第3-6课时 原料及燃料

1、第二章第二章 原料与燃料原料与燃料 燃料燃料钙质原料钙质原料本讲内容本讲内容燃料的种类燃料的种类燃料组成及换算燃料组成及换算原料原料发热量与标准燃料发热量与标准燃料清洁燃料清洁燃料粘土质原料粘土质原料石英类原料石英类原料长石类原料长石类原料其他原料其他原料一、钙质原料一、钙质原料钙质原料钙质原料方解石方解石（CaCO3）石灰石石灰石泥灰岩泥灰岩硅灰石硅灰石（CaOSiO2）石膏石膏（CaSO42H2O）白垩白垩1、钙质原料的种类和性质、钙质原料的种类和性质方解石（方解石（CaCO3） 三方晶系，呈粒状或板状，乳白色或无色。 硬度3，密度2.71 g/cm3。 理论组成：CaO56%，CO244

2、%。石灰石石灰石 主要矿物是方解石，含有白云石、石英、粘土 等杂质。呈灰白色、黄色，块状。 密度2.6-2.8 g/cm3。石膏石膏化学式位CaSO42H2O：性脆，密度2.30-2.33 g/cm3。硅灰石硅灰石化学式CaOSiO2，理论化学组成CaO48.25%，SiO251.75%；密度2.8-3.0 g/cm3，熔点1540。组成中的钙容易被铁、锰、锶类质同象取代。泥灰岩：泥灰岩：碳酸钙(50-70%)和粘土(50-25%)混合的沉积岩，颜色从黄色到灰黑色。白垩：白垩：由隐晶或无定形碳酸钙组成，发亮的白垩中碳酸钙的含量可达90%以上。玻璃工业玻璃工业 增加玻璃的化学稳定性和机械强度 C

3、aO50%，有害着色物质Fe2O30.15%水泥工业水泥工业 水泥工业的主要原料 MgO3%，燧石或石英1580)易熔粘土(90%水泥工业 硅质校正原料 SiO2含量7090%,含少量燧石3、石英的晶型转化性能、石英的晶型转化性能重建性重建性(横向横向)转变转变：破环化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的多晶转变形式。尽管V较大，但转化速度慢，对制品稳定性影响不大。位移性位移性(纵向纵向)转变：转变：不破环化学键，不改变原子最邻近配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移。尽管V较小，但转化速度快，较小的体积变化就会造成不均匀应力而导致制品开裂。 燃料燃料钙质原料钙

4、质原料燃料的种类燃料的种类燃料组成及换算燃料组成及换算原料原料发热量与标准燃料发热量与标准燃料清洁燃料清洁燃料粘土质原料粘土质原料石英类原料石英类原料长石类原料长石类原料其他原料其他原料四、长石类原料四、长石类原料长石：长石：架状结构的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐 。钙长石钠长石斜长石任何比例钾长石钠长石以钠或钾为主的钾钠长石固溶体1、长石的种类和性质、长石的种类和性质2、长石在玻璃和陶瓷工业的主要作用、长石在玻璃和陶瓷工业的主要作用领域主要作用品质要求陶瓷工业1、提供碱金属氧化物，有利于降低烧成温度；2、长石熔体能熔解粘土及石英等原料促进莫来石的形成和长大，提高坯体的机械强度和化学稳定性；3、

5、长石熔体填充于各颗粒间，促进坯体致密化，提高陶瓷制品的透光度长石熔化温度1230Al2O3:1520%K2O+Na2O13%Fe2O316%, K2O+Na2O12%Fe2O330%，Fe2O325%，SiO270%，Fe2O30.4%，陶瓷工业伟晶花岗岩Fe2O38%， SiO230%，CaO2霞石正长岩R2O8%，当铁量高时，要精选酸性玻璃熔岩R2O8%，钛、铁等着色氧化物尽可能少含锂矿物R2O8%，锰、铁等着色氧化物尽可能少 燃料燃料钙质原料钙质原料燃料的种类燃料的种类燃料组成及换算燃料组成及换算原料原料发热量与标准燃料发热量与标准燃料清洁燃料清洁燃料粘土质原料粘土质原料石英类原料石英类

