специальные печи, где
происходит обжиг при высоких температурах (около 1500 °С). В результате термического воздействия
осуществляется химическая реакция, при которой образуется клинкер — основной компонент цемента.
Далее идет охлаждение. Клинкерные гранулы интенсивно охлаждаются воздухом с 1000 °С до 100 °С (для
стабилизации и упрочнения).
Помол клинкера. Охлаждённое сырьё смешивается с гипсом и другими минеральными добавками (в соответствии
с рецептурой) и перемалывается в мельницах до порошкообразного состояния.
Заключительный шаг упаковка и отгрузка. После производства цемент упаковывается в мешки или контейнеры и
отправляется на склады для хранения. Цемент должен храниться в сухом и прохладном месте, чтобы сохранить
свои свойства.
Способы производства
Мокрый способ производства
Полусухой способ производства
Комбинированный способ производства
Сухой способ производства
Технология производства цемента по мокрому способу известна с начала XX в., и ее развитие осуществлялось преимущественно путем совершенствования технических средств.
Мокрый способ производства используют при изготовлении цемента из мягких пород — мела (карбонатный компонент), глины (силикатный компонент). Влажность глины при этом не должна превышать 20 %, а влажность мела — 29 %. Мокрым этот способ назван потому, что измельчение сырьевой смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии — шлама влажностью 30–50 %.
Преимущества
упрощенные технологическая схема и оборудование
получение качественной и стабильной сырьевой смеси (шлама)
Недостатки
высокий расход топлива и огнеупоров
повышенный выброс в атмосферу парникового газа (CO2), паров воды (H2O) и NOX
низкая единичная мощность печи
практически отсутствие системы автоматизации процесса обжига
пониженная производительность труда
В середине XIXв. была разработана и нашла широкое применение технология, получившая название полусухого способа, в соответствии с которой сырьевые материалы с естественной влажностью до 15–18 % высушивались в сушильных барабанах до влажности не более 5 % и затем измельчались в шаровых мельницах с одновременной сушкой.
Преимущества
пониженный расход топлива
Недостатки
конструктивная сложность оборудования
повышенная требовательность к гранулируемости сырья
Сущность технологии комбинированного способа производства — в том, что процесс измельчения и гомогенизации сырья осуществляется аналогично технологии мокрого способа. Подготовленный в соответствии с требуемыми физическими и химическими показателями шлам направляется в прессфильтр, где происходит частичное механическое обезвоживание шлама от влажности 40–45 до 16–20 %. Агломерация полученного кека осуществляется в грануляторах или сушилках-дробилках, в которых при обработке кека обеспечивается придание ему размеров и формы для оптимизации процесса обжига. Обжиг клинкера проводят по сухому способу.
Преимущества
пониженный расход топлива, огнеупоров и сырьевых материалов
пониженный выброс в атмосферу парникового газа (CO2), паров воды (H2O) и NOX
при переводе процесса с мокрого на комбинированный сохраняется стадия помола шлама, что снижает капитальные затраты на реконструкцию
получение качественной и стабильной сырьевой смеси, обеспечивающей повышенное качество клинкера
высокая степень автоматизации технологических процессов
Недостатки
наличие дополнительного оборудования
необходимость дополнительной операции по фильтрации шлама
Сухой способ заключается в том, что сырьевые материалы перед помолом или в его процессе высушиваются. И сырьевая шихта выходит в виде тонкоизмельченного сухого порошка.
Промышленная технология сухого способа производства цемента разработана в 30-е гг. XIX в. Основным преимуществом данной технологии является более низкий расход топлива на производство клинкера по сравнению с другими технологиями, и особенно с технологией мокрого способа. При сухом способе навстречу горящим газам подают не шлам, а размолотое в порошок сырье: известняк, глину, шлаки. При этом экономится топливо, которое при мокром способе расходуется на испарение воды. Так, при мокром способе затраты тепла на выпаривание влаги из шлама достигают 40–50 % от общего расхода на обжиг клинкера, в то время как при сухом способе при естественной влажности сырья 6–25 % эти затраты соответственно составляют 10–25%.
Преимущества
низкий удельный расход топлива и сырьевых материалов
пониженный выброс в атмосферу парникового газа (CO2), паров воды (H2O) и NOX
Недостатки
некоторое затруднение приготовления сырьевой смеси стабильного состава
некоторое снижение качества клинкера
усложненная технологическая схема
Сравнение технологий производства цемента
В экологическом аспекте мокрый способ оказывает наибольшее негативное воздействие на окружающую среду с
учетом затрат материальных ресурсов и выбросов загрязняющих веществ. Таким образом, вновь строящиеся и
проектируемые цементные заводы в нашей стране рассчитаны на изготовление цемента по сухому способу как
более экономичному. Такая же тенденция наблюдается и во всех промышленно развитых странах мира.
Экономика
После Второй мировой войны начался бум в строительной индустрии по всему миру, и производство цемента росло
огромными темпами до 2013 г. Так, если в 1950 г. мировое производство цемента составило 130 млн т, то
в 2019 г. — более 4100 млн т.
Выпуск цемента в РФ по годам («по данным Амикрон-консалтинг»)
Цемент — универсальный строительный материал и поэтому заслуженно считается наиболее значимым товаром
в своей отрасли. Изменение в объемах его производства может указывать на силу строительной отрасли
государства, которая играет не последнюю роль в экономике в целом.
