硅酸盐岩相学 水泥专业课程扫盲培训资料

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水泥课程培训资料第一章 一、胶凝材料的定义和分类胶凝材料——凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料（其他物料叫骨料）而具 有一定机械强度的物质， 统称为胶凝材料。胶凝材料可分为无机和有机两大类。沥青和树脂属有机。无机按硬化 条件又可分为水硬性和非水硬性两种。 水硬性胶 凝材料在拌水后既能在空气中硬化又能在水中硬化， 通称为水泥 非水硬性胶凝材料只能在空气中硬化而不能在水中硬化，故称为气硬性 胶凝材料。 二、胶凝材料发展简史 胶凝材料的发展，有着极为悠久的历史： 石器时代，距今年，人们就用粘土来抹砌建筑物，有时还加稻草、谷壳皮等拌和加筋，这在落后 的农村还能见到。但 未经煅烧的粘土强度很低，经不起雨淋。 随着火的发现，在公元前2000-3000 年，我国、埃及、希腊以及罗马等就开始利用经过煅烧所得的石膏或石 灰石来调制砌筑砂浆。 如埃及的金字塔，我国的万里长城等都是石膏、石灰作为胶凝材料建造的。 18世纪的后半期，先后出现了水硬性石灰和罗马水泥。 19 世纪初期（ 1810-1825 ）硅酸盐岩相学，用人工配合原料，经 煅烧磨细制成水硬性胶凝材料。 因为这种胶凝材料凝结后外观颜色与当时建筑上常用的英国波特兰岛出产的石灰 石相似，故称之为波特 兰水泥，我国叫硅酸盐水泥。

波特兰水泥 ——胶凝材料凝结后外观颜色同英国波特兰岛出产的石灰石相似，故称之为波特兰水泥。 硅酸盐水泥出现后硅酸盐岩相学，随着应用的需要出现了不同品种的水泥。如快硬水泥、抗硫酸盐水泥、低热水泥和油井 水泥。 1907-1909 年发明低碱铝酸盐水泥，具早强快硬的特性。 胶凝材料发展简史经历着：天然胶凝材料（如粘土）——石膏、石灰——石灰、火山灰——水硬性石灰、天然 水泥——硅酸盐水泥—— 不同品种水泥的各个阶段。 三、水泥的定义和分类 水泥——凡细磨成粉末状，加入适量水后成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒 状或纤维材料牢固地胶 结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 水泥分类：水泥的种类很多，一般有两种分法。目前品种已达 100 多种。 一是按用途分，可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通用水泥包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火 山灰水泥、矿渣水泥、 粉煤灰水泥等；专用水泥包括油井水泥、砌筑水泥等；特性水泥包括快硬水泥、抗硫酸盐 水泥、低热矿渣水泥、自应力铝酸盐水泥、膨 胀水泥等。 二是按组成成分分，分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫酸盐水泥等。 水泥在国民经济中的重要性水泥是建筑材料之一，属原材料工业，是建筑工业三大基本材料之一。

其使用广、使用量大，素有“建筑工 业的粮食”之称。水泥在国民经济中占有重要的地位（ GDP 不高），也是其他工业的晴雨表，即其他工业发展 较快时水泥用量即大；区域经济发达的地方其用量就大。全国 GDP60%以上集中在华东六省市，而全国 60%新 型干法生产线也建在华东六省市。科学发展到今天，有许多都能找到替代的材料，而水泥目前在世界上还找不到 能替代的材料。但水泥 工业所排放的粉尘是全国工业排放的 40%，CO2、NO 的排放及温室气体效应都占有一定的份额。 水泥工业发展概况1877 年用回转窑烧制熟料获得专利权一一 立窑由德国人发明于1884 年，不久便传入中国一一 1910 窑出现了机械化（立窑有土立窑、机立窑、半机械化立窑） 1928 年出现立波尔窑 二次大战后，第三次 产业革命推动了水泥工业发展， 50 年代初悬浮预热器窑（简称 SP 窑）开始应用一一 60 年代初，电子计算机技 术在水泥工业得到应用一一1971 年日本在联邦德国的悬浮预热器技术上开发了 窑外分解技术（就现在的新型干 法）一一70 年代中期先进的水泥厂实现计算机的集中控制。 我国水泥工业经历的发展史： 第一阶段：1950 年前以立窑为主发展阶段 1889 年唐山启新洋灰公司（今冀东水泥）开始生产水泥，1907 年广东士敏土厂继澳门青洲英坭厂和唐山细 绵土厂之后采用立窑 建厂；1917 年德国人在山东青岛创办立窑厂； 1921 年致敬洋灰股份有限公司在山东济南 也开始筹办一个立窑水泥厂。

