水泥工藝學(xué)(第四章)

1、第四章 原料的破碎及均化n4.1 硅酸鹽水泥的原料n4.2 物料的破碎n4.3 物料的均化技術(shù)4.1硅酸鹽水泥的原料原料名稱原料名稱主要提供的成分主要提供的成分配比（配比（%）石灰質(zhì)原料CaO80粘土質(zhì)原料SiO2、Al2O3少量Fe2O31015校正原料鐵質(zhì)校正原料Fe2O3硅質(zhì)校正原料SiO2鋁質(zhì)校正原料Al2O3外加劑礦化劑晶種助磨劑 （1）天然（石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等）； 大部分水泥廠采用石灰?guī)r石灰?guī)r和泥灰?guī)r泥灰?guī)r； 河南、陜西和四川等有儲(chǔ)量不大的白堊白堊； 湖南、浙江和海南等有一定儲(chǔ)量的貝殼貝殼。 （2）人工（電石渣、糖濾泥、堿渣、白泥等） 電石渣電石渣：化工廠乙炔發(fā)生車間消解

2、石灰排出的含水量為 85%90%的消石灰漿。 碳酸法制糖廠的糖濾泥糖濾泥、氯堿法制堿廠的堿渣堿渣以及造紙廠的白泥白泥，其主要成分都是碳酸鈣，均可用作石灰質(zhì)原料，但應(yīng)注意其中雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響。 一、石灰質(zhì)原料石灰?guī)r純石灰石含56%CaO、44%CO2，白色，隨雜質(zhì)含量增加CaO含量減少。由碳酸鈣組成的化學(xué)與生物化學(xué)沉積巖。也稱為石灰石。方解石（方解石（CaCO3）為主）為主白云石（CaCO3MgCO3）石英（結(jié)晶SiO2）燧石（又稱玻璃質(zhì)石英、火石，主要成分為SiO2，屬結(jié)晶SiO2）粘土質(zhì)及鐵質(zhì)等雜質(zhì)石灰石中氧化鈣含量應(yīng)不低于45%48%。泥灰?guī)r是碳酸鈣和粘土物質(zhì)同時(shí)沉積所形成的均勻混合的

3、沉積巖，屬石灰?guī)r向粘土過(guò)渡的中間類型巖石。是一種極好的水泥原料。CaO45%：高鈣泥灰?guī)r，應(yīng)加入粘土配合；CaO45%：低鈣泥灰?guī)r，應(yīng)加入石灰石配合；CaO(43.5%45%)：天然水泥巖，可直接煅燒熟料。白堊是海生生物外殼與貝殼堆積而成的，富含生物遺骸，主要由隱晶或無(wú)定形細(xì)粒疏松的碳酸鈣所組成的石灰?guī)r。碳酸鈣含量80%90%，甚至高于90%。易于粉磨和煅燒，是優(yōu)質(zhì)石灰質(zhì)原料。貝殼貝殼、蠣殼、珊瑚石，含碳酸鈣90%左右，表面附有泥砂和鹽類生產(chǎn)白水泥石灰質(zhì)原料的質(zhì)量要求品 位CaO(%)MgO(%)R2O(%)SO3(%)燧石或石英（f-SiO2）石灰石一級(jí)品482.51.01.04.0二級(jí)品4

4、5483.01.01.04.0泥灰?guī)r35453.01.21.04.0石灰質(zhì)原料的選擇 （1）搭配使用：48% （2）限制MgO含量：（白云石是MgO的主要來(lái)源，含有白云石的石灰石在新敲開(kāi)的斷面上可以看到粉粒狀的閃光） （3）限制燧石含量：（燧石含量高的石灰?guī)r，表面常有褐色的凸出或呈結(jié)核狀的夾雜物。） （4）新型干法水泥生產(chǎn)，還應(yīng)限制K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量組分。 白云石、石灰石的判定方法：用10%鹽酸滴在白云石上有少量的氣泡產(chǎn)生，滴在石灰石上則劇烈地產(chǎn)生氣泡。二、粘土質(zhì)原料n粘土質(zhì)原料是含堿和堿土的鋁硅酸鹽，主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3和Fe2O3。n主要有黃土、粘土、頁(yè)巖

