水泥工艺学第4章原料
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第4章 水泥
➢ 凝结期：随着水化继续进行，自由水分逐渐减少， 水化产物不断增加，水泥颗粒表面的新生物厚度逐 渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小， 越来越多的颗粒相互连接形成网架结构，使水泥浆 体逐渐变稠，慢慢失去可塑性。
➢ 硬化期：水化反应进一步进行，水化产物不断生成 ，水泥颗粒之间的毛细孔不断被填实，使结构更加 致密，水泥浆体逐渐硬化，形成具有一定强度的水 泥石，且强度随时间不断增长。水泥的硬化期可以 延续至很长时间，但28天基本表现出大部分强度。
• 工程意义 水泥初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长。
水泥的初凝时间太短，则在施工前即已失去流动 性和可塑性而无法施工；水泥的终凝时间过长， 则将延长施工进度和模板周转期。
（4）体积安定性 水泥体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积
变化的均匀程度。如果这种体积变化是轻微的均匀 的，则对建筑物的质量没什么影响，但是如果混凝 土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水 泥石内部产生了剧烈的、不均匀的体积变化，则会 在建筑物内部产生破坏应力，导致建筑物的强度降 低。若破坏应力发展到超过建筑物的强度，则会引 起建筑物开裂、崩塌等严重质量事故，这种现象称
>5且≤20
—
P·S·A ≥50且<80 >20且≤50
—
—
—
矿渣硅酸盐水泥
P·S·B ≥30且<50 >50且≤70
—
—
—
火山灰质硅酸盐 水泥
P·P ≥60且<80
—
>20且≤40
—
—
粉煤灰硅酸盐水泥 P·F ≥60且<80
—
—
>20且≤40
—
复合硅酸盐水泥 P·C ≥50且<80
4 硅酸盐水泥的原料及配料 水泥工艺学
• ⑸ 生产窑型和生产方法 • 由于生产窑型和生产方法的不同，即使是产 同一种水泥，所选的率值也应有所不同。对于 湿法窑和新型干法窑，由于生料均匀性较好， 生料预烧性好，烧成带物料反应较一致，因此 KH值可适当高些。 • 预分解窑的生料预烧性好，分解率高，热工制 度稳定，窑内气流温度高，为了有利于挂窑皮 和防止结皮、堵塞、结大块，趋向于低液相量 的配料方案。
• 作业： • 1. 硅酸盐水泥生产的原料有哪些？试列出有关 原料的名称。 • 2. 什么是生料配料？确定配料方案通常要考虑 哪些因素？
• ②生产水工硅酸盐水泥 • 思路： • 为避免水化热过高，应当降低水泥熟料中的 C3S、C3A含量。但水泥强度、抗冻性等会因 C3S过分减少而显著降低。因此，首先应降低 熟料中的C3A，同时适当降低C3S含量 。 • 措施： • 控制适当的低p值与低KH值
• ⑵ 原料品质 • 熟料率值的选取应与原料化学组成相适应。要 综合考虑原料中四种主要氧化物的相对含量， 尽量减少校正原料的品种，以简化工艺流程， 便于生产控制。
• §4 硅酸盐水泥的原料及配料
• • • •
§4.1 硅酸盐水泥的原料 一、主要原料（生产水泥熟料用） 1.石灰质原料（主要提供氧化钙） 石灰石、白垩、贝壳、泥灰岩、电石渣等
• 2.黏土质原料（主要提供氧化硅和氧化铝，也 提供部分氧化铁） • 黏土、黄土、页岩、河泥、粉煤灰等
• 二、校正原料（生产水泥熟料用） • 硅质校正原料 • 常用的有砂岩、河砂、粉砂等。
• ⑷ 生料质量 • 熟料的率值，特别是石灰饱和系数应与生料的 均匀性及细度相适应。在同样的原料和生产条 件下，生料成分均匀性差的水泥厂，在配料时 应考虑将KH值控制得稍低些，否则熟料中的 游离氧化钙增加，熟料质量变差；反之，如原 料预均化、生料均化较好的工厂，在同样的原 料与生产条件下，则KH值可适当提高。
水泥工艺学--原料及预均化技术
水泥工艺学--原料及预均化技术水泥工艺学是研究水泥制备过程中的原料选择、处理及预均化技术的学科。
在水泥生产过程中，原料的选择和预均化技术的应用对水泥的质量和生产效率有着重要影响。
水泥的主要原料包括石灰石、粘土和矿渣等。
这些原料的选择要考虑到其成分和性质，以及对水泥产品质量的影响。
石灰石和粘土是水泥的主要成分，石灰石提供石灰和矿物质，而粘土提供硅酸盐、铝酸盐和铁酸盐等化学成分。
在原料的选择之后，预均化技术是为了确保原料的化学成分均匀分布，从而提高水泥生产过程的控制和稳定性。
预均化技术包括原料的研磨、混合和均化等步骤。
通过研磨原料可以增加其表面积，提高反应速率和效率；通过混合不同原料可以平衡其成分，确保水泥的化学成分符合要求；通过均化可以确保原料的分布均匀，防止在水泥生产过程中出现质量波动。
水泥工艺学中的原料及预均化技术的研究需要考虑到多个因素。
首先，原料的供应量和质量要求决定了水泥生产工艺的选择和优化。
其次，原料的成分和性质对水泥产量和质量有着直接影响。
再次，预均化技术的运用可以提高水泥生产过程的控制和稳定性，减少质量问题的发生。
总之，水泥工艺学中的原料选择和预均化技术是保证水泥产品质量和生产效率的重要环节。
通过合理选择原料，并运用预均化技术，可以提高水泥的质量稳定性，满足不同用途的需求。
在未来的研究中，还可以探索更加环保和节能的原料选择和预均化技术，推动水泥工业的可持续发展。
水泥工艺学中的原料选择和预均化技术是水泥生产过程中的关键环节。
在确保水泥质量的同时，合理选择原料和应用预均化技术还能提高生产效率、降低能耗和环境影响。
首先，原料选择是水泥制造过程中至关重要的一步。
主要的原料包括石灰石、粘土和矿渣等。
石灰石是水泥的主要成分之一，它提供石灰和矿物质，起到促进水泥的硬化和强度发展的作用。
石灰石的种类和含量会直接影响到水泥的质量和性能。
粘土是又一主要成分，它提供硅酸盐、铝酸盐和铁酸盐等化学成分，影响着水泥的水化反应和强度发展。
水泥工艺学课件全
第二节 硅酸盐水泥的技术指标
一、制造水泥的组分材料
1、硅酸盐水泥熟料：凡适当成分的生 料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成 分的产物称为硅酸盐水泥熟料（简称熟 料）。
2、石膏：包括天然石膏和工业副产石 膏、质量必须符合标准。
3、活性混合材：系指具有火山灰性或 潜在水硬性的混合材料。如高炉矿渣、火 山灰和粉煤灰。
2、按其主要水硬性物质名称分为:硅酸盐水泥系 列、硫铝酸盐水泥系列、铝酸盐水泥系列、铁铝 酸盐水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、其他系列六 大类。
四、硅酸盐水泥
（一）通用硅酸盐水泥
