《无机材料生产技术：水泥方向》项目一 通用硅酸盐水泥生产准备

项目一通用硅酸盐水泥生产准备任务1水泥及其生产工艺分类任务2新型干法水泥生产工艺任务3生产用原燃材利任务4生料与熟料返回任务1水泥及其生产工艺分类1.1.1水泥分类与命名1.1.1.1水泥的定义通常说的水泥，是指拌和一定量的洁净水后呈现塑性浆体状态，能胶结砂、石、钢筋等适当材料，能在空气中硬化并且在水中可以继续硬化的粉体水硬性胶凝材料。它是各种类型水泥的总称。从特征上来说，水泥必须通过粉磨后获得，是具有一定细度的粉体，其拌和适量水后可成为塑状浆体;它既能在空气中硬化，也能在水中继续硬化形成人造石材;水泥浆能够与砂、石、钢筋等集料牢固地胶结在一起，作为一个整体，具备一定承受负荷的强度。1.1.1.2水泥的种类水泥自发明以来，品种不断增加，至今已有上百种之多。下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类(一)对水泥按其用途及性能划介可将水泥分成三大类:通用水泥、专用水泥、特性水泥。1.通用水泥通常将在一般土木建筑工程上使用的水泥，称为通用水泥。2.专用水泥将具有特定用途的水泥，称为专用水泥。如油井水泥、道路水泥、砌筑水泥等。3.特性水泥将具有某种突出性能的水泥，称为特性水泥。如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥等。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类(二)对水泥按其熟料主要扩肠组成划介1.硅酸盐水泥系列(通常简称为硅酸盐水泥类)该系列水泥的特征是其水泥熟料矿物以硅酸盐为主要成分。如生产生活中使用量最大的通用硅酸盐水泥以及大部分专用水泥、特性水泥等。2.铝酸盐水泥系列该系列水泥的特征是其水泥熟料矿物以铝酸钙为主要成分，主要有铝酸盐膨胀水泥、铝酸盐自应力水泥和铝酸盐耐火水泥等。3.铁铝酸盐水泥系列该系列水泥的特征是其水泥熟料矿物以铁铝酸盐为主要成分，如快硬铁铝酸盐水泥、高强铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥、自应力铁铝酸盐水泥等。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类4.硫铝酸盐水泥系列该系列水泥的特征是其水泥熟料矿物以硫铝酸钙为主要成分，包括快硬硫铝酸盐水泥、高强硫铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥、低碱硫铝酸盐水泥等。5.氟铝酸盐水泥系列该系列水泥的特征是其水泥熟料矿物以氟铝酸钙为主要成分，包括快凝快硬氟铝酸盐水泥、型砂水泥、锚固水泥等。6.其他类型水泥以上系列之外的水泥类型，包括而不限于如耐酸水泥、氧化镁水泥、生态水泥、少熟料和无熟料水泥等。1.1.1.3水泥的命名上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类水泥种类已近百余种，如何对水泥命名需要视情况而定。一般按类别不同分别以水泥的主要水硬性矿物、混合材料种类、水泥用途及其主要特性来进行命名，如果名称过长，可以使用简称。通用水泥，现在新的水泥国家标准(GB175-2007)已重新确定了其标准称谓，即“通用硅酸盐水泥”。专用水泥则按其专门用途命名。也就是按能充分发挥水泥特性，取得最佳使用效果的、特定的、单一用途来命名，而出于相互区别的需要，有时还在其名称前冠以不同型号。特性水泥是以水泥的主要特性命名的。特性水泥并非只能局限于单一的用途使用，在依赖其优良特性的场合均可使用。特性水泥以其特性、混合材和水泥熟料主要矿物一起共同进行命名，如快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥等。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类表1一1一1所示为水泥总产量以及部分年份新型干法水泥产量表。1.1.2生产方法分类1.1.2.1硅酸盐水泥的生产过程硅酸盐水泥的生产过程可以简单地概括为“两磨一烧”三个阶段。即通常所说的“生料制备、熟料锻烧、水泥制成及出厂”三大工序。