水泥熟料煅烧学习教案

1、会计学1水泥熟料水泥熟料(sh lio)煅烧煅烧第一页，共55页。 2. 脱水脱水(tu shu)脱水是指粘土矿物分解脱水是指粘土矿物分解(fnji)放出化合水放出化合水 。粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如下式所示：粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如下式所示：高岭土进行脱水分解反应属吸热过程。高岭土进行脱水分解反应属吸热过程。 生成了非晶的生成了非晶的无定形偏高岭土无定形偏高岭土 ，具有较高活性，为下一步与氧化钙，具有较高活性，为下一步与氧化钙反应创造了有利条件。继续加热到反应创造了有利条件。继续加热到 900950，由无定形物质转变，由无定形物质转变为晶体，同时放出热量。为晶体

2、，同时放出热量。500232223222222Al OSiOH OAl OSiOH O高岭土高岭土无定形无定形水蒸气水蒸气第2页/共55页第二页，共55页。 3. 碳酸盐分解碳酸盐分解(fnji)可逆反应可逆反应受受T、CO2分压的影响分压的影响加强通风加强通风 PCO2 有利反应向正方向进行。有利反应向正方向进行。第3页/共55页第三页，共55页。可逆反应可逆反应(kn-fnyng)受受T、CO2分压的影响分压的影响(yngxing)强吸热反应：强吸热反应：是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程。是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程。约占预分解窑的约占预分解窑的1/2，湿法，湿法1

3、/3 纯纯CaCO3为为44%，一般在，一般在40%左右，左右，与石灰质原料的品质有关。与石灰质原料的品质有关。烧失量大：烧失量大：分解温度与分解温度与PCO2和矿物结晶程度有关：和矿物结晶程度有关：PCO2，则分解温度增高。，则分解温度增高。方解石的结晶程度高，晶粒粗大，则分解温度高；方解石的结晶程度高，晶粒粗大，则分解温度高；相反，微晶或隐晶质矿物的分解温度低。相反，微晶或隐晶质矿物的分解温度低。 第4页/共55页第四页，共55页。五个过程五个过程(guchng)：第5页/共55页第五页，共55页。五个过程中，传热和传质都为物理过程，五个过程中，传热和传质都为物理过程，仅有一个化学反应过程

4、。各过程的阻力仅有一个化学反应过程。各过程的阻力(zl)不同，不同，所以所以CaCO3的分解速率受控于其中最慢的一个过程。的分解速率受控于其中最慢的一个过程。回转窑：生料粉粒径小，传质过程快；但物料呈堆积状态，回转窑：生料粉粒径小，传质过程快；但物料呈堆积状态，传热面积小，传热系数不高，故传热速率传热面积小，传热系数不高，故传热速率(sl)慢。所以慢。所以CaCO3分解分解速率速率(sl)取决于传热过程。取决于传热过程。立窑和立波尔窑：生料需成球，由于球径较大，故传热速立窑和立波尔窑：生料需成球，由于球径较大，故传热速率慢，传质阻力很大，所以率慢，传质阻力很大，所以CaCO3分解分解(fnji

5、)速率取决于传热和传质速率取决于传热和传质过程。过程。 新型干法生产新型干法生产：生料处于悬浮状态，传热面积大，：生料处于悬浮状态，传热面积大，传热系数高，传质阻力小，所以传热系数高，传质阻力小，所以CaCO3分解速率取决于化学分解速率取决于化学反应速率。反应速率。 第6页/共55页第六页，共55页。反应反应(fnyng)条件条件第7页/共55页第七页，共55页。石灰石的种类石灰石的种类(zhngli)和物理性质和物理性质第8页/共55页第八页，共55页。生料生料(shnglio)细度和颗粒级配细度和颗粒级配 回转窑内（回转窑内（物料呈堆积状态）物料呈堆积状态）CaCO3分解率为分解率为85-

