硅酸鹽水泥簡介

1、硅酸鹽水泥生產簡介1. 原料 水泥熟料的質量主要取決于生料率值的控制和成分的均齊。制備合適的生料，并適應煅燒設備的性能，對原料就有一定的要求。需正確合理地選擇和控制原料質量。原料必須滿足一定的要求：化學成分滿足要求;含雜質少；應具有良好的工藝性能。硅酸鹽水泥的原材料種類如表1所示：表1 硅酸鹽水泥的原材料種類及組成類 別名 稱備 注主要原料石灰質原料石灰石、白堊、貝殼等1t熟料-1.6t干原料黏土質原料黏土、黃土、頁巖、粉煤灰等校正原料鐵質校正原料硫鐵礦渣、鐵礦石、銅礦渣等生產熟料硅質校正原料河砂、砂巖、粉砂巖等鋁質校正原料爐渣、煤矸石、鋁礬土等外加劑礦化劑螢石、螢石-石膏、金屬尾礦等生產熟料

2、晶種熟料生產熟料助磨劑亞硫酸鹽紙漿廢液、醋酸鈉等粉磨用燃料固體燃料煙煤、無煙煤我國常用煤液體燃料重油緩凝材料石膏等水泥組分混合材料?；郀t礦渣、石灰石等水泥組分1.1主要原料1.1.1石灰質原料凡是以碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣為主要成分的原料都屬于石灰質原料。常用的天然石灰質原料有石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等。我國水泥生產中應用最普遍的是石灰?guī)r，其次是泥灰?guī)r。此外電石渣、糖濾泥、堿渣都可作為石灰質原料使用。 一般生產1t熟料約用1.3-1.5t石灰質干原料，在生料中約占原料總量的80% 以上。 1.1.2 粘土質原料粘土質原料指提供水泥熟料中的SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分的原料的總稱。

3、一般生產1t熟料約用0.3t-0.4t粘土質原料。我國天然粘土質原料種類較多、有黃土、粘土、頁巖、粉砂巖及河泥等。其中應用最廣泛的是黃土與粘土。黃土與粘土都是由花崗巖、玄武巖等經風化分解后，再經搬運或殘積形成。 除了天然粘土質原料外，赤泥、煤矸石、粉煤灰、煤渣、磷渣等工業(yè)廢料也可作為粘土質原料以生產硅酸鹽水泥。 隨著國民經濟的發(fā)展以及水泥廣大型化的趨勢，為保護耕地，不占農田，近年來多采用頁巖、粉砂巖等為粘土質原料。 1.2水泥生產用輔助原料水泥生產過程中的輔助原料主要包括校正原料、外加劑、燃料、緩凝劑和混合材料等。1.2.1校正原料在生產中只用石灰質和粘土質兩種原料，往往不能滿足生產優(yōu)質熟料、

4、尤其是特種水泥熟料的要求，有的是Fe2O3含量不足，有的則是SiO2、Al2O3的含量不足。為了彌補這些成分的不足，一般選用鐵質、硅質和鋁質三種校正原料。（1）鐵質校正原料當氧化鐵含量不足時，應摻加氧化鐵含量大于40%的鐵質校正材料，常用的有低品位鐵礦石（天然的），煉鐵廠尾砂及硫酸廠工業(yè)廢渣硫鐵礦渣等。目前有的廠用鉛礦渣或銅礦渣代替鐵粉，不僅可用作校正原料，而且其中含氧化亞鐵（FeO）能降低燒成溫度和液相粘度，可起礦化劑作用。質量要求如下：Fe2O3 40%；MgO 3%；R2O 4.0；SiO2 (70%-90%)；R2O 30%；MgO 3%；R2O 2%。1.2.2 外加劑 水泥生產過程

