有关水泥原料成分研究论文

有关水泥原料成分研究论文（2篇）

1.有关水泥原料成分研究论文 篇一

新型干法水泥生产中的原料、燃料

制造硅酸盐水泥熟料的主要原料是石灰石质原料，黏土原料，铁质校正原料。当黏土中氧化硅含量不足时可用高硅原料如砂岩，河沙进行校正；当黏土中氧化铝含量不足时，可掺高铝原料如粉煤灰，煤渣，煤矸石，铝矾土，等。

石灰石原料

常用天然石灰质原料有：石灰石，泥灰岩，白垩，贝壳等。我国大部分厂使用石灰岩和泥灰岩。

石灰岩--由主要矿物是方解石，并含白云石，硅质，铁质和黏土质杂质。纯方解石含有56%CaO和44%CO2，色白。因为含有杂质，石灰石一般呈灰白，淡黄，红褐色，块状无层理，结构致密，性脆，密度是2。6-2。8g/cm3,水分通常小于2%。制造硅酸盐水泥用的石灰石中CaO含量应不低于45%48%，以免配料发生困难。

泥灰岩是有碳酸钙和黏土物质同时沉积而形成的均匀混合沉积岩。他是一种有石灰石向黏土过渡的岩石。当泥灰岩中氧化钙含量超过45%，称为高钙泥灰岩；当氧化钙含量低于43。5%时称为低钙泥灰岩。低钙泥灰岩通常应与石灰石搭配使用。

黏土原料

天然黏土原料有黄泥，黏土，页岩，泥灰岩等。其中黄土，黏土用的最广泛。

黄土和黏土均是由花岗岩，**岩等经风化分解后，再经搬运或沉积而成。衡量黄土和黏土的质量主要看其化学成分，含沙量，含碱量等。黏土中一般都含碱-----是由云母，长石带入的。所以风化程度越高，淋容作用越快，含碱量就越底。

注意：碱含量过高会给熟料生产带来困难，又会影响熟料质量。所以一定要控制熟料中的碱含量-----（小于1。3%），因此黏土中碱含量必须------（小于4%）。

页岩----是黏土受地壳压力胶结而成的黏土岩，层理明显，颜色一般为灰色，褐色或黑色。化学成分和黏土相似

校正原料

石灰质原料和黏土远料配合所得生料成分不能满足配料方案要求时，必须根据所缺的组分，掺加校正原料。常用的校正原料有---铁质校正原料，硅质校正原料和铝质校正原料。

当氧化铁含量不足时，应掺加氧化铁含量大于40%的铁质校正原料。常用的铁质校正原料有-----硫酸渣（硫酸厂的工业废渣），铜矿渣（工业废渣），低品位的铁矿石。-----而硫酸渣主要成分Fe2O3,含量大于50%，红褐色粉末，含水量较大，对储存，卸料均有影响。

当氧化硅含量不足时，须掺加硅质校正原料。常用的有砂岩，河沙，粉砂岩等。砂岩中的矿物主要是石英，其次是长石。石英的化学成分是SiO2.。一般要求硅质校正原料中氧化硅的含量70%~90%。大于90%时由于石英含量过高，难于粉磨和煅烧，很少采用。-----而河沙的的石英结晶更为完整粗大，所以石有在无砂岩矿时才采用。当然最好采用风化砂岩或粉砂岩，它的氧化硅含量不低，且易于粉磨和煅烧。

当氧化铝含量不足时，需掺加铝质校正原料。一般有：粉煤灰、煤渣、煤矸石、铝矾土等。

燃料

我国水泥工业一般使用煤作为燃料。回转窑水泥厂一般用烟煤。近年来也有用无烟煤做燃料的窑外分解窑。如：**院、和天津院均已开发了无烟煤窑尾预分解系统，并成功应用于诸多水泥厂。由于无烟煤灰分较高，挥发分较底，所以着火温度较高、燃烧时间较长，为提高无烟煤在窑系统的燃烧速度，就要控制入窑煤粉细度达到：80um方孔筛筛余3%左右。

