1、普通硅酸鹽工藝概論教案第一編 水泥工藝學第一章 引言一、膠凝材料的定義和分類（一）定義：1、膠凝材料：在物理、化學的作用下，能從漿體變成堅硬的石狀體，并能膠結其他物料而具有一定機械強度的物質，統(tǒng)稱為膠凝材料。2、水硬性膠凝材料：在拌水后既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，通常稱為水泥。如：硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等。3、非水硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化而不能在水中硬化，又稱為氣硬性膠凝材料。如：石灰、石膏、耐酸膠結料等。（二）分類膠凝材料：分為有機和無機兩大類有機：瀝青和各種樹脂。無機：按硬化條件分為：水硬性和非水硬性兩類。二、膠凝材料發(fā)展簡史見書上，略三、水泥的定義和分類（一）定

2、義水泥：加入適量水后可成塑性漿體，既能在空氣中硬化又能在水中硬化，并能將砂、石等材料牢固的膠結在一起的細粉狀水硬性膠凝材料，統(tǒng)稱為水泥。（二）分類1、按其用途和性能可分為：通用水泥、專用水泥和特性水泥三大類。通用水泥：是指大量土木工程使用的一般用途的水泥，如：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥等。專用水泥：是指有專門用途的水泥，如：油井水泥、砌筑水泥等。特性水泥：是指某種性能比較突出的水泥，如：快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、自應力鋁酸鹽水泥等。2、按其所含的主要水硬性礦物，分為：硅酸鹽水泥、鋁

3、酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥以及以工業(yè)廢渣和地方材料為主要組分的水泥。目前水泥品種已達一百多種。四、水泥工業(yè)在國民經濟中的地位和作用見書，略五、水泥工業(yè)發(fā)展概況地窯、立窯、濕法回轉窯、干法回轉窯、帶余熱發(fā)電的回轉窯、帶余熱器的回轉窯、懸浮預熱器回轉窯、窯外分解窯，目前我國日產5000噸熟料的窯外分解窯較多，也有更高產量的窯外分解窯。第二章 硅酸鹽水泥國家標準及其生產第一節(jié) 硅酸鹽水泥的國家標準硅酸鹽水泥：是以硅酸鈣為主要成分的熟料所制成的水泥的總稱。如摻入一定數(shù)量的混合材料，則硅酸鹽水泥名稱前冠以混合材料名稱，即得到不同品種的硅酸鹽水泥，如：礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅

4、酸鹽水泥等。根據(jù)國家標準，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的定義、標號、品質指標以及驗收規(guī)則如下：一、定義（一）硅酸鹽水泥凡是由硅酸鹽水泥熟料、05%石灰石或粒化高爐礦渣、適量的石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。國外通稱波特蘭水泥。硅酸鹽水泥分為兩種類型：型硅酸鹽水泥：不摻混合材料，代號：P·。型硅酸鹽水泥：在硅酸鹽水泥粉磨時摻加不超過水泥質量5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材料，代號：P·。（二）普通硅酸鹽水泥凡是由硅酸鹽水泥熟料、6%15%混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥，簡稱普通水泥，代號：P·。摻活性混合材料時，最大摻入量

5、不得超過15%，其中允許用不超過水泥質量5%的窯灰或不超過水泥質量10%的非活性混合材料來代替。摻非活性混合材料時最大摻量不超過水泥質量的10%。（三）組分材料1、硅酸鹽水泥熟料凡以適當成分的生料，燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的產物稱為硅酸鹽水泥熟料，簡稱孰料。2、石膏天然石膏，必須符合國家標準的規(guī)定。工業(yè)副產石膏，是工業(yè)生產中以硫酸鈣為主要成分的副產品，使用時必須經過試驗，證明對水泥性能無害。3、活性混合材料是指符合GB1596的粉煤灰，符合GB2847的火山灰質混合材料和符合GB203的?；郀t礦渣。4、非活性混合材料活性指標低于GB1596的粉煤灰、GB2847的火山灰質混合材料

6、和GB203的?；郀t礦渣以及石灰石和砂巖。石灰石中的三氧化二鋁含量不得超過2.5%。5、窯灰窯灰是從回轉窯窯尾廢氣中收集下來的粉塵。應符合ZBQ12001的規(guī)定。6、助磨劑水泥粉磨時還允許加入主要起助磨作用而不損害水泥性能的助磨劑，加入量不得超過水泥質量的1%。使用助磨劑、工業(yè)副產石膏時，須經省、市、自治區(qū)以上建材行業(yè)主管部門批準，投產后定期進行質量檢查。二、強度等級（即水泥的標號）硅酸鹽水泥強度等級分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。普通水泥強度等級分為42.5、42.5R、52.5、52.5R。三、技術要求1、不溶物型硅酸鹽水泥不溶物不超過0.75%。型

7、硅酸鹽水泥中不溶物不得超過1.50%。2、氧化鎂水泥中氧化鎂含量不超過5.0%。如果水泥壓蒸安定性試驗合格，則水泥中氧化鎂含量允許放寬到6.0%。3、三氧化硫水泥中三氧化硫含量不得超過3.5%。4、燒失量型硅酸鹽水泥燒失量不的大于3.0%，型硅酸鹽水泥燒失量不得大于3.5%。普通水泥燒失量不得大于5.0%。5、細度硅酸鹽水泥比表面積大于300m2/kg，普通水泥80方孔篩篩余不得超過10.0%。6、凝結時間硅酸鹽水泥初凝不得早于45分鐘，終凝不得遲于390分鐘。普通水泥初凝不得早于45分鐘，終凝不得遲于10小時。7、安定性用沸煮法檢驗必須合格。8、強度水泥強度等級按規(guī)定齡期的抗壓強度和抗折強度

8、來劃分，各強度等級水泥的各齡期強度不得低于下表數(shù)值（MPa）：品種強度等級抗壓強度抗折強度3天28天3天28天硅酸鹽水泥42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0普通水泥32.511.032.52.55.532.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.542.5R21.042.53.56.552.522.052.54.07.052.5R26.052.55.07.09、堿水泥中堿含量按 Na2

