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水泥制成流程简介

水泥制成

硅酸盐类水泥的生产工艺在水泥生产中具有代表性,是以石灰石和粘土为主要原料,经破碎、配料、磨细制成生料,然后喂入水泥窑中煅烧成熟料,再将熟料加适量石膏(有时还掺加混合材料或外加剂)磨细而成。

1.生料制备

1.1原料制备

生产硅酸盐水泥熟料的主要原料有石灰石原料(主要提供CaO)和黏土质原料(主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3),此外,还需补充一些成分不足的校正原料。

1.1.1石灰石原料

I.石灰石原料的种类和性质

常用的天然石灰质原料:石灰石、泥石岩、白垩、大理石、海生贝壳等。中国水泥生产中用的最普遍的是石灰岩(俗称石灰石),泥灰岩次之,个别小厂采用白垩和贝壳。

1)石灰石:石灰石是由碳酸钙所组成的化学与生物化学沉积岩。其主要矿物由方解石(CaC03)微粒组成,并常含有白云山(CaC03·MgC03)、石英(结晶SiO2)、燧石(又称玻璃质石英、火石,主要成分为SiO2,属结SiO2)、黏土质及铁质等杂质。由于所含杂质的不同,按矿物质组成又可分为白云质石灰岩、硅质石灰岩、黏土质石灰岩等。它是一种具有微晶或潜晶结构的致密岩石,其矿床的结构多为层状、块状及条带状。

纯净的石灰石在理论上含有56%CaO和44%C02。白色。但实际上,自然界中的石灰石常因杂质的含量不同而呈青灰、灰白、灰黑、淡黄及红褐色等不同颜色。石灰石一般呈块状,结构致密,性脆,莫氏硬度3~4,密度2.6~2.8g/m3耐压强度随结构和孔隙率而异,单向抗压强度在30~MPa之间,一般为80~MPa。石灰石含水一般不大于1.0%,水分大小随气候而异,淡夹杂有较多黏土杂质的石灰石水分含量往往较高。

2)泥灰岩:泥灰岩是由碳酸钙和黏土质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩,属石灰岩向黏土过度的中间类型岩石。

泥灰岩因含有黏土量不同,其化学成分和性质也随之变化。如果泥灰岩中CaO含量超过45%,称为高钙泥灰岩;若其CaO含量小于43.5%,称为低钙泥灰岩。泥灰岩主要矿物也是方解石,常见的为粗晶粒状结构,块状结构。

泥灰岩颜色决定于黏土物质,从青灰色、黄土色到灰黑色,颜色多样。质软,易于采掘和粉碎;常呈夹层状和厚层状;其硬度低于石灰岩;黏土矿物含量越高,硬度越低;耐压强度小于MPa;含水率随黏土含量和气候而变化。

3)白垩:白垩是海生生物外壳与贝壳堆积而成,富含生物遗骸,主要为由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩,其主要成分是碳酸钙,含80%~90%,有的碳酸钙含量可达90%以上。白垩一般呈黄白色、乳白色,有的因风化及含不同杂质而呈淡灰、浅黄、浅褐色等。白垩质松而软,结构单一,易于采掘。

4)贝壳和珊瑚类:主要有贝壳、蛎壳和珊瑚石,含碳酸钙90%左右,表面附有泥沙和盐类等对水泥生产有害的物质,所以使用时需用水冲洗干净。

II石灰质原料的选择

1)石灰质原料的质量要求

质原料使用最广泛的是石灰石,其主要成分是CaC03,纯石灰石的CaO最高含量为56%,其品位由CaO含量来确定。但用于水泥生产的石灰石不一定就是CaO含量越高越好,还有看它的酸性组成含量,如SiO2、Al2O3、FeO3、等是否满足配料要求。石灰石的主要有害成分为MgO、R2O、(Na2O+K2O)和游离SiO2,尤其对MgO含量应给以足够的注意。

2)石灰质原料的选择

在具体选择石灰质原料时,如果石灰质原料CaO含量低于48%,可将其与CaO含量大于48%的石灰质原料搭配使用,以利资源的合理利用。但值得注意的是,含有白云石(CaC03·MgC03)的石灰石往往易造成水泥中的MgO含量过高。新型干法水泥生产中,考虑到K2O、Na2O、SO3等微量组分对生产水泥质量有影响,故在原料质量指标中对它们都作了限制。

3)常见石灰质原料的化学成分

石灰质原料在水泥生产中的作用主要是提供CaO,其次还提供SiO2、Al2O3、FeO3,并同时带入少许杂质MgO、SO3、R2O等。

4)石灰质原料的性能测试方法

石灰质原料的性能研究主要是研究其诸多性能中对易烧性影响最大的分解性能和反应活性。随着现代化测试技术的进步,已经可以对石灰质原料的化学成分、矿物组成、微观结构进行定量研究,从而揭示原料性能对易烧性的影响作用机理。

1.1.2黏土质原料

质原料的主要化学成分是SiO2其次是Al2O3、Fe2O3和CaO,在水泥生产中,它主要是提供水泥熟料所需要的酸性氧化物(SiO2、Al2O3和Fe2O3)。

I黏土质原料的种类和特性

中国水泥工业采用的天然黏土质原料一黏土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩、及河泥等,其中使用最多的是黏土和黄土。随着国民经济的发展以及水泥厂大型化的趋势,为保护耕地,不占农田,近年来多采用页岩,粉砂岩等为黏土质原料。

