1、習(xí)水賽德水泥有限公司蔡維平2010年8月12日水泥原料和配料知識(shí)講座石灰質(zhì)原料粘土質(zhì)原料校正原料（1）硅質(zhì)（2）鋁質(zhì)（3）鐵質(zhì)水泥原材料是水泥熟料中氧化鈣（CaO）成分的主要來(lái)源， 生產(chǎn)1噸熟料約需用石灰石1.31.5噸石灰石， 占生料中原料總量的80%以上。因此，石灰質(zhì)原料性能對(duì)熟料煅燒有很大影響。石灰?guī)r礦床一般呈層狀、 塊狀構(gòu)造，密度2.62.8g/cm3，耐壓強(qiáng)度為80140MPa， 純凈的石灰石為白色，CaO含量54%；由于它常含有白云石、 菱鎂礦、 燧石、 石英、 蛋白石、 含鐵礦物和粘土礦物而呈青灰、 灰黑、 淺黃或淺紅色，CaO含量也隨之減少，一般 一級(jí)品CaO含量為4853%，

2、二級(jí)品為4547%，而泥灰?guī)r的CaO含量則為3544%。石灰質(zhì)原料石灰質(zhì)原料等級(jí)石灰石的主要礦物為方解石。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)類型有： 隱晶結(jié)構(gòu)、 結(jié)晶粒狀結(jié)構(gòu)、 生物結(jié)構(gòu)、碎屑結(jié)構(gòu)及鮞狀結(jié)構(gòu)等。因之， 方解石礦物結(jié)構(gòu)、 結(jié)構(gòu)形態(tài)、 結(jié)晶體完整程度及晶體大小等都對(duì)熟料煅燒活性有著很大影響。同時(shí)，其所含雜質(zhì)多少，雜質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、分布狀況，特別是燧石中的 石英晶體， 以及石英晶體的發(fā)育狀況等，對(duì)生料的化學(xué)反應(yīng)活性影響也是顯著的。石灰質(zhì)原料所以在工廠建設(shè)資源選擇時(shí)， 對(duì)石灰石的化學(xué)成分及以上所述的礦物性能， 特別是對(duì)燧石、石英等雜質(zhì)含量應(yīng)加以限制外， 在對(duì)水泥窯熱工系統(tǒng)工程研究中， 亦應(yīng)首先對(duì)此加以分析研究，

3、以便對(duì)水泥窯的熱工性能作出全面、 客觀地分析評(píng)價(jià)。石灰質(zhì)原料粘土質(zhì)原料可分黃土、 粘土、 頁(yè)巖及粉砂巖、 河泥及湖泥等四類。它是水泥熟料中酸性氧化物的主要來(lái)源，生產(chǎn)1噸熟料約需 0.30.4噸粘土質(zhì)原料，占生料中原料總量的1117%；其礦物性能對(duì)熟料煅燒亦有很大影響。粘土質(zhì)原料黃土化學(xué)組成以SiO2及Al2O3為主。硅酸率一般為3.54.0，鋁氧率為2.32.8，CaO在58%之間，R2O主要由云母、長(zhǎng)石帶入，一般為3.54.5 %，之間。黃土中的粗粉砂級(jí)一般在（0.0050.01mm）顆粒一般占2550%，粘土級(jí)（0.005）一般占2040%。黃土的塑性指數(shù)一般在812之間.粘土質(zhì)原料石英，

4、SiO2，SiO2，高嶺石，Al2Si2O5(OH)4，蒙托石（Al，Mg）2（Si4O10）(HO)n(H2O)粘土質(zhì)原料礦物組成SiO2Al2O3Fe2O3MgONa2OCaO粘土中SiO2含量較低，Al2O3、Fe2O3 含量較高，硅酸率在1.42.6之間，鋁氧率在25之間，塑性指數(shù)為1827；南方地區(qū)的紅壤和黃壤主要形成于第四系更新世，主要礦物為石英、長(zhǎng)石、赤鐵礦等，主要粘土礦物為高嶺土， 其次為伊利石、 敘承石、 三水鋁礦等，硅酸率偏低，一般為2.53.3， 鋁氧率23 %，R2O含量較低，塑性指數(shù)介于1745之間， 一般為 2025。粘土質(zhì)原料粘土品位粘土反應(yīng)活性水泥工業(yè)生產(chǎn)中，

