原材料质量、均化及配料

一、原材料质量

生产水泥的生料主要由石灰质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅和氧化铝，也提供部分氧化铁）经适当配比、混合、粉磨而成。我国粘土质原料一般含氧化铝较高，含氧化铁不足。因此，制备生料时，需采用铁质校正原料，即采用石灰质原料、粘土质原料和铁质校正原料进行配料。

当粘土中氧化硅含量不足时，可用高硅原料如砂岩等进行校正；当粘土中氧化铝含量偏低时，可掺入高铝原料如铝矾土等。石灰石中碳酸钙在90-94%间，粒度为70mm筛余小于10%，砂岩中二氧化硅含量在76-84%间，水份小于5%，粉砂岩中二氧化硅含量在61-71%间，水份小于15%。

1）石灰质原料的选择：

使用的石灰质原料首先应满足石灰质原料的质量标准中所规定的要求。

用于生产水泥的石灰石中氧化钙含量应不低于45%，以免配制的生料石灰饱和比太低，导致C3S含量的减少和熟料强度的降低。泥灰岩中氧化铝含量超过45%、石灰饱和系数大于0.95时，称为高钙泥灰岩，用作原料时，可加粘土配合；若氧化钙含量小于43.5%、石灰饱和系数低于0.8时，称为低钙泥灰岩，应与石灰石搭配使用。

2）粘土质原料的选择：

使用的粘土质原料也应满足粘土质原料的质量指标中所规定的要求。

衡量粘土质量主要依据其化学成份（硅率、铝率）、含砂量以及粘土的可塑性、热稳定性、正常流动度的需水量等工艺性能。这些性能随粘土中所含的主导矿物、粘粒多寡及杂质等不同而异。所谓主导矿物是指粘土同时含有几种粘土矿物时，其中含量最多的矿物。

3）校正原料的选择

当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成份不能符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组份，参加相应的校正原料。当氧化硅含量不足时，必须掺加硅质校正原料，常用的有砂岩、河岩、粉砂岩等。氧化铁不足时，应掺加氧化铁含量大于40%的铁质校正原料。

二、原料预均化

1、原料预均化的原理

原料都需要有存储和堆放过程，且原料成份变化也很大，在物料堆放时，尽可能地以最多的相互平行和上下重叠的同厚度的料层构成料堆。而在取料时，则在垂直于料层的方向，尽可能同时切取所有料层，依次切取，直到取完为止。这样的物料成份就比堆放时均匀得多，

2、原料预均化堆场的作用

水泥原料运输到工厂后，有一个储存、再取用的过程。这一中间储存有以下几个目的作用：

1）使得水泥厂的生产过程在很大程度上独立于矿山开采过程之外；

2）通过使用大型采装、运输和使用预破碎机机械设备，即可以免去矿山开采倒班作业的工作方；

3）矿山作业的噪音污染和粉尘逸出时间较短；

4）料堆储存保证了大型化水泥厂生产原料供应的连续性；

5）取料时，在料堆上处理粘性原料比在储库内处理更方便、有效；

6）堆料和取料均能实现自动化；

7）堆场作业时间可选择在午夜或周末，以避免高峰期用电。

原料预均化堆场的建立又增加有下列作用：

1）可充分利用成分不均或低品位原料矿床、扩大原料利用范围；

2）进行原料的预混合，简化工艺过程；

3）有助于获得成分均匀的生料，以保证稳定的煅烧过程，获得更好的熟料质量和窑的长期稳定运转。

现代化水泥生产中对生料的波动限制很严，一般要求生料CaCO3标准偏差不大于±0.2％。因此，新建水泥厂总是带有不同类型的预均化堆场，一些老厂改造也有相应的安排。

预均化堆场的类型从功能上分主要有单组分预均化堆场和多组分预均化堆场。

单组分预均化堆场用于单一原料的储存和均化，并通过均化作用，使原料符合某些特定值（石灰饱和系数、CaCO3滴定值等）的要求。为保证良好的均化效果，堆料与取料方式有一定的形式。多组分预均化堆场通过同时或先后将不同组分的原料堆积在同一料堆上，使原料间进行配比、混合。输入的原料必须进行检测控制。另外，还需要较为复杂的堆料和取料机械设备，以保证良好的均化效果。但实际上，这种类型的均化堆场还未得到广泛的应用。

原料的预均化很少能够达到取代生料均化的效果，原料成分的偏差总是存在的，这一偏差受堆场布置及机械设备的影响，并被带到下一道的处理工艺过程。这些偏差最终通过生料的均化减小或消除，所以在工艺设计时必须将预均化堆场和生料均化系统作为一整体考虑。如设计预均化堆场要求达到很高的混合、均化效果，进一步的生料均化系统可相对简单些；相反，预均化堆场的混合、均化效果偏低，就必须通过生料均化系统弥补。

