5 硅酸盐水泥熟料形成化学泥工艺学

1、5 硅酸盐水泥熟料形成化学 5.1煅烧过程物理化学变化 一、干燥 生料都含有一定量的自由水分。随着物料温度逐渐升高，物料中的水分被蒸发，当温度升高到100150时，生料中的自由水分全部被排除，这一过程称为干燥过程。新型干法水泥生料水分小于1，此过程在预热器内瞬间即可完成。 二、粘土质原料脱水 当温度继续升高到450时，粘土中的主要组成高岭土(al2o3 2si o22h2o)发生脱水反应，脱去其中的化学结合水，其化学反应式为 a12o32sio22h2oa12o3+2sio 2+2h2o (无定形) (无定形) 高岭土在失去化学结合水的同时，分子结构也产生变化，变成游离的无定形的a12o3和s

2、io 2。 三、碳酸盐分解 温度继续升至600以上时，生料中的碳酸盐开始分解，主要是石灰石中的碳酸钙和原料中夹杂的碳酸镁进行分解，其化学反应式为 碳酸钙在水泥生料中所占比率在 80左右，其分解过程需要吸收大量的热，是熟料煅烧过程中消耗热量最多的一个过程，是水泥熟料煅烧过程中的重要环节。 1. 碳酸盐分解反应的特点 可逆反应 碳酸钙的分解过程受系统温度、周围介质中 co2分压的影响较大。升温并供给足够的热量，及时排除周围介质中的co2，降低周围介质中的分压co2，有利于分解反应的顺利进行。 强吸热反应 碳酸钙的分解过程是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程，分解所需总热量约占湿法生产总热耗的

3、1/3，约占新型干法窑的1/2。因此，为了使分解反应顺利进行，必须保持较高的反应温度，并提供足够的热量。 烧失量大 每100kg纯caco3分解后排除的挥发性co2气体44kg ，烧失量占44%。但在实际生产中，由于石灰石不纯，故烧失量一般在40%左右。 分解温度与矿物晶体结构有关 石灰石中伴生矿物和杂质一般会降低分解温度。方解石的结晶程度高、晶体粗大，则分解温度高；反之，微晶的分解温度低。 2. 影响caco3分解的主要因素 石灰质原料性质 石灰石中伴生其他矿物和杂质具有降低分解温度的作用；方解石晶体越小、缺陷越多，分解越快。 生料细度和颗粒级配 生料颗粒粒径越小，比表面积越大，传热面积增大

4、，分解速度加快；生料颗粒均匀，粗颗粒少，也可加速碳酸盐的分解。 生料悬浮分散程度 悬浮态： 悬浮预热器内生料处于悬浮态，比表面积可达200400m2/kg，生料粉中caco3分解受化学反应速率控制。 堆积态： 回转窑内生料处于堆积态，caco3分解受传热、传质过程控制。 温度 碳酸盐分解是吸热反应，是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程。温度升高使分解速度加快。但应注意，温度过高，将增加废气温度和热耗，预热器和分解炉结皮、堵塞的可能性亦大。 窑内通风 碳酸盐分解是可逆反应，受系统温度和周围介质中co2的分压影响较大。为了使分解反应顺利进行，必须保持较高的反应温度和良好的通风，降低周围介质中

5、co2的分压。 黏土质原料性质 如果黏土质原料的主导矿物是高岭土，由于其活性大，在800 下能与氧化钙或直接与碳酸钙进行固相反应，生成低钙矿物，则可以促进碳酸钙的分解过程；反之，如果黏土的主导矿物是活性差的蒙脱石和伊利石，则caco3的分解速度慢。 四、固相反应 水泥熟料中的各种矿物是经过多次固相反应形成的 。 800900时 cao +al2o3 cao al2o3(ca) cao+ fe2o3 caofe2o3(cf) 9001100时 2cao+sio22caosio2(c2s) 7caoal2o3+5cao12cao7a12o3 (c12a7) caofe2o3+cao2caofe2o

6、3 (c2f) 11001300时 12cao7al2o3+9cao7(3caoal2o3 ) (c3a) 7(2caofe2o3 )+2cao +12cao7al2o3 7(4caoal2o3fe2o3 ) (c4af) 固相反应特点： 放热反应，可使物料温度快速升高300以上，物料活性高、预烧性好。 五、硅酸三钙(c3s)的形成和烧结反应 当物料温度升高到近1300时，c3a、c4af、r2o等熔剂矿物会变成液相，大部分c2s和cao很快被高温熔融的液相所溶解，这种溶解于液相中的c2s和cao进行反应而生成c3s。 c2s +cao c3s c3s的生成温度范围一般/p>

7、0 l 熟料的烧成温度 c3s 迅速形成的温度：1450以上，目前新型干法窑内烧成温度一般在1500以上。 c3s的形成时间 c3s的形成一般需要l525min，通过烧成带的长度和窑速来控制。 液相量 一般控制在2226 。 温度过高会使液相量过多、粘度过小，给煅烧操作带来困难，如结大块、结圈、烧流等 。 c3s的形成热 固相 液相：吸热 c3s的化合：放热 综合： c3s的形成需要的反应热甚微，主要热量消耗是使物料达到烧成温度。 游离氧化钙 （f-cao） 温度降到1300以下时，液相开始凝固，c3s的生成反应结束，若此时凝固体中含有少量未化合的cao则称为游离氧化钙。 六、熟料的冷却熟料冷

8、却时需急速冷却，其目的和作用是： 为了防止c3s在1250分解出现二次游离氧化钙，降低熟料的强度； 为了防止c2s在500时发生晶型转变，产生“粉化”现象； 防止c3s晶体长大而强度降低且难以粉磨； 减少mgo晶体析出，使其凝结于玻璃体中，避免造成水泥安定性不良； 减少c3a晶体析出，不使水泥出现快凝现象，并提高水泥的抗硫酸盐性能； 使熟料产生应力，改善熟料的易磨性。 5.2 水泥熟料的形成热水泥熟料的形成热1.定义 在一定生产条件下，用某一基准温度（一般是0或20）的干燥物料，在没有任何物料损失和热量损失的条件下，制成1kg同温度的熟料所需要的热量称为熟料的形成热（熟料形成热效应）。2.计算原理： 理论热耗 = 吸收