6、95%(8001000)要要15min；分解炉内（分解炉内（生料处于悬浮状态）生料处于悬浮状态）(800850)要要2s。 生料悬浮分散程度生料悬浮分散程度 生料悬浮分散差，相对地增大了颗粒尺寸，减少了传热面积，生料悬浮分散差，相对地增大了颗粒尺寸，减少了传热面积，降低了碳酸钙的分解速度。是决定分解速度的一个非常重要因素。降低了碳酸钙的分解速度。是决定分解速度的一个非常重要因素。回转窑和分解炉内分解时间比较：回转窑和分解炉内分解时间比较：第9页/共55页第九页，共55页。若粘土质原料的主导矿物是活性大的高岭土，由于其容易和分若粘土质原料的主导矿物是活性大的高岭土，由于其容易和分解产物解产物Ca

7、O直接进行固相反应生成低钙矿物，可加速直接进行固相反应生成低钙矿物，可加速CaCO3的分的分解反应。解反应。反之，若粘土的主导矿物是活性差的蒙脱石、伊利石，则要影反之，若粘土的主导矿物是活性差的蒙脱石、伊利石，则要影响响CaCO3的分解速率，由结晶的分解速率，由结晶(jijng)SiO2组成的石英砂的反应活组成的石英砂的反应活性最低。性最低。粘土质组分粘土质组分(zfn)的性质。的性质。第10页/共55页第十页，共55页。 4. 固相反应固相反应(fnyng)-放热反应放热反应(fn r fn yng) 第11页/共55页第十一页，共55页。800-900：开始形成：开始形成C12A7、C2F

8、；7CA5C C12A7 4. 固相反应固相反应(fnyng)-放热反应放热反应(fn r fn yng) 第12页/共55页第十二页，共55页。 4. 固相反应固相反应(fnyng)-放热反应放热反应(fn r fn yng) 第13页/共55页第十三页，共55页。 4. 固相反应固相反应(fnyng)-放热反应放热反应(fn r fn yng) 第14页/共55页第十四页，共55页。 约约800：开始：开始(kish)形成形成CA、CF与与C2S；800-900：开始：开始(kish)形成形成C12A7 、C2F ；900-1100：C2AS形成后又分解、形成后又分解、C3A、C4AF开始

9、开始(kish)形成形成 1100-1200：大量形成：大量形成C3A、C4AF，C2S含量达最大值含量达最大值 以上化学反应的温度都小于反应物和生成物的熔点，也就是说以上化学反应的温度都小于反应物和生成物的熔点，也就是说物料在以上这些反应过程中都没有熔融状态物出现物料在以上这些反应过程中都没有熔融状态物出现(chxin)，反应是在反应是在固体状态下进行的。固体状态下进行的。 4. 固相反应固相反应(fnyng)-放热反应放热反应 第15页/共55页第十五页，共55页。 4. 固相反应固相反应(fnyng)-放热反应放热反应(fn r fn yng) 第16页/共55页第十六页，共55页。 4

10、. 固相反应固相反应(fnyng)-放热反应放热反应(fn r fn yng) 生料的细度和均匀性生料的细度和均匀性第17页/共55页第十七页，共55页。 4. 固相反应固相反应(fnyng)-放热反应放热反应(fn r fn yng) 生料的细度和均匀性生料的细度和均匀性温度和时间温度和时间第18页/共55页第十八页，共55页。原料原料(yunlio)性质性质第19页/共55页第十九页，共55页。 5. 熟料熟料(sh lio)烧结烧结第20页/共55页第二十页，共55页。 5. 熟料熟料(sh lio)烧结烧结影响熟料烧结影响熟料烧结(shoji)的因素：的因素：(1)最低共熔温度最低共熔

11、温度第21页/共55页第二十一页，共55页。影响熟料影响熟料(sh lio)烧结的因素：烧结的因素：(1)最低共熔温度最低共熔温度(wnd)(2)液相量液相量第22页/共55页第二十二页，共55页。(3)液相粘度液相粘度(zhn d) 第23页/共55页第二十三页，共55页。（4）液相的表面张力）液相的表面张力(biominzhngl)第24页/共55页第二十四页，共55页。（5）氧化钙溶解于熟料）氧化钙溶解于熟料(sh lio)液相的速率液相的速率第25页/共55页第二十五页，共55页。（6）反应物存在）反应物存在(cnzi)的状态的状态第26页/共55页第二十六页，共55页。 6. 熟料熟

