硅酸鹽水泥的原料及配料計算匯總

第四章硅酸鹽水泥的原料及配料計算§4-1石灰質原料

§4-2粘土質原料

§4-7配料計算

§4-6熟料組成選擇

§4-5水泥生料的易燒性

§4-4燃料

§4-3校正原料原料名稱主要提供的成分配比（%）石灰質原料CaO~80粘土質原料SiO2、Al2O3少量Fe2O310~15校正原料鐵質校正原料Fe2O3硅質校正原料SiO2鋁質校正原料Al2O3外加劑礦化劑晶種助磨劑如：CaF2熟料生產(chǎn)硅酸鹽水泥所用原料主要成分：CaCO3天然（常用）人工(工業(yè)廢渣)§4-1石灰質原料一、種類及性質

石灰石（最常用）大理石泥灰?guī)r、白堊土貝殼、珊瑚類§4-1石灰質原料種類：定義：是由碳酸鈣組成的化學與生物化學沉積巖。主要礦物：為方解石（CaCO3）微粒組成，并常含有白云石（CaCO3·MgCO3）、石英（結晶SiO2）、燧石（又稱玻璃質石英、火石，主要成分為SiO2，屬結晶SiO2）粘土質及鐵質等雜質。分類：白云質石灰?guī)r、硅質石灰?guī)r、粘土質石灰?guī)rCaO含量：純石灰石含CaO56%，CO2燒失量為44%，白色，隨雜質含量增加CaO含量減少。含水量：一般不大于1.0%，具體值隨氣候而異。含粘土雜質越多，水分越高。石灰石定義：是碳酸鈣和粘土物質同時沉積所形成的均勻混合的沉積巖，屬石灰?guī)r向粘土過渡的中間類型巖石。是一種極好的水泥原料。(混合均勻，易于煅燒)分類：高鈣泥灰?guī)r：CaO≥45%

低鈣泥灰?guī)r：CaO＜45%有些地方產(chǎn)的泥灰?guī)r成分接近制造水泥的原料(CaO43.5%~45%)，可直接燒制水泥，稱天然水泥巖。主要礦物：方解石泥灰?guī)r定義：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)質石灰質原料。白堊貝殼、蠣殼、珊瑚石，含碳酸鈣90%左右，表面附有泥砂和鹽類（如MgCl2,NaCl）等有害物質。貝殼、珊瑚類二、石灰質原料的選擇石灰質原料的質量要求石灰質原料的選擇§2-1石灰質原料石灰質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。石灰質原料的一般要求如下：（一）質量要求：名稱品位CaOMgOR2OSO3燧石或石英（f-SiO2）石灰石一級品＞48＜2.5＜1.0＜1.0＜4.0二級品45~48＜3.0＜1.0＜1.0＜4.0泥灰?guī)r35~45＜3.0＜1.2＜1.0＜4.0石灰質原料的一般要求如下1、搭配使用；48%2、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）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核狀的夾雜物。）4、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）石灰質原料的選擇三、常見的石灰質原料的化學成分CaO,SiO2,Al2O3,Fe2O3,MgO、R2O（Na2O、K2O）四、石灰質原料性能測試方法化學分析法氧化物含量差熱分析法分解溫度X射線衍射礦物組成透射電子顯微鏡微觀結構（二）石灰質原料的選擇概念：粘土質原料系指含水鋁硅酸鹽礦物原料的總稱。主要化學成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3§4-2粘土原料種類：

粘土：東北的灰色、灰黃色粘土南方的紅壤、黃壤

黃土：主要分布在西北、華北

頁巖、粉砂巖：

河泥、湖泥：靠近江河湖海的地區(qū)使用最多的是粘土和黃土。近年來多用頁巖、粉砂巖等一、粘土質原料的種類與特性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)漫長地質年代風化而成。包括華北、西北地區(qū)的紅土，東北地區(qū)的黑土與棕壤，南方地區(qū)的紅壤與黃壤等。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。類型：高嶺石類:2SiO2·Al2O3·2H2O如：紅壤、黃壤蒙脫石類:4SiO2·Al2O3·nH2O水云母類:如黃土共同化學式：mSiO2·Al2O3·nH2O粘土

