水泥原料的选择.doc

绵阳职业技术学院

水泥生料制备

《水泥原料项目报告书》
第4组
指导教师:胡家林
项目负责人：雷小玲
成 员：何旺 吴文梁 陈玉超 庄露萍

绵阳职业技术学院
“水泥生料制备”
院（系） 材料工程系 班级 水泥122 部门 第四组
任务下达日期： 2013 年 03 月 11 日
任务完成日期： 2013 年 06 月 19 日
任 务 题 目： 生产出水泥熟料煅烧所需要的合格生料
主要内容和要求：
内 容：
以生料粉磨工艺为中心，以原料破碎、生料粉磨、烘干、选粉、收尘、输送为主线，掌握水泥原料加工作业岗位所必须的基本知识（工艺过程、设备工作原理、结构、主要参数、性能）和技能（设备应用选型、操作控制、维护管理、故障判断及处理），并根据原料成分变化、产品要求和测试结果，正确分析和解决生产过程的实际问题，为日产熟料 3200 吨生产线提供所需要的合格生料。
要 求:
1、设计出合理的水泥生料制备工艺及过程；
2、合理选择水泥生料制备设备；
3、合理选择相关的附属设备；
4、原料加工作业必须满足优质、高产、低耗、环保等技术经济要求
水泥原材料选择项目负责人：
雷小玲——汇总
组员:
陈玉超——选择合适制备硅酸盐水泥生料要求的原料。
吴文梁——分析所选原料对资源利用、环境保护的影响。
何旺——对所选择的原料进行物理化学特性分析并对原料的质量进行评价。
庄露萍——根据分析结果，简要说明所选原料对生料制备、熟料煅烧的影响。
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任务书内容

