关于水泥生产原材料选择问题的探讨Word文件下载.docx

1、随着水泥工业的不断发展,生产规模不断扩大,各种水泥原料日显紧张,优质原材料越来越少。为了满足日常生产对水泥原料数量的需求,很多厂家不得不同时采用多矿点原料,然后搭配使用;而在选择各种材料过程中,不少厂家由于技术水平的限制,往往片面追求某个指标,而不能对其性质做出综合评价,结果造成水泥产质量水平降低,甚至严重影响水泥的正常生产,降低了经济效益。为了指导生产,本文分析探讨了几种性质原材料对生料易烧性或水泥性能的影响,并指出了在选择原材料过程中应该注意的若干问题。2 实验结果与分析2.1 石灰石的选择问题石灰石性质的好坏是影响水泥生料易烧性的关键因素,在选择石灰石过程中,除了应考虑其CaO含量能否满

2、足配料需求之外,重点应考虑两方面问题:首先是石灰石的晶体构造;其次是石灰石中的SiO2含量及其结晶程度。从结晶化学上讲,晶体大小可分为巨晶（1000m）、粗晶（5001000m）、中晶（300500m）、细晶（100300m）、粉晶（10100m）、泥晶（lt;10m）几大类。同一种石灰石,一般各种尺寸的CaCO3晶粒均存在,作者选择了几种CaO含量相近、结晶程度不同的石灰石进行对比实验,测定了各种石灰石中的CaCO3剧烈分解温度,同时采用余下全文KH=0.96,n=1.90,P=1.30的配方进行易烧性实验,结果见表1、表2。表1 各种石灰石组成（%）及其晶体平均尺寸表2 各试样易烧性试验结

3、果由表1可见,四种石灰石成分基本相近,而其CaCO3晶体尺寸差别很大,随A、B、C、D依次降低,A为方解石,D基本属于泥晶结构;而从表2结果可知,随着CaCO3晶体尺寸不断减小,CaCO3剧烈分解温度显著降低,A比D的剧烈分解温度高出50以上,从不同温度试样中的fCaO含量亦可知,随着CaCO3晶体尺寸减小,生料易烧性明显改善,尤其在低温阶段（1350）,A试样中fCaO含量比D试样高5.12%,1300时则高13.29%,说明CaCO3晶体尺寸对生料易烧性影响显著。因此在选择石灰石过程中,应尽量选择CaCO3结晶细小的石灰石,因为巨晶或粗晶的 CaCO3的分解温度不仅比泥晶CaCO3分解温度

4、高出50以上,而且巨晶CaCO3分解出的CaO颗粒亦远比泥晶CaCO3分解出的CaO颗粒大,从而造成试样中CaO分散程度大大降低,严重影响了生料易烧性,同时结晶粗大的石灰石也直接提高了生料的粉磨电耗,不利于提高水泥产质量,降低消耗。因此,在选择石灰石时,CaCO3晶体大小是衡量其质量的重要因素。除了CaCO3结晶程度外,另一个应重视的是石灰石中的SiO2含量及其结晶程度。作者选择了几种CaCO3结晶程度相近、SiO2含量及其结晶程度不同的的石灰石进行易烧性试验,结果见表3、表4。表3 几种石灰石组成及其结晶SiO2含量（%）注:结晶SiO2含量是指试样中的石英含量,由定量X射线分析测得。表4

5、各试样易烧性试验结果由表3可以看出,A21石灰石试样中SiO2含量极低,而B21中SiO2含量却很高,对比表4中两者易烧性结果不难发现,用含SiO2较高的B21石灰石配制的B22试样,经不同温度煅烧后,其试样中的fCaO含量普遍比A22试样高2%以上。除此之外,含有SiO2较高的石灰石分解温度也高近20,说明石灰石中的SiO2不仅会影响生料易烧性,还会提高CaCO3分解温度。从表3、表4结果还可看出,尽管C21试样中的SiO2含量与B21相近,其CaCO3分解温度却比B21低11,而且用其配制的试样的易烧性明显好于B21配制的试样的易烧性。说明石灰石中的SiO2对生料易烧性的影响不仅与其含量有