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。黃土頁巖是粘土經(jīng)長期膠結而成的粘土巖。一般形成與海相或陸相沉積，或海相與陸相交互沉積?；瘜W成分類似于粘土，可作為粘土使用，但其硅率較低，通常配料時需摻加硅質校正原料。頁巖顏色不定，一般灰黃、灰綠、黑色及紫色等，結構致密堅實，層理發(fā)育，通常呈頁狀或薄片狀。頁巖粉砂巖是由直徑為0.01~0.1mm的粉砂經(jīng)長期膠結變硬后碎屑沉積巖。主要礦物是石英、長石、粘土等膠結物質有粘土質、硅質、鐵質及碳酸鹽質。顏色呈淡黃、淡紅、淡棕色、紫紅色等，質地一般疏松，但也有較堅硬的。粉頁巖的硅率較高，一般大于3.0，可作為硅鋁質原料。粉砂巖江、河、湖、泊由于流水速度分布不同，使挾帶的泥沙規(guī)律地分級沉降的產(chǎn)物。其成分決定于河岸崩塌物和流域內地表流失土的成分。建造在靠江、湖的濕法水泥廠，可利用挖泥船在固定區(qū)域內進行采掘，做粘土質原料使用。河泥、湖泥類由頁巖、粉砂巖或中酸性凝灰?guī)r經(jīng)低級區(qū)域變質作用形成的變質巖稱千枚巖。巖石中的細小片狀礦物定向排列，斷面上可見許多大致平行，極薄的片理，片理面呈絲絹光澤。巖石常呈淺紅、深紅、灰及黑等色。千枚巖（一）品質要求品位nPMgO（%）R2O（%）SO3（%）塑性指數(shù)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﹥12二、粘土質原料的品質要求及選擇（二）、選擇粘土質原料時應注意的問題1、n、p值要適當。2、盡量不含碎石、卵石，粗砂含量應小于5%。3、旋窯生產(chǎn)時對可塑性不做要求。(三）粘土質原料的性能測試方法二、粘土質原料的品質要求及選擇粘土質石灰質相關聯(lián)（MgO、R2O（Na2O、K2O）限量）三、粘土質原料的應用實例一、校正原料當石灰質原料和粘土質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原料，這種以補充某些成分不足為主的原料稱校正原料?！?-3校正原料、礦化劑、緩凝劑（一）鐵質校正原料常用：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。目前有用鉛礦渣或銅礦渣的，既是校正原料，又兼做礦化劑。（FeO）表3.8一、校正原料（二）、硅質校正原料常用：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。（三）、鋁質校正原料常用：爐渣、煤矸石、鋁礬土等一、校正原料（四）校正原料的質量要求名稱常用材料質量要求鐵質校正原料硫鐵渣、低品位鐵礦、煉鐵廠的尾礦鉛礦渣銅礦渣

Fe2O3＞40%硅質校正原料硅藻土、硅藻石、蛋白石、砂巖SiO2:70%~90%n:﹥4.0；R2O﹤4.0%鋁質校正原料爐渣、煤矸石、礬土Al2O3﹥30%兼作礦化劑一、校正原料定義：在煅燒過程中，能加速熟料礦物的形成，本身不參加反應或只參加中間反應的物質。類型：

礦化劑

復合礦化劑作用：加速分解反應；加速固相反應；降低液相出現(xiàn)的溫度；加速C3S的形成含氟化合物：如：CaF2(螢石)硫化物：如：石膏氯化物：CaCl2其他:如：銅礦渣、磷礦渣二、礦化劑常用：石膏石膏的作用：緩凝提高水泥早強，改善水泥性能類型：天然石膏

工業(yè)副產(chǎn)石膏摻量：3%~6%最佳摻量由試驗決定；多了會影響水泥安定性石膏：CaSO4·2H2O硬石膏：CaSO4三、緩凝劑低品位原料：指那些化學成分、雜質含量與物理性能等不符合一般水泥生產(chǎn)要求的原料。如：低品位石灰質原料工業(yè)廢渣：主要指煤矸石、石煤、粉煤灰、爐渣等§4-4低品位原料和工業(yè)廢渣的利用石灰質原料低品位化；Si、Al質原料巖礦化；Fe質原料廢渣化。目前水泥原料結構的一個新的技術方向使用低品位原料急工業(yè)廢渣時應注意這些原料成分波動大，使用前先要取樣分析，且取樣要有代表性；使用時要適當調整一些工藝。低品位石灰質原料：CaO＜48%或含較多雜質。其中白云石質巖不適宜生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料，其余均可用。與CaO含量較高的石灰石搭配使用用硅質泥灰?guī)r作粘土質原料和取代部分石灰質原料。一、低品位石灰質原料的利用玄武巖：是一種分布較廣的火成巖，其顏色因異質礦物的含量而異，并由灰到黑，風化后表面呈紅褐色。成分：類似粘土，但Fe2O3、R2O偏高。(助熔氧化物含量較多)

