硅酸盐水泥熟料形成化学水泥工艺学

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1、 5 硅 酸 盐 水 泥 熟 料 形 成 化 学 5.1煅 烧 过 程 物 理 化 学 变 化 一 、 干 燥 生 料 都 含 有 一 定 量 的 自 由 水 分 。 随 着 物 料 温度 逐 渐 升 高 ， 物 料 中 的 水 分 被 蒸 发 ， 当 温 度升 高 到 100 150 时 ， 生 料 中 的 自 由 水 分全 部 被 排 除 ， 这 一 过 程 称 为 干 燥 过 程 。 新 型干 法 水 泥 生 料 水 分 小 于 1 ， 此 过 程 在 预 热 器内 瞬 间 即 可 完 成 。 二 、 粘 土 质 原 料 脱 水 当 温 度 继 续 升 高 到 450 时 ， 粘 土 中

2、 的 主 要 组成 高 岭 土 (Al2O3 2Si O22H2O)发 生 脱 水 反 应 ，脱 去 其 中 的 化 学 结 合 水 ， 其 化 学 反 应 式 为 A12O32SiO22H2OA12O3+2SiO 2+2H2O (无 定 形 ) (无 定 形 ) 高 岭 土 在 失 去 化 学 结 合 水 的 同 时 ， 分 子 结 构也 产 生 变 化 ， 变 成 游 离 的 无 定 形 的 A12O3和SiO 2。 三 、 碳 酸 盐 分 解 温 度 继 续 升 至 600 以 上 时 ， 生 料 中 的 碳 酸 盐开 始 分 解 ， 主 要 是 石 灰 石 中 的 碳 酸 钙 和 原

3、料中 夹 杂 的 碳 酸 镁 进 行 分 解 ， 其 化 学 反 应 式 为 碳 酸 钙 在 水 泥 生 料 中 所 占 比 率 在 80 左 右 ，其 分 解 过 程 需 要 吸 收 大 量 的 热 ， 是 熟 料 煅 烧过 程 中 消 耗 热 量 最 多 的 一 个 过 程 ， 是 水 泥 熟料 煅 烧 过 程 中 的 重 要 环 节 。 1. 碳 酸 盐 分 解 反 应 的 特 点 可 逆 反 应 碳 酸 钙 的 分 解 过 程 受 系 统 温 度 、 周 围 介 质 中 CO2分 压 的 影 响 较 大 。 升 温 并 供 给 足 够 的 热 量 ，及 时 排 除 周 围 介 质 中

4、的 CO2， 降 低 周 围 介 质 中的 分 压 CO2， 有 利 于 分 解 反 应 的 顺 利 进 行 。 强 吸 热 反 应 碳 酸 钙 的 分 解 过 程 是 熟 料 形 成 过 程 中 消 耗 热量 最 多 的 一 个 工 艺 过 程 ， 分 解 所 需 总 热 量 约占 湿 法 生 产 总 热 耗 的 1/3， 约 占 新 型 干 法 窑 的1/2。 因 此 ， 为 了 使 分 解 反 应 顺 利 进 行 ， 必 须保 持 较 高 的 反 应 温 度 ， 并 提 供 足 够 的 热 量 。 烧 失 量 大 每 100kg纯 CaCO3分 解 后 排 除 的 挥 发 性 CO2气体

5、 44kg ， 烧 失 量 占 44%。 但 在 实 际 生 产 中 ，由 于 石 灰 石 不 纯 ， 故 烧 失 量 一 般 在 40%左 右 。 分 解 温 度 与 矿 物 晶 体 结 构 有 关 石 灰 石 中 伴 生 矿 物 和 杂 质 一 般 会 降 低 分 解 温度 。 方 解 石 的 结 晶 程 度 高 、 晶 体 粗 大 ， 则 分解 温 度 高 ； 反 之 ， 微 晶 的 分 解 温 度 低 。 2. 影 响 CaCO3分 解 的 主 要 因 素 石 灰 质 原 料 性 质 石 灰 石 中 伴 生 其 他 矿 物 和 杂 质 具 有 降 低 分 解温 度 的 作 用 ； 方

6、解 石 晶 体 越 小 、 缺 陷 越 多 ，分 解 越 快 。 生 料 细 度 和 颗 粒 级 配 生 料 颗 粒 粒 径 越 小 ， 比 表 面 积 越 大 ， 传 热 面积 增 大 ， 分 解 速 度 加 快 ； 生 料 颗 粒 均 匀 ， 粗颗 粒 少 ， 也 可 加 速 碳 酸 盐 的 分 解 。 生 料 悬 浮 分 散 程 度 悬 浮 态 ： 悬 浮 预 热 器 内 生 料 处 于 悬 浮 态 ， 比 表 面 积 可达 200 400m2/kg， 生 料 粉 中 CaCO3分 解 受化 学 反 应 速 率 控 制 。 堆 积 态 ： 回 转 窑 内 生 料 处 于 堆 积 态 ，

7、CaCO3分 解 受 传热 、 传 质 过 程 控 制 。 温 度 碳 酸 盐 分 解 是 吸 热 反 应 ， 是 熟 料 形 成 过 程 中消 耗 热 量 最 多 的 一 个 工 艺 过 程 。 温 度 升 高 使分 解 速 度 加 快 。 但 应 注 意 ， 温 度 过 高 ， 将 增加 废 气 温 度 和 热 耗 ， 预 热 器 和 分 解 炉 结 皮 、堵 塞 的 可 能 性 亦 大 。 窑 内 通 风 碳 酸 盐 分 解 是 可 逆 反 应 ， 受 系 统 温 度 和 周 围介 质 中 CO2的 分 压 影 响 较 大 。 为 了 使 分 解 反 应顺 利 进 行 ， 必 须 保 持

