水泥原料与配料知识讲座

1、习水赛德水泥有限公司蔡维平2010年8月12日水泥原料和配料知识讲座石灰质原料粘土质原料校正原料（1）硅质（2）铝质（3）铁质水泥原材料是水泥熟料中氧化钙（CaO）成分的主要来源， 生产1吨熟料约需用石灰石1.31.5吨石灰石， 占生料中原料总量的80%以上。因此，石灰质原料性能对熟料煅烧有很大影响。石灰岩矿床一般呈层状、 块状构造，密度2.62.8g/cm3，耐压强度为80140MPa， 纯净的石灰石为白色，CaO含量54%；由于它常含有白云石、 菱镁矿、 燧石、 石英、 蛋白石、 含铁矿物和粘土矿物而呈青灰、 灰黑、 浅黄或浅红色，CaO含量也随之减少，一般 一级品CaO含量为4853%，

2、二级品为4547%，而泥灰岩的CaO含量则为3544%。石灰质原料石灰质原料等级石灰石的主要矿物为方解石。常见的结构类型有： 隐晶结构、 结晶粒状结构、 生物结构、碎屑结构及鲕状结构等。因之， 方解石矿物结构、 结构形态、 结晶体完整程度及晶体大小等都对熟料煅烧活性有着很大影响。同时，其所含杂质多少，杂质成分、结构、分布状况，特别是燧石中的 石英晶体， 以及石英晶体的发育状况等，对生料的化学反应活性影响也是显著的。石灰质原料所以在工厂建设资源选择时， 对石灰石的化学成分及以上所述的矿物性能， 特别是对燧石、石英等杂质含量应加以限制外， 在对水泥窑热工系统工程研究中， 亦应首先对此加以分析研究，

3、以便对水泥窑的热工性能作出全面、 客观地分析评价。石灰质原料粘土质原料可分黄土、 粘土、 页岩及粉砂岩、 河泥及湖泥等四类。它是水泥熟料中酸性氧化物的主要来源，生产1吨熟料约需 0.30.4吨粘土质原料，占生料中原料总量的1117%；其矿物性能对熟料煅烧亦有很大影响。粘土质原料黄土化学组成以SiO2及Al2O3为主。硅酸率一般为3.54.0，铝氧率为2.32.8，CaO在58%之间，R2O主要由云母、长石带入，一般为3.54.5 %，之间。黄土中的粗粉砂级一般在（0.0050.01mm）颗粒一般占2550%，粘土级（0.005）一般占2040%。黄土的塑性指数一般在812之间.粘土质原料石英，

4、SiO2，SiO2，高岭石，Al2Si2O5(OH)4，蒙托石（Al，Mg）2（Si4O10）(HO)n(H2O)粘土质原料矿物组成SiO2Al2O3Fe2O3MgONa2OCaO粘土中SiO2含量较低，Al2O3、Fe2O3 含量较高，硅酸率在1.42.6之间，铝氧率在25之间，塑性指数为1827；南方地区的红壤和黄壤主要形成于第四系更新世，主要矿物为石英、长石、赤铁矿等，主要粘土矿物为高岭土， 其次为伊利石、 叙承石、 三水铝矿等，硅酸率偏低，一般为2.53.3， 铝氧率23 %，R2O含量较低，塑性指数介于1745之间， 一般为 2025。粘土质原料粘土品位粘土反应活性水泥工业生产中，

5、往往使用石灰质及粘土质原料配料尚不能满足规定的生料化学成分要求时，则需添加第三、 四种校正原料。常用的校正原料有铁质、 硅质或铝质原料等三种。近年来，为了保护环境，综合利用废渣，水泥企业在原来利用煅烧的煤矸石及粉煤灰作混合材外，亦重视利用它们作水泥原料。比如电厂粉煤灰。以校正原料代替粘土质原料对于保护环境、保护耕地，意义深远。校正原料铁质校正料为硫酸渣、硫铁矿渣、钢渣、硫磺渣等。硅质校正料多为砂岩，个别厂采用河沙。铝质校正料多为铝矾土、 煤矸石、 铁矾土、粉煤灰等。但是，在硅质校正料中，所用的砂岩及河沙等多为结晶的，对粉磨及煅烧均甚不利，应特别慎重选用。尤其是选用石英砂的，结晶更加粗大，尽量避