6、原料长石类原料长石类原料其他原料其他原料五、其它矿物原料五、其它矿物原料高铝矾土高铝矾土硅线石族硅线石族Al2O3.SiO21、高铝、高铝质原料质原料硅线石硅线石风化型矾土：风化型矾土：三水铝矿Al2O33H2O沉积型矾土：沉积型矾土：一水硬铝石-Al2O3H2O 一水软铝石-Al2O3H2O蓝晶石蓝晶石红柱石红柱石2、镁质镁质原料原料白云石白云石：分子式为CaMg(CO3)2，灰白、淡黄色，粒状、致密块状，煅烧可得CaO和MgO，生产白云石耐火材料，与菱镁矿一样用于陶瓷和玻璃的生产。菱镁矿菱镁矿：分子式为MgCO3，灰白、淡红色，细粒、致密块状，煅烧可得MgO，是镁质耐火材料的主要原料。在陶

7、瓷釉料中引入菱镁矿可提高釉层的弹性及热稳定性。在玻璃中引入菱镁矿可以提高玻璃的化学稳定性和机械强度。滑石滑石： 分子式为3MgO4SiO2H2O,白色、淡绿、浅黄色，鳞片致密块状，生产镁质瓷的主要原料透辉石透辉石：分子式为CaOMgO2SiO2，浅绿、浅灰色，粒状、柱状、放射状4、Na2O质原料质原料纯碱纯碱：分子式为Na2CO3，微细白色粉末，易潮解，结块，使用时考虑水分。3、铁质原料、铁质原料铁质原料和粘土质原料(主要提供SiO2和A12O3，也提供部分Fe2O3)是制造硅酸盐水混的主要原料。如果粘土质原料氧化铁不足，需要使用氧化铁含量大于40%的铁质校正原料，如低品位铁矿石、炼铁厂尾矿、

8、硫铁矿渣等。芒硝芒硝：分子式为Na2SO4，可以代替纯碱，是常用的澄清剂，常与纯碱联用。 增加玻璃结构中O/Si比值，降低玻璃粘度，是良好的助溶剂。但是会增加玻璃的热膨胀系数，降低其热稳定性、化学稳定性和机械强度。硼酸硼酸：分子式为H3BO3，白色鳞片状晶体，易溶于水。5、含硼原料、含硼原料主要提供玻璃和陶瓷工业所需要的B2O3。降低陶瓷釉料的熔融温度和高温粘度，使釉面光滑平整。在硼硅酸盐玻璃中B2O3可以降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性和机械性能，增加玻璃的折射率和玻璃光泽。含硼矿物含硼矿物：硼镁石(2MgOB2O3H2O)，钠磞解石 (NaCaB5O98H2O)，硅钙硼石

9、Ca2B2SiO4(OH)2硼砂硼砂：四硼酸钠，分子式为Na2B4O710H2O，柱状或板状的无色透明晶体。熔融的硼砂较易溶解各种金属氧化物,生成各种不同颜色的偏硼酸的复盐。如硼砂与氧化铜反应呈蓝色；与Cr2O3反应呈绿色；与MnO2反应呈紫色。6、辅助性原料、辅助性原料（1）澄清剂）澄清剂 在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃粘度，促使玻璃液中气泡除的原料称澄清剂。（2）着色剂）着色剂 着色剂使待着色物质产生选择性吸收，产生不同的颜色。陶瓷、彩色玻璃、彩色水泥。（3）脱色剂）脱色剂 脱色剂也具有较强的着色能力，其主要作用是减弱铁、铬等氧化物对玻璃着色的影响。（4）氧化剂和还原剂）氧化

10、剂和还原剂 在熔制玻璃时能释放氧的原料称为氧化剂，能吸收氧的原料称为还原剂。氧化砷和氧化锑氧化砷和氧化锑 氧化砷、氧化锑：白色粉末，单独使用时将升华挥发，仅起鼓泡作用。与硝酸盐组合使用时，能在低温吸收氧气，在高温放出氧气而起澄清作用。由于As2O3的毒性，目前大多采用Sb2O3。（1）澄清剂）澄清剂 在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃粘度，促使玻璃液中气泡除的原料称澄清剂。硫酸盐原料硫酸盐原料 主要有硫酸钠，在高温分解逸出气体而起澄清作用。目前玻璃厂大都采用此类澄清剂。氟化物类原料氟化物类原料 主要是萤石和氟硅酸钠，能降低玻璃液粘度而起澄清作用。但对耐火材料侵蚀大，产生的气体对环境污

