水泥工艺学第四章原料及配料

1、第四章第四章 硅酸盐水泥的原料及配料计算硅酸盐水泥的原料及配料计算 水泥的质量主要取决于熟料的质量。煅烧优质熟水泥的质量主要取决于熟料的质量。煅烧优质熟料必须制备适当成分的水泥生料。而生料的化学成分料必须制备适当成分的水泥生料。而生料的化学成分是由原料提供的。只有当原料提供的成分符合要求，是由原料提供的。只有当原料提供的成分符合要求，加上良好的煅烧与粉磨，才能生产出优质水泥。因此，加上良好的煅烧与粉磨，才能生产出优质水泥。因此，水泥原料的开采和合理使用，是水泥生产首先需要解水泥原料的开采和合理使用，是水泥生产首先需要解决的问题。决的问题。 自然界中很难找到一种单一原料，能完全满自然界中很难找到

2、一种单一原料，能完全满足水泥生产的要求。因此需要采取几种不同的原足水泥生产的要求。因此需要采取几种不同的原料，根据所生产水泥的种类和性能，进行合理搭料，根据所生产水泥的种类和性能，进行合理搭配，即通过配料，组成配合原料，再把它粉磨成配，即通过配料，组成配合原料，再把它粉磨成一定细度，才能制得适当成分的生料。因此，生一定细度，才能制得适当成分的生料。因此，生料配料是为了确定各原料各组分的数量比例，以料配料是为了确定各原料各组分的数量比例，以保证得到成分和质量合乎要求的水泥熟料。保证得到成分和质量合乎要求的水泥熟料。第一节第一节 原原 料料 生产硅酸盐水泥用的原料，生产硅酸盐水泥用的原料，主要是石

3、灰质原主要是石灰质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅、氧化铝和少量氧化铁）。氧化硅、氧化铝和少量氧化铁）。当以上原料中当以上原料中的氧化铁、氧化铝和二氧化硅不足时，需要补充的氧化铁、氧化铝和二氧化硅不足时，需要补充相应的铁质、硅质和铝质校正原料来校正化学成相应的铁质、硅质和铝质校正原料来校正化学成分。即水泥的原料包括分。即水泥的原料包括和校正原料。石灰质原料，和校正原料。石灰质原料，粘土质原料粘土质原料 我国粘土质原料及燃料灰分一般氧化铝较高，我国粘土质原料及燃料灰分一般氧化铝较高，含氧化铁不足。因此，当用这两种原料配合后，含氧化铁不足

4、。因此，当用这两种原料配合后，其成分满足不了水泥熟料成分要求时，需用铁质其成分满足不了水泥熟料成分要求时，需用铁质校正原料。校正原料。 一、石灰质原料一、石灰质原料 凡是以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。凡是以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。熟料中的氧化钙是通过碳酸钙分解提供的。常用的天然石熟料中的氧化钙是通过碳酸钙分解提供的。常用的天然石灰质原料有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。我国水泥生灰质原料有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。我国水泥生产中应用最普遍的是石灰岩。产中应用最普遍的是石灰岩。 （1 1）用量）用量 1 1吨熟料约需要吨熟料约需要1.4-1.51.4-1.5吨的干石

5、灰质原料，在生料中吨的干石灰质原料，在生料中占占80%80%。（2 2）种类及特性）种类及特性 石灰岩：石灰岩： 石灰岩是一种沉积岩。主要矿物是方解石、粘土和石石灰岩是一种沉积岩。主要矿物是方解石、粘土和石英或燧石等杂质。纯净的石灰石是白色的，由于含不同的英或燧石等杂质。纯净的石灰石是白色的，由于含不同的杂质而呈灰白、青灰、淡黄、红褐等颜色。常见的为青灰杂质而呈灰白、青灰、淡黄、红褐等颜色。常见的为青灰 色，密度色，密度2.6-2.82.6-2.8。纯的方解石含有。纯的方解石含有56%CaO56%CaO和和44%CO44%CO2 2 ，硬，硬度度8-108-10，一般呈块状，有白色条痕。，一般

6、呈块状，有白色条痕。 生产硅酸盐水泥用的石灰岩中生产硅酸盐水泥用的石灰岩中CaOCaO48%48%。对于氧化钙。对于氧化钙低于低于48%48%的石灰岩可与氧化钙含量大于的石灰岩可与氧化钙含量大于48%48%的石灰岩搭配使的石灰岩搭配使用，搭配后的石灰岩其用，搭配后的石灰岩其CaOCaO含量必须在含量必须在48%48%以上。以上。 泥灰岩：泥灰岩： 是碳酸钙和粘土物质同时沉积形成的均匀混合的沉积是碳酸钙和粘土物质同时沉积形成的均匀混合的沉积岩，属石灰岩向粘土过渡的中间类型岩石。岩，属石灰岩向粘土过渡的中间类型岩石。 泥灰岩因含粘土量不同，其化学成分也随之变化，泥灰岩因含粘土量不同，其化学成分也随