5、、粉砂巖及河泥等。n其中黃土和粘土用得最廣。 n黃土：粘土礦物以伊利石為主，還有蒙脫石與拜來(lái)石等，以及石英、長(zhǎng)石、白云母、方解石和石膏等礦物。n粘土：（1）華北和西北地區(qū)的紅土：粘土礦物主要為伊利石與高嶺石，還有長(zhǎng)石、石英、方解石、白云母等；氧化硅含量低，氧化鋁與氧化鐵含量高。（3）南方地區(qū)的紅壤和黃壤：粘土礦物主要為高嶺石，其次是伊利石、敘永石(多水高嶺石)、三水鋁礦等，還有石英、長(zhǎng)石、赤鐵礦等。（2）東北地區(qū)的黑土和棕壤：粘土礦物主要為水云母與蒙脫石，還有細(xì)分散的石英以及長(zhǎng)石、方解石、云母等。粘土礦物與粘土工藝性能的關(guān)系種類粘土礦物名稱SiO2/Al2O3分子比粘粒含量可塑性熱穩(wěn)定性正常流

6、動(dòng)時(shí)水分(%)結(jié)構(gòu)水脫水溫度()粘土中礦物分解達(dá)最高活化時(shí)溫度()高嶺石類高嶺石多水高嶺石2很高好良好中350 550600 800蒙脫石類蒙脫石貝得石34高很好優(yōu)良高400 600500 700水云母類水云母伊利石23低差差低300 450400 700粘土質(zhì)原料的質(zhì)量要求品位硅率SM鋁率IMMgO（%）R2O（%）SO3（%）塑性指數(shù)一級(jí)品2.73.51.53.53.04.02.012二級(jí)品2.02.7或3.54.0不限3.04.02.012注：（1）SM= 2.02.7，一般需要摻硅質(zhì)原料；當(dāng)SM=3.54.0 時(shí)，一般需要與一級(jí)品或SM低的二級(jí)品原料搭配使用，或摻 用鋁質(zhì)原料。 （2）

7、采用立波爾窯及立窯生產(chǎn)時(shí)，才要求提供塑性指數(shù)。粘土質(zhì)原料的選擇（1）硅率、鋁率值要適當(dāng)。（2）盡量不含碎石、卵石，粗砂含量應(yīng)小于5%。（3）回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)時(shí)對(duì)可塑性不做要求。三、校正原料 當(dāng)石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求時(shí)，必須根據(jù)所缺少的組分摻加相應(yīng)的原料，這種以補(bǔ)充某些成分不足為主的原料稱校正原料。 （一）鐵質(zhì)校正原料 低品位的鐵礦石，煉鐵廠尾礦及硫酸廠工業(yè)廢渣硫鐵渣等。 用鉛礦渣或銅礦渣，既是校正原料，又兼做礦化劑。 （二）硅質(zhì)校正原料 硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河砂、砂巖、粉砂巖等。 其中砂巖，河砂中結(jié)晶SiO2多，難磨難燒，盡量不用，風(fēng)化砂巖易于粉磨，對(duì)煅

8、燒影響小。 （三）鋁質(zhì)校正原料 爐渣、煤矸石、鋁礬土等校正原料的質(zhì)量要求名 稱常 用 材 料質(zhì) 量 要 求鐵質(zhì)校正原料硫鐵渣、低品位鐵礦、煉鐵廠的尾礦鉛礦渣、銅礦渣 Fe2O340%硅質(zhì)校正原料硅藻土、硅藻石、蛋白石、砂巖SiO2: 70%90%SM4.0；R2O4.0%鋁質(zhì)校正原料爐渣、煤矸石、礬土Al2O330%四、低品位原料和工業(yè)廢渣的利用n低品位原料：低品位原料： 指那些化學(xué)成分、雜質(zhì)含量與物理性能等不符合一般水泥生產(chǎn)要求的原料。如：低品位石灰質(zhì)原料n工業(yè)廢渣：工業(yè)廢渣： 主要指煤矸石、石煤、粉煤灰、爐渣等.n水泥原料結(jié)構(gòu)的一個(gè)新的發(fā)展方向：水泥原料結(jié)構(gòu)的一個(gè)新的發(fā)展方向： （1）石灰

