硅酸盐水泥熟料形成化学水泥工艺学

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1、§5硅酸盐水泥熟料形成化学§5.1煅烧过程物理化学变化一、干燥生料都含有一定量的自由水分。随着物料温度逐渐升高，物料中的水分被蒸发，当温度升高到100℃～150℃时，生料中的自由水分全部被排除，这一过程称为干燥过程。新型干法水泥生料水分小于1％，此过程在预热器内瞬间即可完成。二、粘土质原料脱水当温度继续升高到450℃时，粘土中的主要组成高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)发生脱水反应，脱去其中的化学结合水，其化学反应式为A12O3·2SiO2·2H2O→A12O3+2SiO2+2H2O(无定形)(无定形)高岭土在失去化学结合水的同时，分子结构也产生变化，变成游离的无定形的A12

2、O3和SiO2。三、碳酸盐分解温度继续升至600℃以上时，生料中的碳酸盐开始分解，主要是石灰石中的碳酸钙和原料中夹杂的碳酸镁进行分解，其化学反应式为碳酸钙在水泥生料中所占比率在80％左右，其分解过程需要吸收大量的热，是熟料煅烧过程中消耗热量最多的一个过程，是水泥熟料煅烧过程中的重要环节。1.碳酸盐分解反应的特点⑴可逆反应碳酸钙的分解过程受系统温度、周围介质中CO2分压的影响较大。升温并供给足够的热量，及时排除周围介质中的CO2，降低周围介质中的分压CO2，有利于分解反应的顺利进行。⑵强吸热反应碳酸钙的分解过程是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程，分解所需总热量约占湿法生产总热耗

3、的1/3，约占新型干法窑的1/2。因此，为了使分解反应顺利进行，必须保持较高的反应温度，并提供足够的热量。⑶烧失量大每100kg纯CaCO3分解后排除的挥发性CO2气体44kg，烧失量占44%。但在实际生产中，由于石灰石不纯，故烧失量一般在40%左右。⑷分解温度与矿物晶体结构有关石灰石中伴生矿物和杂质一般会降低分解温度。方解石的结晶程度高、晶体粗大，则分解温度高；反之，微晶的分解温度低。2.影响CaCO3分解的主要因素⑴石灰质原料性质石灰石中伴生其他矿物和杂质具有降低分解温度的作用；方解石晶体越小、缺陷越多，分解越快。⑵生料细度和颗粒级配生料颗粒粒径越小，比表面积越大，传热面积增大，

4、分解速度加快；生料颗粒均匀，粗颗粒少，也可加速碳酸盐的分解。⑶生料悬浮分散程度悬浮态：悬浮预热器内生料处于悬浮态，比表面积可达200～400m2/kg，生料粉中CaCO3分解受化学反应速率控制。堆积态：回转窑内生料处于堆积态，CaCO3分解受传热、传质过程控制。⑷温度碳酸盐分解是吸热反应，是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程。温度升高使分解速度加快。但应注意，温度过高，将增加废气温度和热耗，预热器和分解炉结皮、堵塞的可能性亦大。⑸窑内通风碳酸盐分解是可逆反应，受系统温度和周围介质中CO2的分压影响较大。为了使分解反应顺利进行，必须保持较高的反应温度和良好的通风，降低周围介质中C

5、O2的分压。⑹黏土质原料性质如果黏土质原料的主导矿物是高岭土，由于其活性大，在800℃下能与氧化钙或直接与碳酸钙进行固相反应，生成低钙矿物，则可以促进碳酸钙的分解过程；反之，如果黏土的主导矿物是活性差的蒙脱石和伊利石，则CaCO3的分解速度慢。四、固相反应水泥熟料中的各种矿物是经过多次固相反应形成的。800～900℃时CaO+Al2O3→CaO•Al2O3(CA)CaO+Fe2O3→CaO•Fe2O3(CF)900～1100℃时2CaO+SiO2→2CaO·SiO2(C2S)7CaO·Al2O3+5CaO→12CaO·7A12O3(C12A7)CaO·Fe2O3+CaO→2CaO·F

6、e2O3(C2F)1100～1300℃时12CaO·7Al2O3+9CaO→7(3CaO·Al2O3)(C3A)7(2CaO·Fe2O3)+2CaO+12CaO·7Al2O3→7(4CaO·Al2O3·Fe2O3)(C4AF)固相反应特点：放热反应，可使物料温度快速升高300℃以上，物料活性高、预烧性好。五、硅酸三钙(C3S)的形成和烧结反应当物料温度升高到近1300℃时，C3A、C4AF、R2O等熔剂矿物会变成液相，大部分C2S和CaO很快被高温熔融的液相所溶解，这种溶解于液相中的C2S和CaO进行反应而生成C3S。C2S+CaO→C3SC3S的生成温度范围一般为1300℃～145

7、0℃～1300℃l熟料的烧成温度C3S迅速形成的温度：1450℃以上，目前新型干法窑内烧成温度一般在1500℃以上。C3S的形成时间C3S的形成一般需要l5～25min，通过烧成带的长度和窑速来控制。液相量一般控制在22～26％。温度过高会使液相量过多、粘度过小，给煅烧操作带来困难，如结大块、结圈、烧流等。C3S的形成热固相液相：吸热C3S的化合：放热综合：C3S的形成需要的反应热甚微，主要热量消耗是使物料达到烧成温度。游离氧化钙（f-CaO）温度降到13