生料在煅烧过程中物理化学变化熟料煅烧

生料在煅烧过程中的物理化学变化
在这5个过程中，有4个是物理传热传递过程， 唯独碳酸钙吸收热量分解放出CO2的过程是一 个化学反应过程。在颗粒开始分解与分解面向 颗粒内部深入时，各过程对分解的影响程度不 相同，哪个过程最慢，哪个便是主控过程。即 碳酸钙的分解速度受控于其中最慢的一个过程。
分解速度或者分解所需的时间将决定于化学反 应所需时间，即反应生成的CO2通过表面CaO 层的扩散是整个碳酸钙分解过程中的速度控制 过程。
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4、固相反应 4.1、反应过程 通常在碳酸钙分解的同时，分解产物CaO与
生料中的SiO2、Fe2O3、Al2O3等通过质点的相 互扩散而进行固相反应，形成熟料矿物。 水泥熟料矿物C3A和C4AF、C2S的形成是一个 复杂的多级反应，反应过程是交叉进行的。水 泥熟料矿物的固相反应是放热反应，固相反应 的放热量约为420~500J/g。
热面积，降低了碳酸钙的分解速度。
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4．温度 提高反应温度，分解反应的速度加快，分解时间缩短。
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。 5．系统中CO2分压 通风良好CO2分压较低，有利于CO2的扩散和加速碳酸 钙的分解。 6．生料中粘土质组分的性质 如果粘土质原料的主导矿物是高岭土，由于其活性 大，在800℃下能和氧化钙或直接与碳酸钙进行固相反 应，生成低钙矿物，可以促进碳酸钙的分解过程。反 之，如果粘土主导矿物是活性差的蒙脱石和伊利石， 则CaCO3的分解速度就慢。
破坏，生成了非晶质的无定形偏高岭土(脱水高
岭土)，由于偏高岭土中存在着因OH-基跑出后
留 和下Al2的O空3，位这，些故无可定以形把物它具看有成较是高无活定性型。的SiO2
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3 碳酸盐分解
生料中的碳酸钙和夹杂的少量碳酸镁在煅烧过程中分
解始并于放40出2~C48O02℃的左过右程，称最碳高酸分盐解分温解度。7碳00酸℃镁左的右分；解碳温酸度 钙在600℃时就有微弱分解发生，但快速分解温度在 812~928℃之间变化。MgCO3在590 ℃、CaCO3在890℃ 时的分解反应式如下：
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～800℃
CaO+ Al2O3
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粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如 下式所示：
Al2O3•2SiO2•2H20
高岭土
Al2O3•2SiO2 + 2H20↑
偏高岭土 水蒸气
Al2O3•2SiO2
Al2O3 + 2SiO2
高岭土进行脱水分解反应属吸热过程。高
岭土在失去化合水的同时，本身晶体结构遭受
量为1645J/g，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 量约占预分解窑的二分之一。 3．烧失量大 CO每2气10体0 k4g4的kg纯，C烧aC失O量3分占解4后4%排。出挥发性
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4．分解温度与CO2分压 和矿物结晶程度有关
在常压(101325 Pa)和分 解出的CO2分压达1个大 气压(即平衡分解压力 101325Pa) 的环境中，纯 碳酸钙的分解温度为 800℃。平衡分压增大， 分解温度增高，环境CO2 的浓度和压力对碳酸钙 分解温度的影响见图6-2 所示
3.3、 影响碳酸钙分解速度的因素
1．石灰质原料的特性 以最常见的石灰石为例，当石灰石中伴生有其他矿物
和杂质一般具有降低分解温度的作用， 2．生料细度和颗粒级配 生料粉磨得细，且颗粒均匀、粗粒少，生料比表面积
增加，使传热和传质速度加快，有利于分解反应进行。 3．生料悬浮分散程度 生料悬浮分散差，相对地增大了颗粒尺寸，减少了传
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3.2、 碳酸钙的分解过程
一颗正在分解的CaCO3颗粒，颗粒内部的分解反应可 分为下列5个过程：
①热气流向颗粒表面传进分解所需要的热量Qi； ②热量以传导方式由表面向分解面传递的过程； ③在一定温度下碳酸钙吸收热量，进行分解并放出CO2
的化学过程； ④分解放出的CO2，穿过CaO层，向表面扩散传质； ⑤表面的CO2向周围气流介质扩散。
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1 干燥 排除生料中自由水分的工艺过程称为干燥。 2 脱水 脱水是指粘土矿物分解放出化合水。 粘土矿物的化合水有两种：一种是以OH一离子状态
存在于晶体结构中，称为晶体配位水(也称结构水)；另 一种是以水分子状态吸附于晶层结构间，称为晶层间 水或层间吸附水。所有的粘土都含有配位水；多水高 岭土、蒙脱石还含有层间水；伊利石的层间水因风化 程度而异。层间水在100℃左右即可排除，而配位水则 必须高达400～600℃以上才能脱去。
MgCO3
MgO + CO2↑－(1047~1 214)J/g
CaC03
CaO + CO2↑－1645 J/g
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其中，碳酸钙在水泥生料中所占比例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，因此，它是水泥熟料煅烧过程
重要的一环。
生料在煅烧过程中的物理化学变化
3.1 碳酸钙分解反应的特点 1．可逆反应 2．强吸热反应 每1 kg纯碳酸钙在890℃时分解吸收热
第四讲 生料在煅烧过程中的
物理化学变化
生料在煅烧过程中的物理化学变化
生料在加热过程中，依次发生干燥、粘 土矿物脱水、碳酸盐分解、固相反应、 熟料烧结及熟料冷却结晶等重要的物理 化学反应。这些反应过程的反应温度、 反应速度及反应产物不仅受原料的化学 成分和矿物组成的影响，还受反应时的 物理因素诸如生料粒径、均化程度、气 固相接触程度等的影响。
生料在煅烧过程中的物理化学变化
在悬浮预热器和分解炉内，由于生料悬 浮于气流中，基本上可以看作是单颗粒， 其传热系数较大，特别是传热面积非常 大，分解过程的速率受化学反应过程所 控制。在分解炉(物料温度850℃左右)， 只需几秒钟即可使碳酸钙分解率达到 85%~95%。
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