9、質(zhì)原料低品位化； （2）Si 、Al質(zhì)原料巖礦化； （3）Fe質(zhì)原料廢渣化。n使用低品位原料和工業(yè)廢渣時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：使用低品位原料和工業(yè)廢渣時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：（1）這些原料成分波動(dòng)大，使用前先要取樣分析，且取樣要有代表性；（2）使用時(shí)要適當(dāng)調(diào)整一些工藝。以垃圾焚燒飛灰作為水泥原料生產(chǎn)生態(tài)水泥 n以中國(guó)垃圾焚燒發(fā)電廠為例，截至2007年底，中國(guó)垃圾焚燒發(fā)電廠總數(shù)已達(dá)75座，其中建成50座，在建25座，且這一數(shù)量還在不斷增長(zhǎng)。n大量垃圾焚燒電廠的建造將直接導(dǎo)致大量垃圾飛灰的產(chǎn)生。全世界每年大約產(chǎn)生49億噸垃圾飛灰，其中美國(guó)和中國(guó)每年大約分別產(chǎn)生22億噸和13億噸。n垃圾焚燒飛灰的主要化學(xué)成分是Si

10、O2、CaO、Al2O3和Fe2O3，以及大量的Cl-、SO3和堿等。還含有較高濃度的能被水浸出的可溶性Cd、Pb、Cu、Zn、Cr等多種有害重金屬物質(zhì)。 n此外，二惡英和呋喃等有機(jī)污染物也將在飛灰載體中富集存在，這些有毒有害污染物的存在對(duì)地下水體、周圍生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成了潛在的生態(tài)與健康風(fēng)險(xiǎn)。n因此，垃圾焚燒飛灰的處理是迫切需要解決的問(wèn)題。 n垃圾焚燒飛灰的主要化學(xué)成分是SiO2、CaO、Al2O3和Fe2O3，具有一定的膠凝活性。因此有望用作輔助性膠凝材料，一方面可以為重金屬?gòu)U棄物的無(wú)害化處理提供依據(jù)，徹底解決重金屬的污染問(wèn)題；另一方面也可以實(shí)現(xiàn)城市垃圾焚燒飛灰的資源化利用，為水泥工業(yè)

11、提供一種新的混合材料 原材料原材料普通硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥生態(tài)水泥生態(tài)水泥石灰石78%52%焚燒飛灰-38%污泥-9%粘土16%-石英砂4%-鐵礦渣2%-碳酸鈉-1% 日本Taiheyo水泥公司將大約50%的混合垃圾被作為原料生產(chǎn)生態(tài)水泥，生態(tài)水泥的組成如表所示： 生態(tài)水泥減少了不可再生資源的消耗以及垃圾的排放，使CO2排放量減少50%，能量消耗減少89%，節(jié)約垃圾處理費(fèi)用3萬(wàn)日元/平方米。 4.2 物料的破碎一、物料破碎的目的 需要破碎的物料：石灰石、煤、石膏等。 破碎的目的：便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存、烘干、配料、喂料、粉磨等。入料粒度(mm)出料粒度(mm)粗碎300900100 350中碎10

