第二章 原料及预均化技术

1. 第二章 原料及预均化技术 §2-1 石灰质原料 §2-2 粘土质原料 §2-7 原料的预均化 §2-6 原料的破碎与烘干 §2-5 原料的开采与运输 §2-4 低品位原料和工业废渣的利用 §2-3 校正原料

2. 生产硅酸盐水泥所用原料

3. §2-1 石灰质原料 • 主要成分：CaCO3 • 天然（常用） • 人工(工业废渣)

4. §2-1 石灰质原料 一、种类及性质 石灰石 （最常用） 大理石 泥灰岩、白垩土 贝壳、珊瑚类 种类：

5. 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。

6. 泥灰岩 • 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) • 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(CaO 43.5%~45%)，可直接烧制水泥，称天然水泥岩。 • 主要矿物：方解石

7. 白 垩 • 定义：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。

8. 贝壳、珊瑚类 • 贝壳、蛎壳、珊瑚石，含碳酸钙90%左右，表面附有泥砂和盐类 • （如MgCl2,NaCl）等有害物质。

9. §2-1 石灰质原料 二、石灰质原料的选择 • 石灰质原料的质量要求 • 石灰质原料的选择

10. （一）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：

11. 石灰质原料的一般要求如下

12. （二）石灰质原料的选择 • 1、搭配使用；48% • 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。） • 4、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。

13. （二）石灰质原料的选择 • 三、常见的石灰质原料的化学成分 • CaO, SiO2,Al2O3, Fe2O3 , MgO、R2O（Na2O、K2O） • 四、石灰质原料性能测试方法 • 化学分析法　氧化物含量 • 差热分析法　分解温度 • X射线衍射　矿物组成 • 透射电子显微镜　微观结构

14. §2-2 粘土原料 • 概念：粘土质原料系指含水铝硅酸盐矿物原料的总称。 • 主要化学成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3

15. 一、粘土质原料的种类与特性 • 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 • 使用最多的是粘土和黄土。近年来多用页岩、粉砂岩等

16. 粘 土 • 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。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。 • 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。 • 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 • 共同化学式：mSiO2·Al2O3·nH2O

17. 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。

18. 页 岩 • 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。 • 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。

19. 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、粘土等 • 胶结物质有粘土质、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。

20. 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，做粘土质原料使用。

21. 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。

22. 二、粘土质原料的品质要求及选择 （一）品质要求

23. 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、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。 • (三）粘土质原料的性能测试方法

24. 三、粘土质原料的应用实例 • 粘土质 • 石灰质　　相关联（MgO、R2O（Na2O、K2O）限量）

25. §2-3 校正原料、矿化剂、缓凝剂 • 一、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。

26. 一、校正原料 • （一）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铁渣等。 • 目前有用铅矿渣或铜矿渣的，既是校正原料，又兼做矿化剂。（FeO） • 表3.8

27. 一、校正原料 • （二）、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。 • （三）、铝质校正原料 • 常用：炉渣、煤矸石、铝矾土等

28. 一、校正原料 （四）校正原料的质量要求 兼作矿化剂

29. 二、 矿化剂 • 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。 • 类型： 矿化剂 复合矿化剂 • 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 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

30. 三、 缓凝剂 • 常用：石膏 • 石膏的作用： 缓凝 提高水泥早强，改善水泥性能 • 类型：天然石膏 工业副产石膏 • 掺量：3%~6% 最佳掺量由试验决定；多了会影响水泥安定性 石膏：CaSO4·2H2O 硬石膏： CaSO4

31. §3-4 低品位原料和工业废渣的利用 • 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 • 工业废渣：主要指煤矸石、石煤、粉煤灰、炉渣等

32. 目前水泥原料结构的一个新的技术方向 使用低品位原料急工业废渣时应注意 • 石灰质原料低品位化； • Si 、Al质原料岩矿化； • Fe质原料废渣化。 • 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。

33. 一、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。 • 与CaO含量较高的石灰石搭配使用 • 用硅质泥灰岩作粘土质原料和取代部分石灰质原料。

34. 二、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，其颜色因异质矿物的含量而异，并由灰到黑，风化后表面呈红褐色。 • 成分：类似粘土，但Fe2O3、R2O偏高。(助熔氧化物含量较多 ) • 使用：代替粘土质原料 • 使用注意事项：因其可塑性、易磨性差，使用时要强化粉磨。

35. 三、煤矸石、石煤的利用 • 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。 • 化学成分：以SiO2、Al2O3为主，少量Fe2O3、 CaO，少量热值。 • 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。

36. 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。

37. 粉煤灰及炉渣的利用 • 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。 • 成分： 以SiO2、 Al2O3为主 • 利用：1、作混合材料； 2、代替部分或全部粘土参与配料。 • 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。

38. 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。 • 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。 • 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。

39. §2-4　燃　料 • 固体燃料 煤 • 液体燃料　重油 • 气体燃料　煤气 • 煤　　正常煤 　　　　低质煤　　灰分高　热值低

40. 一、固体燃料 • 煤的化学成分：工业分析 • 水分W　挥发分V　固定碳C　灰分A 可燃成分 焦碳 多，煤的发热量低 多，发热量低 多，易燃，火焰长

41. 煤的种类 • 无烟煤（硬煤、白煤） 炭化程度深　挥发分含量小于10% 质硬、金属光泽、含碳量高，着火温度高600～700℃ 火焰短 热值　20934~29308 KJ/Kg 立窑 • 烟煤 炭化程度较深　挥发分含量15~40% 质硬 着火温度高400～500℃ 火焰较长 而烟多 热值　20934~31401 KJ/Kg 回转窑 • 褐煤 炭化程度较浅 挥发分含量较高40~60% ，褐色无光泽 热值　8374~18841 KJ/Kg 性质不稳定 易风化 粉碎 易自燃

42. 回转窑对燃煤的质量要求 • 烟煤 热值 越高越好 挥发分高，着火快，火焰长 挥发分22%~32% 灰分 煤灰进入熟料 灰分小于27% 水分 高 燃烧速度慢， 适量水分促进C和O的化合，发火后能提高辐射力 　1.0%~1.5% 细度 粗，燃烧不充分，细，迅速完全

43. 立窑用煤要求 • 挥发分小于10%的无烟煤或焦炭屑 • 挥发分高，在预热带受热，逸出，损失 • 对低质煤有较大适应性，和原料配合，粉磨均匀

44. 液体燃料和气体燃料 • 液体燃料 重油 渣油 • 气体燃料 煤气 只适用于回转窑

45. §2-5 原料的开采与运输 • 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。

46. §3-5 原料的开采与运输 • 一、采掘 方式：露天开采 　　　地下开采 　　　水下开采 剥离：搬移土岩（覆盖层） 开采：采开矿石 包括

47. （一）、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。

48. （二）、开采： • 1、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。 • 2、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

49. 石灰石矿山开采设备 石灰石矿山 破碎机

50. 二、运输 斗容挖掘机 轮式装载机 推土机 装载： 皮带输送机：胶带输送机道（300～500ｍ） 钢索绞车运输：斜坡卷扬道（不太远，坡度） 自卸料汽车：公路（３ＫＭ） 窄轨电机车：铁路（３ＫＭ以上） 驾空索道运输：索道（８ＫＭ，远，地形复杂） 运输 方式