整理原料及预均化技术.docx

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整理原料及预均化技术

3.　　原料及预均化技术

学习要点：

　　掌握生产水泥所用原料的类型，每种类型原料提供的主要成分，各类原料中最常用的品种及对主要成分含量的要求破碎比，破碎段数，烘干的目的，常用设备，原料预均化的定义、原理；预均化堆场的类型，特点，影响均化效果的因素，描述物料均匀性的参数。

理解选择原料的原则，原料进行预处理的工作内容，生料均匀性对熟料煅烧的影响，生料均化链的组成，各环节完成工作量的大小，原料预均化堆场的工作过程，设备类型。

了解各类原料中常用品种的性能，低品位原料的类型，主要成分，可作哪种原料使用，使用时应注意什么，原料的开采方式，开采工艺，常用设备，原料运输进厂的方式。

3.1水泥生产的主要原料

生产硅酸盐水泥熟料的主要原料有石灰质原料和黏土质原料。

   3.1.1　石灰质原料

   凡是以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。

它可分为天然石灰质原料和人工石灰质原料两类。

水泥生产中常用的是含有碳酸钙（CaCO3）的天然矿石。

   3.1.1.1 石灰质原料的种类和性

（1）石灰石：

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）黏土质及铁质等杂质。

   CaO含量：

纯石灰石含CaO56%，烧失量为44%，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。

含黏土杂质越多，水分越高。

（2）泥灰岩：

是碳酸钙和黏土物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩，属石灰岩向黏土过渡的中间类型岩石。

是一种极好的水泥原料。

   分类：

高钙泥灰岩：

CaO≥45%

        低钙泥灰岩：

CaO＜45%

   有些地方产的泥灰岩成分接近制造水泥的原料，可直接烧制水泥，称天然水泥岩。

   主要矿物：

方解石

   （3）白垩：

是海生生物外壳与贝壳堆积而成的，富含生物遗骸，主要由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩。

   主要成分：

碳酸钙，含量80%-90%，甚至高于90%。

   性能：

易于粉磨和煅烧，是立窑水泥厂的优质石灰质原料。

   （4）贝壳和珊瑚类:

