1、第第4章章 硅酸鹽水泥原燃料硅酸鹽水泥原燃料及配料及配料 水泥的質量主要取決于熟料的質量，煅燒優(yōu)質熟料必須先制備適當成分的水泥生料。而生料的化學成分是由原料提供的。 在自然界很難找到一種單一原料就能完全滿足生產(chǎn)水泥的要求，因此需要采取幾種不同的原料。4.1 原料原料 鈣鈣質原料質原料凡是以碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣為主要成分的原料都叫鈣鈣質原料質原料。1）天然的：石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等。我國水泥工業(yè)生產(chǎn)中應用最普遍的是石灰?guī)r（俗稱石灰石），泥灰?guī)r次之，個別小廠采用白堊和貝殼。石灰?guī)r石灰?guī)r：是由碳酸鈣所組成的化學與生物化學沉積巖，主要礦物方解石（CaCO3）微粒常含有白云石（CaCO3MgC

2、O3）、石英（結晶SiO2）、燧石（又稱玻璃質石英、火石，主要成分為SiO2 ，屬結晶SiO2 ）、粘土質及鐵質等雜質。結構致密，呈塊狀，性脆，普莫氏硬度 8 10 。方解石晶體的大小對生料易燒性的影響CaCO3晶體愈小，分解出的CaO顆粒也愈小，分散度愈大，在相等量熔體條件下，CaO顆粒與熔體的接觸面愈大，故CaO溶解及參與燒成反應的數(shù)量愈多，因此其易燒性越好。CaCO3晶體愈大，分解溫度愈高。石英、燧石（以石英為主要礦物）對生料易磨性、易燒性的影響：化學成分均為SiO2，呈穩(wěn)定的結晶狀態(tài)。石英、燧石莫氏硬度7，質地堅硬，難磨。難燒：煅燒時SiO2要與原料中的CaO等起反應，生成礦物，首先必

3、須破壞它原來的結構（使它活化）。破壞結晶SiO2的結構，需要的能量大。泥灰?guī)r泥灰?guī)r是由碳酸鈣和粘土物質同時沉積所形成的均勻混合的沉積巖，易采掘。它是一種由石灰石向粘土過渡的巖石。泥灰?guī)r是一種極好的水泥原料，其中石灰?guī)r和粘土混合均勻，易燒性好，有利于提高窯的產(chǎn)量，降低燃料消耗。 白堊白堊是由海生生物外殼與貝殼堆積而成，主要由隱晶或無定形細粒疏松的碳酸鈣所組成的石灰?guī)r。其中常夾有粘土，碳酸鈣含量在90%以上。白堊結構疏松，易于粉磨和煅燒，是水泥生產(chǎn)的優(yōu)質原料。2）人工的(工業(yè)廢渣)電石渣、糖濾泥、堿渣、白泥等。 硅鋁質原料硅鋁質原料硅鋁質原料指提供水泥熟料中的SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分

4、的原料的總稱。天然的：黃土、粘土、頁巖、粉砂巖、河泥等。人工的(工業(yè)廢渣)：煤矸石、粉煤灰、煤渣、磷渣等。我國水泥工業(yè)中過去使用較多的是粘土和黃土。為保護耕地，不占農(nóng)田，近年來多采用頁巖、粉砂巖等為粘土質原料。 砂巖砂巖頁巖頁巖 黃土黃土 華北和西北地區(qū)，硅率較高，塑性較差。 粘土粘土 華北和西北地區(qū)的紅土、東北的黑土與棕壤、南方的紅壤與黃壤，硅率較低，塑性較好。 頁巖頁巖 受地殼壓力膠結而成的粘土巖，成分與粘土類似。 砂巖、粉砂巖砂巖、粉砂巖 鋁礬土、千枚巖鋁礬土、千枚巖 赤泥、煤矸石、城市污泥、油頁巖渣、礦石開采尾礦和粉煤灰、爐渣 不同類型二氧化硅的活性按如下次序增高 石英玉髓蛋白石-方石

5、英-鱗石英長石中的SiO2云母和角閃石中的SiO2粘土礦物中的SiO2玻璃質礦渣中的SiO2。4.1.3 鐵質原料天然的：低品位鐵礦石工業(yè)廢渣：硫鐵礦渣（在我國用得較多，俗稱鐵粉）、煉鐵廠尾礦、銅礦渣、鉛礦渣等。4.1.4 原料的質量要求原料的質量要求 為了充分合理地利用資源，國家不再對原料的質量作統(tǒng)一的要求，而是由各工廠根據(jù)實際情況自己確定。因此，只要通過各種原材料的搭配能夠滿足工藝配方的要求，沒有必要拘泥于原料的某些質量指標。 固體燃料、液體燃料和氣體燃料。我國煅燒水泥熟料主要采用煤。 影響煤使用性能的主要因素有發(fā)熱量、揮發(fā)分和灰分等。4.2 燃料燃料項 目灰分Aad(%)揮發(fā)分Vad(%

