Расширение заводов сухих строительных смесей линиями для механоактивации полупродуктов (цветные цементы или премиксы)

Вера Павловна Кузьмина, к. т. н., директор ООО "Колорит-Механохимия", Москва,

Актуальность проблемы, которую мы сегодня обсудим, заключена в необходимости расширения ассортимента продукции заводов сухих строительных смесей (ССС) за счет производства декоративных сухих строительных смесей (ДССС).

Решение рассматриваемой задачи актуально для всех предприятий, работающих на оборудовании машиностроительных компаний: "ВСЕЛУГ", "РАУТЕ" и "m-tec".

В Московской области на оборудовании ВСЕЛУГ производят ССС, в том числе ДССС, компании: "Старатели" (4 технологические линии), "Consolit", "Ivsil", "Боларс", французская компания "Emfi".

В Ленинградской области значительный объем ССС производит компания "MC-Bauchemie Russia" (торговая марка "Плитонит"), которая эксплуатирует три технологические линии ВСЕЛУГ. Среди новых заказчиков в этом регионе - компании "Гидротэкс" и "Северное управление строительства".

В Свердловской области работают заводы компаний "Уктус", "Карьер "Гора Хрустальная", "Брозекс". В Челябинской области на Челябинском гипсовом заводе работает линия компании "Кварц". В Томской области с 2004 года ССС производит завод компании "Белоярская ФАИ".

Успешно работают компании "Гипсополимер" в Перми, "Ливна Холдинг" и "Геркулес Сибирь" в Новосибирской области, "Кузбасспромсервис" в Кемеровской области, "ПСО АСК" в Омске, "EK Кемикал" в Нижнем Новгороде, Белгородский комбинат строительных материалов и Волгоградский гипсовый завод. Всем вам посвящается мой доклад.

Задачи проекта
- Определить ассортиментный ряд ДССС на основе потребности рынка.
- Выполнить проект дополнительного оснащения завода оборудованием.
- Запустить линию получения цветного механоактивированного цемента.
- Запустить линию получения механоактивированного премикса.

Ассортиментный ряд ДССС.

Рынок ДССС развивается динамично, в том числе за счет иностранных инвестиций в предприятия на территории России, а также за счет импорта.

Какие ДССС востребованы на современном строительном рынке? Это цветные кладочные смеси для кладки стен из цветных силикатных кирпичей и блоков, смеси для заполнения швов (фуги) при отделке фасадов керамической и стеклянной плиткой/смальтой, смеси для изготовления малых архитектурных форм, это широкий спектр структурированных штукатурок, это цветные литые полы, применяемые в России с 19 века.

Как очевидно, преимущества производства и применения ДССС заключаются в следующем:
- Использование однотипных технологических процессов и оборудования для создания широкого спектра декоративных покрытий.
- Решение проблемы цветового однообразия городской застройки.
- Улучшение эстетического вида зданий и сооружений за счет создания различных фактурных декоративных слоев.
- Обеспечение высокой долговечности декоративных слоев.
- Сравнительно невысокая стоимость ДССС и изделий на их основе.

Вам известны ДССС, но, прежде, чем начать обсуждение реорганизации завода, давайте вспомним ассортиментный ряд ДССС и их вещественный состав, т.к. от него будет зависеть набор дополнительного оборудования завода.

Расходные бункера для компонентов сырьевой смеси:
1. Вяжущие вещества: белый и цветные портландцементы, известь.
2. Заполнители: кварцевый песок, дробленый мрамор, кварцит, слюда.
3. Наполнители: мраморная мука.
4. Функциональные добавки:
- Водоудерживающие - эфиры целлюлозы и крахмала различной молекулярной массы. Редисперсионные полимерные порошки. Порообразователи.
- Диспергаторы. Ускорители схватывания цемента. Противоморозные добавки.
- Пластификаторы и суперпластификаторы. Пеногасители. Пигменты.

Возможно, вы уже применяете все эти вещества или сможете подавать их через существующее оборудование вручную.