主要有贝壳、蛎壳和珊瑚石。

　　主要成分：

含碳酸钙90％左右。

表面附有泥砂和盐类（如MgCl2、NaCl、KCl）等对水泥生产有害的物质，所以使用时需用水冲洗干净。

   目前沿海小水泥厂有的采用这种原料。

　　3.1.1.2 石灰质原料的选择

（1）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。

一般要求如下：

                  石灰质原料的质量要求

成分

CaO

MgO

f-SiO2（燧石或石英）

SO3

K2O+Na2O

含量（%）

≥48

≤3

≤4

≤1

≤0.6

（2）石灰质原料的选择  

   Ⅰ、搭配使用；

   Ⅱ、限制MgO含量；（白云石是MgO的主要来源，含有白云石的石灰石在新敲开的断面上可以看到粉粒状的闪光）

   Ⅲ、限制燧石含量；（燧石含量高的石灰岩，表面常有褐色的凸出或呈结核状的夹杂物。

）

   Ⅳ、新型干法水泥生产，还应限制K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量组分。

   白云石、石灰石的判定方法：

   用10%盐酸滴在白云石上有少量的气泡产生，滴在石灰石上则剧烈地产生气泡。

   （3）常见石灰质原料的化学成分

   石灰质原料在水泥生产中的作用主要是提供CaO，其次还提供SiO2、Al203、Fe2O3,并同时带入少许杂质MgO、S03、R2O等

   中国部分水泥厂所用石灰石、泥灰岩、白垩等的化学成分详见下表：

 厂名

 名称

烧失量

 Si02

 A1203

 Fe203

 CaO

 MgO

 K20+Na20

 S03

 C1-

   产地

冀东水泥厂

宁国水泥厂

江西水泥厂

新疆水泥厂

双阳水泥厂

华新水泥厂

贵州水泥厂

北京水泥厂

石灰石

石灰石

石灰石

石灰石

石灰石

石灰石

泥灰岩

泥灰岩

38.49

 41.30

 41.59

 42.23

 42.48

 39.83

 40.24

 36.59

 8.04

 3.99

 2.50

 3.01

 3.03

 5.82

 4.86

 10.95

 2.07

 1.03

 0.92

 O．28

 0.32

 1.77

 2.08

 2.64

 0.91

 0.47

 0.59

 O．20

 0.16

 O．82

 0.80

 1.76

 48.04

 51.91

 53.17

 52.98

 54.20

 49.74

 50.69

 45.00

 O．82

 1.17

 O．47

 0.50

 0.36

 1.16

 O．91

 1.20

   0.80

   0.13

   0.11

   O．097

   0.06

   O．23

   1.45

 0.27

 O．02

 0.13

 O．02

 0.02

 0.0057

 0.003

0.0038

 0.006

 O．001

 王官营

 海螺山

 大河山

艾维尔沟

羊圈顶子

 黄金山

   贵阳

 八家沟

偃师白垩

浩良河大理岩

36.37

 42.20

 12.22

 2.70

 3.26

 0.53

 1.40

 0.27

 45.84

 51.23

 0.81

 2.44

   O．14

 O．10

 0.004

 浩良河

    （4）石灰质原料的性能测试方法

　　石灰质原料中各种元素（或氧化物）的含量：

可用化学分析方法定量确定。

　石灰质原料的分解温度：

可用差热分析方法确定其中碳酸盐的分解温度。

   石灰质原料的主要矿物组成：

可用x射线衍射方法进行物相定性分析。

   石灰质原料的微观结构：

可采用透射电子显微镜来研究方解石的晶粒形态、晶粒大小以及晶体中杂质组分的存在形式；用电子探针可测试研究杂质组分的形态、含量、颗粒大小、分布均匀程度等。

3.1.2　黏土质原料

   黏土质原料系指含水铝硅酸盐物原料的总称。

   主要化学成分是二氧化硅，其次是三氧化二铝、三氧化铁。

   3.1.2.1 黏土质原料的种类与特性

  水泥工业采用的天然黏土质原料有黏土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，使用最多的是黏土和黄土。