使用：代替粘土質原料使用注意事項：因其可塑性、易磨性差，使用時要強化粉磨。二、玄武巖資源的開發(fā)與利用煤矸石：煤礦生產(chǎn)時的廢渣，是采煤和選礦過程中分離出來的，屬泥質巖，夾雜一些砂巖。化學成分：以SiO2、Al2O3為主，少量Fe2O3、CaO，少量熱值。石煤：古生代和晚古生代菌藻類低等植物所形成的低炭煤。其組成性質及生成等與煤無本質差別，屬可燃沉積巖。三、煤矸石、石煤的利用1、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、石煤的應用：粉煤灰：是火力發(fā)電廠煤粉燃燒后所得的粉狀灰燼。

爐渣：煤在工業(yè)鍋爐燃燒后排出的灰渣。成分：以SiO2、Al2O3為主利用：1、作混合材料；2、代替部分或全部粘土參與配料。作原料使用時應注意：1、加強均化；2、精確計量；3、注意可燃物對煅燒的影響；4、因其可塑性差，立窯生產(chǎn)時要搞好成球。粉煤灰及爐渣的利用珍珠巖：是一種以玻璃態(tài)存在的火成非晶類物質，屬富含SiO2的酸性巖石，可用作粘土質原料配料。赤泥：是燒結法從礬土中提取氧化鋁時所排出的赤色廢渣，Al2O3和Fe2O3含量高，CaO含量低，赤泥漿含水大，可作濕法生產(chǎn)的粘土質原料。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%的廢渣。主要成分是Ca(OH)2,可替代部分石灰質原料。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，均可做石灰質原料。四、其他原料固體燃料煤液體燃料重油氣體燃料煤氣煤正常煤低質煤灰分高熱值低§4-4燃料煤的化學成分：工業(yè)分析水分W揮發(fā)分V固定碳C灰分A

可燃成分多，煤的發(fā)熱量低多，易燃，火焰長焦碳多，發(fā)熱量低一、固體燃料無煙煤（硬煤、白煤）炭化程度深揮發(fā)分含量小于10%質硬、金屬光澤、含碳量高，著火溫度高600～700℃火焰短熱值20934~29308KJ/Kg立窯煙煤炭化程度較深揮發(fā)分含量15~40%質硬著火溫度高400～500℃火焰較長而煙多熱值20934~31401KJ/Kg回轉窯褐煤炭化程度較淺揮發(fā)分含量較高40~60%，褐色無光澤熱值8374~18841KJ/Kg性質不穩(wěn)定易風化粉碎易自燃煤的種類煙煤熱值

越高越好揮發(fā)分

高，著火快，火焰長揮發(fā)分22%~32%灰分煤灰進入熟料灰分小于27%水分高燃燒速度慢，適量水分促進C和O的化合，發(fā)火后能提高輻射力1.0%~1.5%細度粗，燃燒不充分，細，迅速完全回轉窯對燃煤的質量要求揮發(fā)分小于10%的無煙煤或焦炭屑揮發(fā)分高，在預熱帶受熱，逸出，損失對低質煤有較大適應性，和原料配合，粉磨均勻立窯用煤要求液體燃料重油渣油氣體燃料煤氣只適用于回轉窯液體燃料和氣體燃料兩種表達方式：①某溫度下經(jīng)規(guī)定時間煅燒后測量熟料中游離氧化鈣含量，含量降低表明易燒性改善。②測量規(guī)定溫度下達到游離氧化鈣含量小于2.0%的時間，時間的減少表明易燒性改善?！?-5水泥生料易燒性影響易燒性的因素①生料的潛在礦物組成②原料的性質和顆粒組成③生料中次要氧化物和微量元素④生料的均勻性⑤礦化劑⑥生料的熱處理⑦液相⑧燃煤⑨窯內氣氛水泥品種原料品質燃料品質生料成分的均勻性窯型和規(guī)格生料的易燒性§4-6熟料組成的選擇§4-7