9、O+0.658K2O計算值來表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中堿含量不得大于0.60或由供需雙方商定。四、廢品與不合格品1、廢品凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時間、安定性中任一項不符合本標準規(guī)定時，均為廢品。2、不合格品凡細度、終凝時間、不溶物和燒失量中的任一項不符合本標準規(guī)定或混合材料摻加量超過最大限量和強度低于商品強度等級的指標時為不合格品。水泥包裝標志中水泥品種、強度等級、生產者名稱和出廠編號不全的也屬于不合格品。注意：1、凝結時間、安定性、強度是硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的三項重要建筑性質指標。2、凝結時間較短，水泥砂漿和混凝土在澆灌之前凝結而失去流動性，無法使用；凝結時間

10、過長，則降低施工速度，延長模板周轉時間。3、硅酸鹽水泥熟料初凝時間只有幾分鐘，要加入石膏進行調節(jié)，才能達到規(guī)定的要求；石膏摻入量過多，水泥強度會降低，還會產生安定性不良，水泥終凝時間過長。因此，石膏適宜的摻入量應通過試驗來確定。4、強度是設計混凝土配合比的重要數(shù)據(jù)。水泥在水化硬化過程中，強度是逐步增長的，一般將3天、7天以前的強度稱為早期強度，28天及以后的強度稱為后期強度。由于水泥經28天后強度已大部分發(fā)揮出來，所以用28天強度劃分水泥的登記。第二節(jié) 硅酸鹽水泥的生產一、硅酸鹽水泥的生產方法硅酸鹽水泥的生產分為三個階段：1、生料制備石灰質原料、粘土質原料、少量的校正材料經破碎后按一定的比例配

11、合、細磨，并經均化調配為成分合適、分布均勻的生料。2、熟料煅燒將生料在水泥工業(yè)窯內煅燒，生料首先分解為氧化鈣、三氧化二鋁、二氧化硅、三氧化二鐵等活性氧化物，然后至部分熔融，在熔融狀態(tài)下進行固相反應，生成硅酸二鈣、硅酸酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、鋁酸三鈣等礦物，經冷卻后得到以硅酸二鈣、硅酸三鈣為主要成分的熟料的過程。3、水泥的制成將熟料、石膏、有時加入適量的混合材共同磨細成為水泥的過程。以上三個階段簡稱為“兩磨一燒”。4、水泥生產方法分類按煅燒設備分類：普通立窯生產、機械化立窯生產、回轉窯生產。按生產方法分類：濕法、干法兩大類。濕法：將原料加水粉磨成生料漿，再入窯煅燒的方法稱為濕法。干法：將原料烘干、粉

12、碎制成生料粉，然后入窯煅燒的方法稱為干法。將生料加入適量的水分，制成料球后再入窯煅燒，稱為半干法，也可歸入干法。二、硅酸鹽水泥生產的主要工藝過程見書。第7頁1、立窯生產2、窯外分解窯生產第三章 硅酸鹽水泥熟料礦物組成及其配料計算硅酸鹽水泥熟料的主要化學成分：CaO：含量62%67%；SiO2：含量20%24%；Al2O3：含量4%7%；Fe2O3：含量2.5%15%。四種氧化物的含量總和在95%以上。另外，通常還含有：MgO、SO3、K2O、Na2O、TiO2、P2O5等。第一節(jié) 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成在硅酸鹽水泥熟料中，以上氧化物不是單獨的以氧化物形式存在，而是經高溫化學反應生成的多種礦物

13、的集合體。其結晶細小，一般為3060。水泥熟料是一種多礦物組成的結晶細小的人工巖石。主要有以下四種礦物組成：硅酸三鈣：分子式，3CaO·SiO2，可簡寫為：C3S；硅酸二鈣：分子式，2CaO·SiO2，可簡寫為：C2S；鋁酸三鈣：分子式，3CaO·Al2O3，可簡寫為：C3A；鐵相固溶體：通常以鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3）作為代表式，可簡寫為：C4AF。另外還有：游離氧化鈣（- CaO）、方鎂石（結晶氧化鎂）、含堿礦物和玻璃體。孰料中C3S和C2S含量約占75%左右，稱為硅酸鹽礦物；孰料中C3A和C4AF的理論含量約為22%左

14、右，在水泥熟料煅燒過程中與氧化鎂、堿等在12501280會逐漸熔融形成液相，促進硅酸三鈣的形成，古稱熔劑礦物。一、硅酸三鈣（C3S）硅酸三鈣（C3S）是硅酸鹽水泥熟料的主要礦物，含量通常為50%左右，有時甚至在60%以上。純C3S只有在20651250溫度范圍內才穩(wěn)定。在2065以上不一致熔融為CaO和液相。在1250以下時分解為C2S和CaO，但反應很慢。純C3S在室溫可呈介穩(wěn)狀態(tài)存在。C3S有三種晶系七種變形： 1070 1060 990 960 920 520R-M-M-M-T-T-TR型為三方晶系，M型為單斜晶系，T型為三斜晶系，這些變形的晶體結構相近。但有人認為，R型和M的強度比T型

15、的高。在硅酸鹽水泥熟料中，C3S并不以純的形式存在，總含有少量的氧化鎂、氧化鋁、氧化鐵等，形成固溶體，稱為阿利特（Alite）或A礦。純C3S在常溫下，通常只能為三斜晶系（T型），如含有少量的MgO、Al2O3、Fe2O3、SO3、ZnO、Cr2O3、R2O等氧化物形成固溶體則為M型或R型。由于熟料中C3S總含有MgO、Al2O3、Fe2O3以及其他氧化物，阿利特通常為M型或R型。純C3S為白色，密度為3.14g/cm3，其晶體截面為六角形或棱柱形。單斜晶系的阿利特單晶為假六方片狀或板狀。在阿利特中常以C2S和CaO的包裹體存在。C3S凝結時間正常，水化較快，粒經4050m顆粒28d可水化70

