硅酸盐水泥的原料及配料计算汇总

第四章硅酸盐水泥的原料及配料计算§4-1石灰质原料

§4-2粘土质原料

§4-7配料计算

§4-6熟料组成选择

§4-5水泥生料的易烧性

§4-4燃料

§4-3校正原料原料名称主要提供的成分配比（%）石灰质原料CaO~80粘土质原料SiO2、Al2O3少量Fe2O310~15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如：CaF2熟料生产硅酸盐水泥所用原料主要成分：CaCO3天然（常用）人工(工业废渣)§4-1石灰质原料一、种类及性质

石灰石（最常用）大理石泥灰岩、白垩土贝壳、珊瑚类§4-1石灰质原料种类：定义：是由碳酸钙组成的化学与生物化学沉积岩。主要矿物：为方解石（CaCO3）微粒组成，并常含有白云石（CaCO3·MgCO3）、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。分类：白云质石灰岩、硅质石灰岩、粘土质石灰岩CaO含量：纯石灰石含CaO56%，CO2烧失量为44%，白色，随杂质含量增加CaO含量减少。含水量：一般不大于1.0%，具体值随气候而异。含粘土杂质越多，水分越高。石灰石定义：是碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩，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。(混合均匀，易于煅烧)分类：高钙泥灰岩：CaO≥45%

低钙泥灰岩：CaO＜45%有些地方产的泥灰岩成分接近制造水泥的原料(CaO43.5%~45%)，可直接烧制水泥，称天然水泥岩。主要矿物：方解石泥灰岩定义：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。主要成分：碳酸钙，含量80%~90%，甚至高于90%。性能：易于粉磨和煅烧，是立窑水泥厂的优质石灰质原料。白垩贝壳、蛎壳、珊瑚石，含碳酸钙90%左右，表面附有泥砂和盐类（如MgCl2,NaCl）等有害物质。贝壳、珊瑚类二、石灰质原料的选择石灰质原料的质量要求石灰质原料的选择§2-1石灰质原料石灰质原料使用最广泛的是石灰石，其主要成分是CaCO3，纯石灰石的CaO最高含量为56%，其品位由CaO含量确定。有害成分为MgO、R2O（Na2O、K2O）和游离SiO2。石灰质原料的一般要求如下：（一）质量要求：名称品位CaOMgOR2OSO3燧石或石英（f-SiO2）石灰石一级品＞48＜2.5＜1.0＜1.0＜4.0二级品45~48＜3.0＜1.0＜1.0＜4.0泥灰岩35~45＜3.0＜1.2＜1.0＜4.0石灰质原料的一般要求如下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）石灰质原料的选择三、常见的石灰质原料的化学成分CaO,SiO2,Al2O3,Fe2O3,MgO、R2O（Na2O、K2O）四、石灰质原料性能测试方法化学分析法氧化物含量差热分析法分解温度X射线衍射矿物组成透射电子显微镜微观结构（二）石灰质原料的选择概念：粘土质原料系指含水铝硅酸盐矿物原料的总称。主要化学成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3§4-2粘土原料种类：

粘土：东北的灰色、灰黄色粘土南方的红壤、黄壤

黄土：主要分布在西北、华北

页岩、粉砂岩：

河泥、湖泥：靠近江河湖海的地区使用最多的是粘土和黄土。近年来多用页岩、粉砂岩等一、粘土质原料的种类与特性粘土是多种微细的呈疏松或胶状密实的含水铝硅酸盐矿物的混合体，它是由富含长石等铝硅酸盐矿物的岩石经漫长地质年代风化而成。包括华北、西北地区的红土，东北地区的黑土与棕壤，南方地区的红壤与黄壤等。主导矿物：粘土类同时含有几种粘土矿物时，其含量最多的矿物。类型：高岭石类:2SiO2·Al2O3·2H2O如：红壤、黄壤蒙脱石类:4SiO2·Al2O3·nH2O水云母类:如黄土共同化学式：mSiO2·Al2O3·nH2O粘土

