水泥工藝學(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（%）石灰質原料CaO80粘土質原料SiO2、Al2O3少量Fe2O31015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 （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、陜西和四川等有儲量不大的白堊白堊； 湖南、浙江和海南等有一定儲量的貝殼貝殼。 （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，均可用作石灰質原料，但應注意其中雜質的影響雜質的影響。 一、石灰質原料石灰?guī)r純石灰石含56%CaO、44%CO2，白色，隨雜質含量增加CaO含量減少。由碳酸鈣組成的化學與生物化學沉積巖。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石灰石中氧化鈣含量應不低于45%48%。泥灰?guī)r是碳酸鈣和粘土物質同時沉積所形成的均勻混合的

3、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。CaO45%：高鈣泥灰?guī)r，應加入粘土配合；CaO45%：低鈣泥灰?guī)r，應加入石灰石配合；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，主要由隱晶或無定形細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)質石灰質原料。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)白水泥石灰質原料的質量要求品 位CaO(%)MgO(%)R2O(%)SO3(%)燧石或石英（f-SiO2）石灰石一級品482.51.01.04.0二級品4

4、5483.01.01.04.0泥灰?guī)r35453.01.21.04.0石灰質原料的選擇 （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、粘土質原料n粘土質原料是含堿和堿土的鋁硅酸鹽，主要化學成分為SiO2、Al2O3和Fe2O3。n主要有黃土、粘土、頁巖

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，還有蒙脫石與拜來石等，以及石英、長石、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，還有細分散的石英以及長石、方解石、云母等。粘土礦物與粘土工藝性能的關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、動時水分(%)結構水脫水溫度()粘土中礦物分解達最高活化時溫度()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粘土質原料的質量要求品位硅率SM鋁率IMMgO（%）R2O（%）SO3（%）塑性指數(shù)一級品2.73.51.53.53.04.02.012二級品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原料；當SM=3.54.0 時，一般需要與一級品或SM低的二級品原料搭配使用，或摻 用鋁質原料。 （2）

7、采用立波爾窯及立窯生產(chǎn)時，才要求提供塑性指數(shù)。粘土質原料的選擇（1）硅率、鋁率值要適當。（2）盡量不含碎石、卵石，粗砂含量應小于5%。（3）回轉窯生產(chǎn)時對可塑性不做要求。三、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。 （一）鐵質校正原料 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，河砂中結晶SiO2多，難磨難燒，盡量不用，風化砂巖易于粉磨，對煅

8、燒影響小。 （三）鋁質校正原料 爐渣、煤矸石、鋁礬土等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 Fe2O340%硅質校正原料硅藻土、硅藻石、蛋白石、砂巖SiO2: 70%90%SM4.0；R2O4.0%鋁質校正原料爐渣、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水泥原料結構的一個新的發(fā)展方向：水泥原料結構的一個新的發(fā)展方向： （1）石灰

9、質原料低品位化； （2）Si 、Al質原料巖礦化； （3）Fe質原料廢渣化。n使用低品位原料和工業(yè)廢渣時應注意的問題：使用低品位原料和工業(yè)廢渣時應注意的問題：（1）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；（2）使用時要適當調整一些工藝。以垃圾焚燒飛灰作為水泥原料生產(chǎn)生態(tài)水泥 n以中國垃圾焚燒發(fā)電廠為例，截至2007年底，中國垃圾焚燒發(fā)電廠總數(shù)已達75座，其中建成50座，在建25座，且這一數(shù)量還在不斷增長。n大量垃圾焚燒電廠的建造將直接導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，其中美國和中國每年大約分別產(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。 n此外，二惡英和呋喃等有機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地下水體、周圍生態(tài)環(huán)境和人體健康構成了潛在的生態(tài)與健康風險。n因此，垃圾焚燒飛灰的處理是迫切需要解決的問題。 n垃圾焚燒飛灰的主要化學成分是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廢棄物的無害化處理提供依據(jù)，徹底解決重金屬的污染問題；另一方面也可以實現(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)約垃圾處理費用3萬日元/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：便于運輸、儲存、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細碎50 1005 15粗、中、細碎的劃分二、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)，是破碎機計算生產(chǎn)能力和動力消耗的重要依據(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破碎機最大進料口寬度(mm)；b破碎機最大出料口寬度(mm)。mmDidBibn破碎的工藝流程：（1）物料破碎的級數(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確定。（3）采用一種破碎

