生料在煅烧过程中的物理化学变化教学课件PPT熟料煅烧

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1、第四讲生料在煅烧过程中的物理化学变化生料在煅烧过程中的物理化学变化生料在加热过程中，依次发生干燥、粘土矿物脱水、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧结及熟料冷却结晶等重要的物理化学反应。这些反应过程的反应温度、反应速度及反应产物不仅受原料的化学成分和矿物组成的影响，还受反应时的物理因素诸如生料粒径、均化程度、气固相接触程度等的影响。生料在煅烧过程中的物理化学变化1干燥排除生料中自由水分的工艺过程称为干燥。2脱水脱水是指粘土矿物分解放出化合水。粘土矿物的化合水有两种：一种是以OH一离子状态存在于晶体结构中，称为晶体配位水(也称结构水)；

2、另一种是以水分子状态吸附于晶层结构间，称为晶层间水或层间吸附水。所有的粘土都含有配位水；多水高岭土、蒙脱石还含有层间水；伊利石的层间水因风化程度而异。层间水在100℃左右即可排除，而配位水则必须高达400～600℃以上才能脱去。生料在煅烧过程中的物理化学变化粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如下式所示：Al2O3•2SiO2•2H20Al2O3•2SiO2+2H20↑高岭土偏高岭土水蒸气Al2O3•2SiO2Al2O3+2SiO2高岭土进行脱水分解反应属吸热过程。高岭土在失去化合水的同时，本身晶体结构遭受破坏，生成了非晶质的

3、无定形偏高岭土(脱水高岭土)，由于偏高岭土中存在着因OH-基跑出后留下的空位，故可以把它看成是无定型的SiO2和Al2O3，这些无定形物具有较高活性。生料在煅烧过程中的物理化学变化3碳酸盐分解生料中的碳酸钙和夹杂的少量碳酸镁在煅烧过程中分解并放出CO2的过程称碳酸盐分解。碳酸镁的分解温度始于402~480℃左右，最高分解温度700℃左右；碳酸钙在600℃时就有微弱分解发生，但快速分解温度在812~928℃之间变化。MgCO3在590℃、CaCO3在890℃时的分解反应式如下：MgCO3MgO+CO2↑－(1047~1214)J/

4、gCaC03CaO+CO2↑－1645J/g其中，碳酸钙在水泥生料中所占比例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，因此，它是水泥熟料煅烧过程重要的一环。生料在煅烧过程中的物理化学变化3.1碳酸钙分解反应的特点1．可逆反应2．强吸热反应每1kg纯碳酸钙在890℃时分解吸收热量为1645J/g，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预分解窑的二分之一。3．烧失量大每100kg的纯CaCO3分解后排出挥发性CO2气体44kg，烧失量占44%。生料在煅烧过程中的物理化学变

5、化4．分解温度与CO2分压和矿物结晶程度有关在常压(101325Pa)和分解出的CO2分压达1个大气压(即平衡分解压力101325Pa)的环境中，纯碳酸钙的分解温度为800℃。平衡分压增大，分解温度增高，环境CO2的浓度和压力对碳酸钙分解温度的影响见图6-2所示生料在煅烧过程中的物理化学变化3.2、碳酸钙的分解过程一颗正在分解的CaCO3颗粒，颗粒内部的分解反应可分为下列5个过程：①热气流向颗粒表面传进分解所需要的热量Qi；②热量以传导方式由表面向分解面传递的过程；③在一定温度下碳酸钙吸收热量，进行分解并放出CO2的化学过程；④

6、分解放出的CO2，穿过CaO层，向表面扩散传质；⑤表面的CO2向周围气流介质扩散。生料在煅烧过程中的物理化学变化在这5个过程中，有4个是物理传热传递过程，唯独碳酸钙吸收热量分解放出CO2的过程是一个化学反应过程。在颗粒开始分解与分解面向颗粒内部深入时，各过程对分解的影响程度不相同，哪个过程最慢，哪个便是主控过程。即碳酸钙的分解速度受控于其中最慢的一个过程。分解速度或者分解所需的时间将决定于化学反应所需时间，即反应生成的CO2通过表面CaO层的扩散是整个碳酸钙分解过程中的速度控制过程。生料在煅烧过程中的物理化学变化在悬浮预热器和分

7、解炉内，由于生料悬浮于气流中，基本上可以看作是单颗粒，其传热系数较大，特别是传热面积非常大，分解过程的速率受化学反应过程所控制。在分解炉(物料温度850℃左右)，只需几秒钟即可使碳酸钙分解率达到85%~95%。生料在煅烧过程中的物理化学变化3.3、影响碳酸钙分解速度的因素1．石灰质原料的特性以最常见的石灰石为例，当石灰石中伴生有其他矿物和杂质一般具有降低分解温度的作用，2．生料细度和颗粒级配生料粉磨得细，且颗粒均匀、粗粒少，生料比表面积增加，使传热和传质速度加快，有利于分解反应进行。3．生料悬浮分散程度生料悬浮分散差，相对地增大

8、了颗粒尺寸，减少了传热面积，降低了碳酸钙的分解速度。生料在煅烧过程中的物理化学变化4．温度提高反应温度，分解反应的速度加快，分解时间缩短。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。5．系统中CO2分压通风良好CO2分压较低，有