5、有時需要加入外加劑，如礦化劑、晶種和助磨劑等。這類組分雖然不多，但對熟料的煅燒和質量，以及生產過程中耗能、可磨性有很重要的影響。1.2.3 燃料水泥工業(yè)是消耗大量燃料的工業(yè)，燃料按其物理狀態(tài)不同可分為固體和液體。（1）固體燃料固體燃料煤，可用無煙煤、煙煤和褐煤?；剞D窯一般用煙煤，立窯采用無煙煤或焦煤末。以回轉窯為例，其對燃煤的質量要求如下： 新型干法水泥生產采用了多風道燃燒器、篦式冷卻機等，提高了二次風溫度，對燃料要求相對較低，用低質煤煅燒水泥熟料技術已成熟。低質煤就是指揮發(fā)分Vad20%，灰分Aad30%，熱值Qnet,ad20935kJ/kg的煤，顯然低揮發(fā)分煤、貧煤（半無煙煤）、無煙煤均

6、屬此列。（2）液體燃料在水泥行業(yè)中，國外許多石油資源豐富的國家，采用重油作為燃料，其具有熱值高，灰分和揮發(fā)分較少的優(yōu)點，然而在我國石油資源短缺，煤炭相對豐富，所以采用無煙煤為主。1.2.4 緩凝材料 水泥生產中，石膏的作用是作為緩凝劑或提高水泥的強度。其中石膏的來源主要天然石膏和工業(yè)副產品石膏兩種。1.2.5 混合材料指在粉磨水泥時與熟料、石膏一起加入磨內用以改善水泥性能、調節(jié)水泥標號、提高水泥產量的礦物質材料。如粒化高爐礦渣、粉煤灰、石灰石等。2. 原料準備2.1開采和運輸生產水泥的主要原料，即石灰質原料和粘土質原料，必須是靠近工廠，由工廠直接進行開采，只有在特殊情況下，才允許利用外地運來的

7、原料。主要流程如下：（1）礦山露天開采，開采方法有機械開采和水力開采兩種；（2）礦石的裝運，根據采石場和工廠的距離、地形利用不同的運輸工具。如皮帶運輸機、鋼索絞車、汽車和火車等；大型工廠一般都是采用機械鏟作為主要的采裝設備。2.2 原料的破碎與烘干2.2.1 破碎水泥生產中常需破碎的物料包括石灰石、塊狀粘土質原料、礦化劑、石膏、熟料等；物料破碎的目的是便于運輸、儲存、烘干、計量配料、喂料、粉磨。常用破碎設備有顎式破碎機、錘式破碎機、反擊式破碎機、圓錐式破碎機、輥式破碎機、反擊-錘式破碎機、立軸錘式破碎機等。 2.2.2 烘干水泥生產中常需要烘干的物料包括粘土、煤、礦渣等。烘干是利用熱能將物料中

8、的水分汽化并排除的過程。其目的是提高磨機粉磨效率；利于粉狀物料的輸送、儲存和均化。采用普通干法粉磨工藝時，要求入磨物料的平均水分應小于1.5%。一般設烘干設備，對含水多的物料進行烘干。采用烘干磨時，要求入磨物料的平均水分小于6%（也有的更高）；一般不設烘干設備，但當平均水分超過允許入磨水分時，也需對含水多的物料烘干。 2.3 原料的預均化生料化學成分的均齊性，不僅直接影響熟料性質，而且對窯的產量、熱耗、運轉周期、耐火材料的消耗都有較大影響。所以為了保證窯的穩(wěn)定高產，必須減少入窯生料化學成分的波動。原料均化是在堆料和取料過程中在預均化堆場實現(xiàn)的。預均化場采用的堆料方式主要有單人字形堆料、雙人字形

9、堆料、波浪形堆料，水平層狀堆料、傾斜層狀堆料、連續(xù)式堆料、交替式堆料等多種方法。堆料機械主要有膠帶運輸機、車式懸臂膠帶堆料機、刮板式堆料機等等。3. 生產過程（設備和工藝）3.1 生產過程闡述生產工藝示意圖1所示：圖1 硅酸鹽水泥生產工藝示意圖 原料準備齊全，經過精確的配料計算，就可以進行生產；硅酸鹽水泥的生產過程，即傳統(tǒng)的“兩磨一燒”工藝，主要包括：（1）生料制備生料的制備是將原料（石灰質原料、粘土質原料及少量校正原料，立窯煅燒水泥熟料時還加入一定量的燃料）經過一系列的加工過程后，制成具有一定細度、適當化學成分，并且均勻的生料，使其滿足各種窯型的煅燒要求。主要工序有破碎、烘干和粉磨等。立磨是

