第四章原料及配料計算《水泥工藝學》

第四章硅酸鹽水泥的原料及配料計算配料：根據(jù)水泥品種、原料的物理、化學性能與具體的生產(chǎn)條件，確定原料的配合比，稱為生料的配合，簡稱配料。本章主要內(nèi)容：

1.原料的種類及特征

2.生料的易燒性

3.熟料組成的選擇

4.配料計算§4.1原料的種類及特征生產(chǎn)硅酸鹽水泥的主要原料：石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料。通常，生產(chǎn)1t硅酸鹽水泥熟料約消耗1.6t左右的干原料，其中干石灰質(zhì)原料約占80％左右，干粘土質(zhì)原料約10％～15％。生產(chǎn)硅酸鹽水泥所用原料原料名稱主要提供的成分配比（%）石灰質(zhì)原料CaO~80粘土質(zhì)原料SiO2、Al2O3少量Fe2O310~15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、助磨劑如：CaF2熟料制造水泥的原料應滿足以下工藝要求:

·化學成分必須滿足配料的要求；

·有害雜質(zhì)的含量應盡量少；

·應具有良好的工藝性能。一.石灰質(zhì)原料1.定義

凡是以碳酸鈣為主要成分的原料都屬于石灰質(zhì)原料。

水泥生產(chǎn)中常用的是含有碳酸鈣的天然礦石。石灰石2.分類

天然石灰質(zhì)原料

分類人工石灰質(zhì)原料△天然石灰質(zhì)原料

·石灰石：由碳酸鈣所組成的化學與生物化學沉積巖

主要成份:CaCO3

主要礦物：方解石（CaCO3)，常含有白云石(CaCO3·MgCO3)、硅質(zhì)（石英或燧石屬結(jié)晶SiO2)、含鐵礦物和粘土質(zhì)雜質(zhì)。制水泥用石灰石：CaO

≥45～48﹪

·泥灰?guī)r

由碳酸鈣和粘土物質(zhì)同時沉積形成，屬石灰?guī)r向粘土過渡的巖石。

高鈣泥灰?guī)r：CaO﹥45%KH﹥0.95，應與粘土配合低鈣泥灰?guī)r：CaO﹤43.5％，KH﹤0.8，應與石灰石配合天然水泥巖：CaO=43.5％～45%，各率值與熟料相近·白堊：由隱晶或無定形細粒疏松的碳酸鈣所組成的石灰?guī)r

主要成分：碳酸鈣，含量80%-90%，甚至高于90%。

性能：易于粉磨和煅燒，是立窯水泥廠的優(yōu)質(zhì)石灰質(zhì)原料。·貝殼：含碳酸鈣90％左右

△人工石灰質(zhì)原料·電石渣：是化工廠乙炔發(fā)生車間消解石灰排出的含水約85%~90%的消石灰漿。其主要成分Ca(OH)2，可替代部分石灰質(zhì)原料。常用于濕法生產(chǎn)?！?/p>

碳酸法制糖廠的糖濾泥、氯堿法制堿廠的堿渣、造紙廠的白泥：其主要成分都是CaCO3，均可做石灰質(zhì)原料。3.石灰質(zhì)原料的選擇

質(zhì)量要求

石灰質(zhì)原料使用最廣泛的是石灰石，其主要成分是CaCO3，純石灰石的CaO最高含量為56%，其品位由CaO含量確定。有害成分為MgO、R2O、（Na2O、K2O）和游離SiO2。

石灰質(zhì)原料的質(zhì)量要求

成分CaOMgOf-SiO2（燧石或石英）SO3Na2O+K2O含量（％）≥48≤3≤4≤1≤0.6

石灰質(zhì)原料的選擇

·搭配使用；·限制MgO含量；（白云石是MgO的主要來源，含有白云石的石灰石在新敲開的斷面上可以看到粉粒狀的閃光）；·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）；·新型干法水泥生產(chǎn)，還應限制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1.定義