12、料(sh lio)冷却冷却第27页/共55页第二十七页，共55页。第28页/共55页第二十八页，共55页。第29页/共55页第二十九页，共55页。第30页/共55页第三十页，共55页。 凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在 空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维 材料牢固地胶结材料牢固地胶结(jioji)在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。 以硅酸盐水泥熟料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。以硅酸盐水泥熟料、适量石膏磨细制成的水硬性

13、胶凝材料。主要含主要含 CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成的原料，按适当比例磨成细粉烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物。细粉烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物。P187第31页/共55页第三十一页，共55页。（2 2）混合）混合(hnh)(hnh)材材混合材磨细后与石灰和石膏拌合，加水后既能在水中混合材磨细后与石灰和石膏拌合，加水后既能在水中又能在空气中硬化的称为活性混合材。又能在空气中硬化的称为活性混合材。粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣炼铁高炉的熔融矿渣经水淬急冷形成，物相组成大部分炼铁高炉的熔融矿渣经水淬急冷形成，物相组成大部分为玻璃体，具有较高的化学

14、潜能，在激发剂的作用下具为玻璃体，具有较高的化学潜能，在激发剂的作用下具有水硬性。有水硬性。化学成分：化学成分：CaO、Al2O3、SiO2 90% MgO、MnO、Fe2O3、CaS、FeS、TiO2等等质量系数质量系数=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO）活性矿渣质量系数活性矿渣质量系数1.2，非活性矿渣质量系数，非活性矿渣质量系数1.2第32页/共55页第三十二页，共55页。火山灰质混合火山灰质混合(hnh)材材凡天然的及人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分凡天然的及人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分(chng fn)的矿物质原料，磨成细粉加水后并不硬化，但与石灰的矿物质原料，

15、磨成细粉加水后并不硬化，但与石灰混合后再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且能在混合后再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化者称为火山灰质混合材。水中继续硬化者称为火山灰质混合材。第33页/共55页第三十三页，共55页。类别类别CaO含量含量来源来源活性活性低钙粉煤灰低钙粉煤灰10%无烟煤燃烧所得副产品无烟煤燃烧所得副产品较低较低高钙粉煤灰高钙粉煤灰1530%褐煤和次烟煤燃烧所得的副产品褐煤和次烟煤燃烧所得的副产品较高较高粉煤灰粉煤灰第34页/共55页第三十四页，共55页。（2 2）混合）混合(hnh)(hnh)材材混合材磨细后与石灰和石膏拌合，加水后既能在水中混合材磨细后与石

16、灰和石膏拌合，加水后既能在水中又能在空气中硬化的称为活性混合材。又能在空气中硬化的称为活性混合材。与水泥成分不起化学作用或化学作用很小的称为非活性混合材。与水泥成分不起化学作用或化学作用很小的称为非活性混合材。磨细石英砂、石灰石、慢冷矿渣等磨细石英砂、石灰石、慢冷矿渣等作用：作用：提高水泥产量，减少水化热，降低水泥标号。提高水泥产量，减少水化热，降低水泥标号。第35页/共55页第三十五页，共55页。（2 2）混合）混合(hnh)(hnh)材材天然石膏或工业副产石膏（天然石膏或工业副产石膏（CaSO4，CaSO42H2O）作用：作用：调节凝结时间，提高早期强度，降低干缩变形，调节凝结时间，提高早

