单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式* *1 1第一章新型干法水泥生产工艺第一节 硅酸盐水泥的国家标准 一、水泥的定义与分类 凡细磨成粉末状，参加适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，称为水泥 水泥按其性能与用途可分为： 通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类 通用水泥有硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥及石灰石水泥等七种二、水泥工业的开展历史与开展趋势世界水泥工业的开展历史：1824年：普通立窑年产量约2千吨；1877年：干法中空回转窑年产量约1万吨；1910年：机械化立窑年产量约几万吨；1928年：立波尔窑年产量约达10万吨以上；1950年：悬浮预热器窑年产量几十万吨，热耗更低；1971年：预分解窑年产量可达几百万吨，日产1万吨以上，质量高、热耗低、电耗少、环境优美，资源也得到了充分利用世界水泥工业的开展趋势1、大型化：单机产量已达15000t/d；2、自动化：采用计算机及集散控制技术，大大提高了控制管理能力，提高了生产效率；3、高效节能化：到目前为止，世界先进水泥工业企业单位产量电耗最低可达60kwh/t.ck，煤耗最低可达80kg/t.ck；4、环保生态化：新型干法水泥企业采用先进收尘设备，严格控制粉尘排放与噪声污染，环境优美，资源也得到了充分利用。
我国水泥工业开展1889年：河北唐山启新洋灰公司，现为启新水泥厂，其后建设了大连、上海、中国、广州水泥厂等；至1949年全国解放：全国生产能力300多万吨，实际生产66万吨；1952年，年产量286万吨；至1987年：年产量1.86亿吨；2005年：10亿吨2006年：12亿吨新型干法水泥生产总结为“八个字优质、高产、低耗、环保 一硅酸盐水泥和普通水泥的标准开展过程 1952年采用日本强度试验方法和前苏联水泥标号 1956年以前苏联水泥标准为蓝本制订全国统一的水泥标准和检验方法 1979年建立第二部水泥国家标准 1992年针对我国水泥面向国际市场，建立第二部国家标准 1999年修订建立第四部水泥国家标准 标准分类： GB强制性国家标准、JC建材行业标准、GB/T推荐性国家标准等三、硅酸盐水泥的国家标准二根本概念 1、硅酸盐水泥的定义与代号 凡由硅酸盐水泥熟料、0-5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏混合磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥分为两种：不掺混合材料型硅酸盐水泥，代号P.；掺加不超过5%石灰石或粒化高炉矿渣型硅酸盐水泥，代号P. 2、组分材料 1熟料 凡由适当成分生料烧至局部熔融，所得以硅酸钙为主要成分的烧结物，称为硅酸盐水泥熟料，简称熟料。
2混合材料 在粉磨时与熟料、石膏一起参加磨内以改善水泥性能、调节水泥标号、提高水泥产量的矿物材料 3石膏 用作调节水泥凝结时间的组分材料3、国家标准对硅酸盐水泥品质指标的要求1不溶物P.I不超过0.75%，P.II不超过1.50%2氧化镁熟料中氧化镁含量不得超过5.0%，经压蒸安定性检验合格，不得超过6.0%3三氧化硫水泥中三氧化硫不得超过3.5%4烧失量P.I不超过3.0%，P.II不超过3.5%PO5.0%5细度0.08mm方孔筛余小于10.0%，比外表积大于300m2/kg6凝结时间初凝不早于45min，终凝不迟于390min PO10h 7安定性经沸煮法检验必须合格8强度硅酸盐水泥强度指标如下：标号抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.08.0 9碱含量 以Na2O+0.658K2O表示在使用活性骨料时，硅酸盐水泥中碱含量应小于0.6%或由供需双方商定。
