胶凝材料学-水泥2.ppt

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1、《胶凝材料学》主讲：李子成内容回顾作业1：在维修古建筑时，工作人员发现古建筑中石灰砂浆坚硬，强度较高。有人认为是古代生产的石灰质量优于现代石灰。此观点是否正确，为什么？作业2：同样是含有粘土杂质，为什么在建筑石膏和建筑石灰中体现的水硬性效果不同？作业3：建筑石膏制备过程中的陈化和石灰消化过程中的陈伏有何不同？窑外分解工艺是水泥工业的一次技术突破重点内容第四章硅酸盐水泥第一节硅酸盐水泥的生产过程与方法第二节硅酸盐水泥熟料矿物形成的物理化学过程第三节硅酸盐水泥熟料矿物的组成、结构及其与胶凝性能的关系第四节硅酸盐水泥的水化反应及机理第五节水泥浆结构的形成过程与特

2、性第六节水泥石的结构第七节水泥的工程性质第四章硅酸盐水泥第一节硅酸盐水泥的生产过程与方法第二节硅酸盐水泥熟料矿物形成的物理化学过程第三节硅酸盐水泥熟料矿物的组成、结构及其与胶凝性能的关系第四节硅酸盐水泥的水化反应及机理第五节水泥浆结构的形成过程与特性第六节水泥石的结构第七节水泥的工程性质第二节硅酸盐水泥熟料矿物形成的物理化学过程【重点】生料的干燥与脱水;碳酸钙分解;固相反应;液相的形成与熟料的烧结;熟料的冷却石灰质原料、粘土质原料铁质原料校正原料按一定要求的比例配合生料经均化、粉磨、调配而成。1450℃熟料水泥熟料生产的工艺流程发生了什么变化？生料在煅烧中

3、过程形成水泥熟料的物理化学过程是十分复杂的，按温度的升高大体上可以分为下述几个阶段:生料的干燥与脱水;碳酸钙分解;固相反应;液相的形成与熟料的烧结;熟料的冷却一、生料的干燥与脱水干燥生料中自由水的蒸发，称为干燥。脱水生料中粘土矿物的分解并放出其化合水，称为脱水。化合水结晶水层间水以OH-离子形态存在于晶体结构的格子中以H2O分子形态存在于粘土矿物的层状结构间一、生料的干燥与脱水高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O是一种有代表性的粘土矿物，具有“单网层”结构，即由一层水铝石和一层硅氧层结合而成。图4-5所示。其结构中的(OH)处于两种不同的环境中：3/4的

4、(OH)位于两个单网层之间，称之为外层的(OH)；1/4的(OH)位于单网层之中，故称之为内层的(OH)。高岭石受热时，外层(OH)易于脱出，而内层的(OH)则较困难，其脱水反应可用下式表示：Al2O3·2SiO2·2H2O470℃-540℃Al2O3·2SiO2·1/2H2O+3/2H2OAl2O3·2SiO2·1/2H2O＞540℃Al2O3·2SiO2+1/2H2O干燥过程由于煅烧方式的不同而有所差异：干法窑生料含水量一般不超过1.0％；立波尔窑和立窑为便于生料成球，通常含水12~14%，湿法为保证料浆的可泵性则通常为30-40%。含水量的差异也是造

5、成窑型能耗多少的主要因素之一。二、碳酸钙分解分解条件CaCO3CaO+CO2-1645J/g(890oC时)MgCO3MgO+CO2-(1047~1214)J/g(590oC时)为了使分解能顺利进行，必须保持较高的反应温度和较低的CO2分压。分解过程1.热气流传向颗粒表面；2.热量由表面向分解面传递；3.分解处的碳酸钙在一定温度下进行分解并放出CO2;4.CO2气体穿过CaO层向表面扩散;5.表面的CO2向周围介质扩散。传热传质物理过程化学反应过程特点：缩核型强吸热气固反应；烧失量大；CaOCaCO3CO2热量影响碳酸钙分解速度的因素温度CO2分压原料粒度

6、在窑内的运行状态：悬浮状态分解快石灰石的种类和物理性质：致密程度、料块形状、杂质等二、碳酸钙分解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。分解所需总热量约占湿法生产总热耗的1/3，约占新型干法窑的1/2。1.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。2.CO2的分压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。

7、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CO2的分压。3.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，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。4.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。5.石灰石的种类和物理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。如果黏土质原料的主导矿物是高岭

8、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