无烟煤和烟煤的区分是以煤中的 挥发分来划分的。水泥厂使用的原煤品质以煤的工业分析来表示。因为工业分析程序简单并能很好的反映出煤在窑炉系统中的燃烧情况。在工业分析中有煤的水分、挥发分、灰分、固定碳和热值。其中挥发分对煤的着火温度、燃烧时间及煤粉细度影响较大，而灰分、热值对配料和熟料成分有更大影响。我国水泥厂使用原煤品质要求见表。实际上达不到表中品位要求的煤也常有应用，但对热耗等有一定影响。

石膏及混合材料

石膏

水泥熟料是块状物料，粒度大多〈 25mm。因此水泥厂生产中最后成品水泥还要经过再一次的粉磨。在粉磨过程中要加入石膏和各种相应的混合材。

石膏作为水泥的缓凝剂是生产水泥的重要辅助原料，主要用于调节和控制水泥凝结时间。同时加入石膏还可以提高水泥的早期强度及改善耐蚀抗渗性等。水泥厂一般用天然二水石膏或无水石膏（硬石膏），或它们的混合物。二水石膏化学式为CaSO4-2H2O,无水石膏为CaSO4。

一般生产过程中依据国家标准控制水泥中SO3含量不超过3。5 %。在实际生产中，应进行石膏适应掺加量实验，选择凝结时间能满足其他性能要求的SO3掺加量作为最佳石膏掺加量，通常水泥中SO3含量波动在1。5%~2。5%之间。因此二水石膏掺加量约为3%~5%。如果水泥中石膏掺加量不足时会加快水泥凝结时间，造成通常所说的---快凝、急凝、闪凝，现象，使施工难以进行，这就是国标规定水泥初凝不得早于一定时间的原因。当水泥中石膏掺加量过多时，不但对水泥缓凝不再有好的作用，还会对已硬化的水泥石产生消弱强度的膨胀应力，甚至造成安定性不良。还有一种是假凝现象：他是一种水泥拌水后的早期快速固化现象，原因是：水泥在粉磨时遇到高温后使二水石膏脱水为半水石膏，水泥中的半水石膏在水泥加水之后又成为二水石膏并析出晶体成为石膏结构网使浆体固化，继续搅拌后水泥凝结会正常。所以水泥磨要降温。

混合材料

为改善水泥质量、提高水泥产量，降低成本，改善水泥的某种性能，在水泥的粉磨环节通常还加入混合材料。常用的混合材有粒状高炉矿渣、分煤灰、火山灰等工业废渣或天然火山质混合材料。根据生产的水泥产品品种不同，混合材的掺加量不同，掺加量可以从0~70%。混合材分为活性混合材料和非活性混合材料。

活性混合材有：（1）粒化高炉矿渣（GB/T203），粒化高炉铬铁渣（JC417）、粒化高炉钛矿渣（JC418）。

（2）：粉煤灰（GB/T1596）。

（3）：火山会质混合材（GB/T2847）。

非活性混合材有：包括其活性指标不符合以上技术标准要求的粉煤灰、火山灰质混合材和粒化高炉矿渣以及石灰石和砂岩等。

2.有关水泥原料成分研究论文 篇二

废弃的大理石粉是切割大理石过程中产生的副产品。为降低生产成本, 部分石材加工企业会将废弃的石粉直接任意排放。废弃石粉对生态环境系统产生了严重的威胁, 为了有效地利用废弃的石粉, 彻底消除废弃石粉造成的污染, 各级政府和科研工作者都在积极想办法。目前, 废弃石粉的综合回收利用的研究已经开展了一段时间, 同时废弃石粉在工业生产中的应用已初见成效, 包括瓷砖制造、混凝土掺合料、改性粘合剂及新型墙体砖的生产[1]。福建南安是中国规模最大、种类最齐全的石材生产、出口基地, 其石材进出口占世界贸易总量40%, 随之每年也产生了200多万t的废弃大理石粉。本次研究主要是针对废弃大理石粉作为石灰石的替代品用于熟料生产, 希望能一次性解决废弃大理石粉污染的问题。石粉是指石灰岩或其它原岩经机械加工后的小于0.16mm的微细颗粒。通常情况下, 大理石作为水泥生料烧制熟料其易烧性较差, 希望能够利用大理石粉这种微细颗粒的特征, 得到较好的易烧性。近几年来, 已有欧洲、美洲及中国台湾的学者进行了少量大理石粉替代部分石灰石进行配料煅烧的研究。其结果显示:所烧制之各组环保水泥熟料, 其游离氧化钙量皆小于1%, 其矿物组成皆含有C3S、C2S、C3A及C4AF等晶相物种与波特兰水泥组成份相当。