5、往往使用石灰質(zhì)及粘土質(zhì)原料配料尚不能滿足規(guī)定的生料化學(xué)成分要求時(shí)，則需添加第三、 四種校正原料。常用的校正原料有鐵質(zhì)、 硅質(zhì)或鋁質(zhì)原料等三種。近年來(lái)，為了保護(hù)環(huán)境，綜合利用廢渣，水泥企業(yè)在原來(lái)利用煅燒的煤矸石及粉煤灰作混合材外，亦重視利用它們作水泥原料。比如電廠粉煤灰。以校正原料代替粘土質(zhì)原料對(duì)于保護(hù)環(huán)境、保護(hù)耕地，意義深遠(yuǎn)。校正原料鐵質(zhì)校正料為硫酸渣、硫鐵礦渣、鋼渣、硫磺渣等。硅質(zhì)校正料多為砂巖，個(gè)別廠采用河沙。鋁質(zhì)校正料多為鋁礬土、 煤矸石、 鐵礬土、粉煤灰等。但是，在硅質(zhì)校正料中，所用的砂巖及河沙等多為結(jié)晶的，對(duì)粉磨及煅燒均甚不利，應(yīng)特別慎重選用。尤其是選用石英砂的，結(jié)晶更加粗大，盡量避

6、免使用。校正原料校正原料品位要求部分硅質(zhì)原料（砂巖）成分部分鐵質(zhì)原料成分部分鋁質(zhì)原料(煤矸石)成分部分鋁質(zhì)原料(粉煤灰)成分在水泥實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，原料配比、匹配，生料化學(xué)成分等對(duì)熟料的形成過(guò)程、水泥窯的產(chǎn)、質(zhì)量、熱耗等都有著較大影響。為此，在原料特性研究的基礎(chǔ)上，還必須進(jìn)一步對(duì)生料易燒性能進(jìn)行研究。生料易燒性眾所周知，對(duì)某種特定的石灰石而言，在選用輔助原料時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的物理化學(xué)性能的協(xié)調(diào)性。如晶質(zhì)石灰石與無(wú)定形氧化硅相作用，以及活性較大的隱晶質(zhì)石灰石與砂巖中的游離氧化硅之間的反應(yīng)仍然還是很慢的。因水泥熟料礦物的形成包括碳酸鹽分解，固相反應(yīng)， 燒成等多個(gè)過(guò)程，不僅與單項(xiàng)原料的性質(zhì)有關(guān)，而且

7、還與它們之間的相互配合比，相互作用所表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)都有很大關(guān)系。生料易燒性理論計(jì)算(公式法) 從化學(xué)成分的角度,但忽略了-,有局限性游離氧化鈣吸收 從生成物質(zhì)量的角度,但忽略了-,有局限性差熱分析 從能耗的角度，把握反應(yīng)的基本條件、參數(shù)，指導(dǎo)實(shí)際操作、工藝控制。易燒性的評(píng)價(jià)方法CaO 飽和率LSFCaO/(2.8*SiO2+1.18*Al2O3+0.65Fe2O3)正常范圍：0.950.98(史密斯公司也用該公式)公式法評(píng)價(jià)易燒性不同的原料，配成相同化學(xué)成分的生料，以同樣的煅燒溫度、同樣的煅燒時(shí)間在高溫爐中煅燒。測(cè)定不同組樣品，在以上條件下的f-CaO含量，評(píng)價(jià)其易燒性。游離鈣法評(píng)價(jià)易燒性通過(guò)