1)黏土

黏土是多种微细的呈疏松状或胶状密实的含水铝酸盐矿物的混合体它是由长石等铝酸盐矿物的页岩经漫长地质年代风化而成。纯黏土的组成近似于高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O),但水泥生产采用的黏土由于形成和产地的差别,常含一各种不同的矿物,不能用一个固定的化学式来表示。

2)黄土

黄土是没有层理的黏土与微粒矿物的天然混合物。黄土的化学成分以SiO2、Al2O3为主,其次还有Fe2O3、MgO、CaO以及碱金属氧化物R2O,其中R2O含量高达3.5%~4.5%,而硅酸率在3.5~4之间,铝酸率在2.3~2.8之间。黄土的矿物组成较复杂,其中黏土矿物一伊利石为主,蒙脱石次之,非黏土矿物一石英、长石,以及少量的白云母、方解石、石膏等矿物。由于黄土中含有细粒状、斑点状、薄膜状和结核的碳酸钙,一般黄土中CaO含量达5%~10%,碱主要有白云母,长石带入。黄土以黄褐色为主。密度为2.6~2.7g/m3,含水量随地区降水量而异。黄土中粗粒砂级(0.05mm)颗粒一般占20%~25%,黏粒级一般占20%~40%。黄土塑性指数较低,一般为8~12。

3)页岩

页岩是黏土经长期胶结而成的黏土岩。一般形成于海相或陆相沉积,或海相与陆相交互沉积。页岩的主要成分是SiO2、Al2O3,还有少量的Fe2O3、R2O等,化学成分类似于黏土,可作为黏土使用,但其硅酸率较低,一般为2.1~2.8,通常配料时需要参加硅质校正原料。页岩的颜色不定,一般为灰黄色、灰绿色、黑色及紫红色等结构致密坚实,层里发育通常呈页状或薄片状,抗压强度10~6.MPa。页岩含碱量为2%~4%。

4)粉砂岩

粉砂岩由直径为0.01~0.1mm的粉砂经长期胶结变硬后的碎屑沉积岩。粉砂岩的主要矿物是石英、长石、黏土等,胶结物质一黏土质、硅质、铁质及碳酸盐质。颜色呈淡黄色、淡红色、淡棕色、紫红色等质地取决于胶结程度,一般疏松,但也有一较坚硬的。粉砂岩的硅酸率一般大于3.0,铝氧率在2.4~3.0之间,含碱量为2%~4%,课做为水泥生产中的硅铝质原料。

II.选择黏土质原料时应注意的问题

为了便于配料又不掺硅质校正原料,要求黏土质原料硅率最好为2.7~3.1,铝率为1.5~3.0,此时黏土质原料中氧化硅含量应为55%~72%。如果黏土硅率过高,大于3.5时,则可能是含粗砂粒过多的砂质土;如果硅率过小,小于2.3~2.5,则是以高岭石为主导矿物的黏土,配料时除非石灰质原料含有较高的SiO2,否则就要添加难磨难烧的硅质校正原料。所选黏土质原料应尽量不含碎石、卵石,粗砂含量应小于5.0%,回转窑对黏土的可塑性不要求。

III黏土质原料性能测试方法

黏土质原料的矿物颗粒比较细小,大部分颗粒为0.1~1um,研究测试相对比较困难,一般用化学分析方法测定其化学组成,用X射线衍射和透射电镜观察其矿物组成和矿物形态,用差热分析方法确定黏土矿物的脱水温度。对黏土质原料中的粗粒石英含量、晶粒大小和形态要予以足够重视,因为当石英含量为70.5%、粒径超过0.5mm时,就会显著影响生料的易烧性。

1.1.3校正原料

当石灰质原料和黏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原料,这种以补充其他成分不足为主的原料称为校正原料

1)铁质校正原料

当氧化铁含量不足时,应掺加氧化铁含量大于40%的铁质校正原料,常用的有低品位铁矿石、炼铁厂尾矿及硫酸厂工业废渣硫铁渣等。

2)硅质校正原料

当生料中SiO2含量不足时,需掺加硅质校正原料。常用的有硅藻土、硅藻石、含

SiO2多的河砂、砂岩、粉砂岩等。

3)铝质校正原料

当生料中Al2O3含量不足时,需掺加铝质校正原料。常用的铝质校正原料一炉渣、煤矸石、铝矾土等。

4)校正原料的质量要求

1.14燃料

水泥工业是消耗大量燃料的企业。中国水泥工业目前一般采用固体燃料来煅烧水泥熟料。固体燃料课分为无烟煤、烟煤和褐煤回转窑一般使用烟煤,立窑一般采用无烟煤或焦煤末。

1)无烟煤又叫硬煤、白煤,是一种碳化程度最高,干燥无灰基挥发分含量小于10%的煤。其收缩基低热值一般为~kj/kg。无烟煤结构致密坚硬,有金属光泽,密度较大,含碳量高,着火温度为~℃,燃烧火焰短。

2)烟煤是一种碳化程度较高,干燥灰分基挥发分含量为15%~40%的煤。其收缩基低热值一般为~30kj/kg,烟煤结构致密,较为坚硬,密度较大着火温度为~℃.

3)褐煤是一种碳化程度较浅的煤有时可清楚的看见原来的木质痕迹.其挥发分含量较高,可燃基挥发分可达40%~60%,灰分20%~40%,热值为~kj/kg,褐煤中自然水分含量较大,性能不稳定,易风化或粉碎。




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