水泥工艺学归纳总结

1.、提高水泥质量的途径：1.提高水泥熟料活性（选择最佳熟料率值|强化烧成，快速冷却）2.控制水泥的细度状态3.改进粉磨工艺4.提高水泥质量的均匀性5.改善水泥和混凝土外加剂的适应性2、水硬性胶凝材料：在物理、化学的作用下，能从浆体变成坚硬的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。3.、水泥：加入适量水后可成为塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料。4硅酸三钙（50%—60%）凝结时间正常，水化较快，放热较多，早期强度高且后期强度增进率较大。水化热高，抗水性较差。5硅酸二钙（20%）：βC2S较好。早期强度低但后期强度增长率较高，凝结硬化缓慢。水化热较小，抗水性较小。6中间相：填充在阿利特、贝利特之间的物质。包括铝酸盐、铁酸盐、组成不定的玻璃体和含碱化合物以及有利氧化钙和方镁石。7、铝酸钙（7—15%）：水化迅速，放热多，凝结很快，若不加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝；硬化快，强度3d内发挥出来，但绝对值不高，以后几乎不增长，甚至倒缩。干缩变形大，抗硫酸盐性能差。8铁相固溶体（潜在含量10%—18%）：水化速度早期介于铝酸三钙和硅酸三钙之间，但随后发展不如硅酸三钙。早期强度类似于铝酸三钙，后期强度不断增长，类似于硅酸二钙。抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较铝酸三钙低，但含C4AF高的塑料难磨。9玻璃体：在生产条件下冷却速度较快，有部分液相来不及结晶而成为过冷液体。10铝酸三钙和铁铝酸四钙在煅烧过程中熔融成为液相，也可以促进硅酸三钙的顺利形成，这是它们的一个重要作用。如果物料中熔剂矿物过少，则易生烧使氧化钙不易被吸收完全，从而导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料质量，降低窑的产量并增加燃料的消耗。11游离氧化钙是指经高温煅烧而仍未化合的氧化钙。游离氧化钙结构比较致密，水化很慢，通常要在3d后才明显，水化生成氢氧化钙体积增加97.9%，在硬化的水泥浆中造成局部膨胀应力。随着f-CaO的增加，首先是抗折强度下降，进而引起3d以后强度倒缩，严重时引起安定性不良。12方镁石由于水化速度比游离氧化钙要慢，水化生成氢氧化镁时，体积膨胀148%，会导致安定性不良。13硅率（1.7—2.7）：硅率又称硅酸率，它表示熟料中SiO2的百分含量与AI2O3和Fe2O3百分含量之比。硅率除了表示熟料的SiO2与AI2O3和Fe2O3的质量百分比外，还表示了熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例关系，相应地反映了熟料的质量和易烧性。硅率过低，则熟料因硅酸盐矿物少而强度低，且由于液相量过多，易出现结大块，结炉瘤，结圈等，影响窑的操作。14铝率（0.7～1.7）又称铁率，铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量百分比，也表示熟料中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例关系，因而也关系到熟料的凝结快慢。同时还关系到熟料液相粘度，从而影响熟料的煅烧的难易，熟料铝率与矿物组成的关系如下：铝率高，熟料中铝酸三钙多，液相粘度大，物料难烧，水泥凝结快。但铝率过低，虽然液相粘度小，液相中质点易扩散对硅酸三钙形成有利，但烧结范围窄，窑内易结大块，不利于窑的操作15石灰饱和系数KH（0.82—0.94）：熟料中全部氧化硅生成硅酸钙所需的氧化钙含量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。KH实际上表示了熟料中硅酸三钙与硅酸二钙百分含量的比例。KH实际上表示了熟料中C3S与C2S百分含量的比例。KH越大，则硅酸盐矿物中的C3S的比例越高，熟料质量（主要为强度）越好，故提高KH有利于提高水泥质量。但KH过高，熟料煅烧困难，保温时间长，否则会出现游离CaO，同时窑的产量低，热耗高，窑衬工作条件恶化16熟料矿物组成的计算：熟料矿物组成可用岩相分析、X射线定量分析、化学成分计算等方法进行分析计算。常用的化学成分计算熟料矿物组成的方法有：石灰饱和系数法和鲍格法。