16、%左右。放熱較多，早期強度高且后期強度增進率較大，28d強度可達一年強度的70%80%，其28d強度和一年強度在四種礦物中均最高。阿利特的晶體尺寸和發(fā)育程度會影響其反應能力，當燒成溫度高時，阿利特晶形完整，晶體尺寸適中，幾何軸比大（晶體長度與寬度之比L/B23），礦物分布均勻，界面清晰，孰料的強度較高。適當提高熟料中的硅酸三鈣含量，當其巖相結構良好時，可以獲得優(yōu)質孰料。但硅酸三鈣的水化熱較高，抗水性較差，如要求水泥的水化熱低，抗水性較高時，則熟料中的硅酸三鈣含量要適當?shù)托?。二、硅酸二鈣C2S在熟料中含量一般為20%左右，是硅酸鹽水泥熟料的主要礦物之一，孰料中硅酸二鈣并不是以純的形式存在，而是與

17、少量MgO、Al2O3、Fe2O3、R2O等氧化物形成固溶體，通常稱為貝利特（Belite）或B礦。純C2S在1450以下有下列多晶轉變。1425 1160 630680 <500 ´H ´L 780860H-高溫型， L-低溫型在室溫下，、´H、´L、等變形都是不穩(wěn)定的，有轉變成型的趨勢。在熟料中，型和´型一般較少存在，在燒成溫度較高、冷卻速度較快的熟料中，由于固溶有少量MgO、Al2O3、Fe2O3等氧化物，可以型存在。通常所指的硅酸二鈣或B礦即為型硅酸二鈣。型和´型C2S強度較高，而型C2S幾乎無水硬性。在立窯生產中，若通

18、風不良、還原氣氛嚴重、燒成溫度低、液相量不足、冷卻較慢，則硅酸二鈣在低于500下易由密度為3.28g/3的型轉變?yōu)槊芏?.97g/3的型，體積膨脹10%而導致熟料粉化。但若液相量多，可使溶劑礦物形成玻璃體將型硅酸二鈣晶體包圍住，并采用迅速冷卻方法使之越過型轉變溫度而保留下來。貝利特為單斜晶系，在硅酸鹽水泥熟料中常呈圓粒狀，這是因為貝利特的棱角已溶進液相而其余部分未溶進液相之故。純硅酸二鈣色潔白，當含有Fe2O3時呈棕黃色。貝利特水化反應較慢，28d僅水化20%左右，凝結硬化緩慢，早期強度較低，但后期強度增長率較高，在一年后可趕上阿利特。貝利特的水化熱較小，抗水性較好。在中低熱水泥和抗硫酸鹽水泥

19、中，適當提高貝利特含量而降低阿利特含量是有利的。三、中間相填充在阿利特、貝利特之間的物質統(tǒng)稱中間相，包括鋁酸鹽、鐵酸鹽、組成不定的玻璃體和含堿化合物以及游離氧化鈣和方鎂石。中間相在熟料煅燒過程中熔融為液相，冷卻時，部分液相結晶，部分液相來不及結晶而凝固成玻璃體。（一）鋁酸鈣孰料中鋁酸鈣主要是鋁酸三鈣，有時還可能有七鋁酸十二鈣。在摻氟化鈣作礦化劑的熟料中，可能存在C11A7·CaF2。在同時摻氟化鈣和硫酸鈣作礦化劑低溫燒成的熟料中可以是C11A7·CaF2和C4A2而無C3A。純C3A為等軸晶系，無多晶轉化。結晶完善的C3A常呈立方、八面體或十二面體。但在水泥熟料中，其形狀隨

20、冷卻速率而異，一般融入玻璃相或呈不規(guī)則微晶析出。C3A在熟料中含量為7%15%。純C3A為無色晶體，密度3.04g/3，熔融溫度為1533。反光鏡下，反光能力較差，呈暗灰色，故稱黑色中間相。C3A水化迅速，放熱多，凝結很快，若不加石膏等緩凝劑易使水泥急凝，硬化快，強度三天內就發(fā)揮出來，但絕對值不高，以后幾乎不增長，甚至倒縮。干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。（二）鐵相固溶體鐵相固溶體在熟料中含量為10%18%。孰料中含鐵相較復雜，其成分接近C4AF，故用C4AF代表熟料中鐵相的組成。鐵鋁酸四鈣的水化速度早期介于鋁酸三鈣和硅酸三鈣之間，但隨后的發(fā)展不如硅酸三鈣。早期強度類似于鋁酸三鈣，后期還能不斷增長

21、，類似硅酸二鈣?？箾_擊性能和抗硫酸鹽性能好，水化熱較鋁酸三鈣低，但含C4AF高的熟料難磨。在道路水泥和抗硫酸鹽水泥中，C4AF含量高為好。（三）玻璃體硅酸鹽水泥熟料煅燒過程中，熔融液相若在平衡狀態(tài)下冷卻，則可全部結晶出C3A、C4AF和含堿化合物等而不存在玻璃體。但是在工廠生產條件下，冷卻速度較快，有部分液相來不及結晶而成為過冷液體，即玻璃體。在玻璃體中，質點排列無序，組成也不定，其主要成分為Al2O3、Fe2O3、CaO，還有少量MgO和堿等。據(jù)認為：普通冷卻熟料中玻璃體含量為2%21%，急冷熟料玻璃體約為8%22%，慢冷熟料玻璃體只有02%。中間相的作用：煅燒過程中C3A、C4AF熔融成液