13、機能滿足破碎要求時，即為單機破碎系統(tǒng)。（4）采用兩種或三種破碎機進行分級破碎才能滿足總破碎比的要求時，即為兩級破碎或三級破碎系統(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。破碎機類型鄂式圓錐式單輥式錘式(單轉子)反擊式(單轉子)破碎比353 64 810 2510 25常用破碎機的破碎比常用破碎機的破碎比n四、破碎機的類型顎式破碎機：顎式破碎機：依靠活動鄂板作周期性的往復運動，把兩鄂板間的物料壓碎。優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單、管理和維修方便、工作安全可靠、適用范圍廣。缺點：缺點：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荷，不合適破碎片狀及

14、軟質粘性物質。破碎比較小。粗碎和中碎設備。粗碎和中碎設備。錘式破碎機：錘式破碎機：料塊受高速運轉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：優(yōu)點：結構簡單、緊湊，外型體積小，破碎比較大，生產(chǎn)能力高，單位質產(chǎn)量電耗低，操作維修簡便。缺點：缺點：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：反擊式破碎機：物料被固定在轉子上的板錘打擊到反擊板上，受反擊板的反擊而落下與轉子連續(xù)打擊的物塊相互碰撞，如此反復而使物料破碎。優(yōu)點：優(yōu)點：比錘式破碎機更多地利用了沖擊和反擊作用進行選擇性破碎，物料自擊粉碎

15、強烈。破碎效率高，生產(chǎn)能力大，動力消耗低，對物料適應性強，破碎比較大?？蓽p少破碎段數(shù)，簡化生產(chǎn)流程，節(jié)約投資。設備結構簡單，制造容易，操作維修方便。缺點：缺點：打擊板錘與反擊板磨損快，運轉時噪音大。應用較廣泛，用于破碎石灰石、水泥熟料、石膏和煤等。應用較廣泛，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：錘式破碎機：將反擊式和錘式破碎機結合在一起的高效率破碎機。優(yōu)點：優(yōu)點：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，通過調整顎板、排料篦條間隙，可以改變破碎產(chǎn)品的粒度，但由此會引起破碎機摻量的變動。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、旋轉式、鄂式、旋轉式、鄂旋式破碎機鄂旋式破碎機擠壓3610石灰石、熟料、石膏細碎鄂式破碎機細碎鄂式破碎機擠壓8 1010石灰石、熟料、石膏錘式破碎機錘式破碎機沖擊10 15（雙轉子30 40 ）10石灰石、熟料、石膏、煤反擊式破碎機反擊式破碎機沖擊10 40 12石灰石、熟料、煤立軸錘式破碎機立軸錘式破碎機沖擊10 2012石灰石、熟料、石膏、煤沖擊式破碎機沖擊式破碎機沖擊10 3010石灰石、熟料、石膏風選錘式破碎機風選錘式破碎機沖擊、磨剝50 2008煤高速粉煤機高速粉煤機沖擊50 180

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

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

19、用生料均化庫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）對原料的均化，對原料的均化，能有效降低對原料品位的要求，充分利用低品位原料和廢料，延長礦山使用年限，減少廢料剝離。降低開采費用和采購費用；（2）對燃料的均化，對燃料的均化，有利于穩(wěn)定水泥窯內(nèi)的燃燒情況，穩(wěn)定火焰形狀，保護好窯皮，提高熟料的產(chǎn)量和質量，降低煤耗和耐火材料費用；（3）對生料的均化，對生料的均化，有利于穩(wěn)定水泥窯熱工制度，提高產(chǎn)量，維持長期安全運轉。降低能耗和維修維護費用。一、評價物料均勻性能的指標1. 標準偏差 式中：S標準偏差 n 試樣總數(shù)或測量次數(shù)，一般不應少于2030個； xi物料中某成分的各次測量值；

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

21、厚度的料層構成料堆； （2）取料時，按垂直于料層方向的截面對所有料層切取一定厚度的物料。矩形預均化堆場矩形預均化堆場圓形預均化堆場圓形預均化堆場n原料預均化堆場的作用：原料預均化堆場的作用： （1）儲存作用儲存作用，其儲量為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）預配料作用預配料作用，進入堆場的兩種物料，可按質量比例預先配合成具有一定要求的混合料。三、生料均化機械均化多庫搭配機械倒庫投資省、操作簡便、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)式機械均化（一）多庫搭配 多庫搭配是根據(jù)各庫的生料碳酸鈣滴定值及控制指標，計算出各庫搭配的比例。各庫按比例卸料，在運輸過程中進行均化。（二）機械倒庫 機械倒庫是利用螺旋運輸機和提升機反復將庫內(nèi)物料卸出和裝入，以達到混合均勻的目的。機械倒庫均化效果H為23左右。氣力均化 （一）間歇式均化庫 分為攪拌庫和儲存庫。出磨生料粉先入攪拌庫，利