硅酸鹽水泥生產技術.ppt

第2章 硅酸鹽水泥生產技術,要點： 本章主要學習硅酸鹽水泥的組分材料、生產技術要求與指標；熟悉硅酸鹽水泥的生產過程、生產方法和特點；明確新型干法水泥生產的技術特征；掌握硅酸鹽水泥熟料的組成、性能要求、礦物特性；熟練掌握硅酸鹽水泥熟料的率值的計算與控制；可以利用相關計算式對熟料的率值、化學組成、礦物組成進行測算和換算。,2.1 硅酸鹽水泥生產概述,硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）：凡由硅酸鹽水泥熟料，05%石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料。,硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱型硅酸鹽水泥，用代號P表示；在硅酸鹽水泥粉磨時摻入不超過水泥質量5%的石灰石或?；郀t渣混合材料的稱型硅酸鹽水泥，用代號P表示。其中P為波特蘭“Portland”的英文字首。,2.1.1 硅酸鹽水泥熟料,即國際上的波特蘭水泥熟料，簡稱水泥熟料。是一種由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料按適當比例配合磨成細粉（生料）燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的水硬性膠凝物質。,熟 料,2.1.2 混合材料,混合材料是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?；郀t礦渣、石灰石等。 ?；郀t礦渣是高爐冶煉生鐵所得以硅酸鈣和鋁酸鈣為主要成分的熔融物經淬冷成粒后的產品。石灰石為水泥工業(yè)原料，在水泥中摻入少量石灰石可以起到混合材料的作用。,混合材料,2.1.3 石膏,石膏是用作調節(jié)水泥凝結時間的組分，是緩凝劑。適量石膏可以延緩水泥的凝結時間，使建筑施工中的攪拌、運輸、振搗、砌筑等工序得以順利進行；同時適量的石膏也可以提高水泥的強度。,2.1.3.1 天然石膏,（1）石膏 以二水硫酸鈣（CaSO42H2O）為主要成分的天然礦石。 （2）硬石膏 以無水硫酸鈣（CaSO4）為主要成分的天然礦石。,2.1.3.2 工業(yè)副產石膏,工業(yè)生產中以硅酸鈣為主要成分的副產品，稱工業(yè)副產石膏。 2.1.4 硅酸鹽水泥生產技術要求 2.1.4.1水泥的化學和物理指標 (1)不溶物 不溶物是指水泥經酸和堿處理，不能被溶解的殘留物。 (2)燒失量 水泥燒失量是指水泥在9501000高溫下燃燒失去的質量百分數(shù)。 (3)細度 細度即水泥的粗細程度，通常以比表面積或篩余數(shù)表示,(4)凝結時間 水泥凝結時間是水泥從和水開始到失去流動性，即從可塑性狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時間，分初終時間和終凝時間兩種。 初凝時間：是指水泥加水拌和到標準稠度凈漿開始失去塑性的時間。 終凝時間：是指水泥加水拌和起到標準稠度凈漿完全失去塑性的時間。 (5)安定性 水泥硬化后體積變化的均勻性稱為水泥體積安定性，簡稱安定性。 引起水泥安定性不良的原因主要有三種:熟料中游離氧化鈣、方鎂石過高及水泥中石膏摻加量過多。 (6)氧化鎂（MgO） 水泥中氧化鎂含量過高時，由于其緩慢的水化和體積膨脹效應可使水泥硬化體結構破壞。采用壓蒸安定性試驗進行檢驗。 (7)三氧化硫（SO3） (8)堿,硅酸鹽水泥化學物理指標,2.1.4.2 強度與強度等級,(1)水泥強度 水泥強度是水泥試體凈漿在單位面積上所能承受的外力。 通常以各齡期的抗壓強度、抗折強度來表示水泥的質量。一般3d或7d以前的強度為早期強度，28d及其后的強度稱為后期強度，也有將3個月以后的強用度稱為后期強度。 通常用28d的強度作為水泥質量劃分的強度等級。,(2) 強度等級與水泥標號 強度等級是按規(guī)定齡期的抗壓強度和抗折強度來劃分 各強度等級水泥的各齡期強度值不得低于表數(shù)值。 強度等級習慣稱之水泥標號。俗稱商品標號。