10、應用較廣的粉磨設備，設備示意圖2。工作原理：物料進入磨機后，在離心力的作用下分散開來到達研磨區(qū)；進入磨輥與磨盤之間后受到垂直壓力和剪切力的作用而破碎和研磨；離開研磨區(qū)后繼續(xù)向磨機邊緣運動到達噴環(huán)口上，高速氣流將物料吹起，細粉被氣流帶入選料機；經選粉后合格的成為產品離開磨機，粗粉回入磨內繼續(xù)研磨，粗顆粒不進入選粉機而直接落在磨床上繼續(xù)研磨，大塊不能被風帶起，經噴環(huán)落入刮料室，被刮料板刮走離開磨機，經外循環(huán)系統(tǒng)與新鮮物料混合后入磨繼續(xù)粉磨。（2）熟料煅燒按照煅燒熟料窯的結構分，煅燒方法如表2：Material GasMaterialGas圖2 立磨示意圖圖2 煅燒生產設備及方法窯型生產方法立窯普通

11、立窯機械化立窯回轉窯干法回轉窯濕法回轉窯半干法回轉窯 硅酸鹽水泥主要是熟料所組成，生料經高溫煅燒發(fā)生一系列無力的、化學的和物理化學變化最后形成熟料。熟料的性質主要決定水泥的性質，熟料的煅燒過程直接影響水泥的產量、質量，燃料與襯料的消耗以及窯的安全運轉。所以它是水泥生產工藝的主要過程。（3）水泥制成及出廠水泥從工藝流程中出來后，經冷卻、裝袋，便可以出廠或廠內儲存。3.2 典型生產工藝圖3：干法回轉窯生產的工藝流程；圖4：半干法回轉窯生產的工藝流程；圖5：濕法或半濕法回轉窯生產的工藝流程；圖6：半干法立窯生產的工藝流程圖3 干法回轉窯生產的工藝流程圖4 半干法回轉窯生產的工藝流程圖5 濕法或半濕法

12、回轉窯生產的工藝流程圖 6 半干法立窯生產的工藝流程4. 水泥生產機理生料在水泥窯內經過連續(xù)加熱，高溫煅燒至部分熔融，經過一系列的物理化學反應，得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料的工藝過程叫硅酸鹽水泥熟料的煅燒，簡稱煅燒。生料在煅燒過程中的主要物理化學變化如下：（1）干燥和脫水干燥即物料中自由水的蒸發(fā)，而脫水則是粘土礦物分解出化合水。生料的自由水量因生產方法與窯型不同而異，干法窯生料含水量一般不超過1.0%。干法立波爾窯生料需加水12%15%成球；而半濕法的立波爾窯需將料漿水分過濾降至18%22%后制成料塊入窯；也可以將過濾后的料塊在烘干、粉碎裝置中制成生料粉，在懸浮預熱器窯或窯外分解窯內煅

13、燒；濕法窯的料漿水分應保證可泵性，通常為30%40%。自由水蒸發(fā)的功耗十分巨大，所以降低料漿水分或過濾成餅，可以降低熟料熱耗，增加窯的產量。粘土礦物的化合水有兩種：一種以離子狀態(tài)存在于晶體結構中稱為晶體配位水；一種以水分子狀態(tài)吸附在晶層結構間稱為晶層間水或層間吸附水。所有的粘土都含有配位水，多水高嶺石、蒙脫石還含有層間水，伊利石的層間水因風化程度而異。（2）碳酸鹽分解生料中的碳酸鈣與碳酸鎂在煅燒過程中都分解放出二氧化碳，其反應式如下：這是可逆反應，受系統(tǒng)溫度和周圍介質中的分壓影響較大。為了使分解反應順利進行，必須保持較高的反應溫度，降低周圍介質中分壓，并供給足夠的熱量。反之如果讓反應在密閉的容

