1、5 硅酸鹽水泥熟料形成化學(xué),5.1煅燒過(guò)程物理化學(xué)變化 一、干燥 生料都含有一定量的自由水分。隨著物料溫度逐漸升高，物料中的水分被蒸發(fā)，當(dāng)溫度升高到100150時(shí)，生料中的自由水分全部被排除，這一過(guò)程稱為干燥過(guò)程。新型干法水泥生料水分小于1，此過(guò)程在預(yù)熱器內(nèi)瞬間即可完成。,二、粘土質(zhì)原料脫水 當(dāng)溫度繼續(xù)升高到450時(shí)，粘土中的主要組成高嶺土(Al2O3 2Si O22H2O)發(fā)生脫水反應(yīng)，脫去其中的化學(xué)結(jié)合水，其化學(xué)反應(yīng)式為 A12O32SiO22H2OA12O3+2SiO 2+2H2O (無(wú)定形) (無(wú)定形) 高嶺土在失去化學(xué)結(jié)合水的同時(shí)，分子結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生變化，變成游離的無(wú)定形的A12O3和S

2、iO 2。,三、碳酸鹽分解 溫度繼續(xù)升至600以上時(shí)，生料中的碳酸鹽開(kāi)始分解，主要是石灰石中的碳酸鈣和原料中夾雜的碳酸鎂進(jìn)行分解，其化學(xué)反應(yīng)式為 碳酸鈣在水泥生料中所占比率在 80左右，其分解過(guò)程需要吸收大量的熱，是熟料煅燒過(guò)程中消耗熱量最多的一個(gè)過(guò)程，是水泥熟料煅燒過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。,1. 碳酸鹽分解反應(yīng)的特點(diǎn) 可逆反應(yīng) 碳酸鈣的分解過(guò)程受系統(tǒng)溫度、周圍介質(zhì)中 CO2分壓的影響較大。升溫并供給足夠的熱量，及時(shí)排除周圍介質(zhì)中的CO2，降低周圍介質(zhì)中的分壓CO2，有利于分解反應(yīng)的順利進(jìn)行。, 強(qiáng)吸熱反應(yīng) 碳酸鈣的分解過(guò)程是熟料形成過(guò)程中消耗熱量最多的一個(gè)工藝過(guò)程，分解所需總熱量約占濕法生產(chǎn)總熱耗

3、的1/3，約占新型干法窯的1/2。因此，為了使分解反應(yīng)順利進(jìn)行，必須保持較高的反應(yīng)溫度，并提供足夠的熱量。, 燒失量大 每100kg純CaCO3分解后排除的揮發(fā)性CO2氣體44kg ，燒失量占44%。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于石灰石不純，故燒失量一般在40%左右。 分解溫度與礦物晶體結(jié)構(gòu)有關(guān) 石灰石中伴生礦物和雜質(zhì)一般會(huì)降低分解溫度。方解石的結(jié)晶程度高、晶體粗大，則分解溫度高；反之，微晶的分解溫度低。,2. 影響CaCO3分解的主要因素 石灰質(zhì)原料性質(zhì) 石灰石中伴生其他礦物和雜質(zhì)具有降低分解溫度的作用；方解石晶體越小、缺陷越多，分解越快。 生料細(xì)度和顆粒級(jí)配 生料顆粒粒徑越小，比表面積越大，傳熱面積

4、增大，分解速度加快；生料顆粒均勻，粗顆粒少，也可加速碳酸鹽的分解。, 生料懸浮分散程度 懸浮態(tài)： 懸浮預(yù)熱器內(nèi)生料處于懸浮態(tài)，比表面積可達(dá)200400m2/kg，生料粉中CaCO3分解受化學(xué)反應(yīng)速率控制。 堆積態(tài)： 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)生料處于堆積態(tài)，CaCO3分解受傳熱、傳質(zhì)過(guò)程控制。, 溫度 碳酸鹽分解是吸熱反應(yīng)，是熟料形成過(guò)程中消耗熱量最多的一個(gè)工藝過(guò)程。溫度升高使分解速度加快。但應(yīng)注意，溫度過(guò)高，將增加廢氣溫度和熱耗，預(yù)熱器和分解爐結(jié)皮、堵塞的可能性亦大。 窯內(nèi)通風(fēng) 碳酸鹽分解是可逆反應(yīng)，受系統(tǒng)溫度和周圍介質(zhì)中CO2的分壓影響較大。為了使分解反應(yīng)順利進(jìn)行，必須保持較高的反應(yīng)溫度和良好的通風(fēng)，降低周