1938 年抗日战争全面爆发，由于当时设备制造和采购条件极差，建设资金又十分短缺，于是在敌后广大地区 开始兴建立窑水泥厂， 个立窑厂，这就是中国水泥史上兴办立窑厂的第一个高潮。第二阶段：1990 年前各种窑型齐发展，立窑占主导地位 50 年代中期开始试制湿法窑和半干法立波尔窑成套设备一一 50 60年代，依靠自己设计力量进行预热器 窑的试验一一70 年代初进行预分解窑的开发工作， 并建了几条立筒预热器窑和旋风预热器窑一一 70 年代末加快 了新型干法的引进，78 年起先后引进了 2000〜4000t/d 生产线的成套设备一一 80 90年代各类窑型齐发展， 立窑占主导地位一一90 年代末新型干法发展开始升温。 第三阶段：2000 年后新型干法发展“如火如荼” 全国水泥产量：单位亿吨 1952 1960 1976 1987 1990 2 2003 2004 0.03 0.05 0.470 1.86 2.5 5.97 6.27 7.05 8.63 9.4 1949 年中华人民共和国成立时共有 个立窑水泥厂，它们是：四川省嘉华水泥厂、湖南省零陵水泥厂、陕西省白水水泥厂、甘肃省窑街水泥厂、云南省昆明水泥厂、贵州省贵阳水泥厂、山 东省济南水泥厂、山西省口泉水泥厂，这些厂的年水泥生产能力总共为 7.2 万吨。

1953 年，全国小水泥产量仅 万吨，1955年为12 万吨，占水泥总产量的比例波动在 1%〜 3%之间。“文革”前夕全国立窑水泥厂仅 200 多家，到1976 年立窑水泥厂发展到 3000 多家。 1973 年小水泥产量达到1965 万吨，首次超过大水泥产量，占总产量的 53% 1976年小水泥 产量已达到2911 万吨，占总产量的 62% 。到1990 年左右小水泥产量比例曾达到 85%以上。 浙江省水泥产量：2000 年水泥总产量为 4257 万吨；2001 年水泥总产量为 4763 万吨；2002 年水泥总 产量为 5793 万吨；2003 年水泥总产量为 7140 万吨；2004 年产量会超9000 万吨， 产能达1 亿多吨（6000 万吨新型干法+4000 万吨的其它窑型） 第二章硅酸盐水泥的发展 硅酸盐水泥是以硅酸钙为主要成份的熟料所制得水泥的总称，在国外称为波特兰水泥。 根据国标规定，不 掺混合材的叫硅酸盐水泥； 15%以下混合材的叫普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。掺什么混合材在前面冠以 混合材的名称：如仍以矿渣水泥、火山灰水泥等。当熟料成分硅酸钙为主，但适当调整熟料矿物组成，加石膏或 掺少量某些外加剂，使 水泥性能有某种特殊性质或用途的，在前面冠以特殊性质或用途名，如抗硫酸盐水泥、低 热水泥和油井水泥。

硅酸盐水泥生产基本方法： 标准：要生产产品就要有标准，那么各品种水泥都有国家标准。GB175 1999（新标准） 根据国家标准规定硅酸盐水泥标号分 P.O425、525、625、725 四个标号；普通水泥标号分 P.O325、425、 525、625、725 五个标号；市场上还有 P.C 复合水泥、R425 （早强水泥） 水泥强度有3 天和28 天三个龄期的抗压、抗折强度指标。单位为 Mpa 表示。 .生产方法：硅酸盐水泥生产分三个阶段：生料置备、熟料烧成、水泥粉磨。生料制备方法的不同有干法和湿法两种： 干法一一将原料烘干粉磨后经均化入窑煅烧； 湿法——将原料加水粉磨成料浆均化后入窑煅烧；入窑水分 32-34% 半干法一一将原料烘干粉磨后的生料加水后入窑煅烧。水分 10-12%。 工艺过程：生产方法不同工艺过程不同。 一般新型干法过程为：原料破碎——原料均化——原料配合—— 原料烘干粉磨——生料均 化——入窑煅烧——熟料冷却——水泥粉磨——水泥包装或散装出 燃料破碎——均化储存——粉磨——入窑或入分解炉。第三章 硅酸盐水泥熟料组成 水泥质量主要决定于熟料质量。优质熟料有合适的矿物组成和岩相结构。