8、 较 高 的 反 应 温 度 和 良 好的 通 风 ， 降 低 周 围 介 质 中 CO 2的 分 压 。 黏 土 质 原 料 性 质 如 果 黏 土 质 原 料 的 主 导 矿 物 是 高 岭 土 ， 由 于其 活 性 大 ， 在 800 下 能 与 氧 化 钙 或 直 接 与碳 酸 钙 进 行 固 相 反 应 ， 生 成 低 钙 矿 物 ， 则 可以 促 进 碳 酸 钙 的 分 解 过 程 ； 反 之 ， 如 果 黏 土的 主 导 矿 物 是 活 性 差 的 蒙 脱 石 和 伊 利 石 ， 则CaCO3的 分 解 速 度 慢 。 四 、 固 相 反 应 水 泥 熟 料 中 的 各 种 矿

9、物 是 经 过 多 次 固 相 反 应形 成 的 。 800 900 时 CaO +Al2O3 CaO Al2O3(CA) CaO+ Fe2O3 CaOFe2O3(CF) 900 1100 时 2CaO+SiO22CaOSiO2(C2S) 7CaOAl2O3+5CaO12CaO7A12O3 (C 12A7) CaOFe2O3+CaO2CaOFe2O3 (C2F) 1100 1300 时 12CaO7Al2O3+9CaO7(3CaOAl2O3 ) (C3A) 7(2CaOFe2O3 )+2CaO +12CaO7Al2O3 7(4CaOAl2O3Fe2O3 ) (C4AF) 固 相 反 应 特 点

10、 ： 放 热 反 应 ， 可 使 物 料 温 度 快 速 升 高 300 以 上 ，物 料 活 性 高 、 预 烧 性 好 。 五 、 硅 酸 三 钙 (C3S)的 形 成 和 烧 结 反 应 当 物 料 温 度 升 高 到 近 1300 时 ， C3A、 C4AF、R2O等 熔 剂 矿 物 会 变 成 液 相 ， 大 部 分 C2S和CaO很 快 被 高 温 熔 融 的 液 相 所 溶 解 ， 这 种 溶解 于 液 相 中 的 C2S和 CaO进 行 反 应 而 生 成 C3S。 C2S +CaO C3S C3S的 生 成 温 度 范 围 一 般 为 1300 1450 1300 l 熟 料

11、 的 烧 成 温 度 C3S 迅 速 形 成 的 温 度 ： 1450 以 上 ， 目 前 新型 干 法 窑 内 烧 成 温 度 一 般 在 1500 以 上 。 C3S的 形 成 时 间 C3S的 形 成 一 般 需 要 l5 25min， 通 过 烧 成 带的 长 度 和 窑 速 来 控 制 。 液 相 量 一 般 控 制 在 22 26 。 温 度 过 高 会 使 液 相 量 过 多 、 粘 度 过 小 ， 给 煅烧 操 作 带 来 困 难 ， 如 结 大 块 、 结 圈 、 烧 流 等 。 C3S的 形 成 热 固 相 液 相 ： 吸 热 C3S的 化 合 ： 放 热 综 合 ： C3

12、S的 形 成 需 要 的 反 应 热 甚 微 ， 主 要热 量 消 耗 是 使 物 料 达 到 烧 成 温 度 。 游 离 氧 化 钙 （ f-CaO） 温 度 降 到 1300 以 下 时 ， 液 相 开 始 凝 固 ， C3S的 生 成 反 应 结 束 ， 若 此 时 凝 固 体 中 含 有 少 量未 化 合 的 CaO则 称 为 游 离 氧 化 钙 。 六 、 熟 料 的 冷 却熟 料 冷 却 时 需 急 速 冷 却 ， 其 目 的 和 作 用 是 ： 为 了 防 止 C3S在 1250 分 解 出 现 二 次 游 离 氧化 钙 ， 降 低 熟 料 的 强 度 ； 为 了 防 止 C2S

13、在 500 时 发 生 晶 型 转 变 ， 产 生“ 粉 化 ” 现 象 ； 防 止 C3S晶 体 长 大 而 强 度 降 低 且 难 以 粉 磨 ； 减 少 MgO晶 体 析 出 ， 使 其 凝 结 于 玻 璃 体 中 ，避 免 造 成 水 泥 安 定 性 不 良 ； 减 少 C3A晶 体 析 出 ， 不 使 水 泥 出 现 快 凝 现 象 ，并 提 高 水 泥 的 抗 硫 酸 盐 性 能 ； 使 熟 料 产 生 应 力 ， 改 善 熟 料 的 易 磨 性 。 5.2 水 泥 熟 料 的 形 成 热1.定 义 在 一 定 生 产 条 件 下 ， 用 某 一 基 准 温 度 （ 一 般是 0

14、或 20 ） 的 干 燥 物 料 ， 在 没 有 任 何 物 料损 失 和 热 量 损 失 的 条 件 下 ， 制 成 1kg同 温 度 的熟 料 所 需 要 的 热 量 称 为 熟 料 的 形 成 热 （ 熟 料形 成 热 效 应 ） 。2.计 算 原 理 ： 理 论 热 耗 = 吸 收 的 总 热 量 放 出 的 总 热 量 一 般 为 1630 1800kJ/kg-ck。 3.熟 料 实 际 热 耗 每 煅 烧 1kg熟 料 窑 内 实 际 消 耗 的 热 量 称 为 熟 料实 际 热 耗 ， 简 称 熟 料 热 耗 ， 也 叫 熟 料 单 位 热耗 。 热 耗 熟 料 形 成 热 ， 因 为 有 各 种 热 损 失 ， 要降 低 热 耗 ， 实 际 上 就 是 要 降 低 各 种 热 损 失 。