1、 硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、0%－5% 石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水 硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥，分P.I和P.II,即 国外通称的波特兰水泥。
泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的
水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥， 代号：P.F。
5、火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟 料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制 成的水硬性胶凝材料。称为火山灰质硅酸 盐水泥，代号：P.P。
6、复合硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、 两种或两种以上规定的混合材料和适量石 膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合 硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P.C
（2）凝结时间：是指水泥从加水开始，到 水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间 分为初凝时间和终凝时间。
初凝时间是从水泥加水开始到水泥浆失 去可塑性所需的时间；终凝时间是从水泥 加水开始到水泥浆完全失去塑性的时间。 我国标准规定，采用凝结时间测定仪来测 定。标准规定，硅酸盐水泥初凝时间不得 早于45分钟，终凝时间不得迟于390分钟 （6.5小时）；普通硅酸盐水泥初凝时间不 得早于45分钟，终凝时间不得迟于10小时。
《水泥工艺学》第4章生料制备技术
4.1.2 配料计算
对确定的配料方案的要求 • 保证获得特定要求的水泥熟料； 保证获得特定要求的水泥熟料； • 要求熟料在烧成过程中，化学反应完全，且易于烧成，所得 要求熟料在烧成过程中，化学反应完全，且易于烧成， 熟料易于粉磨； 熟料易于粉磨； • 生产上易于控制、易于操作。如不结圈、不结球，易于形成 生产上易于控制、易于操作。如不结圈、不结球， 坚固的窑皮，燃料消耗低等。 坚固的窑皮，燃料消耗低等。 综合以上要求， 综合以上要求，配料方案的要求是为煅烧水泥熟料提供高 易烧、易磨的生料，以达到优质、高产、 强、易烧、易磨的生料，以达到优质、高产、低消耗和设备长 期安全运转的目的。并充分利用矿山资源， 期安全运转的目的。并充分利用矿山资源，生产过程易于操作 控制和管理，并尽可能简化工艺流程。 控制和管理，并尽可能简化工艺流程。选定适应工厂特定条件 的配料方案是全面完成生产任务，保持正常生产的重要保证。 的配料方案是全面完成生产任务，保持正常生产的重要保证。
4.1.2 配料计算
4.1.2.1 配料的目的和基本原则 配料：根据水泥品种， 配料：根据水泥品种，原料的物理化学性能及具体的生产 条件，确定所有原料的配合比，称为生料的配合，简称配料。 条件，确定所有原料的配合比，称为生料的配合，简称配料。 配料包括原料的选择、熟料组成设计与配料计算。 配料包括原料的选择、熟料组成设计与配料计算。 配料是为了确定各原料的数量比例，以保证生产出符合要 配料是为了确定各原料的数量比例， 求的水泥熟料，达到优质、高产、低消耗。 求的水泥熟料，达到优质、高产、低消耗。适合的配料方案既 是工艺设计的依据，又是正常生产的保证。 是工艺设计的依据，又是正常生产的保证。
4.1.2.3 配料方案的选择
确定熟料率值的依据 1、水泥品种(以下列举几种水泥) 水泥品种(以下列举几种水泥) 硅酸盐水泥：成分可在一定范围波动(CaO:62～67%、 硅酸盐水泥：成分可在一定范围波动(CaO:62～67%、SiO2： (CaO:62 20～24%、 7%、 2.5%～6.0%)， 20～24%、Al2O3：4～7%、Fe2O3：2.5%～6.0%)，只要生产出的 水泥能满足GB规定且能保证顺利生产即可。 GB规定且能保证顺利生产即可 水泥能满足GB规定且能保证顺利生产即可。即应该具有正常的 凝结时间、良好的安定性与符合相应等级的强度等基本性能， 凝结时间、良好的安定性与符合相应等级的强度等基本性能， 因而可以采用各种配料方案，如低铁、高铁、低硅、高饱和系 因而可以采用各种配料方案，如低铁、高铁、低硅、 数等多种方案，但要注意三个率值配合适当， 数等多种方案，但要注意三个率值配合适当，不能过分强调某 一率值，当组成偏离过大，会给生产带来较大的困难。 一率值，当组成偏离过大，会给生产带来较大的困难。合适的 配料方案要根据工厂实际情况， 配料方案要根据工厂实际情况，在多次实践总结的基础上进行 优化。 优化。
水泥工艺学
第一章硅酸盐水泥的生产通用水泥生产的主要工艺过程为：生料制备、熟料煅烧、水泥磨制，即“二磨一烧”。
生料制备：包括原料破碎、原料预均化、原料的配合、生料的粉磨和均化等。
即原料(石灰石、粘土和少量铁质校正原料)经破碎后按一定比例配合、磨细，并调配成质量均匀的生料称为生料粉磨或生料制备。
熟料煅烧：生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料。
称熟料煅烧。
水泥磨制：将熟料添加适量石膏，有时还加适量混合材料或外加剂共同磨细成水泥，称水泥粉磨。
六、硅酸盐水泥的生产方法(P10)按生料制备方法的不同，分湿法和干法两种。
1．干法：将原料同时烘干与粉磨或先烘干后粉磨制成生料粉，而后喂入干法窑内煅烧成熟料，称为干法生产。
出磨物料水分一般<1%，干法生产一般扬尘多，配料调和困难，但热耗低。
随着生产技术的提高，采用预均化、生料均化、先进收尘设备、预热器、分解炉等使得单机生产能力大大提高，热耗大大降低。
半干法：将生料粉加入适量水分制成生料球(12%-16%)，而后喂入立窑或立波尔窑内煅烧成熟料的方法，称为半干法，亦可归入干法。
立窑生产与回转窑相比投资省、见效快，可就地取材，但在生产水平和产品质量上不足。
六、硅酸盐水泥的生产方法(P10)按生料制备方法的不同，分湿法和干法两种。
2．湿法：将原料加水磨制成含水分30-40%的料浆，在湿法回转窑内烧制成水泥熟料。
优点是制备生料时扬尘少，易于调和均匀，有利于提高熟料质量。
缺点是耗用大量能源蒸发多余水分，因而热耗高。
半湿法：将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧，称为半湿法生产，亦可归入湿法，但一般均称为湿磨干烧。