17、期强度，降低干缩变形，改善耐久性、抗渗性等性能，对混合材起活性激发作用。改善耐久性、抗渗性等性能，对混合材起活性激发作用。（3 3）石膏）石膏第36页/共55页第三十六页，共55页。六、硅酸盐水泥六、硅酸盐水泥(shun)的水化与硬化的水化与硬化6.1 水泥熟料水泥熟料(sh lio)矿物的矿物的水化水化注意：硅酸三钙水化产物组成不是固定的，和水固比、温度、有注意：硅酸三钙水化产物组成不是固定的，和水固比、温度、有无其它无其它(qt)离子参与和水化条件有关。离子参与和水化条件有关。2C3S + 6H2O 3CaO 2SiO2 3H2O + 3Ca(OH)2 1.硅酸三钙的水化硅酸三钙的水化水泥

18、与水接触时，水泥中的各组分与水的反应称为水泥与水接触时，水泥中的各组分与水的反应称为水化水化。水泥水泥cement水泥浆水泥浆Cement paste+水水凝凝结结硬硬化化水泥石水泥石Hardened cement pasteP197第37页/共55页第三十七页，共55页。初始初始(ch sh)(ch sh)水解期水解期：加水后立即发生急：加水后立即发生急剧反应，持续时间短剧反应，持续时间短（15min),15min),又称诱导前又称诱导前期。期。诱导期：反应缓慢，持续诱导期：反应缓慢，持续2-4h2-4h，又称静止期。是硅酸盐水泥浆能，又称静止期。是硅酸盐水泥浆能在几小时内保持塑性的原因在几

19、小时内保持塑性的原因(yunyn)(yunyn)。初凝时间基本上相当于诱。初凝时间基本上相当于诱导期的结束。导期的结束。第38页/共55页第三十八页，共55页。加速期：反应重新加快，反应速率随时间增长，出现第二个放热加速期：反应重新加快，反应速率随时间增长，出现第二个放热峰，峰顶时本阶段峰，峰顶时本阶段(jidun)(jidun)结束（结束（4-8h4-8h）。终凝已过，开始硬）。终凝已过，开始硬化化. .衰退期：反应速率随时间下降（减退期）。持续衰退期：反应速率随时间下降（减退期）。持续1224h1224h，水化作，水化作用逐渐受扩散速率控制。用逐渐受扩散速率控制。稳定期：反应速率很低、基本

20、稳定，水化作用完全受扩散速率控稳定期：反应速率很低、基本稳定，水化作用完全受扩散速率控制。制。第39页/共55页第三十九页，共55页。 C2S水化过程与C3S极为相似，也有诱导期、加速期等，但水化速度不同(b tn)。其原因是两者的晶体构造不同(b tn)造成。二者反应产物都是水化硅酸钙和氢氧化钙。水化硅酸钙的化学组成、结晶程度都不固定，尺寸很小，接近胶体，难以精确区分。为了表示连续范围的组成和结构，将水化硅酸钙统称为水化硅酸钙凝胶（C-S-H)。2C2S + 4H2O 3CaO 2SiO2 3H2O + Ca(OH)2 2. 硅酸硅酸(u sun)二二钙的水化钙的水化第40页/共55页第四十

21、页，共55页。 C3A C3A在硅酸盐水泥熟料矿物中的水化能力最强，但在饱和石灰溶液中显在硅酸盐水泥熟料矿物中的水化能力最强，但在饱和石灰溶液中显著减慢。其水化产物组成与结构著减慢。其水化产物组成与结构(jigu)(jigu)决定于溶液中氧化钙和氧化铝离决定于溶液中氧化钙和氧化铝离子浓度与温度。子浓度与温度。C3A + 6H2O 3CaO Al2O3 6H2O4C4AF + 7H2O 3CaO Al2O3 6H2O + CaO Fe2O3 H2O 3. 铝酸三钙的水化铝酸三钙的水化 4. 铁铁铝酸四钙的水化铝酸四钙的水化第41页/共55页第四十一页，共55页。3CaO Al2O3+ 3(CaS