12、0 35020 100細(xì)碎50 1005 15粗、中、細(xì)碎的劃分二、破碎的方法 壓碎、折碎、沖 擊破碎、劈碎、 磨碎等 三、破碎比及破碎的工藝流程 破碎比：物料破碎前后粒度之比。是衡量破碎程度的重要參數(shù)，是破碎機(jī)計(jì)算生產(chǎn)能力和動(dòng)力消耗的重要依據(jù)。 （1）平均破碎比 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 式中：B破碎機(jī)最大進(jìn)料口寬度(mm)；b破碎機(jī)最大出料口寬度(mm)。mmDidBibn破碎的工藝流程：（1）物料破碎的級(jí)數(shù)根據(jù)物料總破碎比確定。（2）物料總破碎比根據(jù)原料的塊度與下一道工序所要求的物料粒度來(lái)確定。（3）采用一種破碎

13、機(jī)能滿足破碎要求時(shí)，即為單機(jī)破碎系統(tǒng)。（4）采用兩種或三種破碎機(jī)進(jìn)行分級(jí)破碎才能滿足總破碎比的要求時(shí)，即為兩級(jí)破碎或三級(jí)破碎系統(tǒng)。（5）破碎系統(tǒng)正向大型化、單段化，兼有破碎與烘干性能的多功能化等方向發(fā)展。破碎機(jī)類型鄂式圓錐式單輥式錘式(單轉(zhuǎn)子)反擊式(單轉(zhuǎn)子)破碎比353 64 810 2510 25常用破碎機(jī)的破碎比常用破碎機(jī)的破碎比n四、破碎機(jī)的類型顎式破碎機(jī)：顎式破碎機(jī)：依靠活動(dòng)鄂板作周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把兩鄂板間的物料壓碎。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、管理和維修方便、工作安全可靠、適用范圍廣。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：工作間歇式，非生產(chǎn)性的功率消耗大，產(chǎn)生較大的慣性力，使零件承受較大的負(fù)荷，不合適破碎片狀及

14、軟質(zhì)粘性物質(zhì)。破碎比較小。粗碎和中碎設(shè)備。粗碎和中碎設(shè)備。錘式破碎機(jī)：錘式破碎機(jī)：料塊受高速運(yùn)轉(zhuǎn)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。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，外型體積小，破碎比較大，生產(chǎn)能力高，單位質(zhì)產(chǎn)量電耗低，操作維修簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：錘頭和篦條等部件磨損較快，不適用于破碎潮濕或粘性物料。用于中碎（二次破碎），也有用于粗碎。用于中碎（二次破碎），也有用于粗碎。反擊式破碎機(jī)：反擊式破碎機(jī)：物料被固定在轉(zhuǎn)子上的板錘打擊到反擊板上，受反擊板的反擊而落下與轉(zhuǎn)子連續(xù)打擊的物塊相互碰撞，如此反復(fù)而使物料破碎。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：比錘式破碎機(jī)更多地利用了沖擊和反擊作用進(jìn)行選擇性破碎，物料自擊粉碎

15、強(qiáng)烈。破碎效率高，生產(chǎn)能力大，動(dòng)力消耗低，對(duì)物料適應(yīng)性強(qiáng)，破碎比較大?？蓽p少破碎段數(shù)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，節(jié)約投資。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，操作維修方便。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：打擊板錘與反擊板磨損快，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音大。應(yīng)用較廣泛，用于破碎石灰石、水泥熟料、石膏和煤等。應(yīng)用較廣泛，用于破碎石灰石、水泥熟料、石膏和煤等。反擊反擊-錘式破碎機(jī)：錘式破碎機(jī)：將反擊式和錘式破碎機(jī)結(jié)合在一起的高效率破碎機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可喂入12m3的巖石，在單程操作中可被破碎到95%的物料粒徑25mm，單位產(chǎn)品所需的功率為0.9 1.1kwh/t，通過(guò)調(diào)整顎板、排料篦條間隙，可以改變破碎產(chǎn)品的粒度，但由此會(huì)引起破碎機(jī)摻量的變動(dòng)。破碎類型破碎