6、免使用。校正原料校正原料品位要求部分硅质原料（砂岩）成分部分铁质原料成分部分铝质原料(煤矸石)成分部分铝质原料(粉煤灰)成分在水泥实际生产过程中，原料配比、匹配，生料化学成分等对熟料的形成过程、水泥窑的产、质量、热耗等都有着较大影响。为此，在原料特性研究的基础上，还必须进一步对生料易烧性能进行研究。生料易烧性众所周知，对某种特定的石灰石而言，在选用辅助原料时，应考虑它们之间的物理化学性能的协调性。如晶质石灰石与无定形氧化硅相作用，以及活性较大的隐晶质石灰石与砂岩中的游离氧化硅之间的反应仍然还是很慢的。因水泥熟料矿物的形成包括碳酸盐分解，固相反应， 烧成等多个过程，不仅与单项原料的性质有关，而且

7、还与它们之间的相互配合比，相互作用所表现出来的性质都有很大关系。生料易烧性理论计算(公式法) 从化学成分的角度,但忽略了-,有局限性游离氧化钙吸收 从生成物质量的角度,但忽略了-,有局限性差热分析 从能耗的角度，把握反应的基本条件、参数，指导实际操作、工艺控制。易烧性的评价方法CaO 饱和率LSFCaO/(2.8*SiO2+1.18*Al2O3+0.65Fe2O3)正常范围：0.950.98(史密斯公司也用该公式)公式法评价易烧性不同的原料，配成相同化学成分的生料，以同样的煅烧温度、同样的煅烧时间在高温炉中煅烧。测定不同组样品，在以上条件下的f-CaO含量，评价其易烧性。游离钙法评价易烧性通过

8、煅烧过程中的光谱分析，测定碳酸盐的分解的温度、固相反应的温度，来评价易烧性。显然，分解温度越低、固相反应的温度越低，易烧性越好，这都与其石灰质及粘土质原料特性、 生料细度及率值有关。因而，是比较理想的评价方法。差热分析法评价易烧性差热分析曲线差热分析实验数据差热分析实验数据矿物组分定量分析矿物组分定量分析由此可见，评价一个配料方案的合理性，所做的工作是何其多。在方案制定的阶段，作的分析工作越是仔细，取得的成果就越显著。熟料的典型形态主要形态C3S（硅酸三钙）- 水泥成分占52-62%C2S（硅酸二钙） -水泥成分占20-24%C3A（铝酸三钙）-水泥成分占8-12%C4AF（铁酸四钙）-水泥成

9、分占7-9%其它形态CaO（游离石灰）希望 1.5%碱性硫酸盐MgO（方镁石）-若熟料中氧化镁多于2 %说明：水泥中： 石膏添加 3-5%配料方案的依据在C3S上形成的水化硅酸钙凝胶（C-S-H）氢化钙沉淀C3SC2SC3AC4AFC-S-Hgel铝酸盐水合物氢化钙石膏为什么我们要追求C3SC3S水化反应 + 21 天01020304050607080抗压强度（MPa）天28718036090C3SC2SC3AC4AF 根据Boque与Lerch公式计算的纯矿物CaO+SiO2 =C2S， CaO+ C2S =C3SCaO的熔点是2500结晶型SiO2的熔点是1667 回转窑通常的火焰中心温度

10、：17001800煅烧料温：12801450在此温度下， CaO+SiO2是通过固体质点间的扩散反应，在质点表面形成CaOSiO2、 2CaOSiO2，表面生成的C2S膜对扩散反应起到阻挡作用固相反应只能在质点表面反应，位于质点中心部位是不能反应的，造成f-CaO含量过高因此，我们需要较低温度下的具有相对流动性的反应固相反应而液相的流动性会加剧扩散反应的进行最低共熔点温度在CaO、SiO2中配入Fe2O3，Al2O3，通过固相反应形成3 CaO Al2O3， CaO Fe2O3，最低共熔温度降到1350，从而产生液相，在（多元素）液相中CaO+ C2S =C3S的反应比较剧烈在生产条件下，原料