1 试验部分

1.1 基本材料

大理石粉、大理石由泉州地区某石材加工企业提供, 石灰石由永安市某水泥企业提供。

1.2 样品处理

大理石粉在105℃下烘干后进行试验, 石灰石与大理石均磨至80μm筛余为10%～12%, 200μm筛余小于1.5%。

2 试验结果与讨论

2.1 基本材料的化学性能

试验方法参照GB/T 176-2008《水泥化学分析方法》, 试验结果见表1。

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一般来说, 熟料是水泥的主要成分, 通过在1450℃下煅烧以一定比例混合的生料获得。硅酸盐水泥熟料中的主要成分是CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种氧化物, 它们在熟料中的总量在95%以上。从表1可以看出, 大理石粉中CaO含量为50.09%, 提供了水泥原料中所需的CaO;大理石粉的化学成分与石灰石的化学成分相近。

2.2 基本材料的物理性能及大理石粉的颗粒形貌

试验方法参照GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》, JC/T721-2006《水泥颗粒级配测定方法激光法》试验结果见表2、表3及图1。

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生料的细度一般只控制80μm和0.2mm的筛余量, 大部分水泥厂的生料细度都控制在80μm筛筛余不超过10%～12%[2]。从表2可以看出, 大理石粉颗粒很细, 比表面积很大, 几乎都是小于80μm的颗粒。从表3、图1也可以看出, 大理石粉中小于10.00μm的颗粒累积达到了80.20%。

2.3 大理石粉电镜扫描及能谱分析

图2为大理石粉的颗粒形貌图片。从其形貌可以看出, 大理石粉基本上呈无规则几何结构, 多为小于10μm的颗粒。

从图3可以看出, 大理石粉中主要元素成分为CaO, 含有少量的镁、铝氧化物以及极少量的氧化硅。

2.4 大理石粉的放射性

参照GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》, 试验结果见表4。

从表4可以看出, 大理石粉的内照射指数和外照射指数, 均符合GB 6566-2010中建筑主体材料中天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度同时满足IRa≤1.0和Ir≤1.0的要求, 对人体无害, 可以用作水泥原材料生产。

2.5 易烧性试验

2.5.1 生料的易烧性

易烧性是指水泥生料通过煅烧形成水泥熟料的难易程度。原理为:按一定的煅烧制度对水泥生料进行煅烧后, 测定其游离氧化钙含量, 用游离氧化钙含量表示生料的易烧性。游离氧化钙越低, 易烧性越好。一般认为f-CaO<1.0%为优, f-CaO=1.0%～1.5%为良, f-CaO=1.5%～2.5%为一般, f-CaO>2.5%为差, 一般认为f-CaO≤1.5%时, 熟料为烧成。赵介山[3]认为影响生料易烧性的因素有生料的矿物组成、生料的化学组成、生料的颗粒组成、烧成制度、液相量和液相性质等。黄燕[4]认为石灰石的CaCO3晶体尺寸、SiO2含量及结晶程度对生料易烧性影响显著, 随着CaCO3晶体尺寸减小, 生料易烧性明显改善, 当石灰石中的SiO2含量很高, 且大部分呈游离石英形式存在时, 会严重恶化生料易烧性。晶体大小可分为巨晶 (>1000μm) 、粗晶 (500～1000μm) 、中晶 (300～500μm) 、细晶 (100～300μm) 、粉晶 (10～100μm) 、泥晶 (<10μm) 几大类。

2.5.2 易烧性试验

大理石粉、大理石、石灰石采用表5中三率值配制成生料, 用相应的化学试剂配入所需的SiO2、Al2O3、Fe2O3。大理石粉配制成三种不同的率值进行试验。大理石粉三个不同率值配制的生料编号分别为1#、2#、3#, 大理石粉配制的生料编号为4#, 石灰石配制的生料编号为5#。