5、圍介質(zhì)中CO2的分壓。, 黏土質(zhì)原料性質(zhì) 如果黏土質(zhì)原料的主導(dǎo)礦物是高嶺土，由于其活性大，在800 下能與氧化鈣或直接與碳酸鈣進(jìn)行固相反應(yīng)，生成低鈣礦物，則可以促進(jìn)碳酸鈣的分解過(guò)程；反之，如果黏土的主導(dǎo)礦物是活性差的蒙脫石和伊利石，則CaCO3的分解速度慢。,四、固相反應(yīng) 水泥熟料中的各種礦物是經(jīng)過(guò)多次固相反應(yīng)形成的 。 800900時(shí) CaO +Al2O3 CaO Al2O3(CA) CaO+ Fe2O3 CaOFe2O3(CF) 9001100時(shí) 2CaO+SiO22CaOSiO2(C2S) 7CaOAl2O3+5CaO12CaO7A12O3 (C12A7) CaOFe2O3+CaO2Ca

6、OFe2O3 (C2F),11001300時(shí) 12CaO7Al2O3+9CaO7(3CaOAl2O3 ) (C3A) 7(2CaOFe2O3 )+2CaO +12CaO7Al2O3 7(4CaOAl2O3Fe2O3 ) (C4AF) 固相反應(yīng)特點(diǎn)： 放熱反應(yīng)，可使物料溫度快速升高300以上，物料活性高、預(yù)燒性好。,五、硅酸三鈣(C3S)的形成和燒結(jié)反應(yīng) 當(dāng)物料溫度升高到近1300時(shí)，C3A、C4AF、R2O等熔劑礦物會(huì)變成液相，大部分C2S和CaO很快被高溫熔融的液相所溶解，這種溶解于液相中的C2S和CaO進(jìn)行反應(yīng)而生成C3S。 C2S +CaO C3S C3S的生成溫度范圍一般為130014

7、501300,l,熟料的燒成溫度 C3S 迅速形成的溫度：1450以上，目前新型干法窯內(nèi)燒成溫度一般在1500以上。 C3S的形成時(shí)間 C3S的形成一般需要l525min，通過(guò)燒成帶的長(zhǎng)度和窯速來(lái)控制。 液相量 一般控制在2226 。 溫度過(guò)高會(huì)使液相量過(guò)多、粘度過(guò)小，給煅燒操作帶來(lái)困難，如結(jié)大塊、結(jié)圈、燒流等 。,C3S的形成熱 固相 液相：吸熱 C3S的化合：放熱 綜合： C3S的形成需要的反應(yīng)熱甚微，主要熱量消耗是使物料達(dá)到燒成溫度。 游離氧化鈣 （f-CaO） 溫度降到1300以下時(shí)，液相開(kāi)始凝固，C3S的生成反應(yīng)結(jié)束，若此時(shí)凝固體中含有少量未化合的CaO則稱為游離氧化鈣。,六、熟料的

8、冷卻 熟料冷卻時(shí)需急速冷卻，其目的和作用是： 為了防止C3S在1250分解出現(xiàn)二次游離氧化鈣，降低熟料的強(qiáng)度； 為了防止C2S在500時(shí)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生“粉化”現(xiàn)象； 防止C3S晶體長(zhǎng)大而強(qiáng)度降低且難以粉磨；, 減少M(fèi)gO晶體析出，使其凝結(jié)于玻璃體中，避免造成水泥安定性不良； 減少C3A晶體析出，不使水泥出現(xiàn)快凝現(xiàn)象，并提高水泥的抗硫酸鹽性能； 使熟料產(chǎn)生應(yīng)力，改善熟料的易磨性。,5.2 水泥熟料的形成熱 1.定義 在一定生產(chǎn)條件下，用某一基準(zhǔn)溫度（一般是0或20）的干燥物料，在沒(méi)有任何物料損失和熱量損失的條件下，制成1kg同溫度的熟料所需要的熱量稱為熟料的形成熱（熟料形成熱效應(yīng)）。 2.計(jì)算原理： 理論熱耗