,抗壓實驗機,抗折實驗機,抗壓強度測量實驗,硅酸鹽水泥的強度指標（GB17599）,(2) 強度等級與水泥標號 強度等級是按規(guī)定齡期的抗壓強度和抗折強度來劃分，各強度等級水泥的各齡期強度值不得低于表數(shù)值。 強度等級習慣稱之水泥標號。俗稱商品標號。,2.1.4.3 廢品與不合格品,（1）廢品 凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時間、安定性中的任一項不符合標準規(guī)定時，均為廢品。 （2）不合格品 凡細度、終凝時間、不溶物、燒失量中的任一項不符合標準規(guī)定，或混合材料摻加量超過最大限量、強度低于商品強度等級的指標時，該水泥稱為不合格品。水泥包裝標志中的水泥品種、強度等級、生產者名稱、出廠編號不全的，也屬于不合格品。習慣稱之水泥標號。俗稱商品標號。,22 硅酸鹽水泥的生產工藝 221 生產過程,硅酸鹽水泥的生產過程通?？煞譃槿齻€階段： 生料制備 熟料煅燒 水泥制成。, 生料制備,熟料煅燒,水泥制成。,2.2.2 生產方法,按生料制備的方法分為： 濕法、干法； 按煅燒熟料窯的結構分為： 回轉窯；立窯。,濕 法,新型干法,回轉窯,立窯,(1)濕法 生料漿水分占32%40%左右。生料漿脫水烘干后破碎，入窯煅燒，稱之為半濕法。 (2)干法 生料粉調配均勻并加入適量水，制成料球喂入立窯或立波爾窯內煅燒稱為半干法，料球含水12%15%。,2.2.2.1 濕法回轉窯生產工藝流程與特點,A.熟料質量較好且均勻 B.粉塵飛揚少 c.熟料單位熱耗高,2.2.2.2 現(xiàn)代立窯水泥生產的基本特征,現(xiàn)代立窯水泥應有的八項指標是： .企業(yè)規(guī)模：年產水泥30萬噸以上。 .技術裝備:自動化控制及計算機管理。 .產品質量:42.5等級水泥 。 . 均勻穩(wěn)定：水泥質量均勻性不大于1.1R 。 .環(huán)境保護：達到國家標準 。 .能耗指標：熱耗3762 kj/kg以下，綜合電耗80（kw.h）/t以下。 .全員實物勞動生產率：1000 t/(人.年)以上。 .企業(yè)管理：通過ISO 9001質量管理體系認證。,2.3 新型干法水泥生產技術特征,新型干法水泥生產的特點 （1）優(yōu)質 （2）低耗：熱耗3000kJ/kg以下，水泥單位電耗90110kWh/t以下。 （3）高效 ：單位容積產量達110270kg/m2，勞動生產率達10004000t/年人。 (4) 環(huán)保 (5）裝備大型化 ：單機生產能力達10000t/d (6) 生產控制自動化 (7) 管理科學化 (8）投資大建設周期較長,2.4 硅酸鹽水泥熟料,是一種由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料按適當比例配合磨成細粉（生料）燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的水硬性膠凝物質。,2.4.1 熟料的化學組成,主要化學成分與含量 主要氧化物：CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 其總和通常占熟料總量的95%以上。 其它氧化物：如MgO SO3 Na2O K2O TiO2 P2O5等，其總量通常占熟料的5%以下。,2.4.1 熟料的化學組成,主要化學成分要求 實際生產中，硅酸鹽水泥中個主要氧化物含量的波動范圍一般為： CaO 62%67% SiO2 20%24% Al2O3 4%7% Fe2O3 2.5%6%,2.4.2 熟料的礦物組成,硅酸鹽水泥熟料是一種多礦物組成的、結晶細小的人造石。通常為3060m。 主要礦物： 硅酸三鈣（3CaOSiO2，簡寫成C3S） 硅酸二鈣（2CaOSiO2，簡寫成C2S） 鋁酸三鈣（3CaOAl2O3，簡寫成C3A） 鐵鋁酸四鈣（4 CaOAl2O3Fe2O3，簡寫成C4AF）,熟料的礦物組成及巖相結構,2.4.2 熟料的礦物組成,其次礦物： 游離氧化鈣（f-CaO） 方鎂石（結晶 MgO） 玻璃體 硅酸三鈣和硅酸二鈣合稱硅酸鹽礦物，約占75%左右。 鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣合稱熔劑礦物，約占22%左右。 