配料計算§4-7.1生料及配料的基本概念

§4-7.2配料方案的選擇

§4-7.3配料計算一、生料定義：由石灰質原料、粘土質原料、少量校正原料（有時還加入礦化劑、晶種等，立窯生產(chǎn)時還要加煤）按比例配合，粉磨到一定細度的物料。分類（含水量）：生料粉(≤1%)。和生料漿（32%~40%）兩種。

§4-7.1生料及配料的基本概念生料粉：是否含煤分為三種：白生料：出磨生料中不含煤。干法回轉窯及采用白生料法煅燒的立窯用。黑生料：出磨生料中含有煅燒所需的全部煤。采用全黑生料法煅燒的立窯用。半黑生料：出磨生料中只含有煅燒所需煤的一部分。采用半黑生料法煅燒的立窯用§4-7.1生料及配料的基本概念二、配料1、概念配料：根據(jù)水泥品種、原燃料品質、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：

設計生產(chǎn)§4-7.1生料及配料的基本概念KH=0.87~0.96n(SM)=1.7~2,7p(IM)=0.9~1.9§4-7.1生料及配料的基本概念

1、燒出的熟料具有較高的強度和良好的物理化學性能；2、配制的生料易于粉磨和煅燒；3、生產(chǎn)過程中易于控制，便于生產(chǎn)操作管理，盡量簡化工藝流程，并結合工廠生產(chǎn)條件、經(jīng)濟、合理地使用礦山資源。配料應遵循的基本原則：干燥基準：如不考慮生產(chǎn)損失，有：各種干原料之和=干生料（白生料）灼燒基準：如不考慮生產(chǎn)損失，有：灼燒生料+煤灰（摻入熟料中的）=熟料濕基準：（二）配料計算中的常用基準及換算A——干基物料成分（%）L——干基物料燒失量（%）w——物料含水量（%）干基轉灼燒基灼燒基成分（%）＝干基轉濕基：濕基成分＝基準間的轉換：熱耗：生產(chǎn)1kg熟料所消耗的熱量。符號q，單位kJ/kg；煤耗：生產(chǎn)1kg熟料所消耗的煤的質量。符號p，單位kg/kg式中：Ｑnet,ar——煤的應用基低位發(fā)熱量（KＪ/kg）（三）、熟料熱耗與煤耗應用基送到分析室時的狀態(tài)進行分析的結果分析基空氣干燥干燥基不含任何水分可燃基不含水分和灰分煤的基準式中：GA——熟料中煤灰的摻入量（%）；

Aar——煤的收到基灰分含量（%）；

S——煤灰沉落于熟料中的百分率（%）。一般取S=100。（四）、煤灰摻入量理論料耗KT：不計生產(chǎn)損失和物料水分的情況下，生產(chǎn)每千克熟料所消耗的干生料量。生產(chǎn)方式及煅燒工藝不同，計算公式不同。1、回轉窯、立窯白生料的理論料耗：式中：KT——理論料耗；

L白——白生料的燒失量（%）。（五）、理論料耗2、立窯全黑生料理論料耗：3、立窯半黑生料理論料耗：（五）、理論料耗

1、選擇合理的熟料礦物組成和率值；2、計算原料配比；3、通過生產(chǎn)控制，保證配料方案的實現(xiàn)。配料工作：配料方案：既熟料的礦物組成或熟料的三率值。配料方案的選擇：選擇合理的熟料礦物組成，即確定熟料的三率值KH、n、p。§4-7.2配料方案的選擇水泥品種原料品質燃料品質生料質量生產(chǎn)窯型和生產(chǎn)方法一、確定配料方案的依據(jù)三個率值要互相匹配，吻合，不能只強調某一率值而忽視其他兩個。一般率值的波動范圍：KH：目標值±0.01~0.02n：目標值±0.1p：目標值±0.1二、熟料率值的選擇20世紀80年代中后期對《我國四種預分解窯型分析研究與改進》對熟料質量統(tǒng)計分析，建議采用“兩高一中”配料，即高n、p，中KH。一般：KH=0.86~0.88n=2.4~2.6p=1.5~1.6預分解窯熟料成分優(yōu)化設計建議20世紀90年代中期以后，技術發(fā)展，建議采用“三高”配料：KH=0.88~0.92n=2.5~2.8p=1.6~1.8嘗試誤差法——遞減試湊法(即從熟料化學成分中依次遞減配合比的原料成分，試湊至符合要求為止基準：100Kg熟料計算步驟：

1、列出原料、煤灰的化學成分，煤的工業(yè)分析資料。2、計算煤灰的摻入量；(p62,4.6)3、選擇熟料率值(KH,n,p)；4、根據(jù)熟料率值計算要求的熟料化學成分(p31,2.19-2.22)；5、遞減試湊求各原料配合比；6、計算熟料化學成分并校驗率值；7、將干燥原料配合比換算成濕原料配合比。§4-7.