硅酸盐水泥熟料主要有 CaO、Si 02、Fe2O3、AI2O3 四种氧化物组成，在熟料中占 95%，另 5%为其他氧化 1．矿物组成：水泥熟料经高温煅烧后， CaO、 Si O2、 Fe2O3、 AI 2O 四种氧化物不是以单独的氧化物存在，而是以两种或两种以 上的氧化物反应生成的多种矿物集合体。 硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物：硅酸三钙， CaOSi O2，简写C3S,占 50〜60%，称阿利特（Ali te 矿；硅酸二钙，2CaO Si O2，简写 C2S,占 20〜25%，称贝利特（ 矿；铝酸三钙，, 简写C2A,占 5〜10% 铁相固溶体，通常以铁铝酸四钙表示，4CaO AI2O3 Fe2O3,简写C4AF,占 10〜15%，称 2．熟料率值：水泥熟料是一种多矿物集合体，而这些矿物又是由四种氧化物化合而成。因此在熟料生产控制中， 不仅要控制氧化物含 还要控制氧化物间的比例即率值。熟料率值有三个， 各国学者因认识不同采用形式不一， 我国采用饱和比KH、硅酸率 SM、铝氧 率IM （AM ）三大率值。 硅酸盐水泥三大率值为： KH=0.910 0.02 （LSF 也有表示） SM=2.70 0.10 IM=1.70 0.10 第四章 硅酸盐水泥的原料及配料 生料配料——根据水泥品种、原料性能和生产方法确定的所用原料配合比称为生料配料。

酸盐水泥的原料：水泥品种、生产方法的不同，配料所需的原料也不同。 水泥品种有：硅酸盐水泥、普通水泥、复合水泥、特种水 生产方法有：湿法、干法、半干法。原料现按市场上应用最多的普通水泥为品种，生产方法为新型干法作为介绍： 石灰石：水泥中用量最大的原料，配料中占80%左右，生产 1t 水泥需 1.2t 石灰石，故多数大型水泥生产线 都建在石灰石矿山 附近。 石灰石原料提供的化学成份主要为 CaO，理论含量为56%，矿山储量有B、C、D 级之分， 一般CaO含量大于50%且有害成 份少为上等原料。 硅质原料：主要为粉砂岩或粘土原料，配料中占8〜10%，主要化学成份为Si O2，要求含量为50%〜70%。 铝质校正原料：主要为页岩或粉煤灰等，配料中占6〜8%，主要化学成份为 AI2O3,要求含量为40%〜 60% 铁质原料：主要为铁粉或铜矿渣的工业性废料，配料中占3〜4%，主要化学成份为 Fe2O3，要求含量为 50% 〜70%。 燃料：采用煤种有烟煤和无烟煤，多数厂采用烟煤，无烟煤、劣质煤采用在新型干法上是近年发展的技术；以前有采用烧油 的，白水泥为了白度多数为烧油的；机立窑采用烟煤。 粉磨水泥时，还需加石膏（）和混合材，混合材可采用有活性的工业废渣，如电厂的粉煤 灰、钢厂的矿渣。

机立窑、立波尔窑的生产原料与上述有差异，采用的硅质原料——粘土，要求有塑性，需成球，如机立窑 的配料原料为石灰石、 粘土、铁粉外，还有萤石和石膏等外加剂，黑生料法还把煤也配在原料中一起粉磨。 原料配比：一般石灰石 :粘土质原料（硅质和铝质合称粘土质） :铁质原料（校正原料） =80%:16%:4% 。熟料料 1.55-1.65。配料计算就是为了确定配比。 第五章 硅酸盐水泥熟料的煅烧 熟料煅烧顾名思义是将生的烧成熟的。煅烧因窑型不同而有差异。目前国内窑型有湿法窑；干法窑，干法 中有中空窑、SP（不带分解炉）、新型干法窑；半干法中有立窑、立波尔窑。现介绍几个重要温度： CaO+CO2分解温度为 890 C，MgCO3 MgO+CO2分解温度为 590 因此分解炉的温度控 制为900 C左右； 2.C3S在出现液相以后才能形成，液相温度为 1250 C,故熟料烧成温度为 1300 C〜1450 C3S――C2S C4AF最低共熔温度 1338 C,故低于此温度矿物形成就有困难。 前段时间有低温煅烧文章介绍，低于 1300 C对熟料质量有影响。 水泥窑气体温度高达1700 C,物料温度高达 1400 C,经水泥窑处理的废弃物不会造成二次污染。