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类具体说来，先将石灰石原料、黏土质原料与少量校正原料进行破碎，必要时需要预均化，之后将各种物料按一定比例配合，送入生料制备磨机粉磨至指定细度，出磨后加以调配、均化制得细度合格、成分适当、质量均匀的生料，称生料的制备;将生料加入水泥窑内锻烧至部分熔融，获得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，称为熟料锻烧;将优质熟料、石膏、混合材料按照指定比例配合后喂入水泥磨粉机，对出磨水泥进行调配并且均化后，制成物理化学指标符合国家标准规定的水泥粉体，经包装或散装后出厂，称为水泥制成及出厂。1.1.2.2硅酸盐水泥的生产方法分类目前水泥的生产方法因生料制备磨型及熟料锻烧窑型有区别而主要作两种分类:1.按制备生料的干湿法磨型进行分类:湿法生产、干法生产1)湿法生产上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类将黏土质原料，基本上是用黏土，先淘制为黏土浆，然后将水、石灰质原料、铁质校正原料等按指定比例配合，喂入湿法磨机磨制生料浆，出磨生料浆经调配、均化处理，达到控制指标要求后喂入湿法回转窑锻烧成为熟料，称为湿法生产，湿法生产中料浆水分一般占32%一40%。2)干法生产将带有少许水分的各种潮湿原料先单独烘干后，再按比例配合送入生料磨机粉磨，或者直接将各种潮湿原料按比例配合送入生料磨机粉磨，同时磨机内通入热风进行烘干，出磨生料干粉经调配均化且符合质量控制指标要求后，将其喂入干法窑内锻烧，获得合格的熟料，称为干法生产。2.按瑕烧熟料窑的结构分类上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类1)立窑生产利用竖立且静止不动的用钢板卷制成的中空圆柱体水泥熟料锻烧设备，即立窑锻烧水泥熟料的方法称为立窑生产。2)回转窑生产利用与水平面成微小角度(3。左右)倾斜放置且做回转运动的水泥熟料锻烧设备，即回转窑来锻烧水泥熟料的方法称为回转窑生产。用于锻烧湿法生料浆者，称为湿法回转窑;用于锻烧干法生料粉者，称为干法回转窑(包括悬浮预热器窑、预分解窑等新型干法回转窑)。3.半干半湿法生产、半湿半干法生产与湿磨干烧法生产1)半干半湿法生产上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类在使用立窑或立波尔回转窑作为锻烧熟料的设备的企业，需要先使用干法磨机制得干法生料粉，然后向其中加入12%一15%的水分，制得粒径8一15mm的生料球(立窑生料球含煤，回转窑生料球不含煤)送入立窑或立波尔回转窑锻烧成熟料，人们也将这种方法称为半干半湿法。2)半湿半干法生产有的企业在使用立波尔回转窑时，须使用湿法磨机磨制生料浆且料浆水分在32%~40%。入窑前先经压滤或甩滤脱水，制成含水分15%一20%的生料团块，送入立波尔回转窑锻烧成熟料，人们也将这种方法称为半湿半干法。3)湿磨干烧法生产由于历史的原因或遵循国家循环经济产业政策的发展，先湿法制备生料浆，再经压滤或甩滤脱水，利用本企业生产排放的气体余热进行烘干后破碎，干法生料粉入窑锻烧，这种方法称为湿磨干烧法，目前仍有企业在使用。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类1.1.3通用硅酸盐水泥国标1.1.3.1水泥标准渊源水泥标准一方面在国家、行业、企业中引领、指导水泥的生产、控制水泥质量、加强行业管理和提高企业经济效益方面发挥着重要作用;另一方面也成为各级质量监督检验部门、建筑业设计单位、建设施工公司等单位监督检验，确保工程质量的重要技术依据。新中国成立以来，我国经历了从无到有、从硬练到软练的水泥质量以及检验方法标准。其后不断制订新水泥标准，修订、完善已有水泥标准，已经形成了比较完善的水泥标准体系。水泥标准的质量逐步达到或接近国际先进水平。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类1.1.3.2通用硅酸盐水泥定义及其品种分类1.通用硅酸盐水泥定义以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。2.通用硅酸盐水泥具体品种分类通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥六个品种，但新标准未再规定该六个品种的具体定义，并将旧标准规定内容的性质从全文强制改为条文强制。3.3组分材料1.组分表1一1一2为通用硅酸盐水泥组分表。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类

