水泥生產(chǎn)工藝

水泥生產(chǎn)概況簡(jiǎn)介2012年3月5日

基本內(nèi)容

水泥的定義及分類

水泥生產(chǎn)原料準(zhǔn)備

水泥生產(chǎn)的主要設(shè)備

水泥生產(chǎn)的工藝過(guò)程

水泥生產(chǎn)物理化學(xué)反應(yīng)和作用機(jī)理

水泥的技術(shù)指標(biāo)

水泥行業(yè)存在的問(wèn)題

水泥的發(fā)展展望一、水泥的定義及分類1、定義：凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散?；蚶w維材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，統(tǒng)稱為水泥。2、分類：(1)按組成可分為以下兩種：①常用水泥/硅酸鹽水泥（以硅酸鹽水泥熟料）如：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等②特種水泥（以非硅酸鹽類水泥熟料為主要組分）如：高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥等(2)按化學(xué)成分分：①硅酸鹽系水泥，其中包括硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥等六大常用水泥，以及快硬硅酸鹽水泥、白色硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥等；②鋁酸鹽系水泥，如鋁酸鹽自應(yīng)力水泥、鋁酸鹽水泥等；③硫鋁酸鹽系水泥，如快硬硫鋁酸鹽水泥、Ⅰ型低堿硫鋁酸鹽水泥等；④氟鋁酸鹽水泥；⑤鐵鋁酸鹽水泥；⑥少熟料或無(wú)熟料水泥。(3)按水泥的特性與用途劃分，可分為：①通用水泥，是指大量用于一般土木工程的水泥，如上述“六大”水泥；②專用水泥，是指專門用途的水泥，如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥等；③特性水泥，是指某種性能比較突出的水泥，如快硬水泥、白色水泥、膨脹水泥、低熱及中熱水泥等。3、相關(guān)概念（1）生料：由石灰質(zhì)原料、黏土質(zhì)原料及少量校正原料按比例配合，粉磨到一定細(xì)度的物料，稱為水泥生料。（2）熟料：以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的產(chǎn)物。（3）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。原料準(zhǔn)備：⑴

石灰石質(zhì)原料（主要成份為碳酸鈣，提供氧化鈣），如石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等⑵

粘土質(zhì)原料（提供氧化硅和氧化鋁及部分氧化鐵），如黃土、粘土、頁(yè)巖、泥巖、粉砂巖及河泥等⑶

少量校正原料（鐵質(zhì)校正原料和硅質(zhì)校正原料，提供氧化鐵和氧化硅），鐵質(zhì)校正原料如低品位鐵礦石、煉鐵廠尾礦以及硫酸廠工業(yè)廢渣硫酸渣（硫鐵礦渣）等；硅質(zhì)校正原料如砂巖、河砂、粉砂巖等。二、水泥生產(chǎn)原料準(zhǔn)備生產(chǎn)硅酸鹽系水泥的原料主要是石灰石和粘土質(zhì)原料兩類。石灰質(zhì)原料主要提供CaO，常采用石灰石、白堊、石灰質(zhì)凝灰?guī)r等。粘土質(zhì)原料主要提供SiO2、Al2O3及Fe2O3，常采用粘土、粘土質(zhì)頁(yè)巖、黃土等。有時(shí)兩種原料化學(xué)成分不能滿足要求，還需加入少量校正原料來(lái)調(diào)整，常采用黃鐵礦渣等。另外，還要加入石膏來(lái)調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間?，F(xiàn)在水泥生產(chǎn)中還經(jīng)常加入一些活性摻合料，如粉煤灰、礦渣等。三、水泥生產(chǎn)的主要設(shè)備1、斗式提升機(jī)、膠帶提升機(jī)、拉鏈機(jī)、螺旋輸送機(jī)、帶式輸送機(jī)

2、空氣斜槽、風(fēng)機(jī)3、分格輪、空氣炮、收塵器4、磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、破碎機(jī)水泥立窯和回轉(zhuǎn)窯水泥的生產(chǎn)工藝在熟料的煅燒方式上可以立窯和回轉(zhuǎn)窯兩種生產(chǎn)方式。

（1）立窯的煅燒方式是采用一種靜置的立式煅燒設(shè)備，其生料煅燒過(guò)程與回轉(zhuǎn)窯不完全相同，而且其資源浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重。立窯中的物料是成球后入窯的，在煅燒過(guò)程中物料的變化特點(diǎn)是料球的外部已燒結(jié)反應(yīng)完畢，內(nèi)層可能還在進(jìn)行固相反應(yīng)，而核心部分可能還在進(jìn)行碳酸鈣分解。

