水泥工艺学(第四章)

1、第四章 原料的破碎及均化n4.1 硅酸盐水泥的原料n4.2 物料的破碎n4.3 物料的均化技术4.1硅酸盐水泥的原料原料名称原料名称主要提供的成分主要提供的成分配比（配比（%）石灰质原料CaO80粘土质原料SiO2、Al2O3少量Fe2O31015校正原料铁质校正原料Fe2O3硅质校正原料SiO2铝质校正原料Al2O3外加剂矿化剂晶种助磨剂 （1）天然（石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等）； 大部分水泥厂采用石灰岩石灰岩和泥灰岩泥灰岩； 河南、陕西和四川等有储量不大的白垩白垩； 湖南、浙江和海南等有一定储量的贝壳贝壳。 （2）人工（电石渣、糖滤泥、碱渣、白泥等） 电石渣电石渣：化工厂乙炔发生车间消解

2、石灰排出的含水量为 85%90%的消石灰浆。 碳酸法制糖厂的糖滤泥糖滤泥、氯碱法制碱厂的碱渣碱渣以及造纸厂的白泥白泥，其主要成分都是碳酸钙，均可用作石灰质原料，但应注意其中杂质的影响杂质的影响。 一、石灰质原料石灰岩纯石灰石含56%CaO、44%CO2，白色，随杂质含量增加CaO含量减少。由碳酸钙组成的化学与生物化学沉积岩。也称为石灰石。方解石（方解石（CaCO3）为主）为主白云石（CaCO3MgCO3）石英（结晶SiO2）燧石（又称玻璃质石英、火石，主要成分为SiO2，属结晶SiO2）粘土质及铁质等杂质石灰石中氧化钙含量应不低于45%48%。泥灰岩是碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均匀混合的

3、沉积岩，属石灰岩向粘土过渡的中间类型岩石。是一种极好的水泥原料。CaO45%：高钙泥灰岩，应加入粘土配合；CaO45%：低钙泥灰岩，应加入石灰石配合；CaO(43.5%45%)：天然水泥岩，可直接煅烧熟料。白垩是海生生物外壳与贝壳堆积而成的，富含生物遗骸，主要由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩。碳酸钙含量80%90%，甚至高于90%。易于粉磨和煅烧，是优质石灰质原料。贝壳贝壳、蛎壳、珊瑚石，含碳酸钙90%左右，表面附有泥砂和盐类生产白水泥石灰质原料的质量要求品 位CaO(%)MgO(%)R2O(%)SO3(%)燧石或石英（f-SiO2）石灰石一级品482.51.01.04.0二级品4

4、5483.01.01.04.0泥灰岩35453.01.21.04.0石灰质原料的选择 （1）搭配使用：48% （2）限制MgO含量：（白云石是MgO的主要来源，含有白云石的石灰石在新敲开的断面上可以看到粉粒状的闪光） （3）限制燧石含量：（燧石含量高的石灰岩，表面常有褐色的凸出或呈结核状的夹杂物。） （4）新型干法水泥生产，还应限制K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量组分。 白云石、石灰石的判定方法：用10%盐酸滴在白云石上有少量的气泡产生，滴在石灰石上则剧烈地产生气泡。二、粘土质原料n粘土质原料是含碱和碱土的铝硅酸盐，主要化学成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3。n主要有黄土、粘土、页岩

5、、粉砂岩及河泥等。n其中黄土和粘土用得最广。 n黄土：粘土矿物以伊利石为主，还有蒙脱石与拜来石等，以及石英、长石、白云母、方解石和石膏等矿物。n粘土：（1）华北和西北地区的红土：粘土矿物主要为伊利石与高岭石，还有长石、石英、方解石、白云母等；氧化硅含量低，氧化铝与氧化铁含量高。（3）南方地区的红壤和黄壤：粘土矿物主要为高岭石，其次是伊利石、叙永石(多水高岭石)、三水铝矿等，还有石英、长石、赤铁矿等。（2）东北地区的黑土和棕壤：粘土矿物主要为水云母与蒙脱石，还有细分散的石英以及长石、方解石、云母等。粘土矿物与粘土工艺性能的关系种类粘土矿物名称SiO2/Al2O3分子比粘粒含量可塑性热稳定性正常流