2.材料1)硅酸盐水泥熟料它是由主要含的原料，按适当比例磨成细粉烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。2)石膏(1)天然石膏:应符合GB/T5483中规定的G类或M类二级(含)以上的石膏或混合石膏标准。(2)工业副产石膏:以硫酸钙为主要成分的工业副产物。采用前应经过试验证明对水泥性能无害。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类3)活性混合材料符合GB/T203,GB/T18046,GB/T1596,GB/T2847标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料(具体介绍见项目四)。4)非活性混合材料活性指标分别低于GB/T203,GB/T18046,GB/T1596,GB/T2847标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料、石灰石和砂岩，其中石灰石中的三氧化二铝含量不大于2.5%。5)窑灰符合JC/T742的规定。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类6)助磨剂水泥粉磨时允许加入助磨剂，其加入量应不大于水泥质量的0.5%，助磨剂应符合JC/T667的规定。1.1.3.4强度等级(1)硅酸盐水泥的强度等级分为42.5,42.5R,52.5,52.5R,62.5,62.5R六个等级。(2)普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5,42.5R,52.5,52.5R四个等级。(3)矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的强度等级分为32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R六个等级。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类1.1.3.5技术要求通用硅酸盐水泥技术指标主要有不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子、碱、凝结时间、安定性、强度及细度指标10项。(一)化学指标化学指标应符合表1一1一3的规定。其中不溶物是指水泥经酸和碱处理，不能被溶解的残留物。其主要成分是结晶二氧化硅，它属于水泥中非活性组分之一。(二)碱含量(选择性指标)水泥混凝土中的碱骨料(或称碱集料)反应危害程度受混凝土中拌和物骨料的活性程度、总碱量多少及混凝土的使用环境等因素影响较大。避免或减轻碱骨料反应的危害，视混凝土配比和使用环境变化水泥中碱含量需要相应变化。因此，新标准中将碱定为选择性指标。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类(三)肠理指标1.凝结时间水泥凝结时间是水泥从和水开始作用到失去流动性，即从可塑性状态发展到固体状态所需要的时间，分初凝时间和终凝时间两种。初凝时间是指水泥加水拌搅和到标准稠度净浆开始失去塑性的时间;终凝时间是指水泥加水拌搅和起到标准稠度净浆完全失去塑性的时间。2.安定性国标规定必须用沸煮法检验并合格。水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性，简称安定性。安定性可以算是水泥质量指标中最重要的指标之一，它直接影响到水泥质量是否合格。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类1)游离氧化钙(Ca0)2)氧化镁(MgO)3)三氧化硫(SO3)

3.强度不同品种不同强度等级的通用硅酸盐水泥，其不同龄期的强度应符合表1一1一4的规定。4.细度(选择性指标)国标规定以比表面积或筛余数表示水泥的粗细程度。水泥须有足够的细度，使用中才能具有良好的和易性、不泌水等施工性能，并具有一定的早期强度，从而满足施工进度的要求。从生产实际情况看，水泥的粉磨细度直接影响水泥的能耗、质量、产量和成本，因此必须综合考虑进行控制。上一页下一页返回任务1水泥及其生产工艺分类1.1.3.6合格产品判定通用硅酸盐水泥对出厂时的检验项目规定为第7.1,7.3.1,7.3.2,7.3.3条，也就是水泥的五项化学指标与物理指标中凝结时间、安定性、强度三项。凡检验结果符合标准相应规定者为合格品;检验结果不符合标准规定中的任何一项技术要求都为不合格品。