黄土是没有层理的粘土与微粒矿物的天然混合物。成因以风积为主，也有成因于冲积、坡积、洪积和淤积的。颜色以黄褐色为主。黄土页岩是粘土经长期胶结而成的粘土岩。一般形成与海相或陆相沉积，或海相与陆相交互沉积。化学成分类似于粘土，可作为粘土使用，但其硅率较低，通常配料时需掺加硅质校正原料。页岩颜色不定，一般灰黄、灰绿、黑色及紫色等，结构致密坚实，层理发育，通常呈页状或薄片状。页岩粉砂岩是由直径为0.01~0.1mm的粉砂经长期胶结变硬后碎屑沉积岩。主要矿物是石英、长石、粘土等胶结物质有粘土质、硅质、铁质及碳酸盐质。颜色呈淡黄、淡红、淡棕色、紫红色等，质地一般疏松，但也有较坚硬的。粉页岩的硅率较高，一般大于3.0，可作为硅铝质原料。粉砂岩江、河、湖、泊由于流水速度分布不同，使挟带的泥沙规律地分级沉降的产物。其成分决定于河岸崩塌物和流域内地表流失土的成分。建造在靠江、湖的湿法水泥厂，可利用挖泥船在固定区域内进行采掘，做粘土质原料使用。河泥、湖泥类由页岩、粉砂岩或中酸性凝灰岩经低级区域变质作用形成的变质岩称千枚岩。岩石中的细小片状矿物定向排列，断面上可见许多大致平行，极薄的片理，片理面呈丝绢光泽。岩石常呈浅红、深红、灰及黑等色。千枚岩（一）品质要求品位nPMgO（%）R2O（%）SO3（%）塑性指数一级品2.7~3.51.5~3.5＜3.0＜4.0＜2.0﹥12二级品2.0~2.7;3.5~4.0不限＜3.0＜4.0＜2.0﹥12二、粘土质原料的品质要求及选择（二）、选择粘土质原料时应注意的问题1、n、p值要适当。2、尽量不含碎石、卵石，粗砂含量应小于5%。3、旋窑生产时对可塑性不做要求。(三）粘土质原料的性能测试方法二、粘土质原料的品质要求及选择粘土质石灰质相关联（MgO、R2O（Na2O、K2O）限量）三、粘土质原料的应用实例一、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。§4-3校正原料、矿化剂、缓凝剂（一）铁质校正原料常用：低品位的铁矿石，炼铁厂尾矿及硫酸厂工业废渣硫铁渣等。目前有用铅矿渣或铜矿渣的，既是校正原料，又兼做矿化剂。（FeO）表3.8一、校正原料（二）、硅质校正原料常用：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，对煅烧影响小。（三）、铝质校正原料常用：炉渣、煤矸石、铝矾土等一、校正原料（四）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

Fe2O3＞40%硅质校正原料硅藻土、硅藻石、蛋白石、砂岩SiO2:70%~90%n:﹥4.0；R2O﹤4.0%铝质校正原料炉渣、煤矸石、矾土Al2O3﹥30%兼作矿化剂一、校正原料定义：在煅烧过程中，能加速熟料矿物的形成，本身不参加反应或只参加中间反应的物质。类型：

矿化剂

复合矿化剂作用：加速分解反应；加速固相反应；降低液相出现的温度；加速C3S的形成含氟化合物：如：CaF2(萤石)硫化物：如：石膏氯化物：CaCl2其他:如：铜矿渣、磷矿渣二、矿化剂常用：石膏石膏的作用：缓凝提高水泥早强，改善水泥性能类型：天然石膏

工业副产石膏掺量：3%~6%最佳掺量由试验决定；多了会影响水泥安定性石膏：CaSO4·2H2O硬石膏：CaSO4三、缓凝剂低品位原料：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：低品位石灰质原料工业废渣：主要指煤矸石、石煤、粉煤灰、炉渣等§4-4低品位原料和工业废渣的利用石灰质原料低品位化；Si、Al质原料岩矿化；Fe质原料废渣化。目前水泥原料结构的一个新的技术方向使用低品位原料急工业废渣时应注意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；使用时要适当调整一些工艺。低品位石灰质原料：CaO＜48%或含较多杂质。其中白云石质岩不适宜生产硅酸盐水泥熟料，其余均可用。与CaO含量较高的石灰石搭配使用用硅质泥灰岩作粘土质原料和取代部分石灰质原料。一、低品位石灰质原料的利用玄武岩：是一种分布较广的火成岩，其颜色因异质矿物的含量而异，并由灰到黑，风化后表面呈红褐色。成分：类似粘土，但Fe2O3、R2O偏高。(助熔氧化物含量较多)