14、器中于一定溫度下進行時，隨著碳酸鈣的不斷分解，周圍介質中二氧化碳分壓隨之增加，分解速度將逐漸變慢，直到反應停止。（3）固相反應通常在實驗室內或回轉窯內，在碳酸鈣分解的同時，石灰質與粘土質組分間，通過質點的相互擴散，進行固相反應，其反應過程大致如下：溫度（）主要反應代號800CaO+ Al2O3CaOAl2O3CACaO+ Fe2O3CaOFe2O3CF2CaO+ SiO22CaOSiO2C2S800900CaOFe2O3+ CaO2CaOFe2O3C2F7CaOAl2O3+5CaO 12CaO7Al2O3C12A790011002CaO+SiO2+Al2O32CaOAl2O3SiO2C2AS1

15、2CaO7Al2O3+9CaO 7（3CaOAl2O3）C3A7（2CaOFe2O3+2CaO+12CaO7Al2O37（4CaOAl2O3Fe2O3C4AF11001200大量形成C3A和C4AF，C2S含量達到最大值水泥熟料礦物固相反應是多級的放熱反應。（4）液相和熟料的燒結通常水泥生料在出現(xiàn)液相以前，硅酸三鈣不會大量生成。到達最低共熔溫度（一般硅酸鹽水泥生料在通常的煅燒制度下約為1250）后，開始出現(xiàn)液相。液相主要由氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣所組成，還會有氧化鎂、堿等其他組分。在高溫液相作用下，水泥熟料逐漸燒結，物料逐漸由疏松狀轉變?yōu)樯珴苫液?、結構致密的熟料，并伴隨著體積收縮。同時硅酸二鈣與

16、游離氧化鈣都逐步溶解于液相中，以Ca+離子擴散與硅酸根離子、硅酸二鈣反應，形成硅酸鹽水泥的主要礦物硅酸三鈣。其反應式如下：隨著溫度升高和時間的延長，液相量增加，液相粘度減少，氧化鈣硅酸二鈣不斷溶解、擴散，硅酸三鈣晶核不斷形成，并使小晶體逐漸發(fā)育長大，最終形成幾十微米大小、發(fā)育良好的阿利特晶體，完成熟料的燒結過程。（5）熟料的冷卻水泥熟料冷卻的目的在于：回收熟料帶走的熱量，預熱二次空氣，提高窯的熱效率；迅速冷卻熟料以改善熟料質量與易磨性；降低熟料溫度，便于熟料的運輸、貯存與粉磨。熟料的冷卻從燒結溫度開始，同時進行液相的凝固與相變兩個過程。5. 目前硅酸鹽水泥存在的問題（1）回轉窯兩個很大的不足

17、一是作為熱交換裝置，窯內熾熱氣流與物料之間主要是“堆積態(tài)”換熱，換熱效率低，從而影響其應有的生產效率的充分發(fā)揮和能源消耗的降低； 二是熟料煅燒過程所需要的燃料全部從窯熱端供給，燃料在窯內煅燒帶的高溫、富氧條件下燃燒，NOx等有害成分大量形成，造成大氣污染。 （2）我國水泥生產廠規(guī)模偏小，資源和能源浪費嚴重，環(huán)保措施落后，不能達到環(huán)境保護的要求。（3）生產技術相對落后，先進技術只在少數(shù)大型生產單位得到推廣，集團化、大型化尚且不足。6. 硅酸鹽水泥未發(fā)展趨勢（1）急劇煅燒理論和實踐表明，在傳熱非常迅速時，短時間內可以使物料迅速升溫，達到流態(tài)化狀態(tài)，使粘土礦物的分解、碳酸鈣的分解與固相反應等階段反應基本重合，從而使高活性物質迅速反應。因此，使生料的預熱、分解與燒成均能在懸浮或流態(tài)化狀態(tài)下，在1300左右燒成熟料，是煅燒新工藝發(fā)展方向之一。（2）發(fā)展4000t/d及以上新型干法生產線4