七、胶凝材料的定义和分类1．定义：凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料，又称胶结料。
3．无机胶凝材料按硬化条件分：水硬性、非水硬性(气硬性)。
4．水硬性胶凝材料：拌水后既能在空气中硬化，又能在水中硬化，通常称为水泥。
水泥工艺学
水泥工艺学第一章绪论1、胶凝材料：凡能在物理化学作用下，从浆体变成坚固的石状体并能胶结其他物料具有一定机械强度的物质。
2、气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化的胶凝材料。
3、水硬性胶凝材料：在拌水后既能在空气中又能在水中硬化的胶凝材料。
4、水泥：凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑形浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。
按其用途和性能将水泥分为通用水泥、专用水泥、特性水泥。
第二章硅酸盐水泥的生产1、硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料，0-5%石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。
2、普通硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料，少量含量（5%-20%）混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。
3、活性混合材料：具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料。
如粒化高炉矿渣，火山灰质混合材料以及粉煤灰等4、非活性混合材料：活性指标不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰性的混合材料以及砂浆和石灰岩。
5、水泥熟料：由主要含CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3的原料按适当比例磨细成细粉烧至部分熔所得以硅酸钙为主要成分的矿物。
6、硅酸盐水泥分为两类，不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥（P·I）；掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣称为Ⅱ型硅酸盐水泥（P·Ⅱ）。
7、硅酸盐水泥（P）和普通硅酸盐水泥（P·O），粒化矿渣硅酸盐水泥（P·S），火山灰硅酸盐水泥（P·P），粉煤灰硅酸盐水泥（P·F）的品质指标：①不溶物：P·I ≤0.75%，P·Ⅱ≤1.5%；②烧失量：P·I ≤3.0%，P·Ⅱ≤3.5%，P·O≤5.0%；③三氧化硫含量：P·S≤4.0%，其余≤3.5%；④MgO：熟料中MgO≤5.0%；⑤初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于12h；⑥细度：P，P·O其值≥300m2/kg8、水泥的制备方法：干法和湿法。
水泥工艺培训材料(生料、熟料部分)
水泥工艺培训材料（生料、熟料部分）一新型干法工艺流程二、水泥生产的原燃料及配料2.1、水泥生产原料2.1.1.石灰质原料:(石灰石、大理石等）占生料70～75% （本厂82～87%）2.1.2粘土质原料:(硅铝质原料、粘土、砂岩等)占生料10～20% （砂岩4～6%）2.1.3.校正原料:(铁质、铝质原料、外加剂等)占生料5～10% （煤矸石3～4% 粉煤灰3～4% 钢渣3～4%）（有3、4、5组分配料。
其中组分多、易于调整。
我们厂现在是5组分配料）2.2、水泥生产燃料1.固体燃料(1)烟煤：挥发分≥14% 回转窑主要使用烟煤。
Vf（30～36%）Af（8～12%）Qdwf(6000～6500)(2)无烟煤：挥发分≤10%(3)低质煤：热值≤4000×4.18kJ/kg2.液体和气体燃料重油、渣油、天然气、煤气等。
2.3水泥熟料的矿物组成2.3.1、熟料矿物组成C3S ——硅酸三钙（含量:50～60%)（强度高）C2S ——硅酸二钙(含量:15～32%)（强度较高）C3A ——铝酸三钙(含量：3～11%)（凝结快）C4AF——铁铝酸四钙(含量:8～18%)（耐磨耐蚀）2.3.2、主要化学成分:CaO 62～67%、SiO2 20～24%、Al2O3 4～7%、Fe2O3 2.5～6%。
MgO R2O SO3 CL-2.4、硅酸盐水泥熟料的率值2.4.1.率值：水泥熟料中各氧化物之间的相对含量的比值。
它与熟料的矿物组成、熟料质量、生料的易烧性有密切的关系，是水泥生产中的重要控制指标之一。
2.4.2常用率值:(1)石灰饱和比(KH):表示SiO2被CaO饱和成C3S的程度。
KH=｛CaO-(1.65*AL2O3+0.35*Fe2O3+0.7SO3)｝／2.8SiO2(2)硅酸率(n或SM)：表示SiO2与Al2O3及Fe2O3之和的比值。
SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)(3)铝氧率(P或IM)：表示Al2O3与Fe2O3的比值。
《水泥工艺学》第4章生料制备技术1
煤灰
53.52 35.34 4.46 4.79 1.19 99.30
三原料配料—尝试误差法
例：假设用窑外分解窑以三种原料配合进行生产，要求熟 料的三个率值为：KH=0.89±0.01、SM=2.1±0.1、IM=1.3±0.1， 单位熟料热为3350kJ/kg熟料，试计算原料的配合比。(题目同 P61 例4.2)
煤的工业分析
挥发物 22.42%
固定碳 灰分 热值 49.02% 28.56% 20930kJ/kg
水分 0.6%
三原料配料—尝试误差法
1．确定熟料组成：根据题意，已知熟料率值为 KH=0.89±0.01、SM=2.1±0.1、IM=1.3±0.1。
4.1. 3如何确定配料方案
1、水泥品种(以下列举几种水泥) 大坝水泥：防水化热，应降C3S、C3A，但C3S降得 过多，必影响强度等，所以应先考虑降C3A，即低p， 再适当降C3S。
4.1. 3如何确定配料方案
确定熟料率值的依据 2、原料品质 必须根据原料的资源情况、物理性质、化学成分及有害成 分的含量，决定是否可以使用或将不同品种原料进行搭配。 如粘土含Al2O3低时，往往配成C3A低的熟料，如要配成C3A 高的熟料，必须用Al2O3高的粘土或其它原料进行搭配； 如粘土含SiO2太低，则需搭配含硅高的硅质原料，为样就 要提高成本，并使生产工艺复杂；一般粘土质原料应尽量选择 含有非晶态SiO2的风化粘土，含微晶石英的粘土质原料次之， 尽量不用含有粗大颗粒石英的砂岩和河砂。