使用：代替粘土质原料使用注意事项：因其可塑性、易磨性差，使用时要强化粉磨。二、玄武岩资源的开发与利用煤矸石：煤矿生产时的废渣，是采煤和选矿过程中分离出来的，属泥质岩，夹杂一些砂岩。化学成分：以SiO2、Al2O3为主，少量Fe2O3、CaO，少量热值。石煤：古生代和晚古生代菌藻类低等植物所形成的低炭煤。其组成性质及生成等与煤无本质差别，属可燃沉积岩。三、煤矸石、石煤的利用1、代替粘土配料；2、经煅烧处理后作混合材；3、作沸腾燃烧室燃料，其渣作水泥混合材。煤矸石、石煤的应用：粉煤灰：是火力发电厂煤粉燃烧后所得的粉状灰烬。

炉渣：煤在工业锅炉燃烧后排出的灰渣。成分：以SiO2、Al2O3为主利用：1、作混合材料；2、代替部分或全部粘土参与配料。作原料使用时应注意：1、加强均化；2、精确计量；3、注意可燃物对煅烧的影响；4、因其可塑性差，立窑生产时要搞好成球。粉煤灰及炉渣的利用珍珠岩：是一种以玻璃态存在的火成非晶类物质，属富含SiO2的酸性岩石，可用作粘土质原料配料。赤泥：是烧结法从矾土中提取氧化铝时所排出的赤色废渣，Al2O3和Fe2O3含量高，CaO含量低，赤泥浆含水大，可作湿法生产的粘土质原料。电石渣：是化工厂乙炔发生车间消解石灰排出的含水约85%~90%的废渣。主要成分是Ca(OH)2,可替代部分石灰质原料。碳酸法制糖厂的糖滤泥、氯碱法制碱厂的碱渣、造纸厂的白泥：其主要成分都是CaCO3，均可做石灰质原料。四、其他原料固体燃料煤液体燃料重油气体燃料煤气煤正常煤低质煤灰分高热值低§4-4燃料煤的化学成分：工业分析水分W挥发分V固定碳C灰分A

可燃成分多，煤的发热量低多，易燃，火焰长焦碳多，发热量低一、固体燃料无烟煤（硬煤、白煤）炭化程度深挥发分含量小于10%质硬、金属光泽、含碳量高，着火温度高600～700℃火焰短热值20934~29308KJ/Kg立窑烟煤炭化程度较深挥发分含量15~40%质硬着火温度高400～500℃火焰较长而烟多热值20934~31401KJ/Kg回转窑褐煤炭化程度较浅挥发分含量较高40~60%，褐色无光泽热值8374~18841KJ/Kg性质不稳定易风化粉碎易自燃煤的种类烟煤热值

越高越好挥发分

高，着火快，火焰长挥发分22%~32%灰分煤灰进入熟料灰分小于27%水分高燃烧速度慢，适量水分促进C和O的化合，发火后能提高辐射力1.0%~1.5%细度粗，燃烧不充分，细，迅速完全回转窑对燃煤的质量要求挥发分小于10%的无烟煤或焦炭屑挥发分高，在预热带受热，逸出，损失对低质煤有较大适应性，和原料配合，粉磨均匀立窑用煤要求液体燃料重油渣油气体燃料煤气只适用于回转窑液体燃料和气体燃料两种表达方式：①某温度下经规定时间煅烧后测量熟料中游离氧化钙含量，含量降低表明易烧性改善。②测量规定温度下达到游离氧化钙含量小于2.0%的时间，时间的减少表明易烧性改善。§4-5水泥生料易烧性影响易烧性的因素①生料的潜在矿物组成②原料的性质和颗粒组成③生料中次要氧化物和微量元素④生料的均匀性⑤矿化剂⑥生料的热处理⑦液相⑧燃煤⑨窑内气氛水泥品种原料品质燃料品质生料成分的均匀性窑型和规格生料的易烧性§4-6熟料组成的选择§4-7