22、相，可以促進硅酸三鈣的順利形成。過少，氧化鈣不易被吸收，過多，窯內易結塊。四、游離氧化鈣和方鎂石（一）游離氧化鈣（- CaO）游離氧化鈣是指經高溫煅燒而仍未化合的氧化鈣，也稱游離石灰。經高溫煅燒的游離氧化鈣，結構致密，水化很慢，通常要在三天后才明顯，水化生成氫氧化鈣體積增加97.9%，在硬化的水泥漿中造成局部膨脹應力。隨著游離氧化鈣的增加，首先是抗折強度下降，進而引起3d以后強度倒縮，嚴重時引起安定性不良。因此，在熟料煅燒中，要嚴格控制游離氧化鈣的含量。我國回轉窯一般控制在1.5%一下，立窯在2.5%以下。因為立窯熟料中的游離氧化鈣有一部分沒有經過高溫死燒，沒有經過高溫死燒的游離氧化鈣水化快，

23、對硬化水泥漿的破壞力不大。（二）方鎂石方鎂石是指游離狀態(tài)的氧化鎂晶體。MgO與SiO2、Fe2O3的化學親和力很小，在熟料煅燒過程中一般不參與化學反應，他以下列三種形式存在于熟料種：1、溶解于C4AF、C3S中形成固溶體；2、溶于玻璃體中；3、以游離狀態(tài)的方鎂石形式存在。前兩種形式的MgO含量約為熟料的2%，它們對硬化水泥漿體無破壞作用。以方鎂石形式存在時，由于水化速度比死燒游離氧化鈣要慢，要在0.51年后才明顯，水化生成氫氧化鎂時，體積膨脹148%，也會導致安定性不良。國家標準規(guī)定，硅酸鹽水泥中氧化鎂含量不得超過5.0%。方鎂石膨脹的嚴重程度，還于晶體尺寸有關，尺寸1mm時,含量5%才引起微

24、膨脹，尺寸57mm時，含量3%就引起嚴重膨脹。在生產中應盡量采取快冷措施減小方鎂石的晶體尺寸。第二節(jié) 熟料的率值在水泥生產中，各氧化物之間的比例（相對含量）即為率值。一、水硬率（Hydraulic Modulus）水硬率是孰料中氧化鈣與酸性氧化物之和的質量百分數(shù)的比值。常用HM表示，其計算式為：式中：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3分別代表熟料中各氧化物的質量百分數(shù)。水硬率通常在1.82.4之間。二、硅率或硅酸率（Silica Modulus）硅率又稱硅酸率，它表示熟料中SiO2的百分含量與Al2O3和Fe2O3百分含量之比，用SM表示（水泥廠常用n表示）。通常硅酸鹽水泥的硅率在1.7

25、2.7之間。但白色硅酸鹽水泥的硅率可達4.0甚至更高。硅率還表示熟料中硅酸鹽礦物與溶劑礦物的比例關系，反映了熟料的質量和易燒性。當Al2O3/Fe2O3大于0.64時，硅率與礦物組成的關系為：若硅率過高，高溫液相量減少，熟料煅燒困難，硅酸三鈣不易形成，如果氧化鈣含量低，硅酸二鈣含量過多而孰料易粉化。硅率過低，則熟料因硅酸鹽礦物少而強度低，且由于液相量過多，已出現(xiàn)結大塊、結爐瘤、結圈等，影響窯的操作。三、鋁率或鐵率（Iron Modulus）鋁率又稱鐵率，以IM表示（水泥廠常用p表示），其計算式為：鋁率通常在0.91.7之間，抗硫酸鹽水泥或低熱水泥的鋁率可低至0.7。鋁率也表示熟料中鋁酸三鈣與鐵

26、鋁酸四鈣的比例關系，因而也關系到水泥的凝結快慢。同時還關系到熟料液相粘度，從而影響熟料的煅燒難易。鋁率與礦物組成的關系： （A/F>0.64）鋁率高，孰料中鋁酸三鈣多，液相粘度大，物料難燒，水泥凝結快。鋁率低，液相粘度小，對硅酸三鈣形成有利，但燒結范圍窄，窯內易結大塊，不利于窯的操作。四、石灰飽和系數(shù)KH不少學者認為水硬率的意義不明確，因此，又提出了不同的與石灰最大含量有關的計算公式，常用的就是石灰飽和系數(shù)KH。計算公式為： （IM0.64） （IM0.64）考慮到熟料中還有- CaO、游離SiO2和石膏，故熟料的KH值公式寫成： （IM0.64） （IM0.64）硅酸鹽水泥熟料KH值在

27、0.820.94之間，我國濕法回轉窯KH值一般控制在0.89±0.01。石灰飽和系數(shù)與礦物組成的關系可以用下面數(shù)學式表示：從上式可見，當C3S=0時，KH=0.667，即熟料中只有C2S、C3A和C4AF而無C3S。當C2S=0時，KH=1，即KH=1時，孰料中無C2S，只有C3S、C3A和C4AF。故實際上KH介于0.6671.0之間。KH值越高，C3S的比例越高，孰料質量越好；但KH值過高，熟料煅燒困難，- CaO增多，熱耗高，產量低。目前我國采用石灰飽和系數(shù)KH值、硅率SM、鋁率IM三個率值控制生產。三個率值要配合適當，一般來說，三個率值不能同時高，或同時低。第三節(jié) 孰料礦物組

28、成的計算見書P16，略作介紹。第四節(jié) 孰料礦物組成的選擇見書P18，略作介紹第五節(jié) 配料計算略第四章 原料的破碎與均化第一節(jié) 硅酸鹽水泥的原料生產硅酸鹽水泥的主要原料是石灰質原料（主要提供氧化鈣）和粘土質原料（主要提供氧化硅和氧化鋁，也提供部分氧化鐵），還有校正原料（鐵質、硅質、鋁質校正原料）。制造水泥的原料應滿足以下工藝要求：1、化學成分必須滿足配料的要求；2、有害雜質的含量應盡量少；3、應具有良好的工藝性能，如易磨性、易燒性、熱穩(wěn)定性、以混合性等。一、石灰質原料凡以碳酸鈣為主要成分的原料都叫石灰質原料，主要有石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等。它是水泥生產中用量最大的一種原料，一般生產1t熟料約