近年来多用页岩、粉砂岩等   

（1）黏土

   黏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。

包括华北、西北地区的红土，东北地区的黑土与棕壤，南方地区的红壤与黄壤等。

   根据黏土中主导矿物不同，将其分为高岭石类、蒙脱石类、水云母类等。

（2）黄土

   黄土是没有层理的黏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。

   （3）页岩

   页岩是黏土经长期胶结而成的黏土岩。

一般形成与海相或陆相沉积，或海相与陆相交互沉积。

化学成分类似于黏土，可作为黏土使用，但其硅率较低，通常配料时需掺加硅质校正原料。

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。

  （4）粉砂岩

   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。

主要矿物是石英、长石、黏土等，胶结物质有黏土质、硅质、铁质及碳酸盐质。

颜色呈淡黄、淡红、淡棕色、紫红色等，质地一般疏松，但也有较坚硬的。

   粉页岩的硅率较高，一般大于3.0，可作为硅铝质原料。

  （5）河泥、湖泥类

   江、河、湖、泊由于流水速度分布不同，使挟带的泥沙规律地分级沉降的产物。

其成分决定于河岸崩塌物和流域内地表流失土的成分。

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，做黏土质原料使用。

  （6）千枚岩

   由页岩、粉砂岩或中酸性凝灰岩经低级区域变质作用形成的变质岩称千枚岩。

岩石中的细小片状矿物定向排列，断面上可见许多大致平行，极薄的片理，片理面呈丝绢光泽。

岩石常呈浅红、深红、灰及黑等色。

   3.1.2.2 黏土质原料的品质要求及选择

（1）品质要求

  黏土质原料的质量要求

品 位

n

p

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或3.5~4.0

不限

＜3.0

＜4.0

＜2.0

＞12

（2）、选择黏土质原料时应注意的问题

   Ⅰn、p值要适当。

   Ⅱ尽量不含碎石、卵石，粗砂含量应小于5%。

   Ⅲ旋窑生产时对可塑性不做要求。

3.2水泥生产用辅助原料　

 3.2.1　校正原料

   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。

（1）铁质校正原料

   当氧化铁含量不足时，应掺加氧化铁含量大于40％的铁质校正原料。

   常用：

低品位的铁矿石，炼铁厂尾矿及硫酸厂工业废渣硫酸渣等。

   目前有用铅矿渣或铜矿渣的，既是校正原料，又兼做矿化剂。

（2）硅质校正原料

   当生料中SiO2含量不足时，需掺加硅质校正原料。

   常用：

硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河砂、砂岩、粉砂岩等。

其中砂岩，河砂中结晶SiO2多，难磨难烧，尽量不用，风化砂岩易于粉磨，对煅烧影响小。

   （3）铝质校正原料

   当生料中Al2O3。

含量不足时，需掺加铝质校正原料。

   常用：

炉渣、煤矸石、铝矾土等

   （4）校正原料的质量要求

校正原料常用品种及质量要求

校正原料

常用品种

质量要求

铁质校正原料

低品位的铁矿石、炼铁厂尾矿、硫酸厂工业废渣硫酸渣（俗称铁粉）

铅矿渣，铜矿渣（还兼作矿化剂）

Fe2O3≥40%

硅质矿化剂

硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河沙、砂岩、粉砂岩

n＞4.0； SiO2：

70%~90%

R2O＜4.0%

铝质校正原料

炉渣、煤矸石、铝矾土

Al2O3＞30%

3.2.2 燃料

   水泥工业是消耗大量燃料的企业。

燃料按其物理状态的不同可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三种。

中国水泥工业目前一般采用固体燃料来煅烧水泥熟料。