11、染，限用。离子着色剂离子着色剂锰化合物：软锰矿(MnO2)、氧化锰(Mn2O3)、高锰酸钾(KMnO4) 氧化气氛下，Mn2O3使玻璃呈紫色，还原成MnO则 呈无色。钴化合物：绿色CoO、深紫色Co2O3和灰色Co3O4都能使玻璃呈 天蓝色。铬化合物：铬酸钾(K2CrO4)和重铬酸钾(K2Cr2O7)。还原条件下 Cr3+使玻璃呈绿色；氧化条件下，Cr3+和Cr6+同时存 在使玻璃呈黄绿色；强氧化条件下，Cr6+使玻璃呈 淡黄色至无色。铜化合物：CuO，Cu2O和CuSO45H2O。CuO能使玻璃呈湖 蓝色。（2）着色剂）着色剂 着色剂使待着色物质产生选择性吸收，产生不同的颜色。陶瓷、彩色玻璃

12、、彩色水泥。胶体着色剂胶体着色剂金化合物：氯化金。在氯化金溶液中加入氧化锡可获得 颜色较稳定的红色玻璃。银化合物：硝酸银、氧化银和碳酸银。添加氧化锡可以 改善玻璃的银黄色。铜化合物：Cu2O和CuSO45H2O。添加氧化锡能改善铜红。化合物着色剂化合物着色剂硒(Se)、硒化镉(CdSe)与硫化镉(CdS)系列：单体硒使玻璃呈肉红色；硒化镉使玻璃呈红色；硫化镉使玻璃呈黄色；硒与硫化镉的不同比例可使玻璃呈由黄到红的系列颜色。物理脱色物理脱色 物理脱色是指在材料中加入一点数量的脱色剂能产生互补色的着色剂，使颜色互补而消失。常用的物理脱色剂有硒、氧化锰、氧化镍和氧化钴等。（3）脱色剂）脱色剂 脱色剂也

13、具有较强的着色能力，其主要作用是减弱铁、铬等氧化物对玻璃着色的影响。化学脱色剂化学脱色剂 化学脱色是借助脱色剂的氧化作用，使玻璃灯被有机物沾染的黄色消除，或使着色能力强的低价铁氧化物变成着色能力较弱的三价铁氧化物，以便进一步使用物理脱色法脱色。常用的化学脱色剂有氧化砷、氧化锑、硫化钠和硝酸盐等。（5）乳浊剂）乳浊剂 使熔体降温时析出的晶体、气体或分散粒子出现折射率的差别，在光线的反射和衍射作用下，引起光线散射，从而产生乳浊现象的物质。乳浊剂用于生产如浊玻璃，掺入陶瓷釉料可保证釉层的覆盖能力。（4）氧化剂和还原剂）氧化剂和还原剂 在熔制玻璃时能释放氧的原料称为氧化剂，能吸收氧的原料称为还原剂。常

14、用的氧化剂有硝酸盐、氧化铈、氧化砷和氧化锑等。常用的还原剂有碳、酒石酸钾和氧化锡等。悬浮乳浊剂：不熔或难熔于釉层。如氧化锡、氧化铈、氧化锆和氧化锑等。析出式乳浊剂：使釉熔体冷却时析出微晶而引起浑浊。如ZrSiO4、TiO2等胶体乳浊剂：碳、硫、磷、氟以胶体状态存在，促使釉层乳化 燃料燃料钙质原料钙质原料燃料的种类燃料的种类燃料组成及换算燃料组成及换算原料原料发热量与标准燃料发热量与标准燃料清洁燃料清洁燃料粘土质原料粘土质原料石英类原料石英类原料长石类原料长石类原料其他原料其他原料燃料液体燃料石油产品气体燃料固体燃料煤木柴可燃页岩汽油、煤油、柴油天然气人造煤气：石油气、发生炉煤气、水煤气、发生炉