29、需1.21.3t石灰質干原料。石灰?guī)r：主要成分是碳酸鈣，主要礦物是方解石，并含有白云石、硅質（石英或燧石）、含鐵礦物和粘土質等雜質。生產水泥用的石灰石中氧化鈣含量一般應不低于48%。泥灰?guī)r：是碳酸鈣和粘土質物質同時沉積所形成的均勻混合的沉積巖。氧化鈣含量超過45%，石灰飽和系數(shù)大于0.95時，稱為高鈣泥灰?guī)r。應加入粘土配合。氧化鈣含量低于43.5%，石灰飽和系數(shù)小于0.8時，稱為低鈣泥灰?guī)r。應與石灰石搭配使用。氧化鈣含量在43.5%45%時，其率值也和熟料相近，稱為天然水泥巖?？芍苯佑糜跓扑嗍炝?，但自然界很少見。雜質：石灰石中的白云石（CaCO3·MgCO3）是孰料中氧化鎂的主要

30、來源。為是孰料中的氧化鎂含量小于5.0%，應控制石灰石中的氧化鎂含量小于3.0%。燧石俗稱“火石”。主要成分是SiO2，常以-石英為主要礦物，結晶完整粗大，質地堅硬，難以磨細，化學反應能力差，在熟料煅燒時，也不易起反應，對熟料的產值量及消耗均有不利影響。作為水泥原料的石灰石，其燧石和石英含量一般控制在4%以下。石灰石中堿含量應小于1.0%，以免影響煅燒和熟料質量。另外，電石渣、糖濾泥、堿渣、白泥等工業(yè)廢渣都可做石灰質原料使用，但應注意其中雜質的影響。石灰質原料的質量要求見下表：石灰質原料的質量要求品位CaO（%）MgO（%）R2O（%）SO3（%）燧石或石英（%）石灰石一級品482.51.01

31、.04.0二級品45483.01.01.04.0泥灰?guī)r35453.01.21.04.0二、粘土質原料粘土質原料是含堿和堿土的鋁硅酸鹽，主要化學成分是SiO2，其次Al2O3，還有少量Fe2O3。一般生產1t熟料勇0.30.4t粘土質原料。天然粘土原料有：黃土、粘土、頁巖、泥巖、粉砂巖及河泥等。其中黃土和粘土使用最廣。衡量粘土質量主要看它的：化學成分（硅率和鋁率）、含堿量和可塑性、熱穩(wěn)定性、正常流動度的需水量等工藝性能。粘土同時含有幾種粘土礦物時，其中含量最多的礦物，稱為主導礦物。根據(jù)主導礦物的不同，可將粘土分為高嶺石類、蒙脫石類及水云母類等。他們的某些工藝性能見下表。粘土礦物與粘土工藝性能的關

32、系種類粘土礦物名稱分子比粘粒含量可塑性熱穩(wěn)定性正常流動度時水分（%）結構水脫水溫度（）粘土中礦物分解達最高活性時溫度（）高嶺石類高嶺石、多水高嶺石2SiO2·Al2O3·nH2O2很高好良好中350550600800蒙脫石類蒙脫石4SiO2·Al2O3·mH2O貝得石3SiO2·Al2O3·mH2O34高很好優(yōu)良高400600500700水云母類水云母、伊利石23低差差低300450400700粘土質原料的質量要求見下表。粘土質原料的質量要求品位硅率SM鋁率IMMgO（%）R2O（%）SO3（%）塑性指數(shù)一級品2.73.51.53.5

33、3.04.02.012二級品2.02.7或 3.54.0不限3.04.02.012注：SM=2.02.7時，一般需要參加硅質原料，當SM=3.54.0時，一般需要與一級品或SM低的二級品原料搭配使用，或摻用鋁質原料。采用立波爾窯及立窯時，才要求提供塑性指數(shù)。一般應控制粘土中堿含量小于4.0%；懸浮預熱器窯用生料堿含量（K2O+Na2O）應不大于1.0%。粘土中石英砂含量一般要求0.08mm方孔篩篩余不得超過10%，0.2mm方孔篩篩余不超過5%。立窯和立波爾窯煅燒時，要求粘土的可塑性要好，以利于成球。三、校正原料當石灰質原料和粘土質原料配合所得的生料成分不能符合配料方案要求時，必須根據(jù)所缺少的

34、組分，摻加相應的校正原料。常用的鐵質校正原料：低品位鐵礦石、煉鐵廠尾礦、硫酸廠工業(yè)渣硫酸渣（硫鐵礦渣）等。它們的主要成分是Fe2O3，含量大于50%。Fe2O3含量大于40%的礦石、礦渣才可以做鐵質校正原料。常用的硅質校正原料：砂巖、河砂、粉砂巖等。一般要求SiO2含量為70%90%，大于90%的石英含量過高，很少采用。常用的鋁質校正原料：煤渣、粉煤灰、煤矸石等。一般要求Al2O3含量不小于30%。第二節(jié) 物料的破碎一、物料破碎的目的物料破碎：就是依靠外力（主要是機械力），克服固體物料內聚力而將其大塊分裂為小塊的過程。根據(jù)破碎后物料粒度的大小，將破碎分為：粗碎、中碎和細碎三類。具體見下表。粗、

35、中、細碎的劃分破碎的分類入料粒度（mm）出料粒度（mm）粗碎300900100350中碎10035020100細碎50100515破碎的目的：便于粉磨、烘干、輸送和儲存。最終目的為了達到生產水泥的工藝要求。二、破碎的方法破碎的方法有：（一）壓碎物料在兩堅硬平面之間受到逐漸增加的壓力而被破碎。（二）折碎物料受彎曲應力作用而破碎。（三）沖擊破碎物料在瞬間受到外來力的沖擊而破碎。（四）劈碎物料由于受到碶狀工作體的作用而破碎。（五）磨碎物料受到工作面的摩擦所產生的剪切力，以及物料相互間的摩擦剪切力而被粉碎。三、破碎比及破碎的工藝流程（一）破碎比物料破碎前后粒度之比稱為破碎比。破碎比的表示方法1、平均破