第四章 生料制备技术
1、配料方案的选择 2、生料的配料及计算 3、生料粉磨工艺技术 4、立式磨在生料粉磨中的应用 5、生料粉磨系统的调节控制
掌握:
本章学习要点
递减法配料计算方法； 生料的粉磨细度及颗粒分布要求； 生料制备的工艺过程及方法。
华南理工大学水泥工艺学第4章
吸热
活性高
晶体莫 来石
放热
蒙脱石、伊利石 脱水
仍是晶体结构 活性低
急烧，提高脱水过程的温度梯度，使高岭石脱水温度滞后， 脱水后的产物偏高岭石来不及进行晶型转变，就已经进入 碳酸钙分解温度，使无定形偏高岭石和碳酸钙分解产物CaO， 均处于高活性状态而进行反应，有利于熟料的形成。
三、碳酸盐分解
CaCO3 MgCO3
生料细度、均匀性
接触面积大,表面自由能高,反应和扩散能力增强
温度和时间 矿化剂
较高的温度,一定的时间 可加速固相反应
矿化剂：能改善水泥生料的易烧性，加速熟料矿物形成
的少量外加剂。
与反应物形成固溶体
活化晶格,增加反应能力
矿 化
剂
加
与反应物形成低共熔物
降低液相出现温度， 加速扩散和溶解作用
速 固
相
使反应物断键
第四章 硅酸盐水泥熟料的煅烧
学习本章的意义
1.煅烧直接决定水泥的产质量、燃料消耗和窑的安全运转，有必要了解和 研究； 2.煅烧过程因窑型不同有差别，但基本反应是类同的，有必要了解六个基 本反应。
学习的目的和要求
1.了解物料在煅烧过程中所经历的一系列物理化学变化； 2.了解各种水泥窑的生产方法； 3.了解影响熟料煅烧过程的主要工艺因素。
悬浮分散好,传热面积大,传质阻力小
粘土质组分的性质
活性高的高岭石,可加速分解反应; 蒙托石、伊利石，影响分解反应速度
四、固相反应
1.定义：无论有无气、液相参加，一种或一种以上物质
转变成为一种或一种以上物质的反应。
2.反应过程：碳酸钙分解产物CaO，与生料中的SiO2、Fe2O3
和Al2O3通过质点的互相扩散进行固相反应，形成熟料矿物。
水泥工艺学课件全
和控制，提高生产效率和产品质量。
02 03
详细描述
智能化水泥工艺通过采用物联网、大数据、人工智能等技术，实现了对 生产过程的实时监测、智能分析和优化控制，提高了生产效率和产品质 量，降低了能耗和物耗。
发展趋势
随着信息技术的发展和应用，智能化水泥工艺将成为未来水泥工业的重 要支撑和核心竞争力。
THANKS
水泥工艺学课件
目录
Contents
• 水泥的原料 • 水泥的生产工艺 • 水泥的性能和应用 • 水泥的生产质量控制 • 水泥工艺学的未来发展
01 水泥的原料
石灰石
石灰石是水泥生产中的主要原料，主要提供钙元素，是水泥中氧化钙的主要来源。
石灰石的质量对水泥质量有重要影响，要求石灰石的纯度高、含氧化钙高且含碱度 低。
03 水泥的性能和应用
水泥的物理性能
凝结时间
水泥从加水搅拌开始， 到失去流动性所需的时
间。
强度
水泥在硬化过程中和硬 化后，抵抗外力破坏的
能力。
耐磨性
水泥地面抵抗磨损的能 力。
抗渗性
水泥制品抵抗水、油等 液体渗透的能力。
水泥的化学性能
01
02
03
04
熟料矿物组成
硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三 钙和铁铝酸四钙等。
辅助性原料的添加量和使用方法需要 根据具体的生产工艺和产品要求进行 选择和控制。
常见的辅助性原料包括石膏、矿渣、 粉煤灰等，它们可以调节水泥的凝结 时间、提高水泥的强度和改善水泥的 性能。
02 水泥的生产工艺
破碎与预均化
破碎
将原料进行破碎，使其达到一定 的粒度要求，以便于后续的粉磨 和混合。
预均化
成品质量控制
第4章 水泥(2)
（1）普通硅酸盐水泥的技术指标
普通硅酸盐水泥的细度、体积安定性、氧化镁含 量、三氧化硫含量、氯离子含量要求与硅酸盐水泥 完全相同，凝结时间和强度等级技术指标要求不同。
① 凝结时间。要求初凝时间不小于45min，终凝
时间不大于600min。 ② 强度等级。根据3d和28d的抗折强度、抗压强 度，将普通硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、 52.5R四个强度等级。各龄期的强度应满足表4-3的 要求。
复合硅酸盐水泥（composite Portland cement） 代号为P•C。其中加入了两种（含）以上大于 20%且不超过50%的混合材料，并允许用不 超过水泥质量8％的窑灰代替部分混合材料， 所用混合材材料为矿渣时，其掺加量不得与 矿渣硅酸盐水泥重复。
（1）三种水泥的技术指标 这三种水泥的细度、凝结时间、体积安定性、强 度等级、氯离子含量要求与矿渣硅酸盐水泥相同。三 氧化硫含量要求不大于4.0％。氧化镁的含量要求不 大于6.0％，如果含量大于6.0％时，需进行压蒸安定 性试验并合格。
（2）三种水泥的性能及应用 这三种水泥与矿渣硅酸盐水泥的性质和应用有以 上很多共同点，如早期强度发展慢，后期强度增长快； 水化热小；耐腐蚀性好；温湿度敏感性强；抗碳化能 力差；抗冻性差等。但由于每种水泥所加入混合材材 料的种类和量不同，因此也各有其特点：
①火山灰质硅酸盐水泥抗渗性好。
因为火山灰颗粒较细，比表面积大，可使水泥 石结构密实，又因在潮湿环境下使用时，水 化中产生较多的水化硅酸钙可增加结构致密 程度，因此火山灰质硅酸盐水泥适用于有抗 渗要求的混凝土工程。 但在干燥、高温的环境中，与空气中的二氧化 碳反应使水化硅酸钙分解成碳酸钙和氧化硅， 易产生“起粉”现象，不宜用于干燥环境的 工程，也不宜用于有抗冻和耐磨要求的混凝 土工程。
第四章 硅酸盐水泥的水化
高浓度的钙离子和硫酸盐离子在溶液中保持的时间长短，取决于水泥的组成。 高度过饱和的氢氧化钙溶液的过饱和度在起始的10min内达到极大值后，又急剧 地降低。此后，溶液变为饱和的或者只是弱过饱和的。但也有数据表明，氢氧化 钙的高度过饱和能保持到4h或者1~3天之久。
水泥中含碱越多，碱开始溶解得越快，氢 氧化钙的过饱和度降低也越快（图2-2-5-9)。 孔隙溶液中硫酸盐离子的浓度在达到极 大值后，由于铝酸钙消耗硫酸盐形成了钙矾 石或单硫型水化硫铝酸盐，钙离子浓度开始 降低，从而使孔隙中溶液的硫酸盐浓度不断 下降，溶液逐渐变成基本上是氢氧化钙、氢 氧化钾和氢氧化钠的溶液。但在钾、钠存在 的条件下，钙的溶解度变小，加快了氢氧化 钙的结晶，更会使液相最后成为以K＋、Na＋ 和OH一离子为主的溶液。由此可见，孔隙液 相的组成依赖于水泥中各种组成的溶解度， 但液相组成必然又反过来会深刻影响到各熟 料矿物的水化速率，所以在水化过程中，固、 液两相在这方面也是处于随时间而变的动态 平衡之中。