7、之变化，其主要矿物为方解石，常见的为粗粒状结构，块状构造。其主要矿物为方解石，常见的为粗粒状结构，块状构造。 泥灰岩是一种极好的水泥原料，因它含有的石灰岩和泥灰岩是一种极好的水泥原料，因它含有的石灰岩和粘土混合均匀，易于煅烧。粘土混合均匀，易于煅烧。 白垩：白垩： 是海生生物外壳与贝壳堆积而成的、富含生物遗骸，主要是海生生物外壳与贝壳堆积而成的、富含生物遗骸，主要由隐晶或无定型细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩，主要成由隐晶或无定型细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩，主要成分为碳酸钙，含量在分为碳酸钙，含量在80-90%80-90%，有些超过，有些超过90%90%。 白垩易于粉磨和煅烧，是立窑水泥厂的

8、优质石灰质原料，白垩易于粉磨和煅烧，是立窑水泥厂的优质石灰质原料，但对回转窑用白垩制备料浆时，其需水量较高，影响产量和但对回转窑用白垩制备料浆时，其需水量较高，影响产量和燃料消耗。燃料消耗。 贝壳、珊瑚类：贝壳、珊瑚类： 主要有贝壳、蛎壳和珊瑚石，含碳酸钙主要有贝壳、蛎壳和珊瑚石，含碳酸钙90%90%左右，表面附左右，表面附有泥沙和盐类等有害物质，所以需要清洗干净。有泥沙和盐类等有害物质，所以需要清洗干净。 分布于沿海地区，目前沿海的小水泥厂有采用这种原料。分布于沿海地区，目前沿海的小水泥厂有采用这种原料。（3 3）石灰质原料的质量要求：）石灰质原料的质量要求：二、粘土质原料二、粘土质原料 粘

9、土质原料是指含水铝硅酸盐物原料的总称。其主要化粘土质原料是指含水铝硅酸盐物原料的总称。其主要化学成分为二氧化硅、其次是三氧化二铝、三氧化铁和氧化学成分为二氧化硅、其次是三氧化二铝、三氧化铁和氧化钙，在水泥生产中主要提供熟料所需要的酸性氧化物（钙，在水泥生产中主要提供熟料所需要的酸性氧化物（SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3和和FeFe2 2O O3 3）。）。 （1 1）用量）用量 1 1吨熟料约需吨熟料约需0.3-0.40.3-0.4吨干粘土，占生料吨干粘土，占生料15-17%15-17%。 （2 2）种类及特性）种类及特性 我国天然粘土质原料的种类较多，有黄土、粘土、页岩、我国

10、天然粘土质原料的种类较多，有黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，其中应用最广泛的是黄土和粘土。泥岩、粉砂岩及河泥等，其中应用最广泛的是黄土和粘土。 粘土：粘土： 是由花岗岩、玄武岩等经风化分解后，再经是由花岗岩、玄武岩等经风化分解后，再经搬运或残积形成。黄土主要分布在华北和西北地搬运或残积形成。黄土主要分布在华北和西北地区。粘土类包括华北、西北地区的红土、东北地区。粘土类包括华北、西北地区的红土、东北地区的粘土、南方地区的红壤、黄壤等。衡量粘土区的粘土、南方地区的红壤、黄壤等。衡量粘土质量主要看粘土的化学成分（硅率、铝率）、含质量主要看粘土的化学成分（硅率、铝率）、含砂量、碱含量及粘土的可

11、塑性、热稳定性、正常砂量、碱含量及粘土的可塑性、热稳定性、正常流动的需水量等工艺性能，如要求硅率流动的需水量等工艺性能，如要求硅率2.5-3.5%2.5-3.5%（最好（最好2.7-3.12.7-3.1）；铝率）；铝率1.5-3%1.5-3%等。等。 黄土：黄土： 没有层理的粘土与微粒矿物的天然混合物。没有层理的粘土与微粒矿物的天然混合物。黄土的化学成分以黄土的化学成分以SiO2、Al2O3为主为主，其次还有其次还有Fe2O3、MgO、CaOCaO以及以及R R2 2O O。硅率。硅率3.5-4%3.5-4%、铝率、铝率2.3-2.8%2.3-2.8%、塑性较低，一般、塑性较低，一般8-128