36、碎比式中：i破碎比； Dm破碎前物料的平均粒徑（mm）； dm破碎后物料的平均粒徑（mm）。2、公稱破碎比 （用于破碎機）式中：B破碎機最大進料口寬度（mm）； b破碎機最大出料口寬度（mm）。公稱破碎比通常比平均破碎比高10%30%。水泥廠常用的破碎機的破碎比見下表。常用的破碎機的破碎比破碎機類型顎式圓錐式單輥式錘式（單轉子）反擊式（單轉子）破碎比35364810251025（二）1、物料破碎的級數(shù)物料的破碎級數(shù)是根據(jù)物料的總破碎比來確定的。采用一種破碎機就能滿足破碎要求時，即為單級破碎系統(tǒng)。選擇兩種或三種破碎機進行分級破碎才能滿足總破碎比的要求時，即為兩級破碎或三級破碎系統(tǒng)。2、破碎的工藝

37、流程運輸設備顎式破碎機皮帶輸送機錘式破碎機斗式提升機碎石庫物料破碎的級數(shù)越多，系統(tǒng)越復雜，占地面積大，勞動生產率低，揚塵點多。因此，要力求減少破碎的級數(shù)。四、破碎機類型（一）顎式破碎機1、工作原理依靠活動顎板作周期性的往復運動，把進入兩顎板間的物料壓碎。畫簡圖說明。2、適用范圍粗碎和中碎3、優(yōu)點結構簡單、管理維修方便、工作安全可靠、適用范圍廣。4、缺點工作間歇式，非生產性動力消耗大，工作時產生較大的慣性力，使零件承受較大的負荷，不適合破碎片狀及軟質粘性物料，破碎比較小。（二）錘式破碎機1、工作原理料塊受到高速旋轉的錘頭的沖擊和物料塊本身以高速向固定襯板撞擊而破碎，在錘式破碎機的下部裝有卸料篦條

38、，被破碎到符合要求的物料通過篦條間的縫隙經機殼卸料口卸出。2、適用范圍常用中碎，也有用于粗碎。3、優(yōu)點結構簡單而緊湊，外形體積小，破碎比較大，生產能力高，單位產量電耗低，操作維修簡便。4、缺點錘頭和篦條等部件磨損較快，不適宜用于破碎潮濕或粘性物料，因為篦條容易堵塞而影響生產。（三）反擊式破碎機1、工作原理物料被固定在轉子上的板錘打擊到反擊板上，受反擊板的反擊而落下與轉子連續(xù)打擊的料快相互撞擊，如此多次反復而是物料破碎，當物料粒度被破碎到小于反擊板與板錘間的縫隙時就被排除而成為產品。2、適用范圍水泥廠應用較廣泛，可用于粉碎石灰石、水泥熟料、石膏和煤等。3、優(yōu)點比錘式破碎機更多地利用了沖擊和反擊作

39、用進行選擇性破碎，料塊自擊粉碎強烈，破碎效率高，生產能力大，動力消耗低，對物料適應性較強，破碎比較大，一般為40左右，最高可達150，簡化生產流程，節(jié)約投資，結構簡單、制造容易、操作維修方便。4、缺點打擊板錘和反擊板磨損快，運轉是噪音大。第三節(jié) 物料的均化技術水泥廠物料的均化包括原料、燃料的預均化和生料、水泥的均化。一、標準偏差和均化效果物料成分的均勻性，以物料某主要成分含量的波動大小來衡量，常用的衡量物料均勻性的指標是某主要成分的標準偏差S。其算公式如下：式中：物料中某成分的各次測量值； 各次測量值算術平均值； n測量的次數(shù)標準偏差越小，則表示物料越均勻。均化設施的衡量指標是均化效果，通常指

40、均化設施進料和出料的標準偏差之比，即為：式中：H均化設施的均化效果； S進、S出進入和卸出均化設施某成分的標準偏差。H值愈大，均化效果愈好。二、原、燃料的預均化原料的預均化常用于石灰石，粘土質原料和鐵質原料一般不需要進行預均化。原、燃料的預均化主要是設置預均化堆場。在預均化堆場內，經破碎后的物料用專門的堆料設備沿縱向以薄層平鋪迭堆，層數(shù)可達400500層，取料時則用專門的取料設備在橫向以垂直料層而切去，即“薄層相迭成堆，垂直取切而混”，物料就是在堆、取、運的過程中得到均化。一般均化效果H為58。預均化堆場采用的堆料方式有多種，最常用的是單“人”型堆料。預均化堆場的布置形式有矩形和圓形兩種。見書

41、P30三、生料的均化干法生料的均化可采用多庫搭配、機械倒庫和壓縮空氣攪拌庫等。（一）多庫搭配多庫搭配是根據(jù)各庫的生料碳酸鈣滴定值及控制指標，計算出各庫搭配的比例，各庫按比例卸料，在運輸過程中均化。不需增加設備，但均化效果較差。（二）機械倒庫機械倒庫是利用螺旋輸送機和提升機反復將庫內物料卸出和裝入，已達到混合均勻的目的。均化效果H為23左右。（三）壓縮空氣攪拌庫是粉狀物料均化的有效辦法。有間歇均化系統(tǒng)和連續(xù)均化系統(tǒng)。見書P32第五章 粉磨工藝粉磨在水泥生產過程中占有重要的地位。生產1t水泥，需粉磨的物料量約3 t左右。水泥生產總耗電量的60%70%耗費在粉磨過程中。第一節(jié) 粉磨的目的和要求粉磨是