一、硅酸盐水泥生料的原料选择：
1、石灰质原料：
（一）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：方解石（CaCO3），并常含有白云石（CaCO3·MgCO3）、石英（结晶SiO2）、粘土质及铁质等杂质。
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：不大于1.0%，含粘土杂质越多，水分越高。
（二）石灰石的质量分析
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。要求如下:
产地
烧失量
SiO2
AI2O3
Fe2O3
CaO
MgO
合计
浙江
43.40
0.57
0.09
0.19
55.45
0.33
99.99
广西
43.41
0.12
0.21
0.04
55.39
0.59
99.41
湖北
41.08
3.94
0.99
0.35
51.58
0.98
98.92
辽宁
41.84
3.04
1.02
0.64
49.61
3.19
99.34
2、 粘土质原料
(一)页岩:是一种沉积岩成分复杂但都具有薄页状和薄片层状的节理主要是由粘土沉积经压力和温度形成的岩石。 
（二）页岩的质量要求：
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
（三）、选择页岩时使用评价
1、n、p值要适当。
2、尽量不含碎石、卵石，粗砂含量应小于5%。
3、旋窑生产时对可塑性不做要求。
4、页岩化学化学成分：
烧失
SiO2
AI2O3
Fe2O3
CaO
MgO
R2O
硅率
5.83
66.81
16.92
6.47
1.25
0.59
1.5~3.0
2.86
3、校正原料
① 铁质校正原料：补充生料中Fe2O3的不足，主要为硫铁矿渣和铅矿渣。
② 硅质校正原料：补充生料中 SiO2的不足，主要有硅藻土。
③ 铝质校正原料：补充生料中AI2O3的不足，主要有铝钒土、煤矸石、铁钒土。
校正原料的质量要求：
硅质原料 硅 率 SiO2（%） R2O（%） ＞4.0 70～90 ＜4.0
铁质原料 Fe2O3＞40%
铝质原料 AI2O3＞30%
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%
（一） 铁质校正原料
硫铁渣、铅矿渣:
当氧化铁含量不足时，应掺加氧化铁大于4%的铁质校正原料，常用的有低品位的铁矿石。
种类
烧失量
SiO2
AI2O3
Fe2O3
CaO
MgO
FeO
CuO
总量
硫铁渣
——
46.09
10.37
42.70
0.73
0.14
——
——
100.02
铅矿渣
3.10
30.56
6.94
12.93
24.20
0.60
27.30
0.13
99.99
（二）黏土质代用原料
煤矸石
化学成分
氧化硅
氧化铝
氧化铁
氧化钙
氧化镁
碱含量
含量
50%~70%
15%~20%
2%~8%
1%~7%
1%~4%
1%~4%
用煤矸石代替粘土质原料，可以减少堆放场地。有利于农业生产，而且还能使废石得到利用，变害为利，煤矸石中残余的煤炭也可以得到充分的利用。
①、无烟煤：
无烟煤又叫硬煤、白煤，是一种碳化程度很高，挥发物在10%以下，热值约8000-8500千卡/公斤，发热量很高，可达25000~32500kJ/kg挥发分低、比重大、硬度高、燃烧时烟少火苗短、火力强。污染环境小
②、烟煤：
烟煤是一种碳化程度较高、干燥基挥发分含量为15%~40%的煤。其收到基底热值为20900~31400KJ/Kg烟煤结构致密，较为坚硬，密度较大，着火温度为400~500℃，是回转窑煅烧水泥孰料的主要燃料。
二、资源利用、环境保护：
资源利用：
硅酸盐水泥的生产是一个高资源、能源消耗，同时又产生大量有害气体的工艺过程。在原料的选择中，添加工业废渣，矿渣等。根据国家可持续发展、环境保护政策、循环经济政策，每年将消耗大量粉煤灰、石膏、硫酸渣等工业废渣，利用率较高。
建设不仅使工业废渣变废为宝，部分解决了因工业废物造成的环境污染和占用土地的问题丰富的石灰石矿资源，水、电、燃煤供应便利，为生产优质水泥奠定了良好的基础， 只要在项目实施和生产过程中切实做好“三同时”工作，落实评价中提出的生态恢复及污染防治措施，实现清洁生产和达标排放，满足总量控制目标，将项目的不利影响降低到最小程度，使经济效益、社会效益和环境效益有机统一，实现社会和环境可持续发展。
环境方面：
新型干法循环充分利用了原料燃烧，并充分对资源进行整合利用，综合利用工业废渣。高效的生产方法使水泥生产真正做到了环保，低排放量，且生产过程中废物循环利用，使资源得到充分利用使环境得到最大保护。更加何从分体现了新型干法生产水泥对资源的重大影响，真正做到“绿色工业”。
三、原料的物理化学特性及质量进行评价
1、石灰石
物理及化学性:
石灰石主要是由方解石组成的一种矿石。常混有白云石、石英和粘土矿物等杂质。因所含杂质的不同而呈灰色、灰白色、灰黑色、浅黄色、褐色或浅红色等。比重约2.2～2.9。较纯品种所含杂质一般小于5%。几乎不溶于水,溶于含有二氧化碳的水而成可溶解的酸式碳酸钙,并溶于一般无机酸类中。
评价:
(1) 搭配使用；
(2) 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）
(3) 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。
2、页岩
物理性能:
页岩的硬度一般为普氏硬度系数1.5~3，结构比较致密的，其普氏硬度系数可以达到4~5，有的硬质页岩的硬度更高。页岩的颗粒组成与它的自然颗粒级和成岩原因有关，颗粒组成变化的波动幅度较大，从而影响页岩的其他性能。根据形成岩石时沉积情况的不同，页岩的塑性指数范围在5~23，有的页岩的塑性指数甚至超出了这一范围。故有的页岩实际上是不能作为烧结砖的原料的。页岩原料的干燥敏感性的高低，表现为多种多样的形式。常用干燥敏感性系数来衡量，它的范围一般在0.4-1.6之间，对于有些塑性非常高的页岩来说，它的干燥敏感性系数可能更高。页岩的干燥线收缩率，根据其种类不同也有很大的变化，其变化范围在2.5%-10%。
化学性能：
不同的页岩，其化学成分指标也是不一样的，自然界存在的页岩，其化学成分含量变化也是比较大的,页岩的Si02，含量在45%~80%之间波动，A12O3量在12%-25%之间波动，Fe2O3含量在2%-10%之间波动，CaO含量在0.2%-12%之间波动，MGO含量在0.1%-5%之间波动。
评价：
① MgO：影响水泥的安定性。水泥熟料中要求MgO＜5%，原料中要求MgO＜3%。
② 碱含量（K2O、Na2O）：对正常生产和熟料质量有不利影响。水泥熟料中要求R2O＜1.3%，原料中要求R2O＜4%。
③ P2O5：水泥中含少量的P2O5对水泥的水化和硬化有益。当水泥熟料中P2O5含量在0.3%时，效果最好，但超过1%时，强度便显著下降。P2O5含量应限制。
④ TiO2：水泥中含有适量的TiO2，对水泥的硬化过程有强化作用。当TiO2含量达0.5～1.0%，强化作用最显著，超过3%时，水泥强度就要降低。如果含量继续增加，水泥就会溃裂。因此在石灰石原料中应控制TiO2＜2.0%。
3.烟煤与无烟煤：
由于无烟煤的热值高，相对着火点高；烟煤热值相对低，而着火点低。选择烟煤和无烟煤混合使用，高低搭配。并且烟煤燃料，煤灰可以充当原料。煤灰是灰分燃烧后的灰渣，煤灰全部或大部分掺入熟料中，因为会影响熟料的化学成分。
列如：灰分过多，热值低，窑的发热能力和熟料产量、质量降低。并且煤灰掺入要均匀，若不均匀，煤粉越粗，灰分越高，如果煤分升高，都会导致熟料质量下降。低品味燃料及煤质变化较大时，进行燃煤预均化。
生料的质量是熟料质量的基础,并在很大程度上影响着熟料烧成热耗和窑的产量。生料质量主要包括生料的易烧性、均匀性和生料细度。用降低石灰饱和度和C3S,增加液相量来改善易烧性的方法势必降低水泥熟料的强度。因此,在实际生产中,最好加入生料易烧性的改良剂(如矿化剂),提高生料的均匀性。
四、原料对生料制备、熟料煅烧的影响
1、石灰石
CaCo3 ，若配料不当，生料过粗，煅烧不良，熟料中会出现没被吸收的游离氧化钙，游离氧化钙水化生成Ca(OH)2 ，体积膨胀97.9%，硬化水泥是内部造成局部膨胀应力，使水泥制品抗拉、抗折强度降低，还有熟料慢冷或还原气氛使C3S分离的CaO及熟料中含K2O、Na2O较多，取代C2S、C3A、C3S及C3S中的CaO，造成二次游离氧化钙。
2、页岩
SiO2是它的主要成分，生料CaCO3分解多在分解炉中进行，因此应采用较高硅酸率。同时粘土中碱、氧化镁、三氧化硫、砂的含量要小，若含有较多的石英砂，会使生料不易磨细，煅烧困难，塑性差。如果SiO2低，相应提高Al2O3，Fe2O3含量，熔剂矿物（C3A+C4AF）增加，硅酸盐矿物相应减少，降低水泥强度，引起窑内结块结圈。如果SiO2高，相应降低了Al2O3，Fe2O3含量，熔剂矿物减少，不利于C3S的形成。
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