6、)全硫St,ad(%)發(fā)熱量Qnet,ad(kJ/kg)水分Mad(%)煙 煤30203522100015無煙煤3010521000-GB50295-2008水泥工廠設計規(guī)范28.035.022300015 在煅燒條件相同的情況下，較高熱值熱值的煤有利于強化煅燒。 揮發(fā)分揮發(fā)分低的煤不易著火，火焰短，高溫集中；揮發(fā)分高的煤著火快，火焰長。 我國預分解窯過去大多使用的是揮發(fā)分較高的煙煤，但近年隨著科技進步，不少水泥回轉窯已成功地全部或部分使用無煙煤。 煤的灰分灰分不僅影響其發(fā)熱量，還影響熟料的化學成分，從而影響熟料質量。若煤來源多，又未能均化，其灰分的波動必然導致熟料化學成份及質量的波動。 煤粉

7、水分水分高，使燃燒速度減慢，降低火焰溫度。但少量水分的存在能促進碳和氧的化合，并且在著火后，能提高火焰的輻射能力。因此，煤不應過分干燥，一般水分控制為1.0%1.5%。 為了充分利用煤炭資源，預分解窯用原煤除要求其全硫含量全硫含量不大于2.5%外，其熱值大小、揮發(fā)分和灰分含量有企業(yè)根據(jù)實際生產(chǎn)情況確定。4.3 生料易燒性1）定義易燒性：水泥生料在固、液、氣相環(huán)境下，通過的物理化學變化，形成熟料的難易程度。2）方法按一定的煅燒制度對水泥生料進行煅燒，測定其f-CaO含量，用該f-CaO含量表示該生料的煅燒難易程度。f-CaO含量愈低，易燒性愈好。生料易燒性愈好，生料煅燒的溫度愈低；易燒性愈差，煅

8、燒溫度愈高。通常熟料的煅燒溫度為14201480。3）檢測方法：JC/T 735-2005水泥生料易燒性試驗方法4）易燒性指數(shù)或易燒性值的表示易燒性；如：BI2 = C3S / ( C4AF + C3A +M + K + Na )Bth = 55.5 + 11.9R+90um + 1.58(LSF - 90)2 0.43LC2C3S-生料的潛在礦物； R+90um-生料中90um篩上余量； Lc-1350時的液相量5）影響生料易燒性的主要因素影響生料易燒性的主要因素生料的潛在礦物組成。原料的性質和顆粒組成：原料中石英和方解石含量多，難燒，易燒性差；結晶質粗粒多，易燒性差。生料中次要氧化物和微量

9、元素：含少量，有利于熟料形成，易燒性好，但含量過多，不利于煅燒。生料的均勻性和生料粉磨細度：生料均勻性好。粉磨細度細，易燒性好。礦化劑：摻加各種礦化劑，均可改善生料的易燒性。生料的熱處理：生料的易燒性差，就要求燒成溫度高，煅燒時間長。生料煅燒過程升溫速度快，有利于提高新生態(tài)產(chǎn)物的活性，易燒性好。液相：生料煅燒時，液相出現(xiàn)溫度低，數(shù)量多，液相粘度小，表面張力小，離子遷移速度大，易燒性好，有利于熟料的燒成。燃煤的性質：燃煤熱值高、煤灰分少、細度細，燃燒速度快，燃燒溫度高，有利于熟料的燒成。窯內(nèi)氣氛：窯內(nèi)氧化氣氛煅燒，有利于熟料的形成。4.4 熟料組成熟料組成設計設計一、水泥品種二、原料品質三、燃料

10、品質四、生料成分均勻性五、窯型與規(guī)格六、生料易燒性硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥成分可在一定范圍波動(CaO:6267%、SiO2：2024%、Al2O3：47%、Fe2O3：2.5%6.0%)，只要生產(chǎn)出的水泥能滿足GB規(guī)定且能保證順利生產(chǎn)即可。可以采用各種配料方案，如低鐵、高鐵、低硅、高飽和系數(shù)等多種方案，但要注意三個率值配合適當，不能過分強調(diào)某一率值，當組成偏離過大，會給生產(chǎn)帶來較大的困難。合適的配料方案要根據(jù)工廠實際情況，在多次實踐總結的基礎上進行優(yōu)化。一、一、水泥品種水泥品種快硬早強水泥快硬早強水泥a)提高C3S、C3A含量，即高KH、高p。此時難燒，應降低n，以增加液相量；b)若提高C3A困