12、-12。 页岩：页岩： 是粘土经过长期胶结而成的粘土岩。化学成分以是粘土经过长期胶结而成的粘土岩。化学成分以SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3为主为主，还有少量还有少量FeFe2 2O O3 3、R R2 2O O等。硅率较低，一般在等。硅率较低，一般在2.1-2.1-2.8%2.8%，通常配料时需要掺加硅质校正原料。，通常配料时需要掺加硅质校正原料。 粉砂岩：粉砂岩： 是由直径为是由直径为0.01-0.1mm0.01-0.1mm的粉砂经长期胶结变硬后的粉砂经长期胶结变硬后的碎屑沉积岩。主要矿物是石英、长石粘土等。的碎屑沉积岩。主要矿物是石英、长石粘土等。 粉砂岩的硅率一般大于粉砂

13、岩的硅率一般大于3.03.0，铝率在，铝率在2.4-3.02.4-3.0之间，之间，含碱量在含碱量在2-4%2-4%。 千枚岩：千枚岩： 由页岩、粉砂岩或中酸性凝灰岩经低级区域变由页岩、粉砂岩或中酸性凝灰岩经低级区域变质作用形成的变质岩称千枚岩。质作用形成的变质岩称千枚岩。 主要矿物成分为绢云母、绿泥石和石英，分布主要矿物成分为绢云母、绿泥石和石英，分布广泛，南北地区都存在，江西水泥厂使用的粘土质广泛，南北地区都存在，江西水泥厂使用的粘土质原料就是千枚岩。原料就是千枚岩。 （3 3）粘土质原料的质量要求：）粘土质原料的质量要求： 三、校正原料三、校正原料 当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成

14、分不能符合配当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分，掺加相应的校正原料方案要求时，必须根据所缺少的组分，掺加相应的校正原料，以补充某些成分的不足，常用校正原料有料，以补充某些成分的不足，常用校正原料有低品位铁矿石、低品位铁矿石、铁厂尾矿、硫铁矿渣；硅藻土、硅藻石、砂岩、粉砂岩；铝铁厂尾矿、硫铁矿渣；硅藻土、硅藻石、砂岩、粉砂岩；铝矾土、铝渣等。矾土、铝渣等。 校正原料的质量要求如下：校正原料的质量要求如下： 校正原料的质量要求：校正原料的质量要求：作业作业5 5、（2)2)水泥生产原料种类、用量、质量要水泥生产原料种类、用量、质量要求求第二节第二节

15、 水泥生料的易烧性水泥生料的易烧性 易烧性是反映生料在固、液、气相环境下，在规定易烧性是反映生料在固、液、气相环境下，在规定的温度范围内，通过复杂的物理化学变化，形成熟料的的温度范围内，通过复杂的物理化学变化，形成熟料的难以程度。难以程度。 生料的化学、物理和矿物性质对易烧性有很大影响。生料的化学、物理和矿物性质对易烧性有很大影响。 一、表示方法一、表示方法（1 1）在已知温度（）在已知温度（T T）下测定经规定时间（）下测定经规定时间（t t）后的）后的f- CaOf- CaO 量的多少。量的多少。（2 2）在已知温度（）在已知温度（T T）下测定达到）下测定达到f- CaO f- CaO

16、2%2%的时间（的时间（t t）长）长 短。短。 二、影响生料易烧性的因素二、影响生料易烧性的因素（1 1）生料的潜在矿物组成：石灰饱和系数高，硅率高生料难烧，）生料的潜在矿物组成：石灰饱和系数高，硅率高生料难烧，相反易烧，但可能易结圈；硅率、铝率高，液相粘度大，也相反易烧，但可能易结圈；硅率、铝率高，液相粘度大，也难烧，要求较高的烧成温度。难烧，要求较高的烧成温度。（2 2）原料的性质和颗粒组成：石英、方解石多、颗粒粗、易烧）原料的性质和颗粒组成：石英、方解石多、颗粒粗、易烧 性差。性差。（3 3）生料中次要氧化物、微量元素和矿化剂；）生料中次要氧化物、微量元素和矿化剂；（4 4）生料的均匀

17、性和粉磨细度；）生料的均匀性和粉磨细度；（5 5）生料的热处理、液相、燃煤的性质及窑内气氛；）生料的热处理、液相、燃煤的性质及窑内气氛；第三节第三节 熟料组成的选择熟料组成的选择 熟料的矿物组成即为配料方案或熟料的率值。熟熟料的矿物组成即为配料方案或熟料的率值。熟料组成的选择实际上是选择合理的生料配方，也就料组成的选择实际上是选择合理的生料配方，也就是对熟料三个率值的确定。是对熟料三个率值的确定。 一、水泥品种一、水泥品种 快硬性水泥可提高快硬性水泥可提高C C3 3S S、C C3 3A A；低热水泥降低；低热水泥降低C C3 3S S、C C3 3A A；抗硫酸盐水泥降低；抗硫酸盐水泥降低

