硅酸盐水泥的原料及其准备一.docx

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硅酸盐水泥的原料及其准备一

硅酸盐水泥的原料及其准备

（一）

综述：

生产硅酸盐水泥熟料的原料主要是：

石灰质原料：

主要提供CaO；

粘土质原料：

主要提供SiO2、Al2O3、以及少量Fe2O3；

校正原料：

补充某些不足的成分，分硅质校正原料、铝质校正原料、铁质校正原料三种。

实际生产过程中，根据具体生产情况有时还需加入一些辅助材料，如矿化剂、助熔剂、晶种、助磨剂等。

水泥磨中还要加入缓凝剂，混合材料等。

料耗：

生产1t熟料所消耗的生料量。

一般为1.6t/t左右，其中石灰质原料约占80%左右，粘土质原料约占10%~15%。

表1 生产硅酸盐水泥的原燃材料一览表

类        别

名       称

备   注

主要

原料

石灰石原料

石灰石、白垩、贝壳、泥灰岩、电石渣、糖滤泥等

生产水泥熟料用

粘土质原料

粘土、黄土、页岩、千枚岩、河泥、粉煤灰等

校正

原料

铁质校正原料

硫铁矿渣（铁粉）、铁矿石、铜矿渣等

生产水泥熟料用

硅质校正原料

河砂、砂岩、粉砂岩、硅藻土等

铝质校正原料

炉渣、煤矸石、铝矾土等

外加剂

矿化剂

萤石、萤石-石膏、硫铁矿、金属尾矿等

生产水泥熟料用

晶种

熟料

生产水泥熟料用

助磨剂

亚硫酸盐纸浆废液、三乙醇胺下脚料、醋酸钠等

生料、水泥粉磨助磨剂

料浆稀释剂

CL-C料浆稀释剂、CLT料浆稀释剂、纸浆黑掖等

湿法生产时使用

燃料

固体燃料

烟煤、无烟煤

我国常用的是燃煤

液体燃料

重油

缓凝材料

石膏、硬石膏、磷石膏、工业副产石膏等

制成水泥的组分

混合材料

粒化高炉矿渣、石灰石等

制成水泥的组分

1石灰质原料

1.1定义：

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。

分天然的和人工的（即工业废渣）两类，水泥生产中常用的是含有CaCO3的天然矿石。

1.2种类及性质

常用的天然石灰质原料有：

石灰岩、泥灰岩、白垩、大理岩、海生壳类等。

我国常用的是石灰岩（俗称石灰石），泥灰岩，个别小厂用白垩或贝壳。

可以部分替代石灰石的工业废渣主要有：

矿渣、镁渣等。

（一）石灰石：

是由碳酸钙组成的化学与生物化学沉积岩。

主要矿物：

为方解石（CaCO3）微粒组成，并常含有白云石（CaCO3·MgCO3）、石英（结晶SiO2）、燧石（又称玻璃质石英、火石，主要成分为SiO2，属结晶SiO2）粘土质及铁质等杂质。

CaO含量：

纯石灰石含CaO56%，烧失量为44%，随杂质含量增加CaO含量减少。

含水量：

一般不大于1.0%，具体值随气候而异。

含粘土杂质越多，水分越高。

（二）泥灰岩：

是碳酸钙和粘土物质同时沉积所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。

是一种极好的水泥原料。

分类：

高钙泥灰岩：

CaO≥45%

     低钙泥灰岩：

CaO＜45%

有些地方产的泥灰岩成分接近制造水泥的原料，可直接烧制水泥，称天然水泥岩。

主要矿物：

方解石

（三）白垩：

是海生生物外壳与贝壳堆积而成的，富含生物遗骸，主要由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩。

主要成分：

碳酸钙，含量80%~90%，甚至高于90%。

性能：

易于粉磨和煅烧，是立窑水泥厂的优质石灰质原料。

1.3石灰质原料的选择

1.3.1石灰质原料的质量要求

石灰质原料使用最广泛的是石灰石，其主要成分是CaCO3，纯石灰石的CaO最高含量为56%，其品位由CaO含量确定。

有害成分为MgO、R2O、（Na2O、K2O）和游离SiO2。

一般要求如下：

表2  石灰质原料的质量要求

成分

CaO

MgO

f-SiO2（燧石或石英）

SO3

K2O+Na2O

含量（%）

≥48

≤3

≤4

≤1

≤0.6

1.3.2石灰质原料的选择

（1）搭配使用；

（2）限制MgO含量；（白云石是MgO的主要来源，含有白云石的石灰石在新敲开的断面上可以看到粉粒状的闪光）

（3）限制燧石含量；（燧石含量高的石灰岩，表面常有褐色的凸出或呈结核状的夹杂物。

）

（4）新型干法水泥生产，还应限制K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量组分。

白云石、石灰石的判定方法：

用10%盐酸滴在白云石上有少量的气泡产生，滴在石灰石上则剧烈地产生气泡。

2粘土质原料

2.1概念：

粘土质原料系指含水铝硅酸盐物原料的总称。

主要化学成分是二氧化硅，其次是三氧化二铝、三氧化铁。

2.2粘土质原料的种类与特性

水泥工业采用的天然粘土质原料有粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，使用最多的是粘土和黄土。