硅酸鹽礦物和熔劑礦物總和約占95%左右。,2.4.2 熟料的礦物組成,熟料礦物含量范圍（%）,2.4.3 熟料的物理性能要求,凝結時間 安定性 強度 硅酸鹽水泥熟料物理性能的檢驗，是通過將水泥熟料在500500標準小磨中與二水石膏一起磨細至表面積350 m2/kg，80m方孔篩篩余4%制成P.型硅酸鹽水泥后來進行的。,2.4.4 化學成分與礦物組成間的關系,熟料中的主要礦物均由各主要氧化物經高溫煅燒化合而成，熟料礦物組成取決于化學組成，控制合適的熟料化學成分是獲得優(yōu)質水泥水泥熟料的中心環(huán)節(jié)，根據(jù)熟料化學成分也可以推測出熟料中各礦物的相對含量高低。 （1）CaO （2）SiO2 （3）Al2O3 （4）Fe2O3 （5）其他少量氧化物和微量元素,2.4.5 熟料礦物的特性,硅酸三鈣 存在形式： 純C3S只在20651250溫度范圍內穩(wěn)定，在2065以上不一致熔融為CaO 與液相；在1250以下分解為C2S和CaO。 調整純C3S具有同質多晶現(xiàn) 象,熟料中C3S不純，總是與少量 的其他氧化物如Al2O3、Fe2O3、 MgO、R 2O等形成固溶體。在反光 顯微鏡下為黑色多角形顆粒， 又稱阿利特（Alite），簡稱 A礦。,硅酸三鈣 礦物水化特性： 水化較快，水化反應主要在28d以內進行，約經一年后水化過程基本結束。 早期強度高，強度的絕對值和增進率較大。其28d強度可達到一年強度的70%80%。水化熱較高；抗水性較差。,2.4.5 熟料礦物的特性,245 熟料礦物的特性,硅酸二鈣 多晶轉變 純C2S在1450以下有同質多晶現(xiàn)象。 其中：-C2S的密度為2.97g/cm3，-C2S的密度為3.28g/cm3，故發(fā)生轉變時，伴隨著體積膨脹10%，結果是熟料崩潰，生產中稱之為粉化。而-C2S幾乎無水硬性。,245 熟料礦物的特性,硅酸二鈣 礦物特性 熟料中硅酸二鈣通常固溶有少量氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R 2O等形成固溶體，稱貝利特（Belite），簡稱B礦。在反光顯微鏡下呈圓粒狀，常具有黑白交叉雙晶條紋。,245 熟料礦物的特性,硅酸二鈣 水化特性 水化反應比C3S慢的多，28d只水化20%左右，凝結硬化慢； 早期強度低，但28d后強度仍能較快增長，一年后其強度可趕超阿利特； 水化熱??；抗水性好。,2.4.5 熟料礦物的特性,鋁酸三鈣 礦物特性 C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R 2O等形成固溶體，在反光鏡下，其反光能力弱，呈暗灰色，并填充在A礦與B礦中間，又稱黑色中間相。,2.4.5 熟料礦物的特性,鋁酸三鈣 水化特性 水化迅速，凝結較快，如不加石膏等緩凝劑，易使水泥急凝；早期強度較高，但絕對值不高，其強度3d之內大部分發(fā)揮出來，以后幾乎不增長，甚至倒縮；水化熱高；干縮變形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸鹽性能差。,245 熟料礦物的特性,鐵鋁酸四鈣 礦物特性 鐵鋁酸四鈣代表的是一系列連續(xù)的鐵相固溶體。通常固溶有少量的MgO、SiO2等氧化物，又稱才利特（Celite）或C礦。在反光鏡下其反射能力強，呈亮白色，并填充在A礦與B礦之間，也稱白色中間相。,2.4.5 熟料礦物的特性,鐵鋁酸四鈣 水化特性 水化速度在早期介于鋁酸三鈣與硅酸三鈣之間，但隨后的發(fā)展不如硅酸三鈣； 早期強度類似于鋁酸三鈣，而后期還能不斷增長，類似于硅酸二鈣； 水化熱較鋁酸三鈣低，抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好。,2.4.5 熟料礦物的特性,玻璃體 形成 部分熔融液相被快速冷卻來不及結晶而成為過冷凝體 主要成分 Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R 2O 含量 取決于液相量及冷卻條件 性能 不及晶體穩(wěn)定，水化熱較大；可改善熟料性能與易磨性。