3、预均化堆料和取料方法：

1）堆料方法：人字形堆料法、波浪形堆料法、水平层堆料法、横向倾斜层堆料法、纵向倾斜层堆料法。

2）取料方法：端面取料法、侧面取料法、底部取料法。

4、影响预均化效果的因素：

1）原料成份波动的影响；

2）物料离析作用的影响；

3）堆料机布料不均的影响；

4）料堆总层数的影响。

三、配料

硅酸盐水泥化学成分

1、氧化钙：一般说来，增加熟料中的氧化钙含量能增强水泥的强度，加速水泥的硬化过程，但并不是氧化钙含量愈多，水泥质量愈好，我们希望的是氧化钙在煅烧过程中全部和酸性氧化物作用生成化合物存在于熟料中，而不是呈游离状态存在于熟料中。因为经过高温煅烧而呈游离状态的氧化物是“死烧状态”。这种“死烧状态”的氧化钙与水作用极为缓慢，其消解作用不是在水泥凝结过程中完成，而是在硬化了的水泥石中进行。由于氧化钙消解时，体积发生膨胀，这就使水泥制品产生内应力而降低强度，严重时甚至使整个结构破坏。故熟料中游离氧化钙含量愈低愈好，最好不超过1％。因为游离氧化钙的增加还会导致水泥强度的显著降低，尤其对硅酸盐水泥的抗折强度影响更大。

在烧成温度下，死烧的游离氧化钙结构比较致密，水化很慢，通常要在加水3天后反应比较明显。游离氧化钙水化生成氢氧化钙时，体积膨胀97.9％，在硬化水泥石内部造成局部应力。因此，随着游离氧化钙含量的增加，首先是拉抗、抗折强度的降低，进而3天以后强度倒缩，严重时甚至引起安定性不良，使水泥制品变形或开裂，导致水泥浆体的破坏。为此应严格控制游离氧化钙的含量，一般回转窑熟料控制在1.0％以下，立窑熟料控制在2.5以下。因为立窑熟料中的游离氧化钙有一部分没有经过高温烧死的，这种熟料虽然强度较低，但其中游离氧化钙水化速度快，对建筑物的破坏力不大。

2、二氧化硅：如果二氧化硅含量太低，则熟料中硅酸盐矿物成分太少，水泥强度不高；但增加二氧化硅含量则水泥凝结速度和早期强度增进率变慢，而后期强度却显著提高并能提高水泥的抗蚀性能。二氧化硅含量不适当降低，氧化铝和氧化铁含量相应增加，使熟料煅烧时出现过量液相而结大块影响操作。反之则煅烧时液相量太小，使烧成困难，熟料也易于“粉化”。

3、氧化铝：当氧化铝含量增加时，水泥的凝结及硬化速度变快，但水泥的后期强度增长缓慢，并且降低水泥的抗硫酸盐性能。氧化铝含量高的熟料及由此熟料制成的水泥，水化时放热较大，放热速度也快。另外，氧化铝含量过高，液象粘度过大，不利于熟料烧成。

4、氧化铁：增加熟料中氧化铁含量，能降低水泥熟料的煅烧温度，但水泥的凝结过程和硬化过程变慢，不过硬化过程在相当长的时间内仍一直在进行，含氧化铁高的水泥较含氧化铝高的水泥抗硫酸盐性能好。含氧化铁高的熟料液相粘度比含氧化铝高的液相粘度小，因而含氧化铁高的熟料较易烧成，但不适当提高氧化铁含量，在烧成过程中会造成液相量过多、液相增长迅速，使物料易结大块而影响操作。

熟料的矿物组成

熟料矿物组成由多到少：硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙、铝酸三钙。

在28天龄期内就其强度的绝对值而言，其顺序为：硅酸三钙、铁铝酸四钙、铝酸三钙、硅酸二钙。就其硬化速度而言，其顺序为：铝酸三钙、铁铝酸四钙、硅酸三钙、硅酸二钙。就其水化热数值而言，其顺序为：铝酸三钙、硅酸三钙、铁铝酸四钙、硅酸二钙。

熟料的率值

饱和比：石灰石饱和系数KH值为熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（C3S和C2S）所需的氧化钙含量与全部氧化硅生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。

KH=(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)/2.8SiO2

1、在硅酸盐水泥生产的条件下，酸性氧化物（AL2O3,Fe2O3）等总被氧化钙所饱和，由于氧化钙的含量不足，唯有二氧化硅可能不完全被氧化钙饱和成硅酸三钙。

2、当熟料中的SiO2全部被CaO饱和时，KH＝1，熟料中的硅酸盐矿物全部为C3S；如果KH＝0.时，则说明SiO2未被CaO饱和而生成C2S。所以实际上KH介于0.～1.00之间。KH实际上是表示熟料中C3S与C2S的比值，KH值愈大，C3S含量愈多，熟料质量（强度）愈好，故提高KH值有利于提高水泥质量。但KH值高，熟料煅烧过程困难，保温时间长，否则会出现游离氧化钙，同时窑的产量低，热耗高，窑衬工作条件恶化。因此适当的数值，以达到易煅烧、游离氧化钙低、熟料质量好的目的。

硅率实际上是表示熟料中硅酸盐矿物（C3S+C2S）与熔剂矿物（C3A+C4AF）百分含量之比，SM值大小，反映了（C3S+C2S）与（C3A+C4AF）之间相对含量的关系。

SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)

相应地又反映熟料易烧程度（液相量）。当SM值大时，硅酸盐矿物含量多，生成较多液相，使煅烧较易进行。但液相太多反而造成操作上的困难。反之，则溶剂矿物含量相对增多，生成较多液相，使煅烧较易进行。但液相太多反而造成操作上的困难，熟料易结大块，甚至结圈。当CaO含量一定时，当SM值大时，（C3S+C2S）含量中，C2S含量增加，反之则C3S增多。