15、煤气、水煤气、焦炉煤气、高炉煤气焦炉煤气、高炉煤气、城市煤气直馏重油泥煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤埋藏时间减压渣油减压蒸馏 重油重油(燃料油燃料油)裂化渣油裂化常压蒸馏常压渣油六、燃料六、燃料（一）燃料的种类（一）燃料的种类 燃料燃料钙质原料钙质原料燃料的种类燃料的种类燃料组成及换算燃料组成及换算原料原料发热量与标准燃料发热量与标准燃料清洁燃料清洁燃料粘土质原料粘土质原料石英类原料石英类原料长石类原料长石类原料其他原料其他原料（二）燃料的组成及其换算（二）燃料的组成及其换算1、固体、液体燃料组成及换算、固体、液体燃料组成及换算（1）组成分析法）组成分析法 表示燃料组成的方法有元素分析法元素分析法

16、和工业分析工业分析法法两种。工业分析法工业分析法：分析固体燃料组成的简易方法。按照这种分析方法，燃料组成由挥发分(V)、固定碳(FC)、灰分(A)及水分(M)组成。元素分析法元素分析法：用元素表示燃料组成的分析方法叫元素分析法，按照这种方法，固体和液体燃料通常由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)五种元素和灰分(A)、水分(M)等杂质组成。（2）煤的组成表示法）煤的组成表示法 表示煤的组成的基准主要有收到基收到基、空气干燥空气干燥基基、干燥基干燥基和干燥无灰基干燥无灰基四种。a. 收到基收到基： 指使用单位收到的煤的组成，也就是实际使用的煤的组成，表示方法就是在各组成的右下角用“a

17、r”表示。Car%+Har%+Oar%+Nar%+Sar%+Aar%+Mar%=100%Var%+FCar%+Aar%+Mar%=100%b. 空气干燥基空气干燥基：是指分析实验室里所用的干燥煤样的组成(将煤样在20C和相对湿度70%的空气下连续干燥1h后质量变化不超过1%，即认为达到空气干燥状态)。在各组成的右下角用“ad”表示。Cad%+Had%+Oad%+Nad%+Sad%+Aad%+Mad%=100%Vad%+FCad%+Aad%+Mad%=100%c.干燥基干燥基：指绝对干燥的煤的组成。这种基准不受煤在开采、运输和储存过程中水分变动的影响，能比较稳定地反映成批贮存煤的真实组成，在各组

18、成的右下角用“d”表示。d. 干燥无灰基干燥无灰基：指假想的无水无灰的煤的组成。除去灰分和水分后的煤的组成，可排除外界条件的影响。该基准在各组成的右下角用“daf”表示。Cdaf%+Hdaf%+Sdaf%+Odaf%+Ndaf%=100%Cd%+Hd%+Od%+Nd%+Sd%+Ad%=100% Vd%+FCd%+Ad%=100%Vdaf%+FCdaf%=100%(3) 燃料组成的换算和换算系数燃料组成的换算和换算系数 煤矿提供的一般是干燥无灰基组成，实验室给出的是空气干燥基或干燥基，而实际使用时则为收到基。因此，不同基准的组成需要进行换算。其换算关系见下表已知的基所要换算的基收到基空气干燥基干

19、燥基干燥无灰基收到基1空气干燥基1干燥基1干燥无灰基1aradM100M100adarM100M100arM100100ararAM100100adM100100adadAM100100100M100ar100M100addA100100100A100d100AM100adad100AM100arad2、气体燃料、气体燃料 气体燃料的组成通常用体积百分含量表示，并有“湿成分”和“干成分”两种表示方法。湿成分湿成分：指包括水蒸气在内的成分，用上标v表示COv%+H2v%+CH4v%+CmHnv%+H2Sv%+CO2v%+N2v%+O2v%+H2Ov%=100%干成分干成分：不包括水蒸气在内的成分