16、類型破碎原理破碎原理破碎比破碎比 I允許物料允許物料含水（含水（%）適宜破碎的物料適宜破碎的物料鄂式、旋轉(zhuǎn)式、鄂式、旋轉(zhuǎn)式、鄂旋式破碎機(jī)鄂旋式破碎機(jī)擠壓3610石灰石、熟料、石膏細(xì)碎鄂式破碎機(jī)細(xì)碎鄂式破碎機(jī)擠壓8 1010石灰石、熟料、石膏錘式破碎機(jī)錘式破碎機(jī)沖擊10 15（雙轉(zhuǎn)子30 40 ）10石灰石、熟料、石膏、煤反擊式破碎機(jī)反擊式破碎機(jī)沖擊10 40 12石灰石、熟料、煤立軸錘式破碎機(jī)立軸錘式破碎機(jī)沖擊10 2012石灰石、熟料、石膏、煤沖擊式破碎機(jī)沖擊式破碎機(jī)沖擊10 3010石灰石、熟料、石膏風(fēng)選錘式破碎機(jī)風(fēng)選錘式破碎機(jī)沖擊、磨剝50 2008煤高速粉煤機(jī)高速粉煤機(jī)沖擊50 180

17、8 12煤齒輥式破碎機(jī)齒輥式破碎機(jī)擠壓、磨剝3 1520粘土刀式粘土破碎機(jī)刀式粘土破碎機(jī)擠壓、沖擊8 1218粘土破碎機(jī)的選擇（1）當(dāng)石灰石含土量少于5%時(shí)，可選用單轉(zhuǎn)子錘式破碎機(jī)，當(dāng)破碎比合適時(shí)也可以選擇反擊式破碎機(jī)。（2）當(dāng)石灰石含土量超過(guò)5%，且水分超過(guò)7%時(shí)應(yīng)選擇雙轉(zhuǎn)子錘式破碎機(jī)。（3）當(dāng)石灰石磨蝕性高時(shí)，則應(yīng)該選用反擊式破碎機(jī)，反擊式破碎機(jī)對(duì)磨蝕性礦石的適應(yīng)能力優(yōu)于錘式破碎機(jī)，但對(duì)含土量和水分的適應(yīng)能力不如雙轉(zhuǎn)子破碎機(jī)。如果是磨蝕性很高且很難破碎的礦石，就應(yīng)該考慮兩段破碎。（4）水泥廠若使用高水分的白堊、泥灰?guī)r為主要原料時(shí)，以上破碎方式就不適應(yīng)了，應(yīng)采用齒輥破或具有干燥功能的烘干破碎

18、機(jī)處理。（5）混合破碎系統(tǒng)宜選用雙轉(zhuǎn)子錘式破碎機(jī)。 總之，破碎系統(tǒng)以及破碎設(shè)備的選型應(yīng)根據(jù)具體項(xiàng)目的具體情況進(jìn)行詳細(xì)分析，最終確定。4.3 物料的均化 基本概念 （1）均化：通過(guò)采用一定的工藝措施，達(dá)到降低物料的化學(xué)成分波動(dòng)振幅，使物料的化學(xué)成分均勻一致的過(guò)程。 （2）均化的意義：均化是保證熟料質(zhì)量、產(chǎn)量及降低消耗的基本措施和前提條件，也是穩(wěn)定出廠水泥質(zhì)量的重要途徑。 （3）預(yù)均化：原料破碎后，入磨前進(jìn)行的均化。 （4）水泥廠物料的均化包括：原料、燃料的預(yù)均化和生料、水泥的均化。 生料均化的四個(gè)環(huán)節(jié)生料均化鏈 生料的均化過(guò)程貫穿于生料制備的全過(guò)程。礦山搭配開(kāi)采原料預(yù)均化堆場(chǎng)生料粉磨過(guò)程的均化作