8、煅燒過(guò)程中的光譜分析，測(cè)定碳酸鹽的分解的溫度、固相反應(yīng)的溫度，來(lái)評(píng)價(jià)易燒性。顯然，分解溫度越低、固相反應(yīng)的溫度越低，易燒性越好，這都與其石灰質(zhì)及粘土質(zhì)原料特性、 生料細(xì)度及率值有關(guān)。因而，是比較理想的評(píng)價(jià)方法。差熱分析法評(píng)價(jià)易燒性差熱分析曲線差熱分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差熱分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)礦物組分定量分析礦物組分定量分析由此可見(jiàn)，評(píng)價(jià)一個(gè)配料方案的合理性，所做的工作是何其多。在方案制定的階段，作的分析工作越是仔細(xì)，取得的成果就越顯著。熟料的典型形態(tài)主要形態(tài)C3S（硅酸三鈣）- 水泥成分占52-62%C2S（硅酸二鈣） -水泥成分占20-24%C3A（鋁酸三鈣）-水泥成分占8-12%C4AF（鐵酸四鈣）-水泥成

9、分占7-9%其它形態(tài)CaO（游離石灰）希望 1.5%堿性硫酸鹽MgO（方鎂石）-若熟料中氧化鎂多于2 %說(shuō)明：水泥中： 石膏添加 3-5%配料方案的依據(jù)在C3S上形成的水化硅酸鈣凝膠（C-S-H）氫化鈣沉淀C3SC2SC3AC4AFC-S-Hgel鋁酸鹽水合物氫化鈣石膏為什么我們要追求C3SC3S水化反應(yīng) + 21 天01020304050607080抗壓強(qiáng)度（MPa）天28718036090C3SC2SC3AC4AF 根據(jù)Boque與Lerch公式計(jì)算的純礦物CaO+SiO2 =C2S， CaO+ C2S =C3SCaO的熔點(diǎn)是2500結(jié)晶型SiO2的熔點(diǎn)是1667 回轉(zhuǎn)窯通常的火焰中心溫度

10、：17001800煅燒料溫：12801450在此溫度下， CaO+SiO2是通過(guò)固體質(zhì)點(diǎn)間的擴(kuò)散反應(yīng)，在質(zhì)點(diǎn)表面形成CaOSiO2、 2CaOSiO2，表面生成的C2S膜對(duì)擴(kuò)散反應(yīng)起到阻擋作用固相反應(yīng)只能在質(zhì)點(diǎn)表面反應(yīng)，位于質(zhì)點(diǎn)中心部位是不能反應(yīng)的，造成f-CaO含量過(guò)高因此，我們需要較低溫度下的具有相對(duì)流動(dòng)性的反應(yīng)固相反應(yīng)而液相的流動(dòng)性會(huì)加劇擴(kuò)散反應(yīng)的進(jìn)行最低共熔點(diǎn)溫度在CaO、SiO2中配入Fe2O3，Al2O3，通過(guò)固相反應(yīng)形成3 CaO Al2O3， CaO Fe2O3，最低共熔溫度降到1350，從而產(chǎn)生液相，在（多元素）液相中CaO+ C2S =C3S的反應(yīng)比較劇烈在生產(chǎn)條件下，原料

11、中總是夾雜些MgO、K2O、Na2O、KCl、MnO2、TiO2、SO3、P2O5等雜質(zhì)，使最低共熔點(diǎn)溫度進(jìn)一步下降到1200 ，這些組分的存在有一些好處：較低的燒成熱耗、火焰溫度、耐火材料消耗液相反應(yīng)最早的保險(xiǎn)絲于一百多年前由愛(ài)迪生發(fā)明，由于當(dāng)時(shí)的工業(yè)技術(shù)不發(fā)達(dá)白熾燈很貴重，所以，最初是將它用來(lái)保護(hù)價(jià)格昂貴的白熾燈的。易熔絲是用鉍、鉛、錫和鎘制成的一種合金，熔點(diǎn)有：48、60、70、92、96，125等等，可按要求，定制各種溫度的低熔點(diǎn)易熔絲。熔點(diǎn)65.5 下的保險(xiǎn)絲配方： 鉍：Bi，熔點(diǎn)271.3 ，50% 鉛：Pb，熔點(diǎn)327.5 ，25% 錫：Sn，熔點(diǎn)231.8 ，12.5% 隔：C