（1）固体燃料的种类和性质

   固体燃料煤，可分为无烟煤、烟煤和褐煤。

回转窑一般使用烟煤，立窑采用无烟煤或焦煤末。

    ①无烟煤又叫硬煤、白煤，是一种碳化程度最高，干燥无灰基挥发分含量小于10％的煤。

其收缩基低热值一般为20900～29700kJ／kg（5000～7000kcal／kg）。

无烟煤结构致密坚硬，有金属光泽，密度较大，含碳量高，着火温度为600～700℃，燃烧火焰短，是立窑煅烧熟料的主要燃料。

    ②烟煤烟煤是一种碳化程度较高，干燥灰分基挥发分含量为15％～40％的煤。

其收缩基低热值一般为20900～31400kJ／kg（5000～7500kcal／kg）。

   结构致密，较为坚硬，密度较大，着火温度为400～500℃，是回转窑煅烧熟料的主要燃料。

    ③褐煤褐煤是一种碳化程度较浅的煤，有时可清楚地看出原来的木质痕迹。

其挥发分含量较高，可燃基挥发分可达40％～60％，灰分20％～40％，热值为8374～1884kJ／kg。

褐煤中自然水分含量较大，性质不稳定，易风化或粉碎。

（2）煤的质量要求

   水泥工业用煤的一般质量要求见下表

 水泥工业用煤的一般质量要求

   窑   型

   灰分/%

   挥发分/%

   硫/%

 低位发热量/（kJ/kg）

湿法窑

立波尔窑

机立窑

预分解窑

   ≤28

   ≤25

   ≤35

   ≤28

   18～30

   18～80

   ≤15

   22～32

   ——

   ——

   ——

   ≤3

   ≥21740

   ≥23000

   ≥18800

   ≥21740

 3.2.3 低品位原料和工业废渣的利用

   低品位原料：

化学成分、杂质含量、物理性能等不符合一般水泥生产要求的原料。

   目前水泥原料结构的一个新的技术方向：

石灰质原料低品位化；Si、Al质原料岩矿化;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。

（1）低品位石灰质原料的利用

   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。

但要与优质石灰质原料搭配使用。

（2）煤矸石、石煤的利用

   煤矸石：

煤矿生产时的废渣，在采矿和选矿过程中分离出来。

其主要成分是SiO2、Al2O3、以及少量Fe2O3、CaO等，并含4180~9360kj/kg的热值。

   石煤：

多为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区别，但含碳量少，挥发分低，发热量低，灰分含量高。

   煤矸石、石煤在水泥工业中的应用目前主要有三种途径：

代粘土配料；经煅烧处理后做混合材；沸腾燃烧室燃料，其渣做水泥混合材。

  （3）粉煤灰及炉渣的利用

   粉煤灰：

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。

   粉煤灰、炉渣的主要成分：

以SiO2、Al2O3为主，但波动较大，一般Al2O3偏高。

   利用：

部分或全部替代粘土参与配料；作为铝质校正原料使用；作水泥混合材料。

   作原料使用时应注意：

加强均化；精确计量；注意可燃物对煅烧的影响；因其可塑性差，立窑生产时要搞好成球。

  （4）玄武岩资源的开发与利用

   玄武岩：

是一种分布较广的火成岩，其颜色由会到黑，风化后的玄武岩表面呈红褐色。

   成分：

其化学成分类似于一般粘土，主要是SiO2、Al2O3，但Fe2O3、R2O偏高，即助熔氧化物含量较多。

   利用：

可以替代粘土，做水泥的铝硅酸盐组分，以强化煅烧。

   使用注意事项：

因其可塑性、易磨性差，使用时要强化粉磨。

  （5）其他原料的应用

   珍珠岩：

是一种主要以玻璃态存在的火成非晶类物质，富含SiO2、也是一种天然玻璃。

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放出的赤色废渣，其化学成分与水泥熟料的化学成分相比较，Al2O3、Fe2O3含量高，CaO含量低，含水量大，赤泥与石灰质原料搭配配合便可配制出生料。