配料计算§4-7.1生料及配料的基本概念

§4-7.2配料方案的选择

§4-7.3配料计算一、生料定义：由石灰质原料、粘土质原料、少量校正原料（有时还加入矿化剂、晶种等，立窑生产时还要加煤）按比例配合，粉磨到一定细度的物料。分类（含水量）：生料粉(≤1%)。和生料浆（32%~40%）两种。

§4-7.1生料及配料的基本概念生料粉：是否含煤分为三种：白生料：出磨生料中不含煤。干法回转窑及采用白生料法煅烧的立窑用。黑生料：出磨生料中含有煅烧所需的全部煤。采用全黑生料法煅烧的立窑用。半黑生料：出磨生料中只含有煅烧所需煤的一部分。采用半黑生料法煅烧的立窑用§4-7.1生料及配料的基本概念二、配料1、概念配料：根据水泥品种、原燃料品质、工厂具体生产条件等选择合理的熟料矿物组成或率值，并由此计算所用原料及燃料的配合比，称为生料配料，简称配料。配料的目的：

设计生产§4-7.1生料及配料的基本概念KH=0.87~0.96n(SM)=1.7~2,7p(IM)=0.9~1.9§4-7.1生料及配料的基本概念

1、烧出的熟料具有较高的强度和良好的物理化学性能；2、配制的生料易于粉磨和煅烧；3、生产过程中易于控制，便于生产操作管理，尽量简化工艺流程，并结合工厂生产条件、经济、合理地使用矿山资源。配料应遵循的基本原则：干燥基准：如不考虑生产损失，有：各种干原料之和=干生料（白生料）灼烧基准：如不考虑生产损失，有：灼烧生料+煤灰（掺入熟料中的）=熟料湿基准：（二）配料计算中的常用基准及换算A——干基物料成分（%）L——干基物料烧失量（%）w——物料含水量（%）干基转灼烧基灼烧基成分（%）＝干基转湿基：湿基成分＝基准间的转换：热耗：生产1kg熟料所消耗的热量。符号q，单位kJ/kg；煤耗：生产1kg熟料所消耗的煤的质量。符号p，单位kg/kg式中：Ｑnet,ar——煤的应用基低位发热量（KＪ/kg）（三）、熟料热耗与煤耗应用基送到分析室时的状态进行分析的结果分析基空气干燥干燥基不含任何水分可燃基不含水分和灰分煤的基准式中：GA——熟料中煤灰的掺入量（%）；

Aar——煤的收到基灰分含量（%）；

S——煤灰沉落于熟料中的百分率（%）。一般取S=100。（四）、煤灰掺入量理论料耗KT：不计生产损失和物料水分的情况下，生产每千克熟料所消耗的干生料量。生产方式及煅烧工艺不同，计算公式不同。1、回转窑、立窑白生料的理论料耗：式中：KT——理论料耗；

L白——白生料的烧失量（%）。（五）、理论料耗2、立窑全黑生料理论料耗：3、立窑半黑生料理论料耗：（五）、理论料耗

1、选择合理的熟料矿物组成和率值；2、计算原料配比；3、通过生产控制，保证配料方案的实现。配料工作：配料方案：既熟料的矿物组成或熟料的三率值。配料方案的选择：选择合理的熟料矿物组成，即确定熟料的三率值KH、n、p。§4-7.2配料方案的选择水泥品种原料品质燃料品质生料质量生产窑型和生产方法一、确定配料方案的依据三个率值要互相匹配，吻合，不能只强调某一率值而忽视其他两个。一般率值的波动范围：KH：目标值±0.01~0.02n：目标值±0.1p：目标值±0.1二、熟料率值的选择20世纪80年代中后期对《我国四种预分解窑型分析研究与改进》对熟料质量统计分析，建议采用“两高一中”配料，即高n、p，中KH。一般：KH=0.86~0.88n=2.4~2.6p=1.5~1.6预分解窑熟料成分优化设计建议20世纪90年代中期以后，技术发展，建议采用“三高”配料：KH=0.88~0.92n=2.5~2.8p=1.6~1.8尝试误差法——递减试凑法(即从熟料化学成分中依次递减配合比的原料成分，试凑至符合要求为止基准：100Kg熟料计算步骤：

1、列出原料、煤灰的化学成分，煤的工业分析资料。2、计算煤灰的掺入量；(p62,4.6)3、选择熟料率值(KH,n,p)；4、根据熟料率值计算要求的熟料化学成分(p31,2.19-2.22)；5、递减试凑求各原料配合比；6、计算熟料化学成分并校验率值；7、将干燥原料配合比换算成湿原料配合比。§4-7.