,2.4.5 熟料礦物的特性,游離氧化鈣（f-CaO） 定義 是指熟料中沒有以化合狀態(tài)存在而是以游離狀態(tài)存在的氧化鈣。,游離氧化鈣的種類及其對安定性的影響,方鎂石（MgO） 指游離狀態(tài)的氧化鎂晶體。 產生 一部分氧化鎂存在于玻璃體中，一部分結晶呈游離狀態(tài)。 當熟料快冷時，結晶細小，慢冷時晶體發(fā)育較大，結構致密。 危害 方鎂石與水反應速度很慢，幾個月甚至幾年才明顯反映出來。水化生成Mg(OH)2時，體積膨脹148%，在水泥石內產生應力，輕者會降低水泥制品強度，重者會造成水泥制品破壞。 方鎂石含量越多，晶體尺寸越大，引起的破壞越嚴重，因此，應限制其含量及晶體尺寸。熟料冷卻速度越快，方鎂石晶體越小，含量越少。,2.5 熟料的率值,硅酸鹽水泥熟料中各主要氧化物含量之間比例關系的系數(shù)稱作率值。 表示化學成分與礦物組成之間的關系，水泥熟料的性能及其對煅燒的影響。 在一定的工藝條件下，率值是水泥生產質量控制的主要指標。 我國主要采用石灰飽和系數(shù)（KH）、硅率（n）、鋁率（p）三個率值。,2.5.1 石灰飽和系數(shù),物理意義：KH表示水泥熟料中的總CaO含量扣除飽和酸性氧化物（如Al2O3、Fe2O3）所需要的氧化鈣后，剩下的與二氧化鈣化合的氧化鈣的含量與理論上二氧化硅全部化合成硅酸三鈣所需要的氧化鈣含量的比值。 簡言之，石灰飽和系數(shù)表示熟料中二氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度。,數(shù)學表達式：,式中：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3分別為熟料中相應氧化物的質量百分數(shù)； f- CaO、f- SiO2分別為熟料中呈游離狀態(tài)的氧化鈣、二氧化硅的質量百分數(shù)。,KH值與熟料礦物間的關系 從理論上講：KH值高，則C3S較多，C2S較少。 （1）、KH=1，熟料中只有C3S，而無C2S； （2）、KH1，無論生產條件多好，熟料中都有游離氧化鈣存在； （3）、KH=0. 667，熟料中無C3S。 因此，熟料的KH值應控制在0.6671間。 實際生產中，為使熟料順利形成，又不產生過多的游離氧化鈣，通常KH值控制在0.870.96。,其他石灰飽和系數(shù),LSF的含義：熟料中CaO含量與全部酸性組分需要結合的CaO含量之比。一般LSF值高水泥強度也高。 LSF的取值：一般硅酸鹽水泥熟料LSF=9095 早強型的水泥熟料 LSF=9598,2.5.2 硅率,含義：熟料中SiO2含量與Al2O3、Fe2O3之和的比例。反映了熟料中硅酸鹽礦 物（C3S+C2S）、熔劑礦物（C3A+C4AF）的相對含量。,SM值與熟料礦物及煅燒之間的關系： SM值過高，表示硅酸鹽礦物多，熔劑礦物少，對熟料強度有利，但將給煅燒造成困難；隨SM值的降低，液相量增加，對熟料的易燒性和操作有利，但SM值過低，熟料強度低，操作困難。 一般取值：1.72.7,2.5.3 鋁率（又稱鋁氧率或鐵率）,含義：表示熟料中Al2O3含量Fe2O3含量之比，反映了熟料中C3A和C4AF的相對含量。也反映煅燒過程中液相的性質（主要是液相的粘度，C3A形成的液相粘度大，C4AF形成的液相粘度?。?p值與熟料礦物及煅燒的關系 p值過大，C3A多，液相粘度大，不利于C3S 的形成，易引起熟料快凝；p值過低，C4AF量相對較多，液相粘度小，對C3S 的形成有利，但易使窯內結大塊，對煅燒不利。 說明：三個率值要相互配合適當，才能使熟料順利燒成，并保證熟料質量。,2.5.4 熟料率值的控制,在工廠生產中，為了使熟料順利燒成，保證熟料的質量，應同時控制KH、n、p這三個率值，并使三率值相應配合適當。,2.6 熟料礦物組成的計算與換算,獲得熟料的礦物組成的方法： 儀器分析法：如巖相分析；X射線分析；紅外光譜分析等。 理論計算法。,2.6.1 硅酸鹽水泥熟料礦物組成的計算,化學法 C3S=3.80（3KH-2）SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3) C4AF=3.04Fe2O3 式中：SiO2、Al2O3、Fe2O3分別是熟料中相應氧化物的百分含量（%）。 