参照GB/T 26566-2011《水泥生料易烧性试验方法》, 将配制好的生料经不同温度煅烧后, 测得的f-CaO含量见表6。

从表6可以看出这3种材料的易烧性最好的为石灰石, 其次为大理石粉, 最差的为大理石。这是因为石灰石的Ca CO3晶体较小, CaCO3晶体愈小, 分解出的CaO颗粒也越小, 分散度就越大, 在相等量熔体条件下, CaO颗粒与熔体的接触面就越大, 因此Ca O溶解及参与烧成反应的数量越多, 有利于烧成反应[5]。生料的细度和颗粒级配显著地影响生料的易烧性[4]。生料颗粒越细, 其表面积和反应活性也越大, 固相反应迅速, 烧结容易。而生料粗粒则会增加煅烧困难, 导致熟料中残存较高的f-CaO, 有过量的燃料消耗。大理石试样中的CaCO3晶体为极粗晶及粗晶, 远大于生料颗粒, 生料中Ca CO3晶粒的大小取决于粉磨细度。从表6可以看出大理石粉的易烧性要优于大理石, 主要是由于大理石粉的颗粒比大理石要细得多, 大理石粉的80μm筛余仅为0.31%, 远小于大理石的80μm筛余, 且大理石粉中小于10.00μm的泥晶占到了80.20%, 说明CaCO3晶体尺寸越小, 其易烧性越好。

将以大理石粉为原料的生料在1450℃下煅烧的后得到的熟料进行化学分析, 参照GB/T 176-2008, 试验数据见表7。

从表7可以看出, 根据1#、2#、3#样在1450℃下煅烧得到的熟料的化学成分计算出的1#样KH、n值基本满足要求, p值偏高, 2#、3#样的三率值均满足要求。熟料中的各种氧化物不是单独存在, 而是在高温下通过固相反应、固-液相反应后以矿物的形式存在, 因此在生产控制中, 不仅要控制熟料中各氧化物的含量, 还应控制各氧化物之间的比例即率值。一般生产控制KH在0.87～0.96之间、n在1.7～2.7之间、p在0.8～1.7之间[6]。从表7还可以大理石粉的易烧性随着KH的降低其易烧性变好, 其中3#样品的f-CaO含量为2.04, 表现出较好的易烧性, 而且这三个样品的Mg O含量都较高。

2.5 XRD分析

将以大理石粉为原料制备的生料在1450℃下煅烧后得到的样品进行X-射线衍射分析其矿物组成, 见图4。从图4可以看出, 以大理石粉为原料制备的生料在1450℃下煅烧得到的样品中含有C3S、C2S、C3A、C4AF等晶相物种与波特兰水泥组成份相当。

3 结语

(1) 以大理石粉替代石灰石作为原料烧制熟料其易烧性优于大理石, 原因是大理石粉的颗粒较小, 大部分都是小于10μm的颗粒, 比以大理石作为原料制备的生料磨细至80μm筛余为10%～12%要小得多。

(2) 依据XRD图谱, 以大理石粉作为原料制备的生料烧制的熟料中含有硅酸盐水泥熟料的矿物成分, 且其易烧性试验表现为一般, 可以用于水泥工业生产。

(3) 以大理石粉作为原料制备的生料烧制的熟料中Mg O的含量较高, 因此如用于工业化生产还应解决大理石粉中镁含量高的问题。另外由于大理石粉的来源广泛, 其稳定性、均匀性也是关注的要点。

参考文献

[1]Bdour, Ahmed N.;Al-Juhani, Mohammad S.Utilisation of waste marble powder in cement industry[J].International Journal of Environment and Waste Management, 2013, (11) :399-409.

[2]蒋永惠, 袁小林, 胡静, 徐培涛, 倪祥平.石英晶体的粒度和结构对水泥生料易烧性的影响[J].水泥技术, 2000 (, 03) .

[3]赵介山.水泥生料易烧性试验研究与评价[J].广东建材, 2002 (, 03) .

[4]黄燕, 关于水泥生产原材料选择问题的探讨[J].水泥, 1997, (12) .

[5]樊粤明, 吕辉, 郭志军, 钟景裕.石灰石品质对水泥生料易烧性的影响[J].水泥, 1996 (, 11) .