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1、水泥生产方法及主要设备水泥生产方法及主要设备03-05-07一、硅酸盐水泥熟料1熟料定义硅酸盐水泥熟料按中国标准的定义为：“以适当成分 的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物”。按 欧洲试行标准的定义为：“波特兰水泥熟料是一种水硬性材料， 以重量计至少 23 是由硅酸钙(C3S 和 C2S)组成，其余为氧化 铝(Al203) ，氧化铁(FC2O3) 和其它氧化物。 CaOSiO。重量比 应不小于 20。氧化镁(MgO)以重量计不应超过 5。 波特兰水泥熟料是由精确配定的混合原料 (生料粉，料泥或生料 浆)经至少煅烧至烧结而制成的，混合原料含有 CaO，SiO2， Al2O3 和少量其
2、它物质。生料粉，料泥或生料浆必须细磨，充 分混合，因而是均匀的”。由以上的定义中可以看出欧洲标准规定的比较明确，对熟料 的矿物组成(如硅酸盐矿物)和化学组成(如 CaOSiO 重量比) 都给予数量上的限定，对生料的制备质量也提出了细磨和混合 均匀的要求。这些对新品种开发和提高水泥及混凝土质量是很 重要的。2熟料矿物组成硅酸盐水泥熟料主要由 4 种结晶矿物组成，即阿利特， 贝利特，铝酸盐和铁铝酸盐，它们紧密地交织在一起，另外还有少量游离石灰，方镁石，玻璃体和孔隙。阿利特(Alite)主要由硅酸三钙组成，分子式为3CaOSiO2，简写 C3S。因为熟料中不存在纯的 C3S，其中都固 溶有 MgO，
3、Al2O3 ，Fe2O3 ，TiO2 以及 V12O，Na2O 等金属氧化物， 所以在准确叫法称为阿利特矿物，简称 A 矿，C3S 水化速度快， 早期强度和后期强度都高，是硅酸盐水泥熟料尤其高活性熟料 的主要矿物，含量一般在 4080 ，我国最高在 67左右， 国外可达 85。贝利特(Belite)主要由硅酸二钙组成，分子式为2CaOSiO2，简写为 C2S。因为熟料中不可能有纯的 C2S，其中 多固溶有 Al2O3 ，Fe2O3，MgO，V12O ，Na2O，TiO2 ，P2O5 等杂 质，所以称为贝利特矿物，简称 B 矿。C2S 水化速度慢、早期 强度低，长期强度能达到与 C3S 相同的水
4、平。C2S 有 4 种晶型，在 2130下烧至熔融为 a 型，1420C 为 a型，温度降至 675转变为 型，降到 300400转变 为 型。强度以 a 型最高，以后随温度降低和晶型转变而降低， 到 v 型几乎没有强度，体积膨胀 10，造成熟料粉化。在水泥 熟料中主要是 型 C2S，一般通过其他离子侵入和快速冷却能 使 型 C2S 稳定不再转变为 V 型 C2S 。C2S 含量一般在 030 之间，我国高的在 35左右。铝酸盐纯的铝酸盐相为铝酸三钙，即3CaOAl2O，简写为 C3A，在熟料中 C3A 也含有 Al2O，Na2O 等 氧化物。C3A 水化速度极快，为抑制其水化速度调节凝结时间
5、要加入一定量的硫酸盐 (如石膏)，C3A 本身强度不高，但因其 水化快和水化热高，能与阿利特和贝利特一起提高一些水泥早 期强度。CaA 含量一般 613，我国偏低一些， 411， 国外一般偏高，个别情况高达 15。铁铝酸盐又称铁酸盐相，它没有固定的化学组成，是晶体混合系列中的一环，理论上可达到 C2A 和 C2F，所以常 常称为铁铝酸四钙，简写为 C4AF，然而 C2A 并不存在。这一晶 体混合系列为 C2AC6A2FC4AFC6AFC2F，视氧化铁和氧 化铝含量的不同，混合晶体可偏向铁多的一面或铝多的一面， 在水泥熟料中系数情况下是相当于 C4AF 的组成，也可写成 C2(AF) 。铁铝酸盐
6、相中也固溶一些其他离子，它对水泥颜色起 很大的决定作用，纯的 C4AF 为褐色，含 MgO 后为深灰绿色。C4AF 的反应活性很低，对水泥性能作用不大。 C4AF 含量一般为 4 15，中国偏高一些，高的在 18左右，低的约 8。游离石灰水泥熟料中未与酸性氧化物化合的氧化钙，常写成 fCaO，一般含量都在 2以下。游离石灰是不希望 存在的，它的出现有以下几个原因：生料制备不好，有过粗的 颗粒或混合不均匀；煅烧温度不够，未能同其他氧化物化合； 冷却速度过慢，部分 C3S 分解成 C2S 和 fCaO ；配料不当氧化钙 含量过高。游离石灰过高会使砂浆和混凝土发生膨胀，造成安 定性不良。游离氧化镁或
