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1、5 硅酸盐水泥熟料形成化学 5.1煅烧过程物理化学变化 一、干燥 生料都含有一定量的自由水分。随着物料温 度逐渐升高，物料中的水分被蒸发，当温度 升高到100150时，生料中的自由水分 全部被排除，这一过程称为干燥过程。新型 干法水泥生料水分小于1，此过程在预热器 内瞬间即可完成。 二、粘土质原料脱水 当温度继续升高到450时，粘土中的主要组 成高岭土(Al2O3 2Si O22H2O)发生脱水反应 ，脱去其中的化学结合水，其化学反应式为 A12O32SiO22H2OA12O3+2SiO 2+2H2O (无定形) (无定形) 高岭土在失去化学结合水的同时，分子结构 也产生变化，变成游离的无定形
2、的A12O3和 SiO 2。 三、碳酸盐分解 温度继续升至600以上时，生料中的碳酸盐 开始分解，主要是石灰石中的碳酸钙和原料 中夹杂的碳酸镁进行分解，其化学反应式为 碳酸钙在水泥生料中所占比率在 80左右， 其分解过程需要吸收大量的热，是熟料煅烧 过程中消耗热量最多的一个过程，是水泥熟 料煅烧过程中的重要环节。 1. 碳酸盐分解反应的特点 可逆反应 碳酸钙的分解过程受系统温度、周围介质中 CO2分压的影响较大。升温并供给足够的热量 ，及时排除周围介质中的CO2，降低周围介质 中的分压CO2，有利于分解反应的顺利进行。 强吸热反应 碳酸钙的分解过程是熟料形成过程中消耗热 量最多的一个工艺过程，
3、分解所需总热量约 占湿法生产总热耗的1/3，约占新型干法窑的 1/2。因此，为了使分解反应顺利进行，必须 保持较高的反应温度，并提供足够的热量。 烧失量大 每100kg纯CaCO3分解后排除的挥发性CO2气 体44kg ，烧失量占44%。但在实际生产中， 由于石灰石不纯，故烧失量一般在40%左右 。 分解温度与矿物晶体结构有关 石灰石中伴生矿物和杂质一般会降低分解温 度。方解石的结晶程度高、晶体粗大，则分 解温度高；反之，微晶的分解温度低。 2. 影响CaCO3分解的主要因素 石灰质原料性质 石灰石中伴生其他矿物和杂质具有降低分解 温度的作用；方解石晶体越小、缺陷越多， 分解越快。 生料细度和
4、颗粒级配 生料颗粒粒径越小，比表面积越大，传热面 积增大，分解速度加快；生料颗粒均匀，粗 颗粒少，也可加速碳酸盐的分解。 生料悬浮分散程度 悬浮态： 悬浮预热器内生料处于悬浮态，比表面积可 达200400m2/kg，生料粉中CaCO3分解受 化学反应速率控制。 堆积态： 回转窑内生料处于堆积态，CaCO3分解受传 热、传质过程控制。 温度 碳酸盐分解是吸热反应，是熟料形成过程中 消耗热量最多的一个工艺过程。温度升高使 分解速度加快。但应注意，温度过高，将增 加废气温度和热耗，预热器和分解炉结皮、 堵塞的可能性亦大。 窑内通风 碳酸盐分解是可逆反应，受系统温度和周围 介质中CO2的分压影响较大。
5、为了使分解反应 顺利进行，必须保持较高的反应温度和良好 的通风，降低周围介质中CO2的分压。 黏土质原料性质 如果黏土质原料的主导矿物是高岭土，由于 其活性大，在800 下能与氧化钙或直接与 碳酸钙进行固相反应，生成低钙矿物，则可 以促进碳酸钙的分解过程；反之，如果黏土 的主导矿物是活性差的蒙脱石和伊利石，则 CaCO3的分解速度慢。 四、固相反应 水泥熟料中的各种矿物是经过多次固相反应 形成的 。 800900时 CaO +Al2O3 CaO Al2O3(CA) CaO+ Fe2O3 CaOFe2O3(CF) 9001100时 2CaO+SiO22CaOSiO2(C2S) 7CaOAl2O3
6、+5CaO12CaO7A12O3 (C12A7) CaOFe2O3+CaO2CaOFe2O3 (C2F) 11001300时 12CaO7Al2O3+9CaO7(3CaOAl2O3 ) (C3A) 7(2CaOFe2O3 )+2CaO +12CaO7Al2O3 7(4CaOAl2O3Fe2O3 ) (C4AF) 固相反应特点： 放热反应，可使物料温度快速升高300以上 ，物料活性高、预烧性好。 五、硅酸三钙(C3S)的形成和烧结反应 当物料温度升高到近1300时，C3A、C4AF 、R2O等熔剂矿物会变成液相，大部分C2S和 CaO很快被高温熔融的液相所溶解，这种溶 解于液相中的C2S和CaO
7、进行反应而生成C3S 。 C2S +CaO C3S C3S的生成温度范围一般为13001450 1300 l 熟料的烧成温度 C3S 迅速形成的温度：1450以上，目前新 型干法窑内烧成温度一般在1500以上。 C3S的形成时间 C3S的形成一般需要l525min，通过烧成带 的长度和窑速来控制。 液相量 一般控制在2226 。 温度过高会使液相量过多、粘度过小，给煅 烧操作带来困难，如结大块、结圈、烧流等 。 C3S的形成热 固相 液相：吸热 C3S的化合：放热 综合： C3S的形成需要的反应热甚微，主要 热量消耗是使物料达到烧成温度。 游离氧化钙 （f-CaO） 温度降到1300以下时，液
8、相开始凝固，C3S 的生成反应结束，若此时凝固体中含有少量 未化合的CaO则称为游离氧化钙。 六、熟料的冷却 熟料冷却时需急速冷却，其目的和作用是： 为了防止C3S在1250分解出现二次游离氧 化钙，降低熟料的强度； 为了防止C2S在500时发生晶型转变，产生 “粉化”现象； 防止C3S晶体长大而强度降低且难以粉磨； 减少MgO晶体析出，使其凝结于玻璃体中， 避免造成水泥安定性不良； 减少C3A晶体析出，不使水泥出现快凝现象 ，并提高水泥的抗硫酸盐性能； 使熟料产生应力，改善熟料的易磨性。 5.2 水泥熟料的形成热 1.定义在一定生产条件下，用某一基准温度（一般 是0或20）的干燥物料，在没有任何物料 损失和热量损失的条件下，制成1kg同温度的 熟料所需要的热量称为熟料的形成热（熟料 形成热效应）。 2.计算原理：理论热耗 = 吸收的总热量放出的总热量一般为16301800kJ/kg-ck。3.熟料实际热耗每煅烧1kg熟料窑内实际消耗的热量称为熟料 实际热耗，简称熟料热耗，也叫熟料单位热 耗。热耗熟料形成热，因为有各种热损失，要 降低热耗，实际上就是要降低各种热损失。