3、配料計算已知條件

原料化學成分換算成100﹪

名稱SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO燒失量其他合計石灰石2.420.310.1953.130.5742.660.72100.00粘土70.2514.725.481.410.925.271.95100.00鐵粉34.4211.5348.273.530.092.26100.00煤灰53.5235.344.464.791.190.70100.00白生料配料計算實例煤的工業(yè)分析設計熟料率值:

KH=0.89±0.01;SM=2.1±0.1;IM=1.30±0.1熱耗:3350KJ/Kg-熟料水分灰分揮發(fā)分固定碳發(fā)熱量4.49%28.56%20.12%46.83%20930KJ/KgGA=

設∑=97.5Fe2O3=4.50%Al2O3=5.85%SiO2=21.74%CaO=65.41%1、計算煤灰摻入量2、計算熟料的化學成分計算步驟SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO+其他要求熟料成分-4.57Kg煤灰成分21.742.545.851.624.500.2065.410.232.500.09差值-122Kg石灰石19.292.954.230.384.300.2365.1964.822.411.57差值-23Kg粘土16.3416.163.853.394.071.260.370.320.840.66差值-5.8Kg鐵粉0.182.000.460.672.812.800.050.200.180.13差值+2.6Kg粘土-1.821.83-0.210.380.010.14-0.150.040.050.07和-0.3Kg鐵粉0.010.100.170.030.150.14-0.110.010.120.01差+0.2Kg石灰石-0.0900.1400.010-0.120.110.110余-0.090.140.01-0.010.113、進行遞減試湊據(jù)上表可求得煅燒100Kg熟料所需各種原料用量為:

干石灰石=122-0.2=121.8Kg干粘土=23-2.6=20.4Kg干鐵粉=5.8+0.3=6.1Kg各原料配比為:干石灰石=干粘土=干鐵粉=生料、熟料化學成分名稱配合比（%）燒矢量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石粘土鐵粉82.1313.764.1135.040.73—1.999.671.410.252.030.470.160.761.9843.640.190.14生料10035.7713.072.752.9043.97灼燒生料100—20.354.284.5268.46灼燒生料煤灰100-4.574.57——19.422.454.081.624.310.2065.330.22熟料100—21.875.704.5165.65KH=0.891SM=2.14IM=1.264、校驗熟料化學成分與率值設定入磨原料水分控制值為：

石灰石0.8%，粘土1.5%，鐵粉4%。濕基濕物料配比及計算過程p62

4.4名稱濕基用量（份）濕基配比（%）石灰石粘土鐵粉合計101.041005、濕物料配比已知條件

原料化學成分換算成100﹪

名稱SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO燒失量其他合計石灰石7.261.761.0549.061.8838.280.71100.00粘土66.3215.865.081.091.406.843.41100.00鐵粉14.538.7165.422.262.015.501.57100.00煤灰53.8430.425.164.521.30-5.03100.00白生料配料計算實例2

煤的工業(yè)分析設計熟料率值:

KH=0.87±0.01;SM=2.1±0.1;IM=1.30±0.1熱耗:

4186KJ/Kg-熟料水分灰分揮發(fā)分固定碳發(fā)熱量5.70%17.92%10.00%66.38%24276KJ/KgGA

設∑=97.5Fe2O3=4.56%Al2O3=5.93%SiO2=22.03%CaO=65.98%1、計算煤灰摻入量2、計算熟料的化學成分計算步驟SiO2Al2O3Fe2O3CaO說明要求熟料成分-3.09Kg煤灰成分22.031.665.930.944.560.1664.980.14差值-132Kg石灰石20.379.584.992.324.401.3964.8464.76差值-15.53Kg粘土10.7910.302.672.463.010.790.080.17設粘土為xkg,鐵粉為ykg則66.32%x+14.53%y=10.795.08%x+65.42%y=3.0