7、方镁石在氧化镁含量高的熟料中可能含有游离的氧化镁，一般只写成 MgO，MgO 有 225能固溶到熟料的其它相中，水泥标准中规定 MgO 含量不得超过 5，所以熟料中最高能有 2530的 MgO。固溶在其它 相中的方镁石量取决于熟料的化学成分和生产工艺，这部分没 有什么危害。游离的方镁石如含量过高会产生膨胀，又常在一 年以后发生，造成混凝土损坏。方镁石如结晶细小和分散均匀， 膨胀作用也小，粗大的结晶和呈窝状存在危害较大，游离石灰 也是这样。除此之外熟料中在个别情况下也还可能存在极少量的 硫酸碱和玻璃体。3熟料化学组成及率值为了能够煅烧出所需矿物组成的熟料，首先要配制出具有一定 化学成分的生料，生
8、料去掉烧失量后的化学成分即熟料化学成 分一般范围列于表 7。表 7 熟料化学成分范围（重量 ）在调配原料时要通过各种氧化物的比例关系进行控制，这些比 例关系又称率值，常用的率值有以下几种：(1)石灰饱和系数 KH在熟料中石灰完全饱和是指全部 SiO2 都形成 C3S ，全部 Fe2O3 ， 都形成 C4AF，剩余的 Al2O3，都形成 C3A，石灰饱和系数是指 熟料中实际的 CaO 含量与理论上达到完全饱和时的 CaO 含量之 比。在中国使用前苏联的金德公式计算，用生成 C4AF 和 C3A 和 CaSO4 后剩余的 CaO 量与 SiO2 全部生成 C3S，所需要的 CaO 量之比KH=如
9、fCaO 过高上式中还应考虑扣除 iCaO，尤其在我国的立窑生 产中要计算扣除 fCaO 后的 KH值KH=目前我国熟料的 KH 值在 082096 之间。在国外石灰饱和系数的计算为：也还有用石灰标准系数 KST(德国)和石灰饱和率 CSF(英国) 两种表示法，即KKK =LLL =(2)硅酸率 SM硅酸率是 SiO2 与 A12O3 和 Fe2O3 之和的比值，它表示 熟料在烧结时(在烧成带内)固相与流相的比例。因为 SiO2 在烧 结温度下绝大部分都在固相阿利特和贝利特相中，而氧化铝和 氧化铁则存在液相中。目前，我国水泥熟料的硅酸率在 1628 之间，国外在 1932 之间。SM=(3)铝
10、氧率 IM铝氧率也称铁率是氧化铝与氧化铁的比，在烧结温度下这两种 氧化物几乎全部进入液相。IM 主要表示液相的特性，若提高氧 化铁含量，IM 值减小，液相粘度下降，若 IM 值95泥灰岩质石灰石 CaCO3 含量 8595石灰质泥灰岩 CaCO3 含量?085 泥灰岩 CaCO3 含量 3070粘土质泥灰岩 CaCO3 含量 1530 泥灰岩质粘土 CaCO3 含量 5 15粘土 CaCO3 含量5纯石灰石，泥灰岩质石灰石和石灰质泥灰岩用以引入 CaCaCO3 ，粘土、泥灰岩质粘土和粘土质泥灰岩用以引入 SiO2，Al2O3 和 Fe2O3。配料时最好选用与熟料化学成分相接近 的原料，如石灰质
11、泥灰岩，因为它已混入一些粘土质组分，结 晶细小，分布均匀，易烧性好。最不利的是用纯的石灰石和纯 的粘土混合配料，易烧性不好。为了调整生料化学成分，有的 还加入少量砂岩，硫铁矿渣、铁矿等作为校正原料。除天然原 料外还可以使用工业废渣，如高炉矿渣、煤矸石、粉煤灰、金 属尾矿等作为粘土质原料，今后的发展趋势也是尽可能利用泥 灰岩类天然原料和工业废渣作主要原料，高质量的石灰石作为 校正原料来生产水泥熟料。生产熟料所用的燃料，从今天的技术水平来看不受什 么限制，气体、液体、固体燃料，可燃性废料都可以使用，仅 立窑上受工艺条件限制只能烧固体燃料，并以无烟煤、焦炭之 类含挥发分低的燃料为好，回转窑则烟煤，无
12、烟煤以及各种可 燃性废料都可以使用。2生产水泥的原料硅酸盐水泥自然是由硅酸盐水泥熟料加入适量石膏共同磨细而成，有些品种允许加入一定量的混合材。然而今天在 欧洲水泥试行标准中则将我国所称的混合材也作为水泥的组 分，在水泥含量6的为主要组分，5的为次要组分或填 充料，即水泥的组成应为主要组分，次要组分，石膏和外加剂。 因为这些组分材料不论是熟料、石膏，还是矿渣、粉煤灰甚至 窑灰都对水泥性能的发挥起一定作用，都是为获得优质混凝土 所不可缺少的材料，所以在标准中对这些材料的质量也都提出 了相应的要求，这里只就几种主要材料作些介绍。(1)硅酸盐水泥熟料熟料定义前已有介绍，这里不再重复，中国标准强调 了要
13、用适当成分的生料和烧至部分熔融，以及要以硅酸钙为主 要成分。欧洲试行标准除此之外还要求硅酸钙 (C3S+C2S) 含量应 23，CaOSiO2 重量比2 0，并对生料制备也提出一些 原则要求，这些对保证混凝土质量很有益处，尤其目前对提高 我国水泥实物质量很有参考价值。其他对如铝酸盐水泥、硫铝 酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥的熟料也都有相应质 量要求。(2)混合材在我国将水泥中除熟料和石膏以外的组分都称为混合 材，它是为改善水泥性能，调节水泥标号的矿物质材料。常用 的混合材有粒化高炉矿渣，粉煤灰，火山灰质混合材，石灰石， 粒化电炉磷渣，冶金工业的各种熔渣。火山灰质混合材分为两 大类，1 类是天然的，如火山灰、凝灰岩、浮石、沸石岩、硅藻土和硅藻石。另 1 类是人工的，如