KH是熟料的石灰飽和系數(shù)。,2.6.1 硅酸鹽水泥熟料礦物組成的計算,代數(shù)法：（也稱鮑格法） C3S=4.07S-7.60S-6.72A-1.43F-2.86 SO3 C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C=2.87S-0.754 C3S C3A=2.65A-1.69F C4AF=3.04F CaSO4=1.70 SO3 式中：C、S、A、F、SO3分別代表熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3 、SO3的百分含量。 以上公式適用于：IM0.64,2.6.1 硅酸鹽水泥熟料礦物組成的計算,【例2.1】已熟料化學成分如表2.11所示，試求熟料的率值和礦物組成。,=0.877 按化學法公式可求得熟料礦物組成： C3S3.80（3KH2）SiO23.80（30.8772）21.4051.31% C3S8.60（1KH）SiO28.60（10.877）21.4022.64% C3A2.65（Al2O30.64Fe2O3）2.65（6.220.644.35）9.11% C4AF3.04Fe2O33.044.3513.22%,解：,2.6.2 熟料化學組成、礦物組成與率值的換算,由礦物組成計算各率值,2.6.2 熟料化學組成、礦物組成與率值的換算,由熟料率值計算化學成分 設=CaO+SiO2+Al2O3+Fe2O3，一般=95%98%，具體值大小受原料化學成分和配料方案的影響，通常情況下可取=97.5%。,Al2O3pFe2O3 SiO2n（Al2O3Fe2O3） CaO（SiO2Al2O3Fe2O3）,2.6.2 熟料化學組成、礦物組成與率值的換算,由礦物組成計算化學成分 SiO20.2631C3S0.3488C2S Al2O30.3773C3A0.2098C4AF Fe2O30.3286C4AF CaO0.7369C3S0.6512C2S0.622C3A0.4616C4AF0.4119CaSO4 SO30.5881CaSO4,本章學習小結,硅酸鹽水泥的基本組分材料是硅酸鹽水泥熟料、混合材料（石灰石或?；郀t礦渣）、石膏。硅酸鹽水泥技術指標主要有不溶物、燒失量、細度、凝結時間、安定性、氧化鎂、三氧化硫、堿及強度指標。 硅酸鹽水泥的生產過程通常可分為三個階段：生料制備、熟料煅燒、水泥制成。水泥的生產方法按生料制備可分為濕法、干法；按煅燒熟料窯的結構可分為回轉窯、立窯。 硅酸鹽水泥熟料主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。主要礦物為C3S、C2S、C3A、C4AF，還有少量的游離氧化鈣（-CaO）、方鎂石（結晶氧化鎂）、含堿礦物以及玻璃體等成分的水硬性膠凝物質。 采用石灰飽和系數(shù)（KH）、硅率（n）、鋁率（p）三個率值作為控制生產的主要指標 。利用計算式可以對熟料的率值、化學組成、礦物組成進行測算和換算。,肚松衯宸/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/cio.gif冩?=/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/email.gif冩?A/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/imgr_logo.gif冭聖杁/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/logo.gif冩碝?D/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/logo_compute.gif冭?疘:/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/ F/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/astd