19、用生料均化庫(kù)生料均化鏈生料均化鏈生料均化鏈n原燃料、生料均化的作用（1）對(duì)原料的均化，對(duì)原料的均化，能有效降低對(duì)原料品位的要求，充分利用低品位原料和廢料，延長(zhǎng)礦山使用年限，減少?gòu)U料剝離。降低開(kāi)采費(fèi)用和采購(gòu)費(fèi)用；（2）對(duì)燃料的均化，對(duì)燃料的均化，有利于穩(wěn)定水泥窯內(nèi)的燃燒情況，穩(wěn)定火焰形狀，保護(hù)好窯皮，提高熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低煤耗和耐火材料費(fèi)用；（3）對(duì)生料的均化，對(duì)生料的均化，有利于穩(wěn)定水泥窯熱工制度，提高產(chǎn)量，維持長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。降低能耗和維修維護(hù)費(fèi)用。一、評(píng)價(jià)物料均勻性能的指標(biāo)1. 標(biāo)準(zhǔn)偏差 式中：S標(biāo)準(zhǔn)偏差 n 試樣總數(shù)或測(cè)量次數(shù)，一般不應(yīng)少于2030個(gè)； xi物料中某成分的各次測(cè)量值；

20、各次測(cè)量值算數(shù)平均值。 標(biāo)準(zhǔn)偏差是一項(xiàng)表示物料成分均勻性的指標(biāo)，其值越小，成分越均勻。2. 均化效果 式中：H均化設(shè)施的均化效果 分別為進(jìn)入和卸出均化設(shè)施某成份的標(biāo)準(zhǔn)偏差。 H值越大，均化效果越好。211()1niiSxxnxSHS進(jìn)出SS進(jìn)出、二、原、燃料的預(yù)均化 原燃料的預(yù)均化：原燃料的預(yù)均化：原燃料在儲(chǔ)存、取用過(guò)程中，通過(guò)采用特殊的堆取料方式及設(shè)施，使原料或燃料化學(xué)成分波動(dòng)范圍減小，為入窯前生料或燃料成分趨于均勻一致而作的必要準(zhǔn)備過(guò)程。 簡(jiǎn)言之，所謂原燃料的預(yù)均化就是原料或燃料在粉磨之前所進(jìn)行的均化。 原理：原理：“平鋪直取平鋪直取” （1）堆放時(shí)，盡可能地以最多的相互平行、上下重疊的同

21、厚度的料層構(gòu)成料堆； （2）取料時(shí)，按垂直于料層方向的截面對(duì)所有料層切取一定厚度的物料。矩形預(yù)均化堆場(chǎng)矩形預(yù)均化堆場(chǎng)圓形預(yù)均化堆場(chǎng)圓形預(yù)均化堆場(chǎng)n原料預(yù)均化堆場(chǎng)的作用：原料預(yù)均化堆場(chǎng)的作用： （1）儲(chǔ)存作用儲(chǔ)存作用，其儲(chǔ)量為57d，可作為礦山和生產(chǎn)工藝線之間的緩沖； （2）均化作用均化作用，一般均化效果為58； （3）預(yù)配料作用預(yù)配料作用，進(jìn)入堆場(chǎng)的兩種物料，可按質(zhì)量比例預(yù)先配合成具有一定要求的混合料。三、生料均化機(jī)械均化多庫(kù)搭配機(jī)械倒庫(kù)投資省、操作簡(jiǎn)便、均化效果差效果較好、投資高氣力均化間歇式連續(xù)式混合室串聯(lián)式機(jī)械均化（一）多庫(kù)搭配 多庫(kù)搭配是根據(jù)各庫(kù)的生料碳酸鈣滴定值及控制指標(biāo)，計(jì)算出各庫(kù)搭配的比例。各庫(kù)按比例卸料，在運(yùn)輸過(guò)程中進(jìn)行均化。（二）機(jī)械倒庫(kù) 機(jī)械倒庫(kù)是利用螺旋運(yùn)輸機(jī)和提升機(jī)反復(fù)將庫(kù)內(nèi)物料卸出和裝入，以達(dá)到混合均勻的目的。機(jī)械倒庫(kù)均化效果H為23左右。氣力均化 （一）間歇式均化庫(kù) 分為攪拌庫(kù)和儲(chǔ)存庫(kù)。出磨生料粉先入攪拌庫(kù)，利