4、其他概念1安定性水泥在加水后体积变化的均匀程度，称为体积安定性，简称安定性2废品凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合标准规定时，均为废品3不合格品凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中任一项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品标号规定的指标时称为不合格品水泥包装标志中水泥品种、标号、工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品第二节 硅酸盐水泥熟料的形成过程 硅酸盐水泥主要由熟料组成，熟料的形成过程直接决定水泥的产量、质量、燃料与衬料的消耗以及窑的平安运转 只有掌握了生料在煅烧过程中的物理化学变化规律，才能合理选择水泥熟料煅烧方法，正确操作，科学控制，最终到达优质、高产、低耗、环保的目的 生料在加热过程中，依次发生枯燥、粘土矿物脱水、碳酸盐分解、固相反响、熟料烧结、熟料冷却结晶等重要物理化学反响一、枯燥与脱水 1、枯燥 主要是指排除生料中自由水分的工艺过程生料中的自由水分随物料温度而逐渐蒸发，当温度升高至100150时，生料中自由水分全部被排除 特点： 在预热器中蒸发生料中少量的水分，使生料迅速升温 2、脱水 指在预热器中热烟气作用下，粘土矿物分解放出化合水。
脱水分两种：一种是脱去配位水，一般在400-600以上才能脱去；一种是吸附水，一般在100左右即可脱去粘土矿物脱水中一个吸热过程，吸热量较少，升温速度快 在900950时，无定形物质又转变为晶体，同时放出热量分解炉温度控制范围3、碳酸盐分解 生料中碳酸盐主要是碳酸钙和碳酸镁，它们在煅烧过程中分解并放出CO2的过程称为碳酸盐的分解过程 一般碳酸镁在600开始分解，到750分解剧烈进行，并吸收大量热；碳酸钙在750开始分解，到897时分解剧烈进行，同时也吸收大量热由于碳酸钙在水泥生料中占80%左右，其分解过程需要吸收大量的热，这是熟料煅烧过程中消耗热量最多的一个环节，也是水泥熟料煅烧的一个最重要的环节MgCO3=MgO+CO2-10471214J/gCaCO3=CaO+CO2-1645J/g 1碳酸钙分解反响的特点 这是一个可逆的、强吸热、烧失量大的反响，其分解温度与CO2的分压和矿物结晶程度有关2碳酸钙的分解过程 热气流从周围环境向碳酸钙颗粒外表传热； 热量从颗粒外表向内部传递； 在一定温度下碳酸钙吸热分解并放出CO2； CO2气体从颗粒内部向外表扩散； CO2气体从颗粒外表向四周扩散。
外加剂 掺加少量外加剂如OH-等物质可以提高碳酸钙的分解速度以下图为正在分解的碳酸钙颗粒 4、固相反响 当窑内温度升高到一定程度时，生料中各种氧化物之间就会产生相互反响即固相反响，其固相反响过程如下： 800：形成CA、CF、C2S； 800-900：开始形成C12A7； 900-1100：形成C2AS后又分解开始形成C3A和C4AF所有碳酸钙均分解，游离氧化钙到达最大值 1100-1200：大量形成C3A和C4AF，C2S含量达最大值 固相反响是放热反响普通原料放热量约为420-500J/g 影响固相反响的因素： 1和生料的细度及其均匀程度 生料越细，生料的均匀性越好，其固相反响接触面积越大，反响越快 2原料的性质 原料中结晶SiO2越多，结晶越大，其易烧性越差，固相反响速度就越慢 3温度 反响温度越高，质点能量越高，扩散速度越快，可加快固相反响的速度 4矿化剂 采用适当的矿化剂，可以促使SiO2晶体活化，加速生料中的结晶SiO2分解，从而加快固相反响5、熟料的烧结 1熟料的烧结过程 熟料的烧结就是在高温液相下，固相硅酸钙和氧化钙都逐步溶解于液相中，硅酸二钙吸收氧化钙形成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙。