通常用于湿法生产。

   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。

其主要成分是Ca（OH）2，可替代部分石灰质原料。

常用于湿法生产。

   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。

3.3矿山开采

水泥厂的主要原料——石灰石和黏土——必须靠近工厂，由工厂直接进行开采，只有在特殊情况下，才允许利用外地运来的原料。

   需从专用矿床开采后运输进厂的原料：

石灰质原料、粘土质原料。

   开采前应做的工作：

对矿山资源进行详细的勘探；作必要的原料工业性试验，以确保资源的合理和原料开采的高效。

   3.3.1 开采方法

  露天开采。

即直接揭露出矿体进行开采。

开采时须先搬移土岩即剥离，再采开矿石即开采。

（1）剥离：

   剥离方式：

覆盖层是松散状的浮土，采用电铲或人工挖取，也可用水力冲洗引法。

覆盖层是硬质岩石废矿，先进行覆盖层的爆破，再剥离。

（2）开采：

   开采方式：

较松散状的矿体，用机械直接挖取，也可用人工挖取。

硬质矿体，先爆破再采装、运输排卸。

   开采工艺：

按采掘方式分：

 竖直挖取 平卧挖取

   按作业形式（即工业环节连续程度）分：

 循环作业 连续作业 半连续作业。

   目前最常见的开采工艺：

竖直挖取的水平分段循环作业开采工艺。

石灰石矿山

石灰石矿山开采设备

3.3.2 原料运输

常用运输的方式及使用条件

道路和通道

主要运输方式

适用条件

主要特征

公路

自卸汽车运输

1、 运距不长的石灰石矿（≤3km，小矿可适当延长）

2、 运距较长的辅助原料矿山

3、 地形和矿体产状复杂或零星分布的矿山

4、 小尺寸的深凹露天矿

5、 陡帮开采的矿山

1、 路线工程量少、施工快、投资较省

2、 有利于分采分运

3、 便于发挥挖掘机效率

4、 便于采用高、近、分散的废石场

5、 有些深凹露天矿可减少剥离量

6、 运距长时成本较高

7、 汽车较多、维修量大、燃油消耗多

铁路

窄轨电机车（内燃机车）牵引侧卸矿车运输

1、 地形平坦矿体产状简单的大中型水泥厂石灰石矿

2、 高差一般在±50m以内

3、 具有适于敷设铁路的地形和场地

1、 运输量大、成本较低

2、 线路工程量大、施工期长、投资较高

3、 采场内和废石场上移道工作量大

4、 经济运距较长

斜坡卷扬道

斜坡矿车组

1、 高差在100m以内的中小型水泥厂的石灰石矿

2、 斜坡道倾角5°~20°

1、 设备较简单

2、 斜坡道工程量较小，投资较省

3、 人工摘挂钩、劳动条件差、效率低

斜坡台车

1、 大中型水泥厂石灰石山坡或深凹露天矿，高差100m或更大

2、 斜坡道倾角20°~30°

1、设备较简单

2 、修筑斜坡道工程量小，投资较省

3、 上下台车工作麻烦，效率较低

斜坡萁斗

1、 大中型水泥厂石灰石山坡或深凹露天矿，高差100m或更大

2、 斜坡道倾角10°~25°

3、 因工程地质差不适于开凿溜井（槽）的山坡矿

1、 可大大缩短运距，减少运输设备

2、 采场内多用汽车运输，具有转载工序，生产较复杂

3、 降段麻烦

平峒溜井（槽）

采场内自卸汽车下部窄轨电机车或破碎后胶带机

1、 大中型水泥厂的石灰石矿

2、 高差大于100m的山坡矿床

3、 具有适用于开凿溜井（槽）的岩层

1、 设备少、运距短、成本低

2、 采场内用汽车运输，机动性高

3、 需要开凿井巷，施工复杂

胶带输送机道

挖掘（装载）机—破碎—胶带机

1、 特大型水泥厂石灰石矿

2、 矿石质量稳定

3、 采场尺寸大，地形比较规整

4、 矿山服务年限较长

1、 规模越大经济效益越好

2、 用人少、劳动生产效率高

3、 燃油消耗少

4、 降段较复杂

挖掘（装载）机—汽车—破碎—胶带机

1、 特大型水泥厂石灰石矿

2、 允许多品级矿石搭配开采

3、 矿山服务年限较长

1、 规模越大经济效益越好

2、 用人少、劳动生产率高

3、 降段较复杂

校正原料、其他辅助性原、材料及燃煤一般可据运距、交通便利条件、经营费用等考虑采用铁路或公路运输进厂。

3）按行业分。

国家污染物排放标准分为跨行业综合性排放标准和行业性排放标准。

（4）建设项目环境保护措施及其技术、经济论证。

[答疑编号502334050101]皮带机长距离输送石灰石

3.4原料破碎与烘干、输送与储存

3.4.1 破碎

   破碎的目的：

便于运输、储存、烘干、配料和粉磨。

   常需破碎的物料：

石灰石、块状粘土质原料、矿化剂、石膏、熟料等。

（1）破碎工艺：

   破碎：

利用机械方法将大块物料变成小块物料的过程。

也有把粉碎后产品粒度大于2～5mm的称破碎。

  破碎比：

物料破碎前后的粒度之比。

破碎比的大小是确定破碎段数和破碎机选型的重要参数之一。

  破碎段：

物料每经过一次破碎，称为一个破碎段。

   下图为一段、二段破碎的工艺流程图：

3.环境影响登记表的内容   

第1页

（2） 破碎设备及选用

   担任破碎过程的设备是破碎机。

水泥工业中常用的破碎机有颚式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机、圆锥式破碎机、反击一锤式破碎机、立轴锤式破碎机等。

各种破碎机具有各自的特性，生产中应视要求的生产能力、破碎比、物料的物理性质如块度、硬度、杂质含量与形状）和破碎设备特性来确定用什么样的破碎机。

第1页水泥厂常用破碎设备的工艺特性

  破碎机类型

2）规划实施可能对环境和人群健康产生的长远影响。

 破碎原理

[例题-2006年真题]下列关于建设项目环境影响评价实行分类管理的表述，正确的是（　）   破碎比i

（5）法律、行政法规和国务院规定的其他建设项目。

允许物料含水量/%

1.环境影响评价工作等级的划分 适宜破碎的物料

颚式、旋回式、颚旋式破碎机

细碎颚式破碎机

锤式破碎机

反击式破碎机

立轴锤式破碎机

冲击式破碎机

风选锤式破碎机

高速粉煤机

齿辊式破碎机

刀式黏土破碎机

   挤压

   挤压

   冲击

   冲击

   冲击

   冲击

 冲击、磨剥

   冲击

 挤压、磨剥

 挤压、冲击

   3～6

   8～10

 10～15（双转子30～40）

   10～40

   10～20

   10～30

   50～200

   50～180

   3～15

   8～12

   <10

   <10

   <10

   <12

   <12

   <10

   <8

   8～13

   <20

   <18

 石灰石、熟料、石膏

 石灰石、熟料、石膏

石灰石、熟料、石膏、煤

 石灰石、熟料、煤

石灰石、熟料、石膏、煤

 石灰石、熟料、石膏

   煤

   煤

   黏土

   黏土

颚式破碎机

锤式破碎机

单转子反击式破碎机

双转子反击式破碎

3.4.2 烘干

   烘干：

利用热能将物料中的水分汽化并排除的过程。

   烘干的目的：

提高磨机粉磨效率；利于粉状物料的输送、储存和均化。

   常需要烘干的物料：

粘土、煤、矿渣等。