12、d，熔點(diǎn)320.9 ，12.5%通過(guò)“易熔絲”幫助理解“最低共熔點(diǎn)”合金絲熔點(diǎn)65.5 大雪封山，道路中斷，城市交通中斷，道路噴散食鹽水，冰雪會(huì)融化。 純水：沸點(diǎn)100，冰點(diǎn)0； 15%的食鹽水：冰點(diǎn)20 ；乙二醇型防凍液： 濃度配比為： 乙二醇/水：55% /45%，沸點(diǎn)107，冰點(diǎn)40。我們不難發(fā)現(xiàn)：注入了雜質(zhì)，溫度下降了！是嗎？通過(guò)“道路除雪”幫助理解“最低共熔點(diǎn)”太多的液相量，在生產(chǎn)中不斷發(fā)生工藝事故，需要在工業(yè)生產(chǎn)條件下對(duì)化學(xué)組成進(jìn)行優(yōu)化固定，便于實(shí)際操作。包格公式 CaOf-CaO1.65Al2O30.35Fe2O30.7SO3KH= 2.8(SiO2f-SiO2) SiO2f-S

13、iO2 Al2O3SM= IM= Al2O3+Fe2O3 Fe2O3配料方案根據(jù)水泥品種、窯型性不同，一般范圍KH=0.860.95，較高，需要較高的溫度和燃料SM=2.43.0，較高，液相較少，煅燒困難IM=1.41.7，較高，水泥使用性能變差，但關(guān)聯(lián)窯皮特性實(shí)際生產(chǎn)中KH=0.900.02SM=2.70.1IM=1.60.11400液相量=2.95 Al2O3+2.2 Fe2O3+MgO+R2O+SO32325%組份控制范圍計(jì)算模板習(xí)水賽德水泥配料方案分基水份揮發(fā)份灰份固定碳熱值熱耗灰摻入料耗輸入?yún)^(qū)1.582862.52300032003.90 1.49 計(jì)算區(qū)熟料率值KH0KHfSMIM

14、C3S57.58 C4AF10.13 計(jì)算值0.920 0.900 2.60 1.50 C2S18.68 f-CaO1.20 目標(biāo)值0.920 2.60 1.50 C3A7.62 1400液23.83 比例lossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3R2O煤灰份0.00 54.42 30.00 6.00 3.00 1.00 1.50 0.20 96.12 石灰石85.24 41.01 3.60 0.66 1.17 50.97 1.02 0.10 0.41 98.53 砂巖9.32 1.00 84.00 9.00 1.00 2.00 1.60 0.50 0.30 99.10 粉煤灰3.

15、26 8.00 42.00 28.00 7.00 2.50 1.10 1.00 0.30 89.60 硫磺渣2.18 5.00 40.00 12.00 35.00 2.00 2.00 3.00 0.20 99.00 0.00 0.00 比例lossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3R2O白生料10035.42 13.14 2.57 2.08 43.76 1.10 0.23 0.39 98.30 準(zhǔn)熟料0.00 20.34 3.99 3.23 67.76 1.70 0.36 0.61 97.98 準(zhǔn)熟料96.10 0.00 19.55 3.83 3.10 65.12 1.70 0.36 0.61 94.26 煤灰份3.90 0.00 2.12 1.17 0.23 0.12 0.04 0.06 0.01 3.74 熟料f-CaOlossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3R2O1.20 0.40 21.67