标准还对与水泥相关的试验方法、编号及取样、检验报告内容、交货与验收、包装、标志、运输与贮存等作出了相关规定。上一页返回任务2新型干法水泥生产工艺1.2.1新型干法水泥生产工艺流程图1-2一1所示为新型干法水泥生产工艺流程示意图。1.2.2新型干法水泥生产工艺过程新型干法水泥生产从大的方面来划分，仍然可以分为生料粉磨、熟料烧成和水泥制成，即“两磨一烧”三大工序。当然，可以在“两磨一烧”三大工序的基础之上，将生产过程分割的更加具体细微。比如，生料制备包括石灰石等原材料矿山开采及其管理，原材料破碎与输送入厂，原材料烘干、原材料预均化、原材料配料、生料粉磨、生料调配气力均化等小工序。这里应当指出，生料粉磨在新型干法水泥生产企业中普遍应用了立式磨工艺。下一页返回任务2新型干法水泥生产工艺通用硅酸盐水泥某一具体品种的生产，需要将调配合理的熟料、适量石膏与活性混合材料进行称重配料，经带式输送机送入水泥粉磨系统。新型干法水泥生产，目前基本上由闭路管球磨机或开路管球磨机、立式磨机、挤压磨或挤压磨与管球磨机的组合构成，相对来说，立式磨机使用得少些，另外两类使用得更加普遍。另外，生料制备几乎全部采用闭路工艺;水泥制成则不然，仍有一部分企业出于对水泥性能方面的考虑，仍然倾向于使用开路工艺。1.2.3新型干法水泥生产特点1.新型干法水泥生产的一般特点1)挖掘能源使用潜力，充分利用余热2)挖掘资源使用潜力，加强资源的合理使用与循环利用3)窑、磨设备日趋大型化上一页下一页返回任务2新型干法水泥生产工艺4)系统操作自动化5)新型优质窑磨材料的广泛应用6)各种工艺技术的应用2.新型干法水泥生产中生料立磨粉磨工艺特点1)立式磨的优点(1)粉磨效率高、电耗低。由于立式磨粉磨方式合理，且分级及时，可避免物料过粉磨现象，因此其粉磨效率高，电耗低，一般电耗可比球磨机下降10%~25%。(2)入磨物料粒度大。一般入磨粒度可达100一150mm。而钢球磨机的入磨粒度一般要求小于30mm。因此可以省去二级破碎设备。(3)产品粒度均齐，成品细度调节方便。(4)工艺流程简单，系统紧凑，占地面积小，土建费用低。上一页下一页返回任务2新型干法水泥生产工艺(5)烘干能力强，烘干效率高。(6)噪声低、振动小。2)立式磨的缺点(1)不适宜粉磨磨蚀性和硬度较大的物料，否则磨辊、磨盘衬板磨损较大，影响产品质量，影响运转率。(2)衬板磨损后更换和维修工作量大，难度也大。(3)操作技术水平要求较高。3.新型干法水泥生产中熟料瑕烧工艺特点新型干法水泥生产中熟料锻烧工艺，把生料先在预热器内接受悬浮预热，后再进预分解炉完成预分解，即人们所说的悬浮预热技术和预分解技术处理。上一页下一页返回任务2新型干法水泥生产工艺4.新型干法水泥生产中水泥挤压粉磨工艺特点挤压粉磨工艺性能特点如下。(1)辊压机采用高压料床粉碎原理，对物料进行挤压粉碎，由于所施的压力大大超过物料的强度，所以挤压过的物料中产生大量的微粉，一般在水泥粉磨中一次挤压的物料中粒度为80m以下的微粉含量占20%~30%。同时，由于存在选择性粉碎的特征，因而在料饼中也存在未挤压好的颗粒。(2)由于辊压机磨辊两端面存在边缘效应，因而有10%~20%的物料未经充分挤压而混于出料中。(3)辊压机挤压的物料颗粒分布宽，而且易磨性差异大。5.窑外分解窑生产流程质量控制表(见表1-2一1)上一页返回任务3生产用原燃材料1.3.1石灰质原料石灰质原料是指以碳酸钙为主要成分的物料，分为天然石灰质原料和人工石灰质原料两类。1.3.1.1石灰质原料的种类和性质水泥生产常用的天然石灰质原料包括石灰石、泥灰岩、白灰、大理石、海生壳类等。1.石灰石石灰石是由碳酸钙所组成的化学与生物化学的沉积岩。2.泥灰岩泥灰岩是由碳酸钙和黏土物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩，属石灰岩向黏土过渡的中间类型岩石。泥灰岩主要矿物也是方解石，常见的为粗晶粒状结构，块状构造。下一页返回任务3生产用原燃材料泥灰岩是一种极好的水泥原料，其构成中石灰岩和黏土混合均匀，易于锻烧窑产量较高，锻烧热耗较低。表1一3一2为石灰石、泥灰岩矿品质分级表。3.白灰白灰主要成分是碳酸钙，是由海生生物外壳与贝壳在海洋内堆积形成的，经沧海桑田变迁，成为陆地矿藏。白灰属于隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙质石灰岩，其碳酸钙含量为80%~90%，个别情况下含量可达90%以上。白灰一般呈黄土色、乳白色，由于杂质影响也可能呈淡灰、浅黄、浅褐色等。白灰质松而软，结构单一，易于采掘。白灰一般分布于离石灰岩不远处，矿藏土层较薄，埋覆于黄土层下，我国河南省新乡地区盛产白灰，江西省部分地区也有分布。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料