22、O4 2H2O) + 2426H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 3032H2O 水泥拌水后，首先是水泥拌水后，首先是C3AC3A，以后，以后C4AFC4AF与与C3SC3S分别与水很快反应，分别与水很快反应，C3SC3S水化时析出水化时析出CH,CH,同时同时(tngsh)(tngsh)，掺加的石膏也迅速溶解于水。，掺加的石膏也迅速溶解于水。3CaO3CaOAl2O3Al2O33CaSO43CaSO4 3032H2O 3032H2O简写为简写为AftAft，称为三（高）硫型，称为三（高）硫型水化硫铝酸钙，因其成分及结构与天然水化硫铝酸钙，因其成分及结构与天然(tinrn)(tinrn

23、)的钙矾石相似，的钙矾石相似，所以又称为钙矾石，针状晶体。所以又称为钙矾石，针状晶体。5.2 硅酸盐水泥硅酸盐水泥(shun)的水的水化化第42页/共55页第四十二页，共55页。5.3 硅酸盐水泥硅酸盐水泥(shun)的硬化的硬化 1. 概念概念(ginin)第43页/共55页第四十三页，共55页。水泥与水拌和，水泥颗水泥与水拌和，水泥颗粒以分散状态粒以分散状态(zhungti)存在于水中存在于水中（瞬间过程）（瞬间过程） 2. 过程过程(guchng)水泥水泥水水第44页/共55页第四十四页，共55页。水化初期水化初期(chq)，反应比较，反应比较迅速，由于各种水化物溶解迅速，由于各种水化物

24、溶解度很小，很快在水泥颗粒周度很小，很快在水泥颗粒周围达到过饱和，析出以围达到过饱和，析出以C-S-H为主体的半渗透膜层，包裹为主体的半渗透膜层，包裹在水泥颗粒表面。在水泥颗粒表面。水泥水泥(shun)水水水化硅酸钙水化硅酸钙第45页/共55页第四十五页，共55页。半渗透膜层的形成降低了半渗透膜层的形成降低了各种离子各种离子(lz)从外向内和从外向内和离子离子(lz)从内向外扩散的从内向外扩散的速度，水化反应变慢，水速度，水化反应变慢，水份渗入膜层以内进行的水份渗入膜层以内进行的水化反应使膜层向外增厚。化反应使膜层向外增厚。第46页/共55页第四十六页，共55页。膜层内部由于结晶压力的产生膜层

25、内部由于结晶压力的产生导致膜层向外突出并在其弱点导致膜层向外突出并在其弱点上发生破裂，使水泥与水迅速上发生破裂，使水泥与水迅速而广泛而广泛(gungfn)的接触，反的接触，反应进入加速期。应进入加速期。第47页/共55页第四十七页，共55页。生成较多的凝胶和生成较多的凝胶和CH等等相 互 接 触 连 生 ， 构 成相 互 接 触 连 生 ， 构 成(guchng)贯穿于整个浆贯穿于整个浆体的网状结构，不断充实体的网状结构，不断充实，使浆体具有一定强度。，使浆体具有一定强度。第48页/共55页第四十八页，共55页。未水化水泥未水化水泥(shun)颗粒颗粒水化产物层厚度和致密度水化产物层厚度和致密

26、度不断增加，水泥不断增加，水泥(shun)浆浆体趋于硬化，水泥体趋于硬化，水泥(shun)颗粒内部的水化愈加困难颗粒内部的水化愈加困难，进入扩散控制期。，进入扩散控制期。第49页/共55页第四十九页，共55页。（a a）分散在水中未水化的水泥颗粒）分散在水中未水化的水泥颗粒（b b）在水泥颗粒表面形成水化物膜层）在水泥颗粒表面形成水化物膜层（c c）膜层长大）膜层长大(chn d)(chn d)并互相连接（凝结并互相连接（凝结）（d d）水化物进一步发展，填充毛细孔）水化物进一步发展，填充毛细孔( (硬化硬化) )11水泥水泥(shun)(shun)颗粒颗粒 22水分水分 33凝胶凝胶 4 4晶体晶体 55水泥水泥(shun)(shun)颗粒的颗粒的未水化内