其反响方程式如下：C2S+CaOC3S 熟料的烧成温度一般在125014501250，故通常把125014501250称为熟料的烧结温度在此温度范围内大致需要10-20min完成熟料的烧结过程 2影响熟料烧结过程的因素 最低共熔温度 最低共熔温度越小，液相出现越早，熟料的烧结就会越快 液相量 适当的液相量可以加速C3S的形成，一般熟料在烧成过程中液相量为20-30% 液相的粘度 液相的粘度对C3S的形成有很大的影响粘度越小，质点扩散速度越快，C3S也就越易形成 液相的外表张力 液相的外表张力越小，就越易润湿固相颗粒外表，也就越有利于C3S的形成 氧化钙和硅酸二钙溶于液相的速率 氧化钙和硅酸二钙的溶解速度加快，就会加快C3S的形成速度，熟料就越易烧结5、熟料的冷却 1冷却的作用 改善熟料质量与易磨性；降低熟料的温度，便于储存、运输和粉磨；局部回收熟料出窑带走的热量，预热二次空气，从而降低熟料的热耗，提高热效率 熟料冷却的方式分为三种： 急 冷冷却速度很快； 平衡冷却冷却速度适中； 独立结晶冷却速度很慢 熟料在冷却过程中，将有局部熔剂矿物形成晶体析出，另一局部来不及析晶而呈玻璃态存在 2急冷的作用 减少C3S分解。
因为熟料在冷却时，其中的C3S在1250左右时会分解成C2S，并产生二次f-CaO，降低了熟料的早强 防止C2S产生晶型转变 熟料在冷却时，其中的C2S在500-600左右时，会从- C2S转变为- C2S ，其密度由3.24降低到2.97，体积膨胀约11%，而导致熟料胀裂崩溃而使熟料粉化 C2S几乎没有水硬性，从而大大降低了熟料的强度 使MgO形成固溶体，降低熟料中方镁石的含量 熟料冷却速度快，可以使其中的MgO形成固溶体，不至于形成难以水化的方镁石，保证了熟料的安定性 使C3A形成固溶体，提高熟料的抗硫酸盐性，克服水泥快凝 熟料冷却速度快，可以使其中的C3A形成固溶体，提高了熟料的抗硫酸盐性同时由于C3A形成了固溶体，还可以使其水化速度减慢，防止熟料快凝 提高熟料的易磨性 熟料冷却速度快，可以在其内部产生内应力，从而改善了熟料的易磨性，提高水泥粉磨的效率，降低了粉磨本钱第三节 硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸盐水泥熟料矿物主要由氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁四种氧化物组成，同时还含有约5%的少量如氧化镁、三氧化硫、氧化钛、氧化磷以及碱等现代生产的硅酸盐水泥熟料，各主要氧化物含量波动范围为： CaO：62-67%； SiO2：20-24%； Al2O3：4-7%； Fe2O3：2.5-6.5%。
熟料矿物中，氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁不是以单独的氧化物存在，而是经高温煅烧后，以两种或两种以上氧化物反响生成的多种矿物集合体，其结晶细小，通常为30-60um 硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物：硅酸三钙：3 CaO. SiO2；硅酸二钙：2 CaO. SiO2；铝酸三钙：3CaO.Al2O3；铁铝酸四钙：4 CaO.Al2O3. Fe2O3 另外，还有少量的游离氧化钙f- CaO、方镁石结晶氧化镁、含碱矿物以及玻璃体等 以上四种主要矿物约占95%，其中硅酸钙约占75%，合称为硅酸盐矿物；铝酸三钙和铁铝酸四钙占22%左右，称为熔剂矿物第一节 熟料的矿物组成一、硅酸三钙 硅酸三钙在干法水泥熟料中约占50-60%通常和少量其它氧化物如氧化镁、氧化铝等形成固溶体，称为阿利特或A矿 硅酸三钙的水化特点： 1、早期强度高，总强度高； 2、水化速度较快； 3、水化热较大； 4、抗水性差 增大熟料中硅酸三钙含量，可以提高熟料的强度，但过高时，会给煅烧带来困难，同时熟料中游离氧化钙增高，从而降低水泥强度，甚至会影响水泥的安定性二、硅酸二钙 熟料中硅酸二钙约占20%左右 通常硅酸二钙与少量其它氧化物如氧化镁、氧化铝等形成固溶体， 称为贝利特或B矿。
熟料中硅酸二钙的水化速度水化较慢，约为硅酸三钙的20分之一至28d仅水化20%左右 硅酸二钙的水化特点： 1、早期强度低，总强度较高； 2、水化速度慢； 3、水化热小； 4、抗水性好 增大熟料中硅酸二钙含量，可以提高熟料的后期强度，但过高时，烧结范围会变窄，熟料易产生粉化，从而降低水泥强度三、铝酸三钙 熟料中铝酸三钙与其它少量氧化物如N。