水化重新加速的第二放热峰，也足以说明由于石膏的 存在，水化延缓。所以，石膏的参量是决定C3A水化速率、 水化产物的类别及其数量的主要因素。但石膏的溶解速 率也很重要，如果石膏不能及时向溶液中供应足够的硫 酸根离子，就有可能在形成钙矾石之前，先生成单硫型 水化硫铝酸钙。所以，硬石膏、半水石膏等不同类型的 石膏，对于C3A水化过程的影响，就与通常所用的二水石 膏有着明显的差别。 按照一般硅酸盐水泥的石膏掺量，其最终的铝酸盐水 化物常为钙矾石与单硫型水化硫铝酸钙。同时在常用水 灰比的水泥浆体中，离子的迁移受到一定程度的限制， 较难充分地进行上述各种反应，因此钙矾石很有可能与 其它几种水化铝酸盐产物在局部区域同时并存。
在C3S与水发生反应的初期，Ca2+和OH－进入溶液，在C3S表面形成一个缺钙的富硅 层，其厚度约为5 nm，这一富硅层是无定形的，不具刚性，但能吸水溶胀。随着反应的 不断进行，Ca2+和OH－ 继续进入溶液，当溶液中氢氧化钙浓度达到一定程度而过饱和时， 在C3S颗粒表面，晶核开始生长。氢氧化钙晶体，可能在C3S颗粒表面上生长，或在孔隙 中形成。由于或氢氧化钙的成核结晶，液相中氢氧化钙浓度降低，Ca2+就容易向外扩散， 液相中Ca(OH)2和C-S-H的过饱和度降低，它反过来又会使C-S-H和Ca(OH)2的生长速度 逐渐变慢。随着水化物在颗粒周围的形成，C3S的水化作用也受到阻碍。因而，水化从加 速过程又逐渐转向减速过程。最初的产物，大部分生长在颗粒原始周界以外由水所填充 的空间（称“外部产物”），而后期的生长则在颗粒原始周界以内的区域（称“内部产 物”）。随着“内部水化物”的形成和发展C3S的水化由减速期向稳定期转变。这时C3S 的水化反应完全为扩散速度所控制。
水泥工艺学(第四章)资料
＜3.0 ＜4.0 ＜2.0
﹥12 ﹥12
注：（1）SM= 2.0~2.7，一般需要掺硅质原料；当SM=3.5~4.0 时，一般需要与一级品或SM低的二级品原料搭配使用，或掺 用铝质原料。
（2）采用立波尔窑及立窑生产时，才要求提供塑性指数。
粘土质原料的选择
（1）硅率、铝率值要适当。 （2）尽量不含碎石、卵石，粗砂含量应小于5%。 （3）回转窑生产时对可塑性不做要求。
校正原料的质量要求
名称 铁质校正原料
常用材料 硫铁渣、低品位铁矿、
炼铁厂的尾矿 铅矿渣、铜矿渣
硅质校正原料 硅藻土、硅藻石、蛋白 石、砂岩
铝质校正原料 炉渣、煤矸石、矾土
质量要求
Fe2O3＞40%
SiO2: 70%~90% SM﹥4.0；R2O﹤4.0%
Al2O3﹥30%
四、低品位原料和工业废渣的利用
400 ～ 600
300 ～ 450
粘土中矿物 分解达最高 活化时温度
(℃) 600 ～800
500 ～700
400 ～700
粘土质原料的质量要求
品位
硅率SM
铝率IM
பைடு நூலகம்
MgO （%）
R2O （%）
SO3 （%）
塑性 指数
一级品 2.7~3.5 1.5~3.5 ＜3.0 ＜4.0 ＜2.0
二级品 2.0~2.7或 不限 3.5~4.0
纯石灰石含56%CaO、44%CO2，白 色，随杂质含量增加CaO含量减少。
石灰石中氧化钙含量应不低于45%～ 48%。
泥灰岩
是碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩， 属石灰岩向粘土过渡的中间类型岩石。是一种极好的水泥原 料。
水泥工艺学第4章原料
不限
＜3.0
＜ 4.0
＜2.0 ﹥12
二、粘土质原料的品质要求及选择
（二）、选择粘土质原料时应注意的问题 1、SM、IM值要适当。 2、尽量不含碎石、卵石，粗砂含量应小于5%。
为了便于配料又不掺硅质校正原料，要求黏 土质原料的硅率最好为2.7～3.1，铝率为1.5 ～3.0，此时黏土质原料中氧化硅含量应为55 ％～72％。
泥砂和盐类 （如MgCl2,NaCl）等有害物质。
石灰质原料
二、石灰质原料的选择
（一）石灰质原料的质量要求
石灰质原料使用最广泛的是石灰石，其主要成分是 CaCO3，纯石灰石的CaO最高含量为56%，其品位 由CaO含量确定。有害成分为MgO、R2O（Na2O、 K2O）和游离SiO2。
石灰质原料的一般要求如下：
建造在靠江、湖的湿法水泥厂，可利用挖泥船在固 定区域内进行采掘，做粘土质原料使用。
二、粘土质原料的品质要求及选择
（一）品质要求
品位
SM
IM
MgO R2O SO3 塑性 （%） （%） （%） 指数
一级品
2.7~3.5
1.5~3.5 ＜3.0
＜ 4.0
＜2.0 ﹥12
二级品
2.0~2.7; 3.5~4.0
3、注意可燃物对煅烧的影响； 4、因其可塑性差，立窑生产时要搞好成球。
四、其他原料
珍珠岩：是一种以玻璃态存在的火成非晶类物质，属富含SiO2 的酸性岩石，可用作粘土质原料配料。
赤泥：是烧结法从矾土中提取氧化铝时所排出的赤色废渣， Al2O3和Fe2O3含量高，CaO含量低，赤泥浆含水大，可作湿法 生产的粘土质原料。
一、固体燃料
煤的化学成分：工业分析
可燃成分
水泥原料及生产工艺
➢ 主要原料：石灰质原料（主要提供氧化钙）、粘土 质原料（主要提供氧化硅与氧化铝，也提供部分氧 化铁）和校正材料。
➢ 矿化剂：为改善易烧性，有时加入少量的矿化剂， 如萤石、石膏。矿化剂的加入可降低液相出现的温 度，或降低液相粘度，增加物料在烧成带的停留时 间，使石灰的吸收过程更充分，有利于提高产量。
➢ 注：这张片子有助于对前面过程的理解，从另一个角度介绍水泥的生产，红颜色的是 前面没有介绍的。
谢谢！
谢谢观赏
并将其加入到淘泥池中淘洗。然后，将破碎后的石灰石与粘土泥浆， 按配料要求，共同在生料磨中湿磨，制成生料浆泵送到料浆池。
➢ 硅酸盐水泥的煅烧：可以采用立窑和回转窑。立窑适用于规模较小的 工厂，而大中型厂则采用回转窑。回转窑是一个长的钢质圆筒，可围 绕轴线以一定速度转动。
新型干法水泥生产工艺流程
第二部分 原材料及生料制备
➢ （1）碳酸钙分解反应的特点
➢
这是一个可逆的、强吸热、烧失量大的反应，其分解温度与CO2的分压和矿物结晶程
度有关。
➢ （2）碳酸钙的分解过程 ①热气流从周围环境向碳酸钙颗粒表面传热；
➢ ②热量从颗粒表面向内部传递；
➢
③在一定温度下碳酸钙吸热分解并放出CO2；
➢
④CO2气体从颗粒内部向表面扩散；
➢
量热。由于碳酸钙在水泥生料中占80%左右，其分解过程需要吸收大量
的热，这是熟料煅烧过程中消耗热量最多的一个环节，也是水泥熟料煅
烧的一个最重要的环节。
➢ MgCO3=MgO+CO2↑-（1047～1214）J/g
➢ CaCO3=CaO+CO2↑-1645J/g
➢ 注：实际上还有粘土分解：一般在600-900℃，粘土开始分解，并形成 一些初级矿物，如CA, C2F, C2S和C12A7。 粘土分解位于碳酸盐的分解过 程中。