（2）回轉(zhuǎn)窯的煅燒方式是采用一種旋轉(zhuǎn)式的橫式煅燒設(shè)備，物料是先經(jīng)預(yù)熱器和窯外分解，與回轉(zhuǎn)窯噴出的火焰成相向運(yùn)動(dòng)，因而其煅燒較立窯而更完全、更徹底?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)的物料能上下自由翻滾，水泥產(chǎn)量和質(zhì)量大幅提高，能耗和生產(chǎn)成本大大降低。由于立窯內(nèi)的物料是依靠重力使料層整體下移，因而立窯燒成的水泥熟料則具有較多的孔隙和較大的不均勻性，回轉(zhuǎn)窯熟料均勻性和質(zhì)量均高于立窯水泥。

5、磨輥輥套、襯板、研磨體、耐火材料四、水泥的生產(chǎn)1、生產(chǎn)工藝：硅酸鹽水泥生產(chǎn)的大體步驟是：

先把幾種原材料按適當(dāng)?shù)谋壤浜虾煤笤谀C(jī)中磨成生料；然后將制得的生料入窯進(jìn)行煅燒；再把燒好的熟料配以適當(dāng)?shù)氖啵ê突旌喜牧希┰谀C(jī)中磨成細(xì)粉，即得水泥。硅酸鹽系水泥的生產(chǎn)概括起來(lái)就是“兩磨一燒”?！皟赡ヒ粺鄙现苽洌菏屹|(zhì)原料，粘土質(zhì)原料與少量校正原料經(jīng)破碎后，按一定比例配合、磨細(xì)，并配合為成分合適，質(zhì)量均勻的生料熟料煅燒：生料在水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料水泥粉磨：熟料加適量石膏，有時(shí)還加適量混合材料或外加劑共同磨細(xì)為水泥2、生產(chǎn)方法（1）水泥生產(chǎn)隨生料制備方法不同，可分為干法(包括半干法)與濕法（包括半濕法）兩種。①干法生產(chǎn)。將原料同時(shí)烘干并粉磨，或先烘干經(jīng)粉磨成生料粉后喂入干法窯內(nèi)煅燒成熟料的方法。但也有將生料粉加入適量水制成生料球，送入立波爾窯內(nèi)煅燒成熟料的方法，稱之為半干法，仍屬干法生產(chǎn)之一種。②濕法生產(chǎn)。將原料加水粉磨成生料漿后，喂入濕法窯煅燒成熟料的方法。也有將濕法制備的生料漿脫水后，制成生料塊入窯煅燒成熟料的方法，稱為半濕法，仍屬濕法生產(chǎn)之一種。（2）干法和濕法生產(chǎn)特點(diǎn)①干法生產(chǎn)特點(diǎn)：干法是將生料粉直接送入窯內(nèi)煅燒，入窯生料的含水率一般僅1％～2％，省去了烘干生料所需的大量熱量。不僅可以制備出質(zhì)量均勻的生料而且逐步向大型方向發(fā)展?，F(xiàn)在將懸浮預(yù)熱和預(yù)分解窯統(tǒng)稱為新型干法窯，它們成為干法生產(chǎn)今后發(fā)展的方向。②濕法生產(chǎn)特點(diǎn)：將生料制成含水32％一36％的料漿，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)將生料漿烘干并燒成熟料。濕法制備料漿，粉磨能耗較低，約低30％，料漿容易混勻，生料成分穩(wěn)定，有利于燒出高質(zhì)量的熟料。但球磨機(jī)易磨件的鋼材消耗大，熟料出窯溫度較低，不宜燒高硅酸率和高鋁氧率的熟料。

3、生產(chǎn)工藝流程圖水泥生產(chǎn)過(guò)程詳圖五、水泥的生產(chǎn)原理1、水泥生產(chǎn)各階段成分：

原料：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等熟料：

3CaO.SiO2、

2CaO.SiO2、

3CaO.Al2O3、

4CaO.Al2O3.Fe2O3等2、水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)3、水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)(1)干燥與脫水在溫度100℃時(shí)脫去物料中的自由水和粘土礦物的層間水