石灰饱和系数法：设与SiO2反应的CaO量为CS，与CaO反应的SiO2为SC，则：17配料计算：配料计算的依据是物料平衡。即反应物的量等于生成物的量。干石灰石干粘土干铁粉=干生料；灼烧生料煤灰=熟料熟料中的煤灰掺入量可按下式近似计算：18生料配料计算方法繁多，有代数法、图解法、尝试误差法、矿物组成法，最小二乘法等。19石灰质原料：以碳酸钙为主要成分的原料。主要有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。20粘土质原料是含碱和碱土的铝硅酸盐，主要化学成分是二氧化硅，其次是氧化铝，还有少量三氧化二铁。天然粘土原料有黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥。21物料破碎的目的：1.以便粉磨、烘干、输送和储存2.可以提高磨机和烘干机的效率3.加速物料的烘干过程4.使入磨物料粒度减小，显著提高磨机的粉磨效率5.便于输送，并有利于计量和储存。22破碎就是依靠外力克服固体物料内聚力而将其大块分裂为小块的过程。23破碎的方法：1.压碎2.折碎3.冲击破碎4.劈碎5.磨碎24破碎机的类型：颚式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机、反击-锤式破碎机。25物料的均化包括：原料、燃料的预均化和生料、水泥的均化。26均化全过程分为四个均化环节：1.矿山的原料按质量情况计划开采和矿石搭配使用2.原料预均化堆场及储库内的预均化3.生料在粉磨中的配料与调节4.生料入窑前在均化库内的均化。27原料预均化堆场具有如下作用：1.储库作用，作为缓冲作用2.均化作用，一般均化效果为5—8；3.预配料作用。28干法生料的均化可采用多库搭配、机械倒库和压缩空气搅拌库等。29生料均化有间歇均化系统和连续均化系统。30间歇均化系统均化效果较好；连续均化系统具有流程简单，操作管理方便和便于自动控制等优点。间歇式生料均化系统一般由搅拌库和储存库组成。31、连续式均化系统具有多种形式，与间歇式均化系统相比较，具有投资省、电耗低、操作简单等优点。其均化效果不如前者。32生料粉磨的目的：生料的细度直接影响窑内煅烧时熟料的形成速度。生料细度越细，则生料各组分间各组分间越能混合均匀，窑内煅烧时生料各组分越能充分接触，使碳酸钙分解反应、固相反应和固液相反应的速度加快，有利于有利氧化钙的吸收。33生料粉磨细度的要求：用管磨机生产通常控制在0.08mm方孔筛筛余10%左右。0.2mm方孔筛筛余小于1.5%为宜。34水泥粉磨的目的：水泥细度越细，水化与硬化反应就越快，水化越易完全，水泥胶凝性质的有效利用率就越高，水泥的强度，尤其是早期强度也越高，而且还能改善水泥的泌水性、和易性等。反之，水泥中有过粗的颗粒存在，粗颗粒只能在表面反应，从而损失了熟料的活性。35水泥粉磨细度要求：水泥的细度为比表面积控制在300m2/kg左右。煤的粉磨目的：煤粉越细，比表面积越大，与空气中氧气接触的机会增多，燃烧速度越快、越安全，单位时间内放出的热量越多，可以提高窑内火焰温度；煤粉太粗时，黑火头长，难着火，燃烧速度慢，火力不集中，烧成文帝低，还会造成窑内还原气氛、煤灰掺入熟料中不均匀。造成窑内结圈。36粉磨系统有开路和闭路两种。当物料一次通过磨机后即成为成品时称为开路系统。当物料出磨后经过分级设备选出产品、粗料返回磨机内再磨称为闭路系统。37开路系统优点：流程简单、设备少、投资省、操作维护方便。38影响磨机产质量的原因：1.入磨物料粒度2.易磨性3.入磨物料温度4.入磨物料水分5.磨内通风6助磨剂7。设备及流程。39水泥熟料形成过程：1.水分蒸发2.粘土矿物脱水3.碳酸盐分解4.固相反应5.熟料的烧结6.熟料的冷却40粘土矿物化合水有两种，一种在晶体配位水；一种是晶层间水或层间吸附水。41粘土测试研究方式：1.差热分析2.X射线3.光谱分析42碳酸盐分解特点：1.可逆反应，为了使分解顺利进行，必须保持较高的反应温度，降低周围介质中CO2分压或减少CO2浓度2.强吸热反应3.反应的起始温度较低，约在600时就有碳酸钙进行分解反应，但速度非常缓慢。43碳酸钙分解过程有以下过程：两个传热过程（热气流向颗粒表面传热、热量以传导方式由表面向分解面的传热过程）；一个化学反应过程（分解面上碳酸钙分解并放出CO2）；两个传质过程（分解放出的CO2气体穿过分解层向表面扩散和表面CO2向大气中扩散）44影响碳酸钙分解反应的因素：1石灰石的结构和物理性质2.