➢ 矿化剂：为改善易烧性，有时加入少量的矿化剂， 如萤石、石膏。矿化剂的加入可降低液相出现的温 度，或降低液相粘度，增加物料在烧成带的停留时 间，使石灰的吸收过程更充分，有利于提高产量。
➢ 注：这张片子有助于对前面过程的理解，从另一个角度介绍水泥的生产，红颜色的是 前面没有介绍的。
谢谢！
谢谢观赏
并将其加入到淘泥池中淘洗。然后，将破碎后的石灰石与粘土泥浆， 按配料要求，共同在生料磨中湿磨，制成生料浆泵送到料浆池。
➢ 硅酸盐水泥的煅烧：可以采用立窑和回转窑。立窑适用于规模较小的 工厂，而大中型厂则采用回转窑。回转窑是一个长的钢质圆筒，可围 绕轴线以一定速度转动。
新型干法水泥生产工艺流程
第二部分 原材料及生料制备
➢ （1）碳酸钙分解反应的特点
➢
这是一个可逆的、强吸热、烧失量大的反应，其分解温度与CO2的分压和矿物结晶程
度有关。
➢ （2）碳酸钙的分解过程 ①热气流从周围环境向碳酸钙颗粒表面传热；
➢ ②热量从颗粒表面向内部传递；
➢
③在一定温度下碳酸钙吸热分解并放出CO2；
➢
④CO2气体从颗粒内部向表面扩散；
➢
量热。由于碳酸钙在水泥生料中占80%左右，其分解过程需要吸收大量
的热，这是熟料煅烧过程中消耗热量最多的一个环节，也是水泥熟料煅
烧的一个最重要的环节。
➢ MgCO3=MgO+CO2↑-（1047～1214）J/g
➢ CaCO3=CaO+CO2↑-1645J/g
➢ 注：实际上还有粘土分解：一般在600-900℃，粘土开始分解，并形成 一些初级矿物，如CA, C2F, C2S和C12A7。 粘土分解位于碳酸盐的分解过 程中。
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水泥工艺学第4章原料
煤矸石、石煤的应用：
1、代替粘土配料； 2、经煅烧处理后作混合材； 3、作沸腾燃烧室燃料，其渣作水泥混合材。
水泥工艺学第4章原料
粉煤灰及炉渣的利用
n 粉煤灰：是火力发电厂煤粉燃烧后所得的粉状灰烬。 炉渣：煤在工业锅炉燃烧后排出的灰渣。
n 成分： 以SiO2、 Al2O3为主 n 利用：1、作混合材料；
水泥工艺学第4章原料
§4-1 石灰质原料
n 主要成分：CaCO3
n 天然（常用） n 人工(工业废渣)
水泥工艺学第4章原料
石灰质原料
一、种类及性质
种类：
石灰石（最常用） 大理石 泥灰岩、
白垩土、贝壳、珊瑚类
水泥工艺学第4章原料
石灰石
•定义：是由碳酸钙组成的化学与生物化学沉积岩。 •主要矿物：为方解石（CaCO3）微粒组成，并常含有白云石 （CaCO3·MgCO3）、石英（结晶SiO2）、燧石（又称玻璃质 石英、火石，主要成分为SiO2，属结晶SiO2）粘土质及铁质等 杂质。 •分类：白云质石灰岩、硅质石灰岩、粘土质石灰岩 •CaO含量：纯石灰石含CaO 56%，CO2烧失量为44%，白色， 随杂质含量增加CaO含量减少。 •含水量：一般不大于1.0%，具体值随气候而异。含粘土杂质 越多，水分越高。
水泥工艺学第4章原料
一、校正原料
n （一）铁质校正原料 n 常用：低品位的铁矿石，炼铁厂尾矿及硫酸
厂工业废渣硫铁渣等。 n 目前有用铅矿渣或铜矿渣的，既是校正原料，
又兼做矿化剂。（FeO） n 表3.8
水泥工艺学第4章原料
一、校正原料
n （二）、硅质校正原料 n 常用：硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河砂、砂岩、粉砂岩
二、粘土质原料的品质要求及选择 n （二）、选择粘土质原料时应注意的问题 n 1、SM、IM值要适当。 n 2、尽量不含碎石、卵石，粗砂含量应小于5%。
水泥工艺学第4章原料
n 为了便于配料又不掺硅质校正原料，要求黏 土质原料的硅率最好为2.7～3.1，铝率为 1.5～3.0，此时黏土质原料中氧化硅含量应 为55％～72％。
工业副产石膏
硬石膏： CaSO4
n 掺量：3%~6% 最佳掺量由试验决定；多了会
影响水泥安定性
水泥工艺学第4章原料
§3-4 低品位原料和工业废渣的利用
n 低品位原料：指那些化学成分、杂质含 量与物理性能等不符合一般水泥生产要 求的原料。如：低品位石灰质原料
n 工业废渣：主要指煤矸石、石煤、粉煤 灰、炉渣等
水泥工艺学第4章原料
二、粘土质原料的品质要求及选择
（一）品质要求
品位
SM
IM
MgO R2O SO3 塑性 （%） （%） （%） 指数
一级品
2.7~3.5
1.5~3.5 ＜3.0
＜ 4.0
＜2.0 ﹥12
二级品
2.0~2.7; 3.5~4.0
不限
＜3.0
＜ 4.0
＜2.0 ﹥12
水泥工艺学第4章原料
n 煤 正常煤 低质煤 灰分高 热值低
水泥工艺学第4章原料
一、固体燃料
石灰质原料的一般要求如下：
水泥工艺学第4章原料
石灰质原料的一般要求如下
名称品位
石 一级品 灰 石 二级品
泥灰岩
CaO ＞48
MgO ＜2.5
R2O ＜1.0
SO3 ＜1.0
燧石或石英 （f-SiO2）
＜4.0
45~48 ＜3.0 ＜1.0 ＜1.0 ＜4.0
35~45 ＜3.0 ＜1.2 ＜1.0 ＜4.0
2、代替部分或全部粘土参与配料。 n 作原料使用时应注意：1、加强均化；2、精确计量；
3、注意可燃物对煅烧的影响； 4、因其可塑性差，立窑生产时要搞好成球。
水泥工艺学第4章原料
四、其他原料
n 珍珠岩：是一种以玻璃态存在的火成非晶类物质，属富含SiO2 的酸性岩石，可用作粘土质原料配料。
n 赤泥：是烧结法从矾土中提取氧化铝时所排出的赤色废渣， Al2O3和Fe2O3含量高，CaO含量低，赤泥浆含水大，可作湿法 生产的粘土质原料。
n 共同化学式：mSiO2·Al2O3·nH2水O泥工艺学第4章原料
黄土
黄土是没有层理的粘土与微粒矿物的天然混合物。成因 以风积为主，也有成因于冲积、坡积、洪积和淤积的。颜 色以黄褐色为主。
页岩是粘土经长期胶结而成的粘土岩。一般形成与海相或陆 相沉积，或海相与陆相交互沉积。
化学成分类似于粘土，可作为粘土使用，但其硅率较低，通 常配料时需掺加硅质校正原料。
水泥工艺学第4章原料
目前水泥原料结构的一个新的技术方向 n 石灰质原料低品位化； n Si 、Al质原料岩矿化； n Fe质原料废渣化。
使用低品位原料急工业废渣时应注意
这些原料成分波动大，使用前先要取样分析， 且取样要有代表性；
使用时要适当调整一些工艺。
一、低品位石灰质原料的利用
n 低品位石灰质原料：CaO＜48%或含较多杂质。 其中白云石质岩不适宜生产硅酸盐水泥熟料，其 余均可用。
n 电石渣：是化工厂乙炔发生车间消解石灰排出的含水约 85%~90%的废渣。主要成分是Ca(OH)2,可替代部分石灰质原 料。
n 碳酸法制糖厂的糖滤泥、氯碱法制碱厂的碱渣、造纸厂的白泥： 其主要成分都是CaCO3，均可做石灰质原料。