6、关,而且还与其它因素有关。从表3可以看出,B21中的SiO2主要为结晶SiO2,高达5.60%,而C21中的结晶SiO2含量经XRD分析几乎为零,这是导致B22与C22试样易烧性明显不同的根本原因。因为C21中的SiO2不是以石英形式存在,而是以高岭土形式存在。看来,石灰石中的SiO2对生料易烧性的影响与其含量关系不大,而关键决定于SiO2的存在形式,当石灰石中SiO2含量很高,且大部分呈游离石英形式存在时,会严重恶化生料易烧性,而当SiO2以高岭土形式存在时,对生料易烧性影响并不显著。实际生产中有时对石灰石中SiO2存在形式不便鉴定,但可根据其SiO2含量与Al2O3含量的比例大致判断SiO

7、2存在形式,当其SiO2含量与Al2O3含量之间的关系近于120102时,说明SiO2多以高岭土形式存在,发生这种现象的原因大多是因为石灰石中夹带有粘土矿物所致。对于石灰石中的MgO,只要其含量在合理的范围内,对生料易烧性影响并不大,适量的MgO对降低熟料液相出现温度及改善水泥颜色还有好处。2.2 粘土质材料选择问题对于粘土质材料,相当多厂家均未予以足够重视,事实上,粘土质材料的性质不仅影响到生料的易烧性及易磨性,对于立窑厂,还影响到生料的塑性及成球性能。就粘土质材料的性质而言,除了要求其成分能满足配料要求外,重点应考虑其含砂量、砂粒结晶度及其塑性、微量组分种类及含量等,在实际生产中,不仅应对

8、粘土质材料进行含砂量分析,还应对其筛出的砂粒进行化学分析,确定其成分,当砂粒成分不是以SiO2为主时,说明砂粒并非结晶石英,而是其它矿物,如钾长石、钠长石等,这种砂粒对生料易烧性影响不大;当砂粒中SiO2含量高达80%以上时,说明粘土中的砂粒主要是结晶SiO2,作者曾选择SiO2含量相近,结晶SiO2含量不同的粘土进行易烧性试验。结果表明,粘土中的结晶SiO2含量每提高1%,经1400下煅烧的熟料中的fCaO含量提高近0.5%,说明含结晶SiO2高的粘土会严重恶化生料的易烧性,除此之外,还会大大影响生料的塑性及成球性能,不利于立窑的煅烧。江苏某水泥厂立窑水泥熟料产质量均达到较高水平,其粘土含砂

9、量低,可塑性好亦是主要原因之一;此外,还发现其粘土质材料中含有一定量的稀土组分。广东茂名有的厂使用油页岩代替粘土配料亦取得了较好效果,其原因之一也是因为油页岩中含有一定量的稀土,水泥生料中引入部分稀土组分对改善生料易烧性,提高水泥产质量有良好效果。在选择粘土质材料中所含的微量组分种类及其含量时,尤其应注意粘土中的K、Na等组分含量,适量的碱对水泥煅烧有好处,但含量过高,则会引起水泥快凝,商品混凝土表面起霜,或墙面发霉现象,同时对商品混凝土抗干缩、抗渗性能亦有影响,应引起重视。2.3 煤的选择问题煤质的好坏同样是一个值得重视的问题,作为煤的性质,水泥厂常考虑煤的发热量及挥发分较多,对其它方面性质

10、重视不够。事实上对于煤的性质,除了应考虑煤的热值及挥发分之外,还应考虑煤的着火点、气化速度、煅烧速度以及煤灰熔点等问题,因为这些方面的性质直接影响到回转窑内的火焰形状及热力分布状况,作为立窑水泥厂,上述性质则直接影响到立窑内的物料上火速度及底火厚度,在同样配热量的条件下,煤的着火点越低,煤的气化速度及燃烧速度越快,窑内物料上火速度则越快,立窑台时产量则越高。对于热值低、灰分多、着火点高、燃烧速度慢的煤,不仅窑内上火速度慢,而且由于其燃烧速度慢、热力不集中,容易造成窑内底火过厚,结果不但造成窑内中部通风不良,甚至出现严重的还原气氛,大大降低了熟料的产质量,因此,作为立窑厂,选用优质煤是保证水泥产