В России максимальный объем производства цемента 84,7 млн т был достигнут в 1989 г. Анализ производства
и потребления цемента за последние 30 лет, по данным компании СМ ПРО и аналитического агентства
«Амикрон-консалтинг», свидетельствует о цикличном развитии российского рынка, который подвержен внешним
факторам и макроэкономическим тенденциям.
Ввод новых 26 технологических линий в России общей мощностью ~36 млн т цемента в год и наличие еще
потенциальных 7 современных технологических линий мощностью 15 млн т наряду с падением рынка сформировали
существенный профицит мощностей на российском рынке. При этом валовой объем потребления увеличивается
с каждым следующим периодом роста. С 2014 г. рынок упал более чем на 20 %. Небольшой рост производства
цемента в 2019 г. (до 57,7 млн т) в 2020 г. опять сменится падением до 55,98 млн т (97,1% к уровню
аналогичного периода предыдущего года). Однако, как и прогнозировалось, в 2021 г. выпуск цемента увеличился
на 7% и составил 59,89 млн т.
Выпуск цемента в РФ по годам («по данным Амикрон-консалтинг»)
Небольшой рост производства цемента в 2019 г. (до 57,7 млн т) в 2020 г. опять сменится падением до 55,98 млн
т (97,1 % к уровню аналогичного периода предыдущего года). В среднесрочной и долгосрочной перспективе
положительными факторами для отрасли станут антикризисные мероприятия Правительства России и региональных
властей, пакеты поддержки предприятий и населения, а также реновация жилого фонда, реализация проектов
комплексного освоения территорий, увеличение доли строительства цементобетонных дорог, выполнение
национального проекта «Жилье и городская среда» и иных инициатив Президента России В. В. Путина.
Реконструкция ряда предприятий цементной промышленности включена в перечень важнейших строек, финансируемых
за счет средств федерального бюджета. Из-за отсутствия этих средств основным источником финансирования
становятся собственные средства предприятий, заемные и привлеченные средства.
Фундаментальным фактором, влияющим на развитие рынка цемента РФ в долгосрочной перспективе, является
дисбаланс спроса и предложения. Фактически отрасль существует в этих условиях с 2008 года – предложение
существенно превышает спрос. Каждый производитель в условиях недозагрузки своих мощностей в целях снижения
себестоимости старается нарастить продажи цемента как на основных, так и на дополнительных рынках сбыта.
Потребление цемента (млн т), ввод жилья (млн м3) в РФ
Приближение к максимальным значениям потребления цемента в Российской Федерации 1989 г. в средне-
и долгосрочной перспективе возможно при одновременном влиянии следующих факторов:
- рост мировых цен на топливно-энергетические товары;
- рост или, в худшем случае, сохранение достигнутых объемов жилищного строительства;
- существенный рост промышленного и инфраструктурного строительства;
- сохранение текущего уровня цементоемкости строительства;
- сохранение текущей, то есть низкой доли использования минеральных добавок при производстве бетона и других
строительных материалов на основе цемента.
Российская цементная промышленность находится в тяжелом и продолжительном кризисе. Несколько проектов
строительства новых линий заморожены с неопределенными перспективами возобновления инвестиций. Дальнейшая консолидация отрасли была бы в интересах всех участников и снизила бы накал конкуренции. Однако
привлекательность российских цементных активов сомнительна в силу высокой долговой нагрузки, дисбаланса
спроса и предложения, внешнеполитических рисков. К этому следует добавить внешнее давление на рынок со
стороны Казахстана, Турции и Ирана, а также отдельных стран Западной Европы.
Одна из главных задач экологической политики на среднесрочный период — применение принципа нормирования
допустимого воздействия на окружающую среду на основе показателей наилучших доступных технологий.
Целью внедрения механизма НДТ, помимо снижения уровня промышленного загрязнения, будет являться ускоренное
технологическое развитие цементной отрасли. Заводы, обязанные принимать меры, направленные на снижение
отрицательного воздействия на окружающую среду в целях сохранения себестоимости на конкурентном уровне,
будут вынуждены сконцентрировать усилия на модернизации и повышении эффективности технологий, а также на
оптимизации производственных издержек. Внедрение механизма НДТ также избавит от необходимости установления
единых для всех предприятий регламентов, которые могут не учитывать особенности процессов производства,
применяемого сырья и т. п.
10 мая 2016 г. Правительством РФ утверждена «Стратегия развития промышленности строительных материалов на
период до 2020 года и дальнейшую перспективу до 2030 года».
Целями Стратегии являются:
– формирование высокотехнологичной, конкурентоспособной, устойчивой и сбалансированной (в части спроса
и предложения) промышленности строительных материалов инновационного типа, обеспечивающей внутренний
и внешний рынки качественной, доступной и энергоэффективной продукцией;
– снижение зависимости отрасли от зарубежных технологий, оборудования и сырьевых компонентов;
– обеспечение занятости населения и повышение уровня жизни граждан.
Реализация перечисленных в Стратегии мер, таких как повышение финансовой доступности ресурсов для
инновационных проектов, восстановление отраслевой науки и обеспечение ее устойчивой связи с производством
путем организации деятельности отраслевых НИИ, а также применение инструментов налогового стимулирования
инвестиционной деятельности предприятий, позволит провести реконструкцию и создать материалоемкую
и энергоэффективную отечественную цементную промышленность.