18、C C3 3A A，提高，提高C C4 4FAFA。 二、原料的品质二、原料的品质 从简化原料种类、简化工艺、便于生产控制角度从简化原料种类、简化工艺、便于生产控制角度考虑，应根据原料性质，选择合适的熟料组成。考虑，应根据原料性质，选择合适的熟料组成。三、燃料品质三、燃料品质 固、液、气三种不同类型的燃料对熟料组成有固、液、气三种不同类型的燃料对熟料组成有不同影响，应加以考虑。不同影响，应加以考虑。四、生料成分的均匀性四、生料成分的均匀性 生料的均匀性对熟料的煅烧和质量有重要影响。生料的均匀性对熟料的煅烧和质量有重要影响。均匀性差，均匀性差，KHKH就不能太高，不然使就不能太高，不然使f-Ca

19、Of-CaO增加。增加。 为保证生料的均匀性，一方面应尽量采用品种简为保证生料的均匀性，一方面应尽量采用品种简单、质量均匀的原料；另一方面要加强原料的预均单、质量均匀的原料；另一方面要加强原料的预均化和生料的均化，并以碳酸钙的滴定值波动幅度来化和生料的均化，并以碳酸钙的滴定值波动幅度来表示其均匀性。表示其均匀性。五、窑型与规格五、窑型与规格 生料在不同类型的窑内受热情况和煅烧的过生料在不同类型的窑内受热情况和煅烧的过程不完全相同，因此熟料的组成也应有所区别。程不完全相同，因此熟料的组成也应有所区别。 回转窑可选择高石灰饱和系数的熟料组成；回转窑可选择高石灰饱和系数的熟料组成；立波尔窑、立窑应选

20、择低石灰饱和系数的熟料组立波尔窑、立窑应选择低石灰饱和系数的熟料组成。成。 窑的规格不同，长径比不一样，预烧和煅烧窑的规格不同，长径比不一样，预烧和煅烧情况也不同。情况也不同。六、生料的易烧性六、生料的易烧性 生料的易烧性好，可选择高生料的易烧性好，可选择高KHKH、SMSM、IMIM（或（或低低IMIM）的熟料组成。）的熟料组成。第四节第四节 配料计算配料计算 熟料组成确定后，便可根据原料的成分进行配料计算。熟料组成确定后，便可根据原料的成分进行配料计算。 配料计算的依据是物料平衡。配料计算的依据是物料平衡。 生料在经历不同阶段时有水分、气体及挥发物的逸出，生料在经历不同阶段时有水分、气体及

21、挥发物的逸出，所以计算时必须采用统一标准。所以计算时必须采用统一标准。一、计算基准一、计算基准 干燥基准：干燥基准： 生料蒸发物理水分后处于干燥状态，以干燥状态质量所生料蒸发物理水分后处于干燥状态，以干燥状态质量所表示的计算单位，称干燥基准。表示的计算单位，称干燥基准。 干燥基准用于计算干燥基准用于计算干燥原料的配合比和干燥原料的化学成干燥原料的配合比和干燥原料的化学成分；分；如果不考虑生产损失，则干燥原料的质量应等于生料的如果不考虑生产损失，则干燥原料的质量应等于生料的质量，即：质量，即： 干石灰石干石灰石+干粘土干粘土+干校正原料干校正原料=干生料干生料 灼烧基准：灼烧基准： 物料去掉烧失

22、量（结晶水、二氧化碳与挥发物质）后，物料去掉烧失量（结晶水、二氧化碳与挥发物质）后，生料处于灼烧状态，以灼烧状态质量所表示的计算单位，称生料处于灼烧状态，以灼烧状态质量所表示的计算单位，称为灼烧基准。为灼烧基准。 灼烧基准用于计算灼烧基准用于计算灼烧原料的配合比和熟料的化学灼烧原料的配合比和熟料的化学成分；成分；如果不考虑生产损失，在采用基本上无灰分掺入的如果不考虑生产损失，在采用基本上无灰分掺入的燃料时，则灼烧原料、灼烧生料与熟料三者质量应相等，燃料时，则灼烧原料、灼烧生料与熟料三者质量应相等，即：即： 灼烧石灰石灼烧石灰石+ +灼烧粘土灼烧粘土+ +灼烧校正原料灼烧校正原料= =灼烧生料灼烧生料= =熟料熟料 如果不考虑生产损失，在采用有灰分掺入如果不考虑生产损失，在采用有灰分掺入( (G GA A) )的燃料的燃料时，则灼烧生料与掺入的灰分之和应等于熟料的质量，即：时，则灼烧生料与掺入的灰分之和应等于熟料的质量，即： 灼烧生料灼烧生料+ +灰分灰分= =熟料熟料 G GA A=PAS/100=qAS/Q100=PAS/100=qAS/Q100 P:P:煤耗煤耗 S S：灰分振落率：灰分振落率 A A：灰分含量：灰分含量 Q Q： 燃料热值燃料热值 q q：单位熟料热耗：