11、质量的重要因素。2.4 混合材、石膏的选择问题对于混合材料的选择,人们关心较多的是混合材的活性大小,对其它方面的作用或性质考虑不多。众所周知,作为商品的最终用途来讲,水泥仅是一种半成品,商品混凝土才是最终产品。越来越多的事实证明,水泥性能的好坏,并不一定能反映其商品混凝土质量的好坏,因为我们在测定水泥强度时,通常是指水泥的砂浆强度,且实验时采用的是国家统一的标准砂,这种砂不仅粒度小,且粒度分布范围窄,加之灰砂比比较高,水泥的用量较大,水灰比较小,与实际商品混凝土配比、用水量及集料粒度分布差异甚大,混合材活性大小仅仅反映了它与水泥浆体中Ca（OH）2反应的速度,作为净浆在水灰比相同的条件下,混合

12、材活性越高,强度越高,但作为商品混凝土性能,它不仅包括强度及凝结时间等性能,还包括塌落度、流动度、塌落度损失、抗渗性、抗干缩性、抗冻性以及抗冲击性等性能,即使是强度,它亦不仅与水泥本身的净浆强度有关,还与胶砂之间的结合力、孔隙大小等因素有关。目前使用的混合材料种类很多,有矿渣、粉煤灰、火山灰、烧粘土、烧煤矸石、造气炉渣、沸腾炉渣等,有的厂还使用部分石灰石作混合材。如果单从混合材活性而言,用烧粘土和烧煤矸石效果不错,但从混合材种类对商品混凝土质量的影响而言,烧粘土、烧煤矸石的效果并不好,甚至可以说效果很差,因为它虽然活性很高,但因其需水量大,使得商品混凝土中胶砂之间的结合力降低、孔隙率提高,且孔

13、洞大,不仅大大降低了商品混凝土的强度,而且严重恶化了商品混凝土的耐久性能。作者曾选择水泥强度相近混合材种类不同的水泥进行商品混凝土实验发现,使用矿渣或石灰石作混合材的水泥商品混凝土性能最好,其次是火山灰、粉煤灰,使用烧粘土或烧煤矸石作混合材的水泥商品混凝土性能最差。有的水泥在化验室检验性能并不差,如强度、凝结时间、安定性等,但工地反映水泥并不好用,混合材种类选择不当恐怕是重要原因之一。某管桩厂用磨细石英砂（细度与水泥相近）掺入商品混凝土中,这种石英砂属于非活性掺和料,按理商品混凝土强度应降低,但实际掺入这种非活性掺和料后,水泥用量不仅比以前减少了,商品混凝土强度反而提高。从这里亦可看出,混合材

14、活性大小虽然是影响水泥净浆强度的主要因素,但它并非是决定商品混凝土工作性能的主要因素,作为水泥生产来说,在选择混合材种类的时候,不仅要考虑其活性大小,还应重点考虑其对商品混凝土性能的影响,只有这样,所生产的水泥在实际使用过程才会受到用户欢迎、才有竞争力。石膏作为目前水泥企业使用的唯一缓凝剂材料,其质量的优劣也是影响水泥质量的重要因素之一。掺入水泥中的石膏,不仅具有调凝作用,而且大大影响到水泥的强度,在一定掺量范围内,水泥中SO3含量的高低可能对水泥凝结时间影响不大,但它却大大影响着水泥的强度,尤其是早期强度。石膏通常包括二水石膏、半水石膏及硬石膏三种,这三种石膏的水解速度存在着较大差异,在选择

15、石膏过程中,不仅要考虑石膏中的SO3含量,而且要考虑其结晶水含量。3 结论（1）在选择石灰石时,不仅要考虑其CaO含量,更重要的是要考虑其CaCO3晶体构造及结晶SiO2含量。（2）在选择粘土质材料时,不仅要考虑其化学组成能否满足配料要求,还应考虑其结晶SiO2含量及塑性,此外,粘土质材料中存在的极少量组分种类及含量也应引起足够重视。 （3）煤质的好坏除了与煤的发热量、挥发分有关外,还与煤的着火点、气化速度、燃烧速度以及煤灰熔点等因素有关。（4）在选择混合材过程中,不能片面追求其水化活性,更重要的是要考虑其对商品混凝土性能的影响。（5）在选择石膏过程中,除了考虑石膏中SO3含量外,还应考虑石膏中结晶水的含量。（编辑 胡如进）