主要提供水泥熟料中SiO2、

Al2O3和少量

Fe2O3等成分原料的總稱。2.分類

天然粘土質(zhì)原料

其它粘土質(zhì)原料

△天然粘土質(zhì)原料·黃土

（華北與西北地區(qū)）黃土是沒有層理的粘土與微粒礦物的天然混合物。成因以風積為主，也有成因于沖積、坡積、洪積和淤積的。顏色以黃褐色為主。

粘土礦物：伊利石為主，還有蒙脫石與拜來石等，以及石英、長石、白云母、方解石、石膏等。

化學成分：

SiO2、

Al2O3為主，SM=3.5～4.0IM=2.3～

2.8

塑性指數(shù)：8～12·粘土是多種微細的呈疏松或膠狀密實的含水鋁硅酸鹽礦物的混合體，它是由富含長石等鋁硅酸鹽礦物的巖石經(jīng)漫長地質(zhì)年代風化而成。

華北、西北地區(qū)的紅土

包括東北地區(qū)的黑土與棕壤南方地區(qū)的紅壤與黃壤等

主要特征：粘粒占40﹪～70﹪

根據(jù)粘土中主導礦物不同，粘土可分為以下

高嶺石類:如：紅壤、黃壤

類型：蒙脫石類:

水云母類:如黃土共同化學式：mSiO2·Al2O3·nH2O主導礦物：粘土類同時含有幾種粘土礦物時，其含量最多的礦物。粘土種類名稱主導礦物SMIM塑性指數(shù)紅土伊利石與高嶺石，還有長石、石英、方解石、白云母等

SO2低1.4-2.6Al2O3Fe2O3高2-518～27黑土與棕壤水云母與蒙脫石，還有石英及長石、方解石、云母等SiO2高2.7-3.12.6-2.917～20紅壤與黃壤主要高嶺石，其次伊利石、敘永石、三水鋁礦，還有石英、長石、赤鐵礦2.5-3.32-317～4520～25·頁巖

是粘土受地殼壓力膠結(jié)而成的粘土巖，層理明顯，顏色不定，一般灰色、褐色或黑色?；瘜W成分與粘土類似，可作為粘土使用，但其硅率較低，通常配料時需摻加硅質(zhì)校正原料。

主要礦物：石英、長石、云母、方解石

硅率較低，一般為2.1～2.8·粉砂巖

粉砂巖是由直徑為0.01~0.1mm的粉砂經(jīng)長期膠結(jié)變硬后碎屑沉積巖。

主要礦物：石英、長石、黏土等，膠結(jié)物質(zhì)有黏土質(zhì)、硅質(zhì)、鐵質(zhì)及碳酸鹽質(zhì)。顏色呈淡黃、淡紅、淡棕色、紫紅色等，質(zhì)地一般疏松，但也有較堅硬的。

粉頁巖的硅率較高，一般大于3.0，可作為硅鋁質(zhì)原料?！髌渌惩临|(zhì)原料·赤泥：制鋁工業(yè)中用燒結(jié)法從礬土中提取氧化鋁時所排出的赤色工業(yè)渣。含水40%

～50%，含大量C2S，故熱耗低，但易沉淀結(jié)硬?！っ喉肥翰擅簳r排出的含煤量很少的黑色廢石。·粉煤灰：發(fā)電廠排出的工業(yè)渣。

（煤矸石和粉煤灰含氧化鋁較高，硅率較低，應摻加硅質(zhì)校正原料進行調(diào)整。）·?；郀t礦渣：高爐冶煉生鐵時所排出的廢渣。3.衡量粘土質(zhì)量的指標P35·粘土的化學組成（硅率、鋁率）·含砂量·含堿量·粘土的可塑性·熱穩(wěn)定性·正常流動度的需水量△品質(zhì)要求品位nPMgO（%）R2O（%）SO3（%）塑性指數(shù)（立窯考慮）一級品2.7~3.51.5~3.5＜3.0＜4.0＜2.0﹥12二級品2.0~2.7;3.5~4.0不限＜3.0＜4.0＜2.0﹥124.粘土質(zhì)原料的品質(zhì)要求及選擇

△選擇粘土質(zhì)原料時應注意的問題

●n、p值要適當。●盡量不含碎石、卵石，粗砂含量應小于5%。●旋窯生產(chǎn)時對可塑性不做要求。三.校正原料

當石灰質(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，必須根據(jù)所缺少的組分摻加相應的校正原料，這種以補充某些成分不足為主的原料稱為校正原料。