6、动时水分(%)结构水脱水温度()粘土中矿物分解达最高活化时温度()高岭石类高岭石多水高岭石2很高好良好中350 550600 800蒙脱石类蒙脱石贝得石34高很好优良高400 600500 700水云母类水云母伊利石23低差差低300 450400 700粘土质原料的质量要求品位硅率SM铝率IMMgO（%）R2O（%）SO3（%）塑性指数一级品2.73.51.53.53.04.02.012二级品2.02.7或3.54.0不限3.04.02.012注：（1）SM= 2.02.7，一般需要掺硅质原料；当SM=3.54.0 时，一般需要与一级品或SM低的二级品原料搭配使用，或掺 用铝质原料。 （2）

7、采用立波尔窑及立窑生产时，才要求提供塑性指数。粘土质原料的选择（1）硅率、铝率值要适当。（2）尽量不含碎石、卵石，粗砂含量应小于5%。（3）回转窑生产时对可塑性不做要求。三、校正原料 当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分掺加相应的原料，这种以补充某些成分不足为主的原料称校正原料。 （一）铁质校正原料 低品位的铁矿石，炼铁厂尾矿及硫酸厂工业废渣硫铁渣等。 用铅矿渣或铜矿渣，既是校正原料，又兼做矿化剂。 （二）硅质校正原料 硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河砂、砂岩、粉砂岩等。 其中砂岩，河砂中结晶SiO2多，难磨难烧，尽量不用，风化砂岩易于粉磨，对煅

8、烧影响小。 （三）铝质校正原料 炉渣、煤矸石、铝矾土等校正原料的质量要求名 称常 用 材 料质 量 要 求铁质校正原料硫铁渣、低品位铁矿、炼铁厂的尾矿铅矿渣、铜矿渣 Fe2O340%硅质校正原料硅藻土、硅藻石、蛋白石、砂岩SiO2: 70%90%SM4.0；R2O4.0%铝质校正原料炉渣、煤矸石、矾土Al2O330%四、低品位原料和工业废渣的利用n低品位原料：低品位原料： 指那些化学成分、杂质含量与物理性能等不符合一般水泥生产要求的原料。如：低品位石灰质原料n工业废渣：工业废渣： 主要指煤矸石、石煤、粉煤灰、炉渣等.n水泥原料结构的一个新的发展方向：水泥原料结构的一个新的发展方向： （1）石灰

9、质原料低品位化； （2）Si 、Al质原料岩矿化； （3）Fe质原料废渣化。n使用低品位原料和工业废渣时应注意的问题：使用低品位原料和工业废渣时应注意的问题：（1）这些原料成分波动大，使用前先要取样分析，且取样要有代表性；（2）使用时要适当调整一些工艺。以垃圾焚烧飞灰作为水泥原料生产生态水泥 n以中国垃圾焚烧发电厂为例，截至2007年底，中国垃圾焚烧发电厂总数已达75座，其中建成50座，在建25座，且这一数量还在不断增长。n大量垃圾焚烧电厂的建造将直接导致大量垃圾飞灰的产生。全世界每年大约产生49亿吨垃圾飞灰，其中美国和中国每年大约分别产生22亿吨和13亿吨。n垃圾焚烧飞灰的主要化学成分是Si

10、O2、CaO、Al2O3和Fe2O3，以及大量的Cl-、SO3和碱等。还含有较高浓度的能被水浸出的可溶性Cd、Pb、Cu、Zn、Cr等多种有害重金属物质。 n此外，二恶英和呋喃等有机污染物也将在飞灰载体中富集存在，这些有毒有害污染物的存在对地下水体、周围生态环境和人体健康构成了潜在的生态与健康风险。n因此，垃圾焚烧飞灰的处理是迫切需要解决的问题。 n垃圾焚烧飞灰的主要化学成分是SiO2、CaO、Al2O3和Fe2O3，具有一定的胶凝活性。因此有望用作辅助性胶凝材料，一方面可以为重金属废弃物的无害化处理提供依据，彻底解决重金属的污染问题；另一方面也可以实现城市垃圾焚烧飞灰的资源化利用，为水泥工业

11、提供一种新的混合材料 原材料原材料普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥生态水泥生态水泥石灰石78%52%焚烧飞灰-38%污泥-9%粘土16%-石英砂4%-铁矿渣2%-碳酸钠-1% 日本Taiheyo水泥公司将大约50%的混合垃圾被作为原料生产生态水泥，生态水泥的组成如表所示： 生态水泥减少了不可再生资源的消耗以及垃圾的排放，使CO2排放量减少50%，能量消耗减少89%，节约垃圾处理费用3万日元/平方米。 4.2 物料的破碎一、物料破碎的目的 需要破碎的物料：石灰石、煤、石膏等。 破碎的目的：便于运输、储存、烘干、配料、喂料、粉磨等。入料粒度(mm)出料粒度(mm)粗碎300900100 350中碎10