42、將顆粒狀物料通過機械力的作用變成細粉的過程。對于生料和水泥，粉磨的目的是使物料表面積增大，促使化學反應的迅速完成。粉磨產品細度，常用篩余量和比表面積來表示。一、生料粉磨的目的和要求生料細度越細，則生料各組分間越能混合均勻，煅燒時，各組分能夠充分接觸，是分解反應、固相反應、固液反應速度加快，有利于游離氧化鈣的吸收；但細度過細時，電耗增加、產量降低，且對游離氧化鈣的吸收并不顯著。生料粉磨的細度控制：管磨生產時，0.08mm方孔篩篩余10%左右，0.2mm方孔篩篩余小于1.5%為宜；閉路粉磨是，0.08mm方孔篩篩余可適當放寬，但仍應控制0.2mm方孔篩篩余小于1.5%。二、水泥粉磨的目的及要求水泥

43、的細度越細，水化和硬化反應越快，強度尤其是早期強度越高，而且改善水泥的泌水性、和易性等。反之，水泥顆粒過粗，粗顆粒只能在表面反應，損失了水泥的活性。過細，電耗高，產量低，效率下降。通常水泥的細度比表面積控制在300m2/kg左右。見書p34，水泥顆粒大小與水化的關系三、煤的粉磨目的和要求煤粉越細，燃燒速度快，燃燒完全，放熱多，溫度高；粗則燃燒慢、火力不集中，溫度低，造成還原氣氛。過細，耗電高，效率低。入回轉窯的煤粉細度，一般要求控制0.08mm方孔篩篩余10%15%為宜。第二節(jié) 粉磨流程一、粉磨系統(tǒng)粉磨流程又稱粉磨系統(tǒng)。粉磨系統(tǒng)有開路和閉路兩種。物料一次通過磨機后即為成品時成為開路系統(tǒng)。當物料

44、出磨后通過分級設備選出產品，粗粉返回磨機內再磨稱為閉路系統(tǒng)。見書p34二圖開路系統(tǒng)優(yōu)點：流程簡單、設備少、投資省、操作維護方便；缺點：過粉磨現(xiàn)象嚴重，產量低，效率低。閉路系統(tǒng)優(yōu)點：過粉磨現(xiàn)象減輕，產量可提高15%25%，粉磨效率相對提高，產品細度可通過調節(jié)分級設備來控制；缺點：設備多、較為復雜，系統(tǒng)設備利用率低，投資大，操作、維護、管理較復雜。二、生料粉磨流程（一）濕法生料粉磨系統(tǒng)有開路和閉路之分。見書p35（二）干法生料粉磨系統(tǒng)先要對含有水分的物料進行烘干，再粉磨。后出現(xiàn)多種閉路烘干-粉磨系統(tǒng)。70年代以來，采用立式粉磨系統(tǒng)。見書p35三、水泥粉磨系統(tǒng)水泥粉磨系統(tǒng)通常有：長磨或中長磨開路系統(tǒng)

45、，中長磨一級閉路系統(tǒng)，短磨二級閉路系統(tǒng)，閉路中卸磨系統(tǒng)等。后來出現(xiàn)了輥壓機。近年來水泥粉磨趨向于采用球磨機、輥壓機、高效選粉機不同組合的粉磨流程。見書p3637第三節(jié) 影響磨機產質量及能耗的主要因素影響因素很多，簡要分析如下。一、入磨物料粒度入磨物料粒度小，可提高磨機產量，降低磨機電耗。但也不能過小。一般中型水泥廠，入磨物料粒度以810mm為宜。二、易磨性物料的易磨性表示物料粉磨的難易程度。當然，好磨的物料好磨，產量高，電耗低；難磨的物料難磨了，產量低，電耗高。易磨性與物料本身結構有關，結構致密，難磨；結構疏松，好磨。三、入磨物料溫度物料的易磨性隨溫度的升高而降低，磨內溫度高，易使水泥細粉因靜

46、電爾聚集，嚴重時會粘附研磨體和襯板，從而降低粉磨效率。溫度高，還會使二水石膏脫水變成半水石膏，使水泥假凝，影響水泥質量；水泥入庫后易結塊。溫度高，還會使磨機筒體產生熱應力，引起襯板螺栓折斷。影響軸承潤滑。入磨物料溫度根據(jù)經驗一般應控制在50以下。出磨水泥溫度應控制在110120以下。采取磨機外噴淋水冷卻，還采取磨內噴水來降低磨內溫度。磨內噴水要適當，要霧化好。閉路粉磨系統(tǒng)，可以降低磨內溫度。四、入磨物料水分入磨物料水分大于1.8%時，磨機產量開始下降，達5%時，磨機無法工作，出現(xiàn)“糊磨”和“飽磨”現(xiàn)象。物料過于干燥也無必要，入磨物料平均水分一般控制在1%左右為宜。五、磨內通風加強磨內通風有利于

47、提高磨機產量。具體體現(xiàn)在：及時排除磨內微粉、降低磨內水氣、降低磨內溫度等。但磨內風速不能過大，否則，產品變粗、排風機電耗增加。一般開路磨機內風速以0.71.2m/s為宜，閉路磨機可適當降低，以0.30.7m/s為宜。磨內通風應加強收塵，保護環(huán)境。六、助磨劑在粉磨過程中，加入少量的外加劑，可以消除細粉的粘附和聚集現(xiàn)象，提高粉磨效率，降低單位電耗，提高產量。這類外加劑稱為助磨劑。常用的助磨劑有：煤、焦炭等碳素物質。表面活性物質，如亞硫酸鹽紙漿廢液、三乙醇胺下腳料、醋酸鈉、乙二醇、丙二醇等。碳素物質的加入量不得超過1%；亞硫酸鹽紙漿廢液的濃縮物加入量為0.15%0.25%；三乙醇胺下腳料假如兩位0.