近年来多用页岩、粉砂岩等

（一）、粘土

粘土是多种微细的呈疏松或胶状密实的含水铝硅酸盐矿物的混合体，它是由富含长石等铝硅酸盐矿物的岩石经漫长地质年代风化而成。

包括华北、西北地区的红土，东北地区的黑土与棕壤，南方地区的红壤与黄壤等。

根据粘土中主导矿物不同，将其分为高岭石类、蒙脱石类、水云母类等。

（二）、黄土

黄土是没有层理的粘土与微粒矿物的天然混合物。

成因以风积为主，也有成因于冲积、坡积、洪积和淤积的。

颜色以黄褐色为主。

（三）、页岩

页岩是粘土经长期胶结而成的粘土岩。

一般形成与海相或陆相沉积，或海相与陆相交互沉积。

化学成分类似于粘土，可作为粘土使用，但其硅率较低，通常配料时需掺加硅质校正原料。

页岩颜色不定，一般灰黄、灰绿、黑色及紫色等，结构致密坚实，层理发育，通常呈页状或薄片状。

（四）、粉砂岩

粉砂岩是由直径为0.01~0.1mm的粉砂经长期胶结变硬后碎屑沉积岩。

主要矿物是石英、长石、粘土等，胶结物质有粘土质、硅质、铁质及碳酸盐质。

颜色呈淡黄、淡红、淡棕色、紫红色等，质地一般疏松，但也有较坚硬的。

粉页岩的硅率较高，一般大于3.0，可作为硅铝质原料。

（五）、河泥、湖泥类

江、河、湖、泊由于流水速度分布不同，使挟带的泥沙规律地分级沉降的产物。

其成分决定于河岸崩塌物和流域内地表流失土的成分。

建造在靠江、湖的湿法水泥厂，可利用挖泥船在固定区域内进行采掘，做粘土质原料使用。

（六）、千枚岩

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。

岩石中的细小片状矿物定向排列，断面上可见许多大致平行，极薄的片理，片理面呈丝绢光泽。

岩石常呈浅红、深红、灰及黑等色。

2.3粘土质原料的品质要求及选择

（一）、品质要求

表3  粘土质原料的质量要求

品 位

n

p

MgO（%）

R2O（%）

SO3（%）

塑性指数

一级品

2.7~3.5

1.5~3.5

＜3.0

＜4.0

＜2.0

＞12

二级品

2.0~2.7或3.5~4.0

不限

＜3.0

＜4.0

＜2.0

＞12

（二）、选择粘土质原料时应注意的问题

1、n、p值要适当。

2、尽量不含碎石、卵石，粗砂含量应小于5%。

3、旋窑生产时对可塑性不做要求。

3校正原料

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原料，这种以补充某些成分不足为主的原料称校正原料。

3.1铁质校正原料

常用：

低品位的铁矿石，炼铁厂尾矿及硫酸厂工业废渣硫酸渣等。

目前有用铅矿渣或铜矿渣的，既是校正原料，又兼做矿化剂。

3.2硅质校正原料

常用：

硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河砂、砂岩、粉砂岩等。

其中砂岩，河砂中结晶SiO2多，难磨难烧，尽量不用，风化砂岩易于粉磨，对煅烧影响小。

3.3铝质校正原料

常用：

炉渣、煤矸石、铝矾土等

表4 校正原料常用品种及质量要求

校正原料

常用品种

质量要求

铁质校正原料

低品位的铁矿石、炼铁厂尾矿、硫酸厂工业废渣硫酸渣（俗称铁粉）

铅矿渣，铜矿渣（还兼作矿化剂）

Fe2O3≥40%

硅质矿化剂

硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河沙、砂岩、粉砂岩

n＞4.0； SiO2：

70%~90%

R2O＜4.0%

铁质校正原料

炉渣、煤矸石、铝矾土

Al2O3＞30%

4低品位原料和工业废渣的利用

低品位原料：

化学成分、杂质含量、物理性能等不符合一般水泥生产要求的原料。

目前水泥原料结构的一个新的技术方向：

（1）石灰质原料低品位化；

（2）SI、Al质原料岩矿化；

（3）Fe质原料废渣化。

使用低品位原料急工业废渣时应注意：

（1）这些原料成分波动大，使用前先要取样分析，且取样要有代表性；

（2）使用时要适当调整一些工艺。

4.1低品位石灰质原料的利用

低品位石灰质原料：

CaO＜48%或含较多杂质。

其中白云石质岩不适宜生产硅酸盐水泥熟料，其余均可用。

但要与优质石灰质原料搭配使用。

4.2  煤矸石、石煤的利用

煤矸石：

煤矿生产时的废渣，在采矿和选矿过程中分离出来。

其主要成分是SiO2、Al2O3、以及少量Fe2O3、CaO等，并含4180~9360kj/kg的热值。