Отличаются декоративные строительные смеси (ДССС) от общестроительных сухих строительных смесей (ССС) только лишь декоративными свойствами в дополнение ко всем общестроительным свойствам.

Введение пигментов в рецептуру ССС ведет к увеличению ее водопотребности, и, как следствие, снижению прочности примерно на 20%. Чтобы избежать нежелательного падения прочности цементного камня, нам придется вводить большее количество добавок.

В структуре стоимости одной тонны ДССС добавки занимают равноценный сегмент с основными компонентами сырьевой смеси, поэтому оптимизация ввода и параметров технологической переработки функциональных добавок является основной задачей для снижения себестоимости продукции.

Рассмотрим эффективность окрашивания декоративных сухих строительных смесей с помощью механоактивированных цветных цементов (патент РФ на изобретение № 2094403, приоритет от 9 декабря 1996 г.), и/или цветных механоактивированных премиксов.

Рассмотрим строительно-технические свойства и вещественный состав обычных цветных цементов в сравнении с механоактивированными.

Известно, что нормативно-техническая документация, такая как государственные стандарты, отраслевые, ведомственные и другие технические условия (стандарты предприятия) отражают действительный уровень развития техники и технологии. Анализ данных сборника стандартов стран мира на цементы, издаваемого Европейской цементной ассоциацией, позволил установить наличие государственных стандартов на цветные цементы в трех странах: Россия, Болгария, Венгрия. Известно, что многие страны мира производят цветные цементы по отраслевым или фирменным стандартам, стандартизуя требования к пигментам для цементов, как, например, Великобритания (ВS 1014).

Цветные механоактивированные портландцементы, обладают (при сравнительно невысокой стоимости) широкой, яркой цветовой палитрой, имеют низкую водопотребность 17-18%. Они не подвержены выцветанию, высолообразованию цементного камня, обладают высокой морозо-, атмосферо-, коррозионной стойкостью. Стоимость товара незначительно превышает стоимость известных цветных портландцементов промышленного производства.

Анализируя значения базовой номенклатуры показателей качества цветных механоактивированных портландцементов, следует отметить следующее:

Максимальный технико-экономический эффект достигается при использовании механоактивированных цветных цементов в качестве красящей добавки в смеси с малой порцией пигмента для достижения различных оттенков ДССС.

Рассмотрим критерии оценки потребительских свойств пигментов, такие как цвет, красящая способность, рН, цветоустойчивость, цена.

Оценим технологические свойства пигментов, а именно: стойкость при пропаривании, диспергируемость, химическую стойкость, характер взаимодействия системы "пигмент - цемент".

Конечные свойства окрашенной ДССС играют наиглавнейшую роль при их потреблении и эксплуатации, а именно: равномерность окрашивания, интенсивность цвета, миграционная стойкость, светостойкость и атмосферостойкость.

Эффективность использования механоактивированных цветных портландцементов в составе штукатурных смесей была подтверждена испытаниями в промышленных условиях ЗАО "ПП "КРЕПС" (Акт от 20 сентября 2000 г.).

При производстве ДССС наибольший экономический и технический эффекты достигаются при применении механоактивированных цементных премиксов с полифункциональной комплексной добавкой, состоящей из двух и более механоактивированных добавок различных классов.

Полученный премикс перемешивают в любом типе смесителя с оставшейся частью рецептурного цемента, затем сухую строительную смесь, в том числе цветную, изготавливают по стандартному заводскому технологическому циклу.

Эффективность использования механоактивированных премиксов была опробована в промышленных условиях на Щуровском заводе ЖБК и СД Московской железной дороги. (Патент на изобретение № 2182137 с приоритетом от 03.02.2001 г. "ССС и способ ее получения").

Оценивая рассмотренные результаты исследований, можно сделать вывод о целесообразности расширения ассортиментного ряда производимой продукции за счет запуска одной или двух дополнительных технологических линий, на которых экономически целесообразно производить цветные высококачественные механоактивированные портландцементы и премиксы с комплексными функциональными добавками.