水泥工艺学第4章原料
§2-4 燃 料
n 固体燃料 煤 n 液体燃料 重油 n 气体燃料 煤气
铅矿渣 铜矿渣 兼作矿化剂
Fe2O3＞40%
硅藻土、硅藻石、蛋 SiO2:70%~90%
白石、砂岩
n: ﹥4.0；R2O﹤4.0%
炉渣、煤矸石、矾土
Al2O3﹥30%
水泥工艺学第4章原料
二、 矿化剂
n 定义：在煅烧过程中，能加速熟料矿物的形成，
本身不参加反应或只参加中间反应的物质。
n 类型：
矿化剂
页岩颜色不定，一般灰黄、灰绿、黑色及紫色等， 结构致密坚实，层理发育，通常呈页状或薄片状。
水泥工艺学第4章原料
粉砂岩
n 粉砂岩是由直径为0.01~0.1mm的粉砂经长期胶结 变硬后碎屑沉积岩。
n 主要矿物是石英、长石、粘土等 n 胶结物质有粘土质、硅质、铁质及碳酸盐质。 n 颜色呈淡黄、淡红、淡棕色、紫红色等，质地一般
含氟化合物：如：CaF2(萤石) 硫化物：如：石膏
氯化物：CaCl2 其他:如：铜矿渣、磷矿渣
复合矿化剂
n 作用：加速分解反应；加速固相反应；降低液
相出现的温度；加速C3S的形成
水泥工艺学第4章原料
三、 缓凝剂
n 常用：石膏
n 石膏的作用： 缓凝
提高水泥早强，改善水泥性能
n 类型： 天然石膏
石膏： CaSO4·2H2O
n 使用：代替粘土质原料 n 使用注意事项：因其可塑性、易磨性差，使用时
要强化粉磨。
水泥工艺学第4章原料
三、煤矸石、石煤的利用
n 煤矸石：煤矿生产时的废渣，是采煤和选矿 过程中分离出来的，属泥质岩，夹杂一些砂 岩。
n 化学成分：以SiO2、Al2O3为主，少量Fe2O3、 CaO，少量热值。
n 石煤：古生代和晚古生代菌藻类低等植物所 形成的低炭煤。其组成性质及生成等与煤无 本质差别，属可燃沉积岩。
n 但立窑和立波尔窑煅烧时的生料都要成球后入 窑，成球质量对生产的影响非常显著，因此要 求黏土质原料具有良好的可塑性。
水泥工艺学第4章原料
§2-3 校正原料、矿化剂、缓凝剂
n 一、校正原料
n 当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料 成分不能符合配料方案要求时，必须根据 所缺少的组分掺加相应的原料，这种以补 充某些成分不足为主的原料称校正原料。
水泥工艺学第4章原料
2020/11/22
水泥工艺学第4章原料
生产硅酸盐水泥所用原料
原料名称 石灰质原料
主要提供的成分 CaO
配比（%） ~80
粘土质原料
SiO2、Al2O3少量Fe2O3 10~15
校正 原料
外 加 剂
铁质校正原料
硅质校正原料 铝质校正原料
矿化剂 晶种 助磨剂
Fe2O3 SiO2 Al2O3 如：CaF2 熟料
水泥工艺学第4章原料
粘 土、页 岩
n 粘土是多种微细的呈疏松或胶状密实的含水铝硅酸 盐矿物的混合体，它是由富含长石等铝硅酸盐矿物 的岩石经漫长地质年代风化而成。
n 主导矿物：粘土类同时含有几种粘土矿物时，其含 量最多的矿物。
n 类型：高岭石类: 2SiO2·Al2O3·2H2O如：红壤、 黄壤 蒙脱石类:4SiO2·Al2O3·nH2O 水云母类: 如黄土
水泥工艺学第4章原料
§2-2 粘土原料
n 概念：粘土质原料系指含水铝硅酸盐矿 物原料的总称。
n 主要化学成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3
水泥工艺学第4章原料
一、粘土质原料的种类与特性
n 种类： 粘土：东北的灰色、灰黄色粘土；南方的红壤、黄 壤 黄土：主要分布在西北、华北 页岩、粉砂岩： 河泥、湖泥：靠近江河湖海的地区 n 使用最多的是粘土和黄土。近年来多用页岩、粉 砂岩等
水泥工艺学第4章原料
泥灰岩
n 定义：是碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均匀 混合的沉积岩，属石灰岩向粘土过渡的中间类型岩 石。是一种极好的水泥原料。(混合均匀，易于煅烧)
n 分类：高钙泥灰岩：CaO≥45%,KH>0.95
n
低钙泥灰岩：CaO＜45%,KH<0.8
n 有些地方产的泥灰岩成分接近制造水泥的原料(CaO 43.5%~45%)，可直接烧制水泥，称天然水泥岩。
疏松，但也有较坚硬的。 n 粉页岩的硅率较高，一般大于3.0，可作为硅铝质
煤矸石、石煤的应用：
1、代替粘土配料； 2、经煅烧处理后作混合材； 3、作沸腾燃烧室燃料，其渣作水泥混合材。
水泥工艺学第4章原料
粉煤灰及炉渣的利用
n 粉煤灰：是火力发电厂煤粉燃烧后所得的粉状灰烬。 炉渣：煤在工业锅炉燃烧后排出的灰渣。
n 成分： 以SiO2、 Al2O3为主 n 利用：1、作混合材料；
水泥工艺学第4章原料
§4-1 石灰质原料
n 主要成分：CaCO3
n 天然（常用） n 人工(工业废渣)
水泥工艺学第4章原料
石灰质原料
一、种类及性质
种类：
石灰石（最常用） 大理石 泥灰岩、
白垩土、贝壳、珊瑚类
水泥工艺学第4章原料
石灰石
•定义：是由碳酸钙组成的化学与生物化学沉积岩。 •主要矿物：为方解石（CaCO3）微粒组成，并常含有白云石 （CaCO3·MgCO3）、石英（结晶SiO2）、燧石（又称玻璃质 石英、火石，主要成分为SiO2，属结晶SiO2）粘土质及铁质等 杂质。 •分类：白云质石灰岩、硅质石灰岩、粘土质石灰岩 •CaO含量：纯石灰石含CaO 56%，CO2烧失量为44%，白色， 随杂质含量增加CaO含量减少。 •含水量：一般不大于1.0%，具体值随气候而异。含粘土杂质 越多，水分越高。
水泥工艺学第4章原料
一、校正原料
n （一）铁质校正原料 n 常用：低品位的铁矿石，炼铁厂尾矿及硫酸
厂工业废渣硫铁渣等。 n 目前有用铅矿渣或铜矿渣的，既是校正原料，
又兼做矿化剂。（FeO） n 表3.8
水泥工艺学第4章原料
一、校正原料
n （二）、硅质校正原料 n 常用：硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河砂、砂岩、粉砂岩
二、粘土质原料的品质要求及选择 n （二）、选择粘土质原料时应注意的问题 n 1、SM、IM值要适当。 n 2、尽量不含碎石、卵石，粗砂含量应小于5%。
水泥工艺学第4章原料
n 为了便于配料又不掺硅质校正原料，要求黏 土质原料的硅率最好为2.7～3.1，铝率为 1.5～3.0，此时黏土质原料中氧化硅含量应 为55％～72％。
工业副产石膏
硬石膏： CaSO4
n 掺量：3%~6% 最佳掺量由试验决定；多了会
影响水泥安定性
水泥工艺学第4章原料
§3-4 低品位原料和工业废渣的利用
n 低品位原料：指那些化学成分、杂质含 量与物理性能等不符合一般水泥生产要 求的原料。如：低品位石灰质原料
n 工业废渣：主要指煤矸石、石煤、粉煤 灰、炉渣等
水泥工艺学第4章原料
二、粘土质原料的品质要求及选择