11、難(增A，必增SiO2，均由粘土提供，因而配料可能困難)，可再提高C3S含量，此時液相粘度未增(未增A)，即不一定難燒，n不需要過分降低。水工水泥水工水泥防水化熱，應降C3S、C3A，但C3S降得過多，必影響強度等，所以應先考慮降C3A，即低p，再適當降C3S?？沽蛩猁}水泥抗硫酸鹽水泥C3A的水化產(chǎn)物會與硫酸鹽反應形成鈣礬石，體積膨脹94%，造成膨脹開裂以至毀壞。因此需降C3A，此時應提高C4AF量，以保證有足夠的熔劑礦物，有利于燒成。即需低p。C3S水化產(chǎn)物中有較多CH，它會與硫酸鹽(除硫酸鋇)反應形成硫酸鈣，體積膨脹124%，同樣會導致安定性不良。因而需低KH，一般在0.800.85。根據(jù)

12、原料的資源情況、物理性質、化學成分及有害成分的含量，決定是否可以使用或將不同品種原料進行搭配。如粘土含Al2O3低時，往往配成C3A低的熟料，如要配成C3A高的熟料，必須用Al2O3高的粘土或其它原料進行搭配；如粘土含SiO2太低，則需搭配含硅高的硅質原料，為樣就要提高成本，并使生產(chǎn)工藝復雜；一般粘土質原料應盡量選擇含有非晶態(tài)SiO2的風化粘土，含微晶石英的粘土質原料次之，盡量不用含有粗大顆粒石英的砂巖和河砂。 二、二、原料品質原料品質又如石灰石中含燧石、粘土中含砂量多，則要適當降低KH來適應原料的要求。一般石灰石以含有微晶方解石礦體、結晶不良、雜質含量較少的礦體資源為好，即使SiO2等雜質稍

13、多，如果為無定形結構，分布較勻，也不會產(chǎn)生過多的不利影響。當原料資源較好時，KH值可稍高些，否則應低些。等等。工廠使用煤作燃料時，其灰分可能在一個較大范圍波動，因而完全進入熟料后，其占熟料成分也有較大變化，如占熟料成分的2%8%。煤灰波動會對熟料化學成分、礦物組成和煅燒制度有很大影響。煤粉越粗、灰分越高，影響也越大。因而當煤灰分變化時，應適當調(diào)整熟料組成。煤的均化。三、三、燃料品質燃料品質四、生料成分的均勻性四、生料成分的均勻性u未經(jīng)均化或未達到規(guī)定均化指標的生料，其化學成分的分布是不均勻的。高鈣硅區(qū)則會導致f-CaO增多；高熔劑性組分區(qū)則浪費能源。u生料成分均勻性差的水泥廠，KH值要低一些，

14、否則會使熟料的f-CaO增加，熟料質量變差。五、窯型與規(guī)格五、窯型與規(guī)格 對于預分解窯，由于生料預熱好，分解率高，燒成溫度高，熱工制度穩(wěn)定，為了有利于保持窯皮和防止結皮、堵塞和結大塊，目前趨于低液相量的配料方案?！皟筛咭恢小迸淞戏桨浮叭摺?配料方案KH=0.870.93；SM=2.42.8；IM=1.41.94.5 配料計算 4.5.1 配料依據(jù)配料配料：根據(jù)水泥品種，原料的物理化學性能及具體的生產(chǎn)條件，確定所有原料的配合比，稱為生料的配合，簡稱配料。包括原料的選擇、熟料組成設計與配料計算。熟料組成確定后，即可根據(jù)所用原料進行配料計算，求出符合熟料組成要求的原料配合比。配料計算的依據(jù)是物料平

15、衡物料平衡，即反應物的量應等于生成物的量。隨著溫度的升高，生料煅燒成熟料經(jīng)歷以下過程：生料干燥蒸發(fā)物理水；粘土礦物分解放出結晶水；有機物質的分解揮發(fā)；碳酸鹽分解放出二氧化碳；液相出現(xiàn)使熟料燒成。因為有水分、二氧化碳以及某些物質逸出，所以，計算時必須采用統(tǒng)一基準統(tǒng)一基準。 1）干燥基準：以干燥狀態(tài)(蒸發(fā)掉物理水后)質量作為計算基準。用于計算干燥原料配合比和干燥原料的化學成分。干生料干生料 = 干干鈣質原料鈣質原料 + 干干硅鋁質原料硅鋁質原料 + 干干鐵質原料鐵質原料（不考慮生產(chǎn)損失）2）灼燒基準：不考慮煤灰摻入。以灼燒狀態(tài)(去掉燒失量-結晶水、CO2、揮發(fā)物等)質量作為計算基準。用于計算灼燒原