3、配料计算已知条件

原料化学成分换算成100﹪

名称SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO烧失量其他合计石灰石2.420.310.1953.130.5742.660.72100.00粘土70.2514.725.481.410.925.271.95100.00铁粉34.4211.5348.273.530.092.26100.00煤灰53.5235.344.464.791.190.70100.00白生料配料计算实例煤的工业分析设计熟料率值:

KH=0.89±0.01;SM=2.1±0.1;IM=1.30±0.1热耗:3350KJ/Kg-熟料水分灰分挥发分固定碳发热量4.49%28.56%20.12%46.83%20930KJ/KgGA=

设∑=97.5Fe2O3=4.50%Al2O3=5.85%SiO2=21.74%CaO=65.41%1、计算煤灰掺入量2、计算熟料的化学成分计算步骤SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO+其他要求熟料成分-4.57Kg煤灰成分21.742.545.851.624.500.2065.410.232.500.09差值-122Kg石灰石19.292.954.230.384.300.2365.1964.822.411.57差值-23Kg粘土16.3416.163.853.394.071.260.370.320.840.66差值-5.8Kg铁粉0.182.000.460.672.812.800.050.200.180.13差值+2.6Kg粘土-1.821.83-0.210.380.010.14-0.150.040.050.07和-0.3Kg铁粉0.010.100.170.030.150.14-0.110.010.120.01差+0.2Kg石灰石-0.0900.1400.010-0.120.110.110余-0.090.140.01-0.010.113、进行递减试凑据上表可求得煅烧100Kg熟料所需各种原料用量为:

干石灰石=122-0.2=121.8Kg干粘土=23-2.6=20.4Kg干铁粉=5.8+0.3=6.1Kg各原料配比为:干石灰石=干粘土=干铁粉=生料、熟料化学成分名称配合比（%）烧矢量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石粘土铁粉82.1313.764.1135.040.73—1.999.671.410.252.030.470.160.761.9843.640.190.14生料10035.7713.072.752.9043.97灼烧生料100—20.354.284.5268.46灼烧生料煤灰100-4.574.57——19.422.454.081.624.310.2065.330.22熟料100—21.875.704.5165.65KH=0.891SM=2.14IM=1.264、校验熟料化学成分与率值设定入磨原料水分控制值为：

石灰石0.8%，粘土1.5%，铁粉4%。湿基湿物料配比及计算过程p62

4.4名称湿基用量（份）湿基配比（%）石灰石粘土铁粉合计101.041005、湿物料配比已知条件

原料化学成分换算成100﹪

名称SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO烧失量其他合计石灰石7.261.761.0549.061.8838.280.71100.00粘土66.3215.865.081.091.406.843.41100.00铁粉14.538.7165.422.262.015.501.57100.00煤灰53.8430.425.164.521.30-5.03100.00白生料配料计算实例2

煤的工业分析设计熟料率值:

KH=0.87±0.01;SM=2.1±0.1;IM=1.30±0.1热耗:

4186KJ/Kg-熟料水分灰分挥发分固定碳发热量5.70%17.92%10.00%66.38%24276KJ/KgGA

设∑=97.5Fe2O3=4.56%Al2O3=5.93%SiO2=22.03%CaO=65.98%1、计算煤灰掺入量2、计算熟料的化学成分计算步骤SiO2Al2O3Fe2O3CaO说明要求熟料成分-3.09Kg煤灰成分22.031.665.930.944.560.1664.980.14差值-132Kg石灰石20.379.584.992.324.401.3964.8464.76差值-15.53Kg粘土10.7910.302.672.463.010.790.080.17设粘土为xkg,铁粉为ykg则66.32%x+14.53%y=10.795.08%x+65.42%y=3.0