20、，用上标d表示COd%+H2d%+CH4d%+CmHnd%+H2Sd%+CO2d%+N2d%+O2d%=100%100OH100%x%xv2dv式中，H2Ov为100m3湿气体燃料中水蒸气的体积。 燃料燃料钙质原料钙质原料燃料的种类燃料的种类燃料组成及换算燃料组成及换算原料原料发热量与标准燃料发热量与标准燃料清洁燃料清洁燃料粘土质原料粘土质原料石英类原料石英类原料长石类原料长石类原料其他原料其他原料(三三) 发热量与标准燃料发热量与标准燃料发热值发热值(热量热量) 高位发热量高位发热量Qgr：指燃料完全燃烧，并当燃烧产物中的水蒸气全部凝结成水时所放出的热量。注：这里的水蒸气来源包括燃料中的水分

21、和燃烧过程中生成的水。低位发热量低位发热量Qnet：指燃料完全燃烧后，其燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时所放出的热量。概念概念 单位质量或体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量称为燃料的发热量或热值，单位kJ/kg (kJ/Nm3)或MJ/kg(MJ/Nm3)。Qgr-Qnet= Q水汽化热水汽化热1、发热量、发热量1kg固体或液体燃料完全燃烧生成的水量为 实际燃烧时，温度很高，燃烧产物中的水蒸气均以气态存在。故燃烧计算中应以燃料收到基低位发热量收到基低位发热量为基准。kgHMarar)218100100(水的汽化热约为2500kJ/kg，则高位发热量与低位发热量之差为

22、)9(25)1009100(2500,arararararnetargrHMHMQQ则ararargrarnetMHQQ25225,式中，Qgr,ar、Qnet,ar为收到基时的高、低位发热量，kJ/kg Mar、Har为收到基时燃料中水、氢的含量百分数。(1) 固体、液体燃料的高、低位发热量关系固体、液体燃料的高、低位发热量关系其他基准时，高位发热量与低位发热量关系为adadadgradnetMHQQ25225,式中，Qnet,ad 、Qnet,d 、Qnet,daf为空气干燥基、干燥基、干燥无灰基时燃料的低位发热量，kJ/kg； Qgr,ad、Qgr,d、Qgr,daf为空气干燥基、干燥基

23、、干燥无灰基时燃料的低位发热量，kJ/kg； Had 、Hd 、Hdaf为空气干燥基、干燥基、干燥无灰基时燃料中氢含量的百分数； Mad为空气干燥基时燃料中水分含量百分数。ddgrdnetHQQ225,dafdafgrdafnetHQQ225,1Nm3干气体燃料完全燃烧生成的水量为3242/4 .2218)22(1001NmkgHCnSHCHHnm高位发热量与低位发热量之差为4 .2218)22(10012500242,nmarnetargrHCnSHCHHQQ（2）气体燃料的高、低位发热量关系）气体燃料的高、低位发热量关系)22(1 .20242nmHCnSHCHH(3) 燃料发热量的测定和

24、计算燃料发热量的测定和计算Qnet,ar=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25Mar式中，Qnet,ar为收到基时低位发热量，kJ/kg； Car、Har、Oar、Sar、Mar为收到基时燃料中C、H、S、O及水的百分含量。对于固体、液体燃料，当已知燃料的元素分析值时，利用公式Qnet=126CO+108H2+358CH4+590C2H4+637C2H6+ 806C3H6+912C3H8+1187C4H10+1460C5H12+232H2S 式中，Qnet为气体燃料的低位发热量，kJ/kg； CO、H2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C4H10、C5H

25、12、H2S气体燃料中各种可燃成分的百分含量。标准煤：低位发热量(收到基组成)为29270kJ/kg (即7000kcal/kg)；标准油：低位发热量为41820kJ/kg (即10000kcal/kg)；标准气：低位发热量为41820kJ/Nm3 (即10000kcal/Nm3)。2、 标准燃料标准燃料 燃料燃料钙质原料钙质原料燃料的种类燃料的种类燃料组成及换算燃料组成及换算原料原料发热量与标准燃料发热量与标准燃料清洁燃料清洁燃料粘土质原料粘土质原料石英类原料石英类原料长石类原料长石类原料其他原料其他原料（四）清洁燃料（四）清洁燃料(洁净燃料洁净燃料)1、柴油和煤油、柴油和煤油煤油：煤油： 一般由C916的液体烃类组成的混合物，