在400～600℃時(shí)脫去粘土礦物的配位水(2)碳酸鹽分解碳酸鈣與碳酸鎂在煅燒過(guò)程中分解放出二氧化碳590℃，MgCO3→MgO+CO2890℃，CaCO3→CaO+CO2（3）固相反應(yīng)在800℃，CaO·Al2O3、CaO·Fe2O3與2CaO·SiO2開始形成。在800～900℃，開始形成12CaO·7Al2O3。在900～1100℃，2CaO·Al2O3SiO2形成后又分解。開始形成3CaO·Al2O3和4CaO·Al2O3·Fe2O3。所有碳酸鈣均分解，游離氧化鈣達(dá)最高值。當(dāng)達(dá)到1000～1200℃，大量形成3CaO·Al2O3和4CaO·Al2O3·Fe2O3，2CaO·SiO2含量達(dá)最大值。（4）液相和熟料的燒結(jié)

到達(dá)最低共熔溫度（1250℃）后，開始出現(xiàn)液相。硅酸二鈣與游離氧化鈣都逐步溶解于液相中，反應(yīng)生成硅酸鹽水泥的主要礦物硅酸三鈣３CaO·SiO2（C３S）。在高溫液相作用下，水泥熟料逐漸燒結(jié)。

C2S+CaOC3S液相六、水泥的技術(shù)指標(biāo)1、凝結(jié)時(shí)間

水泥的凝結(jié)時(shí)間分初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。初凝時(shí)間是從水泥加水拌合起至水泥漿開始失去可塑性所需的時(shí)間；終凝時(shí)間是從水泥加水拌合起至水泥漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，六大常用水泥的初凝時(shí)間均不得短于45min，硅酸鹽水泥的終凝時(shí)間不得長(zhǎng)于6.5h，其他五類常用水泥的終凝時(shí)間不得長(zhǎng)于10h。

2、體積安定性

水泥的體積安定性是指水泥在凝結(jié)硬化過(guò)程中，體積變化的均勻性。如果水泥硬化后產(chǎn)生不均勻的體積變化，即所謂體積安定性不良，就會(huì)使混凝土構(gòu)件產(chǎn)生膨脹性裂縫，降低建筑工程質(zhì)量，甚至引起嚴(yán)重事故。因此，施工中必須使用安定性合格的水泥。

3、強(qiáng)度及強(qiáng)度等級(jí)

水泥的強(qiáng)度是評(píng)價(jià)和選用水泥的重要技術(shù)指標(biāo)，也是劃分水泥強(qiáng)度等級(jí)的重要依據(jù)。水泥的強(qiáng)度除受水泥熟料的礦物組成、混合料的摻量、石膏摻量、細(xì)度、齡期和養(yǎng)護(hù)條件等因素影響外，還與試驗(yàn)方法有關(guān)。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用膠砂法來(lái)測(cè)定水泥的3d和28d的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。根據(jù)測(cè)定結(jié)果來(lái)確定該水泥的強(qiáng)度等級(jí)。

4、其他技術(shù)要求

其他技術(shù)要求包括標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、水泥的細(xì)度及化學(xué)指標(biāo)。水泥的細(xì)度屬于選擇性指標(biāo)。通用硅酸鹽水泥的化學(xué)指標(biāo)有不溶物、燒失量、三氧化硫、氧化鎂、氯離子和堿含量。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的細(xì)度以比表面積表示，其比表面積不小于300m2/kg；水泥中的堿含量應(yīng)不大于0.6%或由買賣雙方協(xié)商確定。

七、水泥行業(yè)存在的問(wèn)題1、重復(fù)建設(shè)產(chǎn)能過(guò)剩的矛盾尚未得到有效解決。

近年來(lái)由于需求的拉動(dòng)和投資回報(bào)率的提高，加之一些地方水泥項(xiàng)目核準(zhǔn)多頭審批，以致局部地區(qū)水泥盲目投資、重復(fù)建設(shè)問(wèn)題有所蔓延和加劇。今年在建、擬建的水泥生產(chǎn)線仍然不少，如果這些生產(chǎn)線都建成，全國(guó)水泥產(chǎn)能將嚴(yán)重過(guò)剩。2、落后產(chǎn)能數(shù)量較大。

在水泥產(chǎn)能總量潛在過(guò)剩的同時(shí)，目前全國(guó)仍有5億噸落后產(chǎn)能，約占現(xiàn)有總產(chǎn)能的27%。3、產(chǎn)業(yè)集中度總體仍然偏低。