4.贝壳、珊瑚类主要有贝壳、砺壳和珊瑚石，碳酸钙含量在90%左右，自然堆积时松散容重小，易磨性差，表面附有泥砂和盐类等有害物质，用于生产时需用水冲洗干净，烘干焙烤，改善易磨性，不适合新型干法工艺大规模生产模式。水泥厂生产用天然石灰质原料化学成分示例见表1一3一3。1.3.1.2石灰质原料性能测试方法1.石灰质原料中各种元素(或氧化物)含量水泥生产企业内设有化验室，使用化学分析方法实现定量确定。2.石灰质原料的分解温度水泥生产企业内设有化验室进行测定，如不具备条件，可以委托相关科研院所或高等院校用差热分析方法确定石灰质原料碳酸盐的分解温度。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料3.石灰质原料的主要矿物组成当代水泥生产企业内设有化验室，一般均有条件用X射线衍射方法进行物相定性分析。4.石灰质原料的微观结构水泥生产企业内设有化验室，但通常不具备该方面测定条件，可以委托相关科研院所或高等院校采用透射电子显微镜来研究方解石的晶粒形态、晶粒大小以及晶体中杂质组分的存在形式;用电子探针测试研究杂质组分的形态、含量、颗粒大小、分布均匀程度等。1.3.2钻土质原料黏土质原料系指含水铝硅酸盐物料的总称。黏土质原料的化学成分主要是二氧化硅，其次是三氧化二铝，还含有极少量三氧化二铁和氧化钙。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料硅酸盐水泥熟料锻烧过程中化学反应所需要的酸性氧化物,主要来自于黏土质原料。对黏土质原料品位分级见表1一3-4。1.3.1.1豁土质原料的种类与特性

1.黏土黏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。我国华北、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均属于黏土。1.3.2豁土质原料的种类与特性1.黏土上一页下一页返回任务3生产用原燃材料黏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。我国华北、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均属于黏土。根据主导矿物不同，黏土可以分成高岭石类、蒙脱石类、水云母类等。在采用立窑或立波尔窑生产方式时，其某些工艺性能会对熟料烧制过程产生不利影响，见表1一3一5.2.黄土黄土是没有层理的黏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。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料3.页岩页岩是黏土经长期胶结而成的黏土岩。一般形成于海相或陆相沉积，或海相与陆相交互沉积。4.粉砂岩粉砂岩是由直径为0.01~0.1min的粉砂经长期胶结变硬后的碎屑沉积岩。粉砂岩的主要矿物是石英、长石、黏土等，胶结物质有黏土质、硅质、铁质及碳酸盐质。颜色呈淡黄、淡红、淡棕色及紫红色等，质地取决于胶结程度，一般疏松，但也有较坚硬的。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料5.河泥、湖泥类我国幅员辽阔，河流众多，流域内地表土被雨水冲刷进入河流湖泊，河床两岸土被河水冲刷携带顺流向下，由于流水速度分布不同，使挟带的泥沙规律性地分级沉降。河泥、湖泥成分决定于被挟带土的成分。南方水网地区的水泥生产企业可以报经矿物主管部门、河务主管部门审批核准，在江河的固定地段采掘，则其化学成分稳定，颗粒级配均匀，既可不占农田，又可疏通河道，一举多得。6.千枚岩由页岩、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为千枚岩。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料1.3.2.2戮土质原料的性能测试方法黏土质原料，矿物颗粒较小，多数颗粒为0.1~1m，研究测试相对较难。一般测定其化学组成用化学分析方法，矿物组成用X射线衍射法分析，矿物形态观察使用透射电镜，黏土矿物的脱水温度用差热分析方法确定。