Техническое задание на проектирование дополнительных технологических линий в рамках реорганизации завода:

1. Основанием для разработки проекта являются увеличение мощности завода, расширение номенклатуры производимой продукции, увеличение эффективности работы завода за счет освоения новых сегментов рынка ССС - декоративных сухих строительных смесей (ДССС).

2. Технико-экономическая целесообразность развития завода в предлагаемом направлении основана на анализе перспективного развития рынка потребления цветных портландцементов гарантированного качества и ДССС на их основе, а также наличием наукоемкой технологии их получения механохимическим способом. (Патенты РФ2182137 "ССС и способ ее получения" и № 2094403 "Способ получения цветного портландцемента".)

3. Расширение мощностей целесообразно осуществить в две очереди:

3.1. Линия по производству премиксов на базе рецептурной части цемента для формирования специальных свойств ССС всей ассортиментной линейки завода.

3.2. Линия по производству портландцементов цветных.

ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ:

4. Проектная мощность производства механоактивированных премиксов - 1т/час.

5. Проектная мощность производства механоактивированных портландцементов цветных (ПЦЦ) - 1т/час.

6. Номенклатура и характеристика продукции (указывается в карте технического уровня и качества продукции, прилагаемой к заданию на проектирование).

7. Режим работы производства - непрерывно-дискретный. Две смены по 8 часов 256 дней в году.

8. Технологическая схема и способ производства. Прилагаются.

9. Перечень и требования к новому оборудованию. Прилагаются.

10. Необходимость разработки автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП).

Для получения показателей качества международного класса требуется введение АСУ ТП на третьей стадии развития производства. После ввода в эксплуатации дополнительных линий, вывода их на проектную мощность и введения новой продукции на рынок потребления целесообразно повысить уровень качества выпускаемой продукции за счет гарантии ее цвета. Это возможно за счет введения автоматического оптического контроля цвета и АСУ ТП.

11. Технико-экономические показатели, которые должны быть достигнуты в проекте при работе в одну смену:



Примечания:
х) в зависимости от вещественного состава премикса,
хх) из расчета 12 тыс. руб./тн.
*) в зависимости от вещественного состава,
**) в зависимости от вещественного состава и схемы переработки.
+) данные конкретного расчета выбранной аппаратурной схемы.

12. Требования по разработке частей проекта:

Технологическая часть рабочего проекта в объеме:

Общей пояснительной записки по разделам:
- Технологические решения.
- Охрана окружающей среды.
- Решения по технике безопасности, промсанитарии и охране труда.
- Чертежи технологическая схема производства. Компоновочные чертежи установки оборудования. Планы и разрезы.
- Защита окружающей среды. Для обеспыливания аспирационного воздуха из технологического оборудования предусматривается двухступенчатая очистка (циклоны и напорные рукавные фильтры). Сброс уловленной пыли осуществляется в скоростной смеситель. В объем проектирования не входит разработка мероприятий по охране окружающей среды в целом по заводу.

13. Основные источники снабжения производства сырьем и средствами энергетики:

13.1. Сырьем
- Цемент. Из силосов основного производства.
- Суперпластификатор С-3. Автомобильный транспорт, биг-бэги из Новомосковска Тульской области.
- Формиат натрия сухой. По договору.
- Эфиры целлюлозы. По договору.
- Пигменты. По договору.
- Другие добавки. По договору.

13.2. Энергетикой:
- Электроэнергией. От цеховой электрощитовой установки.
- Сжатым воздухом (на технологические нужды). От компрессора по трубопроводам сжатого воздуха.

13.3. Отходы производства (биг-бэги и бумажные мешки из-под добавок). Утилизируются по существующей схеме предприятия.

14. Транспортные связи Используются существующие на предприятии связи.

15. Особые условия проектирования. Сопряжение по производительности технологического оборудования основного производства и технологического оборудования дополнительного производства по списку см. аппаратурную схему и схему подачи сырьевых материалов. Прилагаются.