鐵質(zhì)校正原料

補充氧化鐵含量不足的原料，F(xiàn)e2O3含量﹥40

·低品位鐵礦石·煉鐵廠尾礦·硫鐵礦渣·鉛礦渣或銅礦渣

鐵礦石

硅質(zhì)校正原料

補充氧化硅含量不足的原料，SiO2﹥

70％～90％，n＞4.0，R2O＜4.0。常用：砂巖、河砂、粉砂巖等。其中砂巖，河砂中結(jié)晶SiO2多，難磨難燒，盡量不用，風化砂巖易于粉磨，對煅燒影響小。砂巖頁巖

鋁質(zhì)校正原料

補充氧化鋁含量不足的原料，Al2O3＞30％。常用：低品位礬土、煤渣、煤矸石、粉煤灰等鋁鈣渣校正原料

一覽表名稱常用材料質(zhì)量要求鐵質(zhì)校正原料低品位鐵礦石、煉鐵廠的尾礦、硫鐵礦渣鉛礦渣銅礦渣

Fe2O3＞40%硅質(zhì)校正原料硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河砂、砂巖、粉砂巖SiO2:70%~90%n﹥4.0；R2O﹤4.0%鋁質(zhì)校正原料爐渣、煤矸石、礬土Al2O3﹥30%兼作礦化劑

四.低品位原料和工業(yè)廢渣的利用低品位原料：指那些化學成分、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、工業(yè)廢渣：主要指煤矸石、石煤、粉煤灰、爐渣等名稱主要來源化學成分

用途低品位石灰質(zhì)原料天然低品位礦物CaO1.與CaO含量較高的石灰石搭配使用2.用硅質(zhì)泥灰?guī)r作粘土質(zhì)原料和取代部分石灰質(zhì)原料。石煤

煤礦生產(chǎn)廢渣以SiO2、Al2O3為主，少量Fe2O3、CaO1.代替粘土配料；2.經(jīng)煅燒處理后作混合材；3.作沸騰燃燒室燃料，其渣作水泥混合材。煤矸石

低碳煤電石渣乙炔生產(chǎn)廢渣

Ca(OH)2可代替部分石灰質(zhì)原料粉煤灰煤粉燃燒后粉狀灰燼

以SiO2、

Al2O3為主1.作混合材料；2.代替部分或全部粘土參與配料。爐渣鍋爐煤灰渣§4.2生料的易燒性一、生料的易燒性定義與表示方法

定義：是指生料在窯內(nèi)煅燒成熟料的過程中相對難易程度。表示方法

·實用易燒性：在1350℃恒溫下，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒生料CaO≤2％達到所需要的時間。

·指數(shù)或系數(shù)越大,易燒性越差二.影響生料易燒性的主要因素·生料的潛在礦物組成·原料的性質(zhì)和顆粒組成

·生料中次要氧化物和微量元素·生料的均勻性和生料的粉磨細度·礦化劑

·生料的熱處理·液相

·燃煤的性質(zhì)·窯內(nèi)氣氛§4.3熟料組成的選擇一.水泥品種二.原料品質(zhì)三.燃料品質(zhì)四.生料成分的均勻性五.窯型與規(guī)格六.生料的易燒性§4.4配料計算◆配料根據(jù)水泥品種、原燃料品質(zhì)、工廠具體生產(chǎn)條件等選擇合理的熟料礦物組成或率值，并由此計算所用原料及燃料的配合比，稱為生料配料，簡稱配料。

配料的目的（1）工藝設(shè)計（2）生產(chǎn)運行

配料的原則

（1）生料成分滿足煅燒優(yōu)質(zhì)熟料的要求；（2）生料具有良好的易磨性和易燒性；（3）生產(chǎn)過程易于控制，便于操作，簡化流程；（4）經(jīng)濟、合理地使用礦山資源。

一.配料計算的依據(jù)與基準1.依據(jù):

物料平衡2.常用基準:

·干燥基準：物料中的物理水分蒸發(fā)后處于干燥狀態(tài)，以干燥狀態(tài)質(zhì)量所表示的計量單位。

·灼燒基準：去掉燒失量（結(jié)晶水、二氧化碳與揮發(fā)物質(zhì)等）以后，生料處于灼燒狀態(tài)。以灼燒狀態(tài)質(zhì)量所表示的計算單位，稱為灼燒基準。

·濕基準：用含水物料作計算基準時稱為濕基準，簡稱濕基。

反應物的量=生成物的量3.幾個關(guān)系式·若不考慮生產(chǎn)損失，則干原料的質(zhì)量應等于生料的質(zhì)量，即：

干石灰石+干粘土+干鐵粉=干生料·若不考慮生產(chǎn)損失，又無灰分摻入，則:

灼燒石灰石+灼燒粘土+灼燒鐵粉=灼燒生料=熟料

·若不考慮生產(chǎn)損失，在采用有灰分摻入的燃煤時，則：

灼燒生料+煤灰（摻入熟料的）=熟料二.配料方案的選擇

◆配料方案:即熟料的礦物組成或熟料的三率值?！襞淞戏桨傅倪x擇:選擇合理的熟料礦物組成，即確定熟料三率值KH、SM、IM值。

◆如何確定配料方案:應根據(jù)水泥品種、原料與燃料品質(zhì)、生料質(zhì)量及易燒性、熟料煅燒工藝與設(shè)備等進行綜合考慮。

確定率值應注意1、三個率值要互相匹配，吻合，不能只強調(diào)某一率值而忽視其他兩個。2、一般率值的波動范圍：

KH=目標值±0.01～0.02，

SM=目標值±0.1，

IM=目標值±0.1。4.1.2配料計算方法配料計算方法很多，主要介紹應用比較廣泛的嘗試誤差法、遞減試湊法、代數(shù)法及其用微機編制程序的計算方法。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，水泥工業(yè)已逐漸實現(xiàn)電子計算機的控制和管理，使配料計算更簡單、高效。◆原理：

假定原料配合比→計算熟料組成→計算結(jié)果與設(shè)定值比較→若不符合要求，則調(diào)整配合比重新計算，直到符合要求為止。◆計算過程：

1.確定熟料組成（KH、SM、IM）2.計算煤灰摻入量：3.計算干燥原料配合比；①先假設(shè)干燥原料配合比(通常石：粘：鐵=80：15：5），計算生料的化學成分；②扣除煤灰?guī)氲某煞郑嬎阕茻系幕瘜W成分；③計入煤灰摻入量，計算熟料的化學成分；④由熟料的化學成分計算率值并與要求的進行比較；如率值不符合要求，重復調(diào)整配比計算，直至率值符合要求為止；

4.計算濕原料配合比；5.下達控制指標；◆配料計算的已知條件：

·原料、燃料的分析數(shù)據(jù)（工業(yè)分析、化學分析)

·已知熟料的率值（或礦物組成）及熟料單位熱耗

[例1]已知原、燃料的有關(guān)分析數(shù)據(jù)如表4-10，4-11所示，假設(shè)用窯外分解窯以三種原料配合進行生產(chǎn)，要求熟料的三率值為：KH=0.89，SM=2.1，IM=1.3，單位熟料熱耗為335KJ/Kg熟料(730Kcal/Kg.熟料)，試計算原料的配合比。

[解]

（1）確定熟料組成根據(jù)題意，已知熟料率值為：KH=0.89SM=2.1，IM=1.3。（2）計算煤灰摻入量(3)計算干燥原料配合比三組分配料，通常石灰石配合比例為80%左右；粘土15%左右；鐵粉5%左右；設(shè)定干燥原料配合比為：石灰石81%，粘土15%

，鐵粉4%，以此計算生料的化學成分。名稱配合比燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石81.034.551.960.250.1543.03粘土15.10.7910.542.210.820.21鐵粉4.0—1.380.461.930.14生料100.035.3413.882.922.9043.38灼燒生料—21.474.524.4867.09名稱配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaO灼燒生料95.4320.484.314.2864.02煤灰4.572.451.620.200.22熟料100.022.935.934.4864.24熟料的率值計算如下：

KH=0.824SM=2.20IM=1.32

上述計算結(jié)果可知，KH過低，SM過高，IM較接近。根據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計，每增減1%石灰石（相應減增1%粘土），約增減KH=0.05。據(jù)此，調(diào)整原料配合比為：石灰石82.2%，粘土13.7%，鐵粉4.1%。重新計算結(jié)果如下：

名稱配合比燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石82.2035.071.990.260.1643.67粘土13.700.729.622.020.750.19鐵粉4.10_1.410.471.980.15生料100.035.7913.022.752.8944.01灼燒生料_20.284.284.5068.54灼燒生料95.43_19.354.084.2965.41煤灰4.57_2.451.620.200.22熟料100.0_21.805.704.4962