黏土质原料使用时应特别注意粗粒石英(砂粒)，包括其含量、晶粒大小和形态等方面都应考虑，实验证明，石英含量为70.5%，粒径超过0.5mm时，会显著影响生料的易烧性。1.3.3校正原料生产硅酸盐水泥的辅助原料，包括铁质、硅质、铝质校正原料等。校正原料以补足配料方案规定化学成分为目的，是针对生料成分由石灰质原料和黏土质原料配合尚未能完全提供的化学成分的欠缺部分，所引入的少量富含该化学成分的原料。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料1.3.3.1铁质校正原料如果石灰质原料和黏土质原料配合，氧化铁成分含量不足时，应掺加少量氧化铁含量大于40%的铁质校正原料来满足配料方案的要求。水泥生产企业通常使用低品位铁矿石，炼铁厂尾砂、硫酸厂工业废渣硫铁渣及铜铅矿渣等。1.3.3.2硅质校正原料如果石灰质原料和黏土质原料配合，SiO2成分含量不足时，需要掺加富含Si02成分70%一90%的硅质校正原料。常用的有硅藻土、硅藻石、河砂、砂岩及粉砂岩等。应当注意的是，砂岩中的矿物主要是石英，其次是长石，一般结晶SiO2难磨难烧，有条件时尽可能少采用。河砂的石英结晶更加粗大完整，使用表现比砂岩还差，最好不用。目前水泥生产企业多采用风化砂岩或粉砂岩，其SiO2含量也比较高且易于粉磨，对锻烧影响小。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料1.3.3.3铝质校正原料如果石灰质原料和黏土质原料配合，Al203成分含量不足时，需要掺加富含Al203成分30%以上的铝质校正原料，常用的铝质校正原料有炉渣、煤砰石、铝矾土等。各类校正原料品质要求见表1一3一6。1.3.4燃料工业用燃料分为固态、液态、气态燃料三类。我国水泥生产企业，可以按锻烧水泥熟料窑炉进行划分，分为立窑企业与旋窑企业两大类。立窑企业用煤主要分为湿物料烘干用烟煤与熟料烧成用无烟煤;旋窑企业用煤则主要为烟煤。也就是说，水泥生产企业使用的燃料主要分为无烟煤与烟煤两类。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料1.无烟煤无烟煤也称白煤，是煤种中碳化程度最高的一种，其干燥基准挥发分含量小于10%。立窑企业使用无烟煤，一般要求其灰分小于30，受到基底位发热量大于20930kJ/kgo2.烟煤烟煤是一种碳化程度较高的煤，其干燥基准挥发分含量在15%一40。旋窑企业使用烟煤，一般要求其灰分小于30，收到基低位发热量大于20930kJ/kg。水泥企业熟料锻烧窑炉不同，对煤质要求也不完全相同。表1一3一7与表1-3-8分别列出了水泥企业所用烟煤与无烟煤的品质要求以及不同窑型对煤质的要求。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料1.3.5矿山资源与废渣综合利用1.3.5.1对石灰质原料和戮土质原料矿山的要求当代水泥工业规模庞大，熟料锻烧窑炉单日产量已高达12000吨，生产线单线年实际消耗石灰石不少于450万吨，黏土质原料大约100万吨，各种原材料资源消耗巨大。水泥工业对石灰质原料和黏土质原料矿山的要求包括两个方面:其一为矿床资源储量要求;其二为矿床质量要求。储量方面，必须可以维持企业运营30~50年。1.3.5.2石灰质原料的选择与搭配使用石灰石主要成分为CaC03，理论上纯石灰石的Ca0含量为56%，其品位由Ca0含量来确定。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料目前水泥行业正在实施的国家《通用硅酸盐水泥》GB175-2007标准规定，硅酸盐水泥氧化镁的含量应当小于5.0%。生产实践证明，限制石灰质原料中Mg0含量小于3.0%，可以有效地避免硅酸盐水泥中Mg0的含量超标。生产中可以使用简单方法来区别白云石和石灰石。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。用冷的稀盐酸(10%浓度)滴在白云石上只有少量的气泡产生，若滴在石灰石上则剧烈地产生气泡。另外，石灰石中也可能存在一定数量的隧石石英晶体杂质矿物，它们呈褐黑色，独立结构或凸出于石灰石表面，或呈结核状包裹于石灰石中，其质地坚硬，难磨难烧，严重干扰配料方案的实施，必须严格控制。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料1.3.5.3豁土质原料的选择与搭配使用一般来讲，黏土质原料应尽量不含碎石、卵石，粗砂含量应小于5.0%，以便尽量避免和减少引入结晶状态的游离二氧化硅，降低其对粉磨的不利影响，减轻生料易烧性恶化的严重程度。