48、05%0.1%。要選用效果好的、成本低的。并不得損害水泥的質量。七、設備及流程（一）設備的規(guī)格、內部結構及轉速磨機的規(guī)格是用直徑D×長度L表示的。試驗表明，磨機產量Q與直徑D和長度L的關系是：單位產品電耗N與直徑D的關系為：N可見，磨機規(guī)格越大，產量越高，單位產品電耗越低。磨機內部結構主要是指襯板和隔倉板。襯板保護筒體，帶起研磨體和物料，更好粉磨。隔倉板分割各倉，磨內物料粗細分開，提高粉磨效果。具體見書P39磨機轉速加快，能提高磨機產質量，但不能超過磨機的臨界轉速，理論上磨機的轉速是臨界轉速的76%，實際控制在80%85%。（二）粉磨的流程開路磨安裝選粉機或分級機后可提高產量15%2

49、5%。閉路系統(tǒng)的產量與循環(huán)負荷率和分級效率有關。循環(huán)負荷率K是指分級機的回料量T與成品量G之比，以百分數(shù)表示。用下式表示：式中：a分級機的喂料細度（通過某一篩孔的百分數(shù)）； b分級機的回料細度（通過某一篩孔的百分數(shù)）； c分級機的成品細度（通過某一篩孔的百分數(shù)）； 分別表示相應于a、b、c某一篩孔的篩于百分數(shù)。分級效率是分級機選出的產品中精粉量占入分級機物料中精粉量的百分數(shù)。當分級機為選粉機時即為選份效率。其計算公式為：適當?shù)靥岣唛]路系統(tǒng)的循環(huán)負荷率可以提高粉磨效率，過多地提高循環(huán)負荷率反而使粉磨效率下降。循環(huán)負荷率與磨機產量的關系見書p40圖。選粉效率高可以減少過粉磨現(xiàn)象，提高粉磨效率。（三

50、）研磨介質研磨體的形狀、大小、裝載量、配合和補充等對磨機產量的影響較大。研磨體的形狀有：鋼球、鋼段、鋼棒等。一般的研磨體的填充系數(shù)為：中長磨與長磨：25%35%、30%35%時產量較高，30%左右時電耗較低；短磨：可以達到35%40%。第六章 硅酸鹽水泥熟料的煅燒第一節(jié) 硅酸鹽水泥熟料的形成一、水泥熟料的形成過程（一）水分蒸發(fā)100時，物料中的游離水稅蒸發(fā)（二）粘土礦物脫水450左右時，粘土礦物結合水逸出。發(fā)生下列化學反應。Al2O3·2SiO2·2H2OAl2O3·2SiO2+2H2O并隨著溫度的升高，形成活性Al2O3、SiO2（三）碳酸鹽分解600左右時，碳

51、酸鎂開始分解，發(fā)生下列化學反應。MgCO3MgO+CO2900左右時，碳酸鈣開始分解，發(fā)生下列化學反應。CaCO3CaO+CO2（四）固相反應11001200，大量形成C3A、C4AF，C2S含量達最大值。具體反應過程見書P44（五）熟料的燒結當溫度升高到12501280，出現(xiàn)液相。C2S與CaO反應，形成C3S。C2S+CaOC3S（六）熟料的冷卻孰料在再冷卻過程中發(fā)生一系列物理化學變化，同時有液相凝固和相變兩個過程。在熟料的冷卻過程中，要采取快冷的措施，快冷有以下作用。1、提高熟料的質量慢冷時，轉化為-C2S，體積膨脹約10%，-C2S幾乎沒有誰贏行?？炖洌瑏聿患稗D變，就形成了固溶體，-C

52、2S以介穩(wěn)狀態(tài)存在于固溶體中。1250以下，C3S會分解，即C3SC2S+- CaO快冷可以防止C3S分解?？炖溥€可以使MgO來不及結晶，存在于玻璃體中?？炖淠茉鰪娝嗫沽蛩猁}性能，因為C3A主要成玻璃態(tài)，抗硫酸鹽溶液腐蝕的能力較強。2、改善熟料的易磨性急冷玻璃體含量高，孰料產生內應力，改善易磨性。3、回收余熱急冷產生的熱風入窯，提高熱效率。4、有利于熟料的輸送、儲存、粉磨輸送、儲存、粉磨時溫度都不能太高，快冷還可以縮短時間，提高勞動生產率。二、熟料形成熱耗量經過理論計算，孰料的理論熱耗量為1759kJ/kg-熟料。由于原料不同，計算的理論熱耗也不同，一般波動在16301800 kJ/kg-熟

53、料之間。實際熱耗要大得多，一般在34007500 kJ/kg-熟料之間，這就是熟料的單位熱耗。第二節(jié) 礦化劑與礦化作用礦化劑是能加速結晶化合物的形成、使水泥生料易燒的少量外加物。其主要作用是：促進固相反應、降低液相粘度和液相生成溫度，加速熟料形成，降低游離氧化鈣含量，故一般也有助熔作用。一、礦化劑的種類常用的有以下幾種：1、含氟化合物：如螢石（CaF2）、NaF、Na2SiF6、CaSiF2、MgSiF6等。2、硫酸鹽：如石膏、磷石膏、氟石膏、MnSO4、重晶石（BaSO4）等。3、氯化物：如CaCl2、NaCl等。4、其它工業(yè)廢渣：如銅礦渣、鈦礦渣等。二、氟化鈣的礦化作用螢石（CaF2）是使用最廣泛的一種礦化劑，其礦化機理為：1、氟離子破壞晶格氟離子破壞了原料各組分的晶格，提高了生料的活性。氟化鈣對結晶SiO2和CaCO3地反應如下。CaF2+H2OCaO+2HF4 HF + SiO2(結晶型) SiF4+2 H2O2 HF + CaCO3CaF2+H2O+CO22、降低液相生成溫度加入氟化鈣后液相出現(xiàn)溫度降低。加入1%3% CaF2可降低燒成溫度50100。摻氟化鈣還可降低液相的粘度，加速C3S的形成。另外，還有硫化物礦化劑、螢石-石膏復合礦化劑等，不再累述。第三節(jié) 微量氧化物對熟料煅燒的影響原、燃料中，含有一些微量氧化物，對水泥熟料的煅燒和質量都有一定影響，分述如下。一