由于垃圾 焚烧炉的焚烧温度低于水泥窑， 往往会造成二次污染， 目前发达国家都有采用水泥窑代替焚烧炉处理垃圾的趋势。 第六章 粉磨工艺 水泥粉磨有三大块：生料、水泥、烧成用煤（机立窑除外） 。生产每吨水泥要粉磨 吨各种物料，粉磨电耗占总电耗的60〜70%。 因此节电在粉磨；节煤在烧成。 水泥细度：水泥颗粒大小与水化的关系：v10um，水化最快；3 30um 是水泥主要活性部分；〉60um，水 化缓慢；〉90um，表 面水化，只起微集料作用。 水泥比表面积与水泥有效水化的关系： 300m2/Kg 44%发生水化；700m2/Kg 90〜95%发生水化。水泥细度过细，需水量增加，将使硬化水泥浆体因水分过多引起收缩而降低强度，故不是越细越好。 第七章 生产控制与均化 生产控制与均化是水泥正常生产、稳定和提高水泥质量的关键。 进厂原燃料控制一一生料质量控制（在原料中 Si O2、AI2O3 含量稳定时控制 Fe2Oa；在不稳定时控制CaO、Si O2、Fe2O3、AI2O3 四种氧化物含量。水分、细度）一一熟料质量控制（升重、 fCaO、强度） 水泥质量控制（细度和比表面、 SO3、强度） 烧成系统（温度、压力） 0.25第八章硅酸盐水泥的水化和硬化 水泥加适量水拌和后，便形成能粘结砂石料的可塑性浆体，随后通过凝结硬化逐渐变成有强度的石状体。

同时还伴随着水化放热 和体积变化的现象。着说明产生了复杂的物理、化学与物理化学力学的变化。这个过程比 较复杂，因此叫水化理论。 水泥产生早期强度的主要是 C3A 和C4AF，因此要提高早期强度主要是增加其含量；后期强度靠 C3S，尤其是C2S 后劲比较足，理论说几年后还发挥强度。 莹光分析仪就是用来测定熟料矿物的水化速率。熟料矿物水化程度% 矿物 C3S33.2 42.3 65.5 92.2 93.1 C2S 6.7 9.6 10.3 27.0 27.4 C3A 78.1 76.4 79.7 88.3 90.8 C4AF 64.3 66.0 68.8 86.5 89.4 水化与细度、水灰比、温度的关系：细度越细硅酸盐岩相学，反应物的比表面越大，水化速率越快；水灰比适中, 0.27，过低影响速率，过高影响强度；温度升高，水化加快。冬季施工要注意保养。 水泥设备学、热工过程及设备 1、粉碎机械 粉碎机械包括破碎和粉磨。 粉碎过程：固体物料在外力的作用下，克服了内聚力使之碎裂的过程，称为粉碎过程 粉碎 破碎 破碎到100mm左右 破碎到30mm左右 细碎 破碎到 3mm左右 粉磨到0.1mm 左右 细磨——粉磨到 60um左右 超细磨一一粉磨到 5um以下 粉碎比：匸D/d 物料粉碎前的大小与粉碎后的大小之比，用来说明粉碎过程的变化情况 粉碎方法：有挤压法、冲击法、磨剥法、劈力法。

物料易碎性一一物料粉碎难易程度，称易碎性； 物料易磨性一一物料粉磨难易程度，称易磨性。 破碎设备种类：破碎机有颚式、圆锥式、辊式、锤式、反击式、反击锤破等，每种破碎机都有自己的一套工 作原理，常用的有颚破 和反击锤破。根据物料分有：石灰石破碎机、砂页岩破碎机、石膏破碎机、煤破碎机，破 碎机的选型要根据物料性质定。 粉磨设备种类：球磨和立磨，近年还增加了一些新设备，如辊压机、筒滚磨等。 根据物料分有：原料磨（或生料磨）、水泥磨和煤磨。 2、筛分选粉机械