研究证明，若每增高1%的结晶二氧化硅，锻烧温度控制在14000C，那么熟料中的f一Ca0含量将提高近0.5%。此外，黏土含砂量还会影响生料的塑性和成球性，不利于立窑的锻烧和立波尔窑生产。黏土可塑性是指黏土和水后成形，并维持该形状的本领，可塑性强弱用塑性指数指标表示。塑性指数越大，则黏土成形且维持既有形状的拌合水量上下限范围越宽，黏土可塑性越好。立窑和立波尔窑锻烧熟料时，首先生料都要成球，然后入窑锻烧，而生料球的大小、强度、均齐程度、抗炸裂性(热稳定性)等，都直接影响甚至决定立波尔窑加热机或立窑内的通风阻力。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料1.3.5.4矿山资源的综合利用1.低品位石灰质原料的利用水泥工业应用的低品位原料，是指其化学成分、杂质含量与物理性能等方面不符合一般水泥生产要求的原料。对含有较多杂质或含量小于48%的低品位石灰石原料而言，除白云石质岩Mg0含量超标，不适宜作硅酸盐水泥生产原料外，其他大多数是含有黏土质矿物的泥灰岩，虽然其CaO)含量较低，但是只要创设一定的条件仍然可以用于生产水泥。2.玄武岩资源的开发与利用玄武岩在我国分布比较广泛，属于火成岩，因含有不同矿物及其含量上的差别，颜色不同，呈现灰到黑色，风化后的玄武岩表面呈红褐色。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料3.珍珠岩珍珠岩属于火成岩，化学成分以二氧化硅、三氧化二铝为主，一般SiO2+Al203>80%，是主要以玻璃态存在的非晶类物质，也是一种天然玻璃，其具体化学成分因产地不同而稍有差异，当微量杂质没有明显的危害时，水泥企业可用作黏土质原料配料。1.3.5.5工业废渣的综合利用1.煤歼石、石煤的综合利用煤砰石一般包裹在有用煤层周围，处于煤质与非煤质矿物材料的过渡部分。煤矿生产中作为废渣，在采煤和选煤过程中将其剔除出来。其一般属于泥质岩，偶然夹杂一些砂岩，一般呈黑色，烧后呈粉红、红黄色。随着煤层地质年代、成矿情况、开采方法不同，煤砰石的组成也不相同。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料煤砰石、石煤部分或全部替代黏土质原料进行配料，一般用于立窑生产，工艺上要作适当地调整。具体应注意以下几方面。1)对煤砰石、石煤原料应当考虑进行预均化处理2)提高入窑生料合格率，调整配料方案，减少配热3)立窑生产采用预加水成球，浅暗火操作2.粉煤灰及炉渣的综合利用粉煤灰是火力发电厂煤粉燃烧后所得的粉状灰烬，除了可以作水泥混合材料生产普通水泥、粉煤灰水泥和复合水泥外，还可以替代部分甚至全部黏土原料进行配料。炉渣是煤在工业锅炉燃烧后排出的灰渣，也可替代黏土原料参与配料。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料粉煤灰和炉渣代替部分乃至全部黏土配料时，应注意下列问题。(1)加强均化。减少SiO2,Al203的波动和残碳热值对窑热工制度和熟料质量的影响。(2)准确计量、配料。避免因粉煤灰粒径细小，锁料、喂料困难且影响计量，导致配料方案被篡改。(3)注意带入的残余可燃物对锻烧的影响。特别是高碳粉煤灰、高碳炉渣，其带入的残余可燃物燃点较高，燃烧速度慢，易使立窑底火拉深，熟料冷却慢且冷却不良，出现还原料及粉化料。(4)粉煤灰和炉渣可塑性差，立窑生产时成球比较困难。上一页下一页返回任务3生产用原燃材料3.赤泥赤泥是采用烧结锻烧法利用铝矾土原料提炼氧化铝时所排出的赤色废渣，其化学成分以氧化钙、三氧化二铝、三氧化二铁为主，相比水泥熟料，Al203和Fe2O3含量较高，CaO含量较低。水泥企业可将其用作黏土质原料，与石灰质原料搭配可配制制备成生料。4.电石渣电石渣主要成分是Ca(OH)2，是化工厂乙炔发生车间消解石灰排出的渣浆，含水为85%一90%。上一页返回任务4生料与熟料1.4.1生料由石灰质原料、黏土质原料、少量铁质校正原料(有时还加入适量的矿化剂、晶种等，立窑生产时还会加入一定量的煤)按比例配合，粉磨到一定细度的物料，称为生料。1)生料粉干法生产用的生料为生料粉，其水分含量一般控制不超过1%。根据生料中是否配煤及配煤方式的不同，又可分为白生料、全黑生料、半黑生料、差热料等。(1)将各种原料按比例配合后粉磨而得到的，出磨生料因不含煤，故称白生料。干法回转窑生产所用生料均属白生料。