（一）品质要求
品位
SM
IM
MgO R2O SO3 塑性 （%） （%） （%） 指数
一级品
2.7~3.5
1.5~3.5 ＜3.0
＜ 4.0
＜2.0 ﹥12
二级品
2.0~2.7; 3.5~4.0
不限
＜3.0
＜ 4.0
＜2.0 ﹥12
水泥工艺学第4章原料
n 煤 正常煤 低质煤 灰分高 热值低
水泥工艺学第4章原料
一、固体燃料
石灰质原料的一般要求如下：
水泥工艺学第4章原料
石灰质原料的一般要求如下
名称品位
石 一级品 灰 石 二级品
泥灰岩
CaO ＞48
MgO ＜2.5
R2O ＜1.0
SO3 ＜1.0
燧石或石英 （f-SiO2）
＜4.0
45~48 ＜3.0 ＜1.0 ＜1.0 ＜4.0
35~45 ＜3.0 ＜1.2 ＜1.0 ＜4.0
2、代替部分或全部粘土参与配料。 n 作原料使用时应注意：1、加强均化；2、精确计量；
3、注意可燃物对煅烧的影响； 4、因其可塑性差，立窑生产时要搞好成球。
水泥工艺学第4章原料
四、其他原料
n 珍珠岩：是一种以玻璃态存在的火成非晶类物质，属富含SiO2 的酸性岩石，可用作粘土质原料配料。
n 赤泥：是烧结法从矾土中提取氧化铝时所排出的赤色废渣， Al2O3和Fe2O3含量高，CaO含量低，赤泥浆含水大，可作湿法 生产的粘土质原料。
n 共同化学式：mSiO2·Al2O3·nH2水O泥工艺学第4章原料
黄土
黄土是没有层理的粘土与微粒矿物的天然混合物。成因 以风积为主，也有成因于冲积、坡积、洪积和淤积的。颜 色以黄褐色为主。
页岩是粘土经长期胶结而成的粘土岩。一般形成与海相或陆 相沉积，或海相与陆相交互沉积。
化学成分类似于粘土，可作为粘土使用，但其硅率较低，通 常配料时需掺加硅质校正原料。
水泥工艺学第4章原料
目前水泥原料结构的一个新的技术方向 n 石灰质原料低品位化； n Si 、Al质原料岩矿化； n Fe质原料废渣化。
使用低品位原料急工业废渣时应注意
这些原料成分波动大，使用前先要取样分析， 且取样要有代表性；
使用时要适当调整一些工艺。
一、低品位石灰质原料的利用
n 低品位石灰质原料：CaO＜48%或含较多杂质。 其中白云石质岩不适宜生产硅酸盐水泥熟料，其 余均可用。
n 电石渣：是化工厂乙炔发生车间消解石灰排出的含水约 85%~90%的废渣。主要成分是Ca(OH)2,可替代部分石灰质原 料。
n 碳酸法制糖厂的糖滤泥、氯碱法制碱厂的碱渣、造纸厂的白泥： 其主要成分都是CaCO3，均可做石灰质原料。
水泥工艺学第4章原料
§2-4 燃 料
n 固体燃料 煤 n 液体燃料 重油 n 气体燃料 煤气
铅矿渣 铜矿渣 兼作矿化剂
Fe2O3＞40%
硅藻土、硅藻石、蛋 SiO2:70%~90%
白石、砂岩
n: ﹥4.0；R2O﹤4.0%
炉渣、煤矸石、矾土
Al2O3﹥30%
水泥工艺学第4章原料
二、 矿化剂
n 定义：在煅烧过程中，能加速熟料矿物的形成，
本身不参加反应或只参加中间反应的物质。
n 类型：
矿化剂
页岩颜色不定，一般灰黄、灰绿、黑色及紫色等， 结构致密坚实，层理发育，通常呈页状或薄片状。
水泥工艺学第4章原料
粉砂岩
n 粉砂岩是由直径为0.01~0.1mm的粉砂经长期胶结 变硬后碎屑沉积岩。
n 主要矿物是石英、长石、粘土等 n 胶结物质有粘土质、硅质、铁质及碳酸盐质。 n 颜色呈淡黄、淡红、淡棕色、紫红色等，质地一般
含氟化合物：如：CaF2(萤石) 硫化物：如：石膏
氯化物：CaCl2 其他:如：铜矿渣、磷矿渣
复合矿化剂
n 作用：加速分解反应；加速固相反应；降低液
相出现的温度；加速C3S的形成
水泥工艺学第4章原料
三、 缓凝剂
n 常用：石膏
n 石膏的作用： 缓凝
提高水泥早强，改善水泥性能
n 类型： 天然石膏
石膏： CaSO4·2H2O
n 使用：代替粘土质原料 n 使用注意事项：因其可塑性、易磨性差，使用时
要强化粉磨。
水泥工艺学第4章原料
三、煤矸石、石煤的利用
n 煤矸石：煤矿生产时的废渣，是采煤和选矿 过程中分离出来的，属泥质岩，夹杂一些砂 岩。
n 化学成分：以SiO2、Al2O3为主，少量Fe2O3、 CaO，少量热值。
n 石煤：古生代和晚古生代菌藻类低等植物所 形成的低炭煤。其组成性质及生成等与煤无 本质差别，属可燃沉积岩。
n 但立窑和立波尔窑煅烧时的生料都要成球后入 窑，成球质量对生产的影响非常显著，因此要 求黏土质原料具有良好的可塑性。
水泥工艺学第4章原料
§2-3 校正原料、矿化剂、缓凝剂
n 一、校正原料
n 当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料 成分不能符合配料方案要求时，必须根据 所缺少的组分掺加相应的原料，这种以补 充某些成分不足为主的原料称校正原料。
水泥工艺学第4章原料
2020/11/22
水泥工艺学第4章原料
生产硅酸盐水泥所用原料
原料名称 石灰质原料
主要提供的成分 CaO
配比（%） ~80
粘土质原料
SiO2、Al2O3少量Fe2O3 10~15
校正 原料
外 加 剂
铁质校正原料
硅质校正原料 铝质校正原料
矿化剂 晶种 助磨剂
Fe2O3 SiO2 Al2O3 如：CaF2 熟料
水泥工艺学第4章原料
粘 土、页 岩
n 粘土是多种微细的呈疏松或胶状密实的含水铝硅酸 盐矿物的混合体，它是由富含长石等铝硅酸盐矿物 的岩石经漫长地质年代风化而成。
n 主导矿物：粘土类同时含有几种粘土矿物时，其含 量最多的矿物。
n 类型：高岭石类: 2SiO2·Al2O3·2H2O如：红壤、 黄壤 蒙脱石类:4SiO2·Al2O3·nH2O 水云母类: 如黄土
水泥工艺学第4章原料
§2-2 粘土原料
n 概念：粘土质原料系指含水铝硅酸盐矿 物原料的总称。
n 主要化学成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3
水泥工艺学第4章原料
一、粘土质原料的种类与特性
n 种类： 粘土：东北的灰色、灰黄色粘土；南方的红壤、黄 壤 黄土：主要分布在西北、华北 页岩、粉砂岩： 河泥、湖泥：靠近江河湖海的地区 n 使用最多的是粘土和黄土。近年来多用页岩、粉 砂岩等
水泥工艺学第4章原料
泥灰岩
n 定义：是碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均匀 混合的沉积岩，属石灰岩向粘土过渡的中间类型岩 石。是一种极好的水泥原料。(混合均匀，易于煅烧)
n 分类：高钙泥灰岩：CaO≥45%,KH>0.95
n
低钙泥灰岩：CaO＜45%,KH<0.8
n 有些地方产的泥灰岩成分接近制造水泥的原料(CaO 43.5%~45%)，可直接烧制水泥，称天然水泥岩。
疏松，但也有较坚硬的。 n 粉页岩的硅率较高，一般大于3.0，可作为硅铝质