12、0 35020 100细碎50 1005 15粗、中、细碎的划分二、破碎的方法 压碎、折碎、冲 击破碎、劈碎、 磨碎等 三、破碎比及破碎的工艺流程 破碎比：物料破碎前后粒度之比。是衡量破碎程度的重要参数，是破碎机计算生产能力和动力消耗的重要依据。 （1）平均破碎比 式中：i破碎比；Dm破碎前物料的平均粒径(mm)；dm破碎后物料的平均粒径(mm)。（2）公称破碎比 式中：B破碎机最大进料口宽度(mm)；b破碎机最大出料口宽度(mm)。mmDidBibn破碎的工艺流程：（1）物料破碎的级数根据物料总破碎比确定。（2）物料总破碎比根据原料的块度与下一道工序所要求的物料粒度来确定。（3）采用一种破碎

13、机能满足破碎要求时，即为单机破碎系统。（4）采用两种或三种破碎机进行分级破碎才能满足总破碎比的要求时，即为两级破碎或三级破碎系统。（5）破碎系统正向大型化、单段化，兼有破碎与烘干性能的多功能化等方向发展。破碎机类型鄂式圆锥式单辊式锤式(单转子)反击式(单转子)破碎比353 64 810 2510 25常用破碎机的破碎比常用破碎机的破碎比n四、破碎机的类型颚式破碎机：颚式破碎机：依靠活动鄂板作周期性的往复运动，把两鄂板间的物料压碎。优点：优点：结构简单、管理和维修方便、工作安全可靠、适用范围广。缺点：缺点：工作间歇式，非生产性的功率消耗大，产生较大的惯性力，使零件承受较大的负荷，不合适破碎片状及

14、软质粘性物质。破碎比较小。粗碎和中碎设备。粗碎和中碎设备。锤式破碎机：锤式破碎机：料块受高速运转的锤头的冲击和物料块本身以高速向固定衬板撞击而破碎。优点：优点：结构简单、紧凑，外型体积小，破碎比较大，生产能力高，单位质产量电耗低，操作维修简便。缺点：缺点：锤头和篦条等部件磨损较快，不适用于破碎潮湿或粘性物料。用于中碎（二次破碎），也有用于粗碎。用于中碎（二次破碎），也有用于粗碎。反击式破碎机：反击式破碎机：物料被固定在转子上的板锤打击到反击板上，受反击板的反击而落下与转子连续打击的物块相互碰撞，如此反复而使物料破碎。优点：优点：比锤式破碎机更多地利用了冲击和反击作用进行选择性破碎，物料自击粉碎

15、强烈。破碎效率高，生产能力大，动力消耗低，对物料适应性强，破碎比较大。可减少破碎段数，简化生产流程，节约投资。设备结构简单，制造容易，操作维修方便。缺点：缺点：打击板锤与反击板磨损快，运转时噪音大。应用较广泛，用于破碎石灰石、水泥熟料、石膏和煤等。应用较广泛，用于破碎石灰石、水泥熟料、石膏和煤等。反击反击-锤式破碎机：锤式破碎机：将反击式和锤式破碎机结合在一起的高效率破碎机。优点：优点：可喂入12m3的岩石，在单程操作中可被破碎到95%的物料粒径25mm，单位产品所需的功率为0.9 1.1kwh/t，通过调整颚板、排料篦条间隙，可以改变破碎产品的粒度，但由此会引起破碎机掺量的变动。破碎类型破碎

16、类型破碎原理破碎原理破碎比破碎比 I允许物料允许物料含水（含水（%）适宜破碎的物料适宜破碎的物料鄂式、旋转式、鄂式、旋转式、鄂旋式破碎机鄂旋式破碎机挤压3610石灰石、熟料、石膏细碎鄂式破碎机细碎鄂式破碎机挤压8 1010石灰石、熟料、石膏锤式破碎机锤式破碎机冲击10 15（双转子30 40 ）10石灰石、熟料、石膏、煤反击式破碎机反击式破碎机冲击10 40 12石灰石、熟料、煤立轴锤式破碎机立轴锤式破碎机冲击10 2012石灰石、熟料、石膏、煤冲击式破碎机冲击式破碎机冲击10 3010石灰石、熟料、石膏风选锤式破碎机风选锤式破碎机冲击、磨剥50 2008煤高速粉煤机高速粉煤机冲击50 180