下一页返回任务4生料与熟料(2)将各种原料和锻烧所需的全部用煤一次性配合人磨，磨制成的生料称为全黑生料。它适合立窑生产使用。(3)将锻烧所需煤的一部分和原料配合共同粉磨，所制得的生料称为半黑生料。另一部分煤在生料粉磨后人窑前成球时外加。适合立窑生产使用。(4)根据立窑的锻烧特点，在窑的中心和周边分别布置含煤量不同的生料，称为差热料，仅供立窑生产使用。2)生料浆湿法生产所用的生料为生料浆。它是由各种原料按一定比例掺人适量水后共同粉磨制成的含水32%一40%的料浆。上一页下一页返回任务4生料与熟料1.4.2熟料熟料矿物含量表见表1一4一1所示。1.4.2.1熟料的组成1.化学组成硅酸盐水泥熟料主要含有四种化学成分，(即)。这四种氧化物合计量一般占熟料总量的95%以上。2.矿物组成硅酸盐水泥熟料是由多种熟料矿物构成的。这些熟料矿物中的主要矿物一般均为等氧化物，它们以两种或两种以上经反应组合而形成氧化物的集合体。上一页下一页返回任务4生料与熟料3.化学组成对熟料的影响如前所述，硅酸盐水泥熟料实际上是多矿物的集合体。其主要矿物也都是由主要氧化物经高温锻烧化合而成，熟料矿物的种类及其含量直接取决于化学组成。生产中，控制适当的熟料化学成分则容易制得相应的优质熟料，同时根据熟料化学成分也可以推测出熟料中各矿物的相对含量。1.4.2.2矿物特性1.硅酸三钙1)硅酸三钙的形成硅酸盐水泥熟料由硅酸盐矿物与熔剂矿物构成。硅酸盐矿物包括硅酸三钙和硅酸二钙。熟料的烧成关键是硅酸三钙的生成。在烧制温度升高至熔剂矿物液化后，固相硅酸二钙与氧化钙溶解进入液相而生成硅酸三钙。上一页下一页返回任务4生料与熟料纯硅酸三钙与阿利特化学成分对比表如表1-4-2所示。水泥熟料中的硅酸三钙矿物并不是纯的C3S晶体，水泥熟料中的硅酸三钙矿物在烧制退火过程中总是会固溶少量的其他氧化物，如等，从而形成固溶体。这种固溶体在反光显微镜下的岩相照片中呈现黑色多边形颗粒(见图1-4一1)。2)矿物水化特性硅酸三钙矿物加水拌和后，发生水化反应，其水化过程表现出如下的特征。(1)水化速度比较快，水化主体反应在28d以内进行完毕，水化整体过程大约耗时一年可以基本完成。(2)早期强度高，强度的绝对值和强度的增进率都比较大。上一页下一页返回任务4生料与熟料(3)水化热比较高，硅酸三钙水化过程中释放出大约500J/g的水化热;另外硅酸三钙抗水性较差。2.硅酸二钙硅酸二钙是高温下由CaO与SiO2以固相反应方式化合而成硅酸盐矿物，是硅酸盐水泥熟料四大主要矿物之一，与硅酸三钙共称为硅酸盐矿物。1)多晶转变2)矿物特性在硅酸盐水泥熟料中，硅酸二钙固溶体(贝利特)呈圆粒状，有时也能观察到其他不规则形状。3)水化特性硅酸二钙矿物加水拌和后的水化反应特征与硅酸三钙比较有如下不同之处。上一页下一页返回任务4生料与熟料研究还表明，当硅酸二钙固溶液相中有少量的等氧化物时，可以提高其水硬性，四种矿物的水化强度如图1一4一2所示。3.铝酸三钙铝酸三钙是熟料四大主要矿物之一，与铁铝酸四钙共同被称为熔剂性矿物。当熟料锻烧温度升至1250℃~1280℃时，其熔融成液相，促使硅酸三钙顺利生成。4.铁铝酸四钙铁铝酸四钙(C4AF)并非是一种熟料矿物，而是代表硅酸盐水泥熟料中从C6A2F到C6AF2一系列连续的铁相固溶体，其矿物构成的平均分子数目比为4:1:1。通常，熟料锻烧结束退火过程中熔剂性矿物铁铝酸四钙结晶时夹杂原来溶入的少量Mg0,SiO2等氧化物从而形成固溶体，人们称其为“才利特”

或C矿。上一页下一页返回任务4生料与熟料5.玻璃体以熔剂矿物为主导，少量氧化物为补充，或者为促进熟料锻烧操作而有意加入的矿化剂材料等，在熟料烧成后，退火降温过程中，由于冷却速度过快，部分熔融液相来不及结晶而成为过冷凝体保留下来的称为玻璃体。6.游离氧化钙和方镁石1)游离氧化钙的种类及其对水泥安定性的影响游离氧化钙是指熟料烧结过程中没有与

等氧化物反应生成相应的熟料矿物，而是以游离状态的氧化钙(CaO)存在，又称为游离石灰(f-CaO)。熟料锻烧反应环境不同，f一CaO的产生条件以及存在形态均不同，其对水泥安定性影响也不同。上一页下一页返回任务4生料与熟料2)方镁石及其危害方镁石即熟料中呈游离状态存在的氧化镁晶体，是熟料中氧化镁的一部分。在熟料锻烧过程中，氧化镁有一部分溶于液相中或冷凝在玻璃体中，或者进入熟料主要矿物的固溶体中，多余的部分氧化镁结晶出来，呈游离状态。当熟料快速冷却时，游离氧化镁来不及充分结晶，晶体细小，而缓慢冷却时其晶粒发育完善，结构致密，晶体粗大。水泥水化时，方镁石与水反应速度很慢，可能需要几个月甚至几年才有明显反映。水化生成Mg(