全國(guó)5000多家水泥生產(chǎn)企業(yè)，平均生產(chǎn)規(guī)模只有30萬(wàn)噸左右。排列前10位的大企業(yè)總規(guī)模占全部水泥比重只有20%多一點(diǎn)。4、資源浪費(fèi)、環(huán)境污染、生產(chǎn)無(wú)序等狀況依然比較嚴(yán)重。

一些地方能耗和環(huán)保超限企業(yè)沒有得到及時(shí)整治，部分地區(qū)仍然存在無(wú)證企業(yè)的非法生產(chǎn)。5、產(chǎn)品出口急劇下降。

去年全國(guó)水泥及熟料出口僅1561萬(wàn)噸，同比下降42.3%。針對(duì)上述五項(xiàng)問(wèn)題的措施：國(guó)家推出及時(shí)調(diào)整水泥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，支持加快發(fā)展新型干法水泥,淘汰落后生產(chǎn)力，

重點(diǎn)支持在有資源的地方建設(shè)日產(chǎn)4000噸及以上規(guī)模新型干法熟料基地項(xiàng)目,鼓勵(lì)地方和企業(yè)以淘汰落后生產(chǎn)能力的方式發(fā)展新型干法水泥;但是各地要根據(jù)水泥工業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況,確定加快淘汰現(xiàn)有立窯及其他落后工藝水泥的目標(biāo)和進(jìn)度,并嚴(yán)格禁止新建和擴(kuò)建機(jī)立窯、干法中空窯、立波爾窯、濕法窯水泥項(xiàng)目，并對(duì)水泥行業(yè)樹立和落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀,堅(jiān)定不移發(fā)展大型新型干法水泥,以此加快水泥行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐,走新型工業(yè)化道路,進(jìn)行了規(guī)范,指明了方向。同時(shí)指出在水泥工業(yè)的發(fā)展上要時(shí)刻保持清醒頭腦,防止盲目投資和低水平重復(fù)建設(shè)。八、水泥生產(chǎn)發(fā)展展望1、現(xiàn)狀：水泥工業(yè)是重要的基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，也是資源消耗和環(huán)境影響比較大的行業(yè)。近年來(lái)，中國(guó)水泥工業(yè)深入實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，積極調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和企業(yè)結(jié)構(gòu)，不斷提高技術(shù)裝備水平，在生產(chǎn)余熱回收、廢棄物綜合利用、減少煙塵排放等方面，取得了重要進(jìn)展。近幾年，中國(guó)水泥行業(yè)進(jìn)步顯著，表現(xiàn)在：水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整推進(jìn)快速，新型干法水泥出現(xiàn)了快速發(fā)展的局面；水泥工業(yè)生產(chǎn)工藝與裝備制造技術(shù)已成熟，并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。2、與其他國(guó)家差距：從發(fā)展階段上看，中國(guó)水泥工業(yè)和目前發(fā)達(dá)國(guó)家的水泥工業(yè)比較．我們還有比較明顯的差距，歸納起來(lái)有如下6點(diǎn)：(1)中國(guó)水泥工業(yè)的落后產(chǎn)能還有40％以上，還需要今后10年進(jìn)行現(xiàn)代化改造。(2)水泥工業(yè)的結(jié)構(gòu)還比較分散，行業(yè)集中度不高，盡管國(guó)家已經(jīng)做出了較大的努力，目前仍有4000多家水泥廠，1000多家粉磨站，而全世界除了中國(guó)只有1500多家水泥廠。今后行業(yè)聯(lián)合重組的任務(wù)還相當(dāng)艱巨。(3)中國(guó)人均水泥的年消費(fèi)量在1噸以上。生產(chǎn)了世界一半以上的水泥．但人均累計(jì)水泥消費(fèi)量仍低于工業(yè)化國(guó)家．只有發(fā)達(dá)國(guó)家的1／3左右。對(duì)于能效改進(jìn)來(lái)說(shuō)，同目前世界先進(jìn)水平比較，短期內(nèi)中國(guó)水泥工業(yè)至少還有10％以上的改進(jìn)空間。(4)中國(guó)之所以有如此巨大的水泥需求，除了人均累積消費(fèi)量低以外，另一個(gè)重要原因是中國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)是以磚混結(jié)構(gòu)為主，不同于發(fā)達(dá)國(guó)家的情況。發(fā)達(dá)國(guó)家的木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)建筑比例比較大，對(duì)水泥的需求相對(duì)弱化。(5)中國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家，人均建筑面積和基礎(chǔ)設(shè)施均是發(fā)達(dá)同家的1，3左右。