16. Срок разработки проекта: IV кв. 2006 г. - 1 кв. 2007 года

17. Другие части проекта. При необходимости. Другие части проекта: строительная часть, металлические конструкции, электроснабжение, электроосвещение, КИП и А, аспирация, охрана окружающей среды, пожаротушение, разрабатываются параллельно технологической части по мере поступления данных для расчета.

Представлены условия совместимости сырьевых компонентов ДССС.

Заводы по производству сухих строительных смесей имеют в своем составе одну или несколько технологических линий. Работу по компоновке технологической схемы будущего производства целесообразно в техническом и экономическом плане выполнить в виде отдельных помольных модулей для получения цветных механоактивированных цементов и механоактивированных цементных премиксов с функциональными комплексными добавками.

Именно такие модули, связанные с основным производством внутризаводским транспортом в виде оборотных контейнеров, предлагает финская фирма "РАУТЕ" и немецкая фирма "BOHLE".

Рассмотрим схему изготовления механоактивированных полупродуктов, опробованную в течение года на ОАО "Щуровский цемент". Она проста в аппаратурном оформлении и оптимизируется до минимума в условиях работы завода ССС. Учитывая наличие расходных бункеров, весовых дозаторов и смесителей в действующей технологической схеме завода ССС, механоактивационная линия сводится к блоку обслуживания одной, но лучше двух мельниц. Во вторую или третью смену можно заготовить рабочие смеси на основном производстве и переработать их на мельницах в первую смену.

Вариантов много. Все зависит от имеющихся производственных возможностей.

После определения часовой производительности и планируемого ассортимента продукции уточним наличие необходимых сырьевых компонентов и ассортимент дополнительного сырья, способы его доставки и способы разгрузки.

В зависимости от наличия финансовых инвестиций, определим требования к степени автоматизации технологического процесса, способам внутрицехового транспортирования продукции. В простейшем случае можно обойтись элементарными пускателями для оборудования и работой оператора.

До начала работ по реорганизации завода ССС выполним аван-проект в технологической, энергетической и экономической частях с привязкой одного или двух помольных модулей к существующим объектам. Эти работы компании поставщики оборудования обычно делают бесплатно.

ВЫВОДЫ:
- Применение механохимических технологий экономически и технически эффективно для всех компонентов вещественного состава сухих строительных смесей (ССС).
- Механоактивации выгодно подвергать функциональные добавки: супер- и гиперпластификаторы, эфиры целлюлозы и крахмала, редиспергируемые полимерные порошки, синтетические сухие латексы.
- Эффективность производства ДССС можно значительно увеличить за счет использования механоактивированного премикса с комплексной функциональной добавкой.
- Механоактивированные функциональные добавки необходимо смешать с частью рецептурного цемента и подвергнуть совместной механоактивации. Полученный таким способом премикс позволит регулировать свойства ДССС или ССС в широком диапазоне (Кузьмина В.П., патент РФ №2182137).
- Механоактивация функциональных добавок снижает водопотребность механоактивированного цемента на 40%, что создает технические предпосылки для эффективного использования активных минеральных добавок в составе ССС.
- Предварительная механоактивация суперпластификатора С-3 повышает прочность цемента на марку.
- Механоактивация добавок различного назначения позволяет увеличить их рабочую поверхность в несколько раз, повысить их химическую активность в такой степени, что показатели качества ДССС на их основе улучшаются на 15% по сравнению со смесями на импортных добавках аналогичного назначения.
- В настоящий момент на строительном рынке сложилась ситуация для динамичного развития отрасли производства ДССС, особенно штукатурных.
- Штукатурные декоративные сухие строительные смеси из механоактивированных портландцементов должны вытеснить лакокрасочные материалы с отделки фасадов.
- Ассортиментный ряд и рецептуры ССС, в том числе ДССС, будут унифицированы за счет введения механоактивированных премиксов, что позволит производить универсальные целевые рецептуры.
- Анализ патентной ситуации свидетельствует о перспективе бурного развития производства с применением механохимических процессов на ближайшие двадцать лет.