16、料配合比和熟料的化學成分。灼燒生料灼燒生料 = 灼燒灼燒鈣質原料鈣質原料 + 灼灼硅鋁質原料硅鋁質原料 + 灼燒灼燒鐵質原料鐵質原料（不考慮生產(chǎn)損失和煤灰摻入）3）灼燒基準：考慮煤灰摻入。則灼燒生料與摻入熟料的煤灰之和應與熟料的質量相等。即 熟料熟料 = 灼燒生料灼燒生料 + 煤灰煤灰(摻入熟料中的摻入熟料中的) （不考慮生產(chǎn)損失和煤灰摻入）4）濕基準：用含水物料作計算的基準。計算出干基的質量配比后，根據(jù)原料水分，即可計算濕原料的質量配合比，并最終計算出濕原料百分比。煤灰摻入量計算煤灰摻入量計算 1）煤灰摻入量計算式式中 GA-熟料中煤灰的摻入量，%； q-單位熟料熱耗，kJ/kg熟料； Qn

17、et,ar-煤的收到基低位熱值；kJ/kg煤； Aar-煤的收到基灰分含量，%； S-煤灰沉落率，%； p-煤耗，kg煤/kg熟料。2）煤灰沉落率S100SpA 100QSqA Gararnet,arA4.5.2 配料計算方法配料計算方法 生料配料的計算方法繁多，介紹應用比較廣泛的遞減試湊法、EXCEL法。 預分解窯采用三組分原料進行配料。已知熟料率值控制目標值分別為KH=0.89 0.02；SM=2.5 0.1；IM=1.6 0.1，熟料熱耗為3000 kJ/kg。已知原料、煤灰的化學成分和煤的工業(yè)分析資料如表所示。 原料與煤灰的化學成分 名名 稱稱燒失量燒失量SiO2Al2O3Fe2O3C

18、aOMgOSO3K2ONa2OCl-石灰石石灰石41.064.641.290.6050.800.900.220.430.060.011粉砂巖粉砂巖5.1269.7915.015.920.510.950.010.820.650.006鐵鐵 粉粉2.2333.644.3347.0010.061.912.290.640.340.009煤煤 灰灰53.4432.615.683.440.601.611.080.310.015 說明：“原料與煤灰的化學成分”表中化學分析數(shù)據(jù)總和往往不等于100%，這是由于某些物質沒有分析測定，因而通常小于100%；但不必換算為100%。此時，可以加上其它一項補足為100%

19、。 說明：有時，分析總和大于100%，除了沒有分析測定的物質以外，大都是由于該種原、燃料等，特別是一些工業(yè)廢渣，含有一些低價氧化物，如FeO、甚至金屬Fe等，經(jīng)分析時灼燒后，被氧化為Fe2O3等增加了質量所致，這與熟料煅燒過程相一致，因此，也可以不必換算。名名 稱稱燒失量燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO其他其他合計合計石灰石石灰石41.064.641.290.6050.801.61100.00粉砂巖粉砂巖5.1269.7915.015.920.513.65100.00鐵鐵 粉粉2.2333.644.3347.0010.062.74100.00煤煤 灰灰53.4432.615.683.4

20、44.83100.00煤的工業(yè)分析煤的工業(yè)分析Mar（%） Aar（%）Var（%）Car（%） Qnet,ar（kJ/kg）1.3920.5722.0056.0425500 1）計算煤灰摻入量%42. 22550010010057.203000100arnet,arAQSqAG%43. 335. 165. 2) 1)(18 . 2(OFe32IMSMIMKH%49. 5OFeOAl3232 IM%30.22)OFeOAl(SiO32322 SM%78.65)OFeOAlSiO(CaO323222）根據(jù)熟料設計率值，計算要求的熟料化學成分設：=97.0 %，則3）遞減試湊法計算干生料的配合比以

21、100 kg熟料為基準， 計算步驟計算步驟SiO2Al2O3Fe2O3CaO其他其他備備 注注要求熟料組成要求熟料組成-2.42 kg 煤灰煤灰22.301.295.490.793.430.1465.780.083.000.12扣除煤灰成分扣除煤灰成分差差-129 kg 石灰石石灰石21.015.994.701.663.290.7765.7065.532.882.08干石灰石干石灰石=65.70/0.5080=129.3 kg差差-21 kg 粉砂巖粉砂巖15.0214.663.043.152.521.240.170.110.800.77干粉砂巖干粉砂巖=15.02/0.6979=21.5 kg差差-2.7 kg 鐵鐵 粉粉0.360.91-0.110.121.281.