17、8 12煤齿辊式破碎机齿辊式破碎机挤压、磨剥3 1520粘土刀式粘土破碎机刀式粘土破碎机挤压、冲击8 1218粘土破碎机的选择（1）当石灰石含土量少于5%时，可选用单转子锤式破碎机，当破碎比合适时也可以选择反击式破碎机。（2）当石灰石含土量超过5%，且水分超过7%时应选择双转子锤式破碎机。（3）当石灰石磨蚀性高时，则应该选用反击式破碎机，反击式破碎机对磨蚀性矿石的适应能力优于锤式破碎机，但对含土量和水分的适应能力不如双转子破碎机。如果是磨蚀性很高且很难破碎的矿石，就应该考虑两段破碎。（4）水泥厂若使用高水分的白垩、泥灰岩为主要原料时，以上破碎方式就不适应了，应采用齿辊破或具有干燥功能的烘干破碎

18、机处理。（5）混合破碎系统宜选用双转子锤式破碎机。 总之，破碎系统以及破碎设备的选型应根据具体项目的具体情况进行详细分析，最终确定。4.3 物料的均化 基本概念 （1）均化：通过采用一定的工艺措施，达到降低物料的化学成分波动振幅，使物料的化学成分均匀一致的过程。 （2）均化的意义：均化是保证熟料质量、产量及降低消耗的基本措施和前提条件，也是稳定出厂水泥质量的重要途径。 （3）预均化：原料破碎后，入磨前进行的均化。 （4）水泥厂物料的均化包括：原料、燃料的预均化和生料、水泥的均化。 生料均化的四个环节生料均化链 生料的均化过程贯穿于生料制备的全过程。矿山搭配开采原料预均化堆场生料粉磨过程的均化作

19、用生料均化库生料均化链生料均化链生料均化链n原燃料、生料均化的作用（1）对原料的均化，对原料的均化，能有效降低对原料品位的要求，充分利用低品位原料和废料，延长矿山使用年限，减少废料剥离。降低开采费用和采购费用；（2）对燃料的均化，对燃料的均化，有利于稳定水泥窑内的燃烧情况，稳定火焰形状，保护好窑皮，提高熟料的产量和质量，降低煤耗和耐火材料费用；（3）对生料的均化，对生料的均化，有利于稳定水泥窑热工制度，提高产量，维持长期安全运转。降低能耗和维修维护费用。一、评价物料均匀性能的指标1. 标准偏差 式中：S标准偏差 n 试样总数或测量次数，一般不应少于2030个； xi物料中某成分的各次测量值；

20、各次测量值算数平均值。 标准偏差是一项表示物料成分均匀性的指标，其值越小，成分越均匀。2. 均化效果 式中：H均化设施的均化效果 分别为进入和卸出均化设施某成份的标准偏差。 H值越大，均化效果越好。211()1niiSxxnxSHS进出SS进出、二、原、燃料的预均化 原燃料的预均化：原燃料的预均化：原燃料在储存、取用过程中，通过采用特殊的堆取料方式及设施，使原料或燃料化学成分波动范围减小，为入窑前生料或燃料成分趋于均匀一致而作的必要准备过程。 简言之，所谓原燃料的预均化就是原料或燃料在粉磨之前所进行的均化。 原理：原理：“平铺直取平铺直取” （1）堆放时，尽可能地以最多的相互平行、上下重叠的同

21、厚度的料层构成料堆； （2）取料时，按垂直于料层方向的截面对所有料层切取一定厚度的物料。矩形预均化堆场矩形预均化堆场圆形预均化堆场圆形预均化堆场n原料预均化堆场的作用：原料预均化堆场的作用： （1）储存作用储存作用，其储量为57d，可作为矿山和生产工艺线之间的缓冲； （2）均化作用均化作用，一般均化效果为58； （3）预配料作用预配料作用，进入堆场的两种物料，可按质量比例预先配合成具有一定要求的混合料。三、生料均化机械均化多库搭配机械倒库投资省、操作简便、均化效果差效果较好、投资高气力均化间歇式连续式混合室串联式机械均化（一）多库搭配 多库搭配是根据各库的生料碳酸钙滴定值及控制指标，计算出各库搭配的比例。各库按比例卸料，在运输过程中进行均化。（二）机械倒库 机械倒库是利用螺旋运输机和提升机反复将库内物料卸出和装入，以达到混合均匀的目的。机械倒库均化效果H为23左右。气力均化 （一）间歇式均化库 分为搅拌库和储存库。出磨生料粉先入搅拌库，利