石煤：

多为古生代和晚古生代菌藻类低等植物所形成的低炭煤，其组成性质及生成等与煤无本质区别，但含碳量少，挥发分低，发热量低，灰分含量高。

煤矸石、石煤在水泥工业中的应用目前主要有三种途径：

（1）代粘土配料；

（2）经煅烧处理后做混合材；

（3）作沸腾燃烧室燃料，其渣做水泥混合材。

4.3粉煤灰及炉渣的利用

粉煤灰：

火力发电厂煤粉燃烧后所得的粉状灰烬。

炉渣：

煤在工业锅炉燃烧后排出的灰渣。

粉煤灰、炉渣的主要成分：

以SiO2、Al2O3为主，但波动较大，一般Al2O3偏高。

利用：

（1）部分或全部替代粘土参与配料；

（2）作为铝质校正原料使用；

        （3）作水泥混合材料。

作原料使用时应注意：

1、加强均化；2、精确计量；3、注意可燃物对煅烧的影响；4、因其可塑性差，立窑生产时要搞好成球。

4.4玄武岩资源的开发与利用

玄武岩：

是一种分布较广的火成岩，其颜色由会到黑，风化后的玄武岩表面呈红褐色。

成分：

其化学成分类似于一般粘土，主要是SiO2、Al2O3，但Fe2O3、R2O偏高，即助熔氧化物含量较多。

利用：

可以替代粘土，做水泥的铝硅酸盐组分，以强化煅烧。

使用注意事项：

因其可塑性、易磨性差，使用时要强化粉磨。

4.5其他原料的应用

珍珠岩：

是一种主要以玻璃态存在的火成非晶类物质，富含SiO2、也是一种天然玻璃。

可用作粘土质原料配料。

赤泥：

是烧结法从矾土中提取氧化铝时所排放出的赤色废渣，其化学成分与水泥熟料的化学成分相比较，Al2O3、Fe2O3含量高，CaO含量低，含水量大，赤泥与石灰质原料搭配配合便可配制出生料。

通常用于湿法生产。

电石渣：

是化工厂乙炔发生车间消解石灰排出的含水约85%~90%的废渣。

其主要成分是Ca（OH）2，可替代部分石灰质原料。

常用于湿法生产。

碳酸法制糖厂的糖滤泥、氯碱法制碱厂的碱渣、造纸厂的白泥：

其主要成分都是CaCO3，均可做石灰质原料。

前面为净浆的制备500克水泥一定量的水搅拌成标准稠度的浆体6.凝结时间的测定﹕

1此时仪器滑动杆下端应把试杆改装为试针，试针应垂直，表面光滑，顶端应为平面，如发现有弯曲或倒（圆）角时不能使用。

2测定前的准备工作﹕将试模放在玻璃板上，在玻璃板及模内侧稍稍涂上一层机油，调整凝结时间测定仪的试针接触玻璃板时指针应对标准尺最低刻度线，即70mm点。

3试件的制备﹕以标准稠度用水量按5.3条的操作方法制成标准稠度净浆后立即一次装入试模，振动数次刮平，然后放入湿汽养护箱内。

4初凝时间的测定﹕试件在湿汽养护箱中养护至加水后30分钟时进行第一次测定。

测定时，从湿汽养护箱中取出试模放到试针下，降低试针与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝1～2秒后突然放松，试针垂直自由沉入净浆。

观察试针停止下沉或释放试针30s时指针的读数，记下每次测量时试针沈至距底板的距离（附件一）。

临近初凝时，每隔5分钟测定一次，直至试针沈至距底板4±1mm时，为水泥达到初凝状态；由水泥全部加入水中至初凝状的时间为水泥的初凝时间，用”min”表示。

5终凝时间的测定：

为了准确观测试针沈入的状况，在终凝针上安装了一个环形附件（见图1d）。

在完成初凝时间测定后，立即将试模连同浆体平移的方式从玻璃板取下，翻转180°，直径大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放入湿气养护箱中继绩养护，临近终凝时间每隔15分钟测定一次，记下每次测量的结果，即环形有无在浆体表面留下痕迹（附件一）。

当试针沈入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态，由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为水泥的终凝时间，用”min”表示。

6测定时应注意，在最初测定的操作时应轻轻扶持金属柱，使其徐徐下降以防试针撞弯，但结果以自由下落为准；在整个测试过程中试针沈入的位置至少要距试模内壁10mm。

临近初凝时，每隔5分钟测定一次，临近终凝时，每隔15分钟测定一次，到达初凝或终凝状态时应立即重复测一次，当两次结论相同的才能定为到达初凝或终凝状态。

每次测定不得让试针落入原针孔，每次测定完毕须将试针擦净并将圆模放回湿汽养护箱内，整个测定过程中要防止圆模受振。