11、中总是夹杂些MgO、K2O、Na2O、KCl、MnO2、TiO2、SO3、P2O5等杂质，使最低共熔点温度进一步下降到1200 ，这些组分的存在有一些好处：较低的烧成热耗、火焰温度、耐火材料消耗液相反应最早的保险丝于一百多年前由爱迪生发明，由于当时的工业技术不发达白炽灯很贵重，所以，最初是将它用来保护价格昂贵的白炽灯的。易熔丝是用铋、铅、锡和镉制成的一种合金，熔点有：48、60、70、92、96，125等等，可按要求，定制各种温度的低熔点易熔丝。熔点65.5 下的保险丝配方： 铋：Bi，熔点271.3 ，50% 铅：Pb，熔点327.5 ，25% 锡：Sn，熔点231.8 ，12.5% 隔：C

12、d，熔点320.9 ，12.5%通过“易熔丝”帮助理解“最低共熔点”合金丝熔点65.5 大雪封山，道路中断，城市交通中断，道路喷散食盐水，冰雪会融化。 纯水：沸点100，冰点0； 15%的食盐水：冰点20 ；乙二醇型防冻液： 浓度配比为： 乙二醇/水：55% /45%，沸点107，冰点40。我们不难发现：注入了杂质，温度下降了！是吗？通过“道路除雪”帮助理解“最低共熔点”太多的液相量，在生产中不断发生工艺事故，需要在工业生产条件下对化学组成进行优化固定，便于实际操作。包格公式 CaOf-CaO1.65Al2O30.35Fe2O30.7SO3KH= 2.8(SiO2f-SiO2) SiO2f-S

13、iO2 Al2O3SM= IM= Al2O3+Fe2O3 Fe2O3配料方案根据水泥品种、窑型性不同，一般范围KH=0.860.95，较高，需要较高的温度和燃料SM=2.43.0，较高，液相较少，煅烧困难IM=1.41.7，较高，水泥使用性能变差，但关联窑皮特性实际生产中KH=0.900.02SM=2.70.1IM=1.60.11400液相量=2.95 Al2O3+2.2 Fe2O3+MgO+R2O+SO32325%组份控制范围计算模板习水赛德水泥配料方案分基水份挥发份灰份固定碳热值热耗灰掺入料耗输入区1.582862.52300032003.90 1.49 计算区熟料率值KH0KHfSMIM

14、C3S57.58 C4AF10.13 计算值0.920 0.900 2.60 1.50 C2S18.68 f-CaO1.20 目标值0.920 2.60 1.50 C3A7.62 1400液23.83 比例lossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3R2O煤灰份0.00 54.42 30.00 6.00 3.00 1.00 1.50 0.20 96.12 石灰石85.24 41.01 3.60 0.66 1.17 50.97 1.02 0.10 0.41 98.53 砂岩9.32 1.00 84.00 9.00 1.00 2.00 1.60 0.50 0.30 99.10 粉煤灰3.

15、26 8.00 42.00 28.00 7.00 2.50 1.10 1.00 0.30 89.60 硫磺渣2.18 5.00 40.00 12.00 35.00 2.00 2.00 3.00 0.20 99.00 0.00 0.00 比例lossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3R2O白生料10035.42 13.14 2.57 2.08 43.76 1.10 0.23 0.39 98.30 准熟料0.00 20.34 3.99 3.23 67.76 1.70 0.36 0.61 97.98 准熟料96.10 0.00 19.55 3.83 3.10 65.12 1.70 0.36 0.61 94.26 煤灰份3.90 0.00 2.12 1.17 0.23 0.12 0.04 0.06 0.01 3.74 熟料f-CaOlossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3R2O1.20 0.40 21.67