生料细度（细度细，颗粒均匀，生料比表面积增加，传热和传质速度加快，有利于分解反应）3反应条件4生料悬浮分散程度5粘土质组分的性质（粘土质原料的主导矿物是活性大的材料，由于其容易与分解产物直接进行固相反应而加速碳酸钙的分解）46固相反应：普通原料时，固相反应放热量约为420—500J/g；由于固体原子、分子或离子之间具有很大的作用力，因而固相反应的反应活性较低，反应速度较慢。47影响固相反应的主要因素：1生料的细度和均匀性2温度和时间3.原料的性质4.矿化物（能加速结晶化合物的形成，使水泥生料易烧的少量外加物称为矿化剂）48熟料的烧结：随着温度升高和时间的延长，液相量增加，液相粘度减少，氧化钙、硅酸二钙不断熔解和扩散，硅酸三钙不断形成，并使小晶体逐渐发育长大并发育良好，最终形成几十微米大小的发育良好的阿利特晶体，完成烧结过程。49液相量：1400：P=2.95A2.2F;1450：P=3A2.25F;1500：P=3.3A2.6F式中A、F为熟料中氧化铝和氧化铁的含量。50熟料的冷却有如下作用：1.提高熟料的质量（减少方镁石存在，而以玻璃体存在，防止长大）2.改善熟料的易磨性3.回收余热4.有利于熟料的输送、储存和粉磨51回转窑内分为如下6个带：1.干燥带2.预热带3.碳酸盐分解带4放热反应带5烧成带（适当提高该带温度，可以促进熟料迅速形成，提高熟料的产质量）6.冷却带52物料受火焰的辐射和对流传热以及火砖的辐射和传导传热等。53物料在回转窑内煅烧特点：1.在烧成带，硅酸二钙吸收氧化钙形成硅酸三钙的过程中，其化学反应热效率基本上等于零2.在分解带内，碳酸钙分解需要吸收大量的热量，但窑内传热速度很低，而物料在分解带内的运动速度又很快，这是影响回转窑内熟料煅烧的主要矛盾之一，加挡料圈是缓和这一矛盾的措施之一3.降低理论热耗减少废气带走的热损失和筒体表面的散热损失，4.提高窑的传热能力5.回转窑的预烧能力与烧结能力之间存在着矛盾。54悬浮预热器分类：旋风预热器、立筒预热器以及混合预热器55旋风预热器缺点：1.流体阻力较大，因而气体运行耗电较高2.原料适应性较差，不适合煅烧含碱、氯量较高的原料和使用含硫量较高的燃料56国内预分解窑生产特点：1.生产线向大型化发展2.生产能耗低3.劳动生产率高4.熟料强度高57分解炉按作用原理分为旋流式、喷腾式、紊流式、涡流燃烧式和沸腾式等。58预分解窑系统中回转窑的特点：1窑内仅有三个带”过渡带”“烧成带”“冷却带”2回转窑长径比缩短、烧成带长度增加3.回转窑料层厚度增加，其转速也相应提高59冷却机的要求：1尽可能多地回收熟料的热量，以提高入窑二次空气的温度，降低熟料的热耗2缩短熟料的冷却时间，以提高熟料质量，改善易磨性3冷却单位质量熟料的空气消耗量要少，以便提高二次风温，减少粉尘飞扬、降低热耗4结构简单、操作方便、维修容易、运转率高60水泥熟料矿物能与水反应的原因：1.硅酸盐水泥熟料矿物结构不稳定，可与水反应生成水化产物而达到稳定2.熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则，晶体结构有“空洞”61熟料矿物结构不稳定的原因：熟料烧成后的快速冷却，使其保留了介稳状态的高性能2.熟料中矿物不是纯的硅酸钙化合物3.微量元素的掺杂使晶格排列的规律性受到某种程度的影响62硅酸三钙的水化产物：1.溶液氧化钙浓度小于1mmol/L时，生成氢氧化钙和硅酸凝胶2.浓度小于2mmol/L时，生成水化硅酸钙和硅酸凝胶3.浓度小于20mmol/L时，生成水化硅酸钙4.浓度饱和时，生成碱度更高的水化硅酸钙63硅酸三钙水化放热可分为五个阶段：1.初始水化期（钙离子和氢氧根离子迅速释放）2.诱导期3.加速期4.衰减期5.稳定期64水泥水化过程分为三个阶段：1.钙矾石形成期（C3A）2.C3S水化期3.结构形成和发展期65水化速率是指单位时间内水泥水化程度或水化深度。66水化程度是指一定时间内已水化的水泥量与完全水化量的比值。67测量水泥水化程度的方法：岩相法、X射线定量法、测量化学结合水、水化热和析出的氢氧化钙68影响水泥水化速率的因素：1熟料矿物组成（C3A＞C3S＞C4AF＞C2S）2.水灰比（水灰比大，水化速率快）3.细度4.养护温度5.外加剂69水泥石组成：无定型的水化硅酸钙凝胶、结晶较好的氢氧化钙、钙矾石、单硫型水化硫铝酸钙以及水化铝酸钙等、未水化的熟料颗粒和极少量的无定型氢氧化钙、玻璃质等70水泥石组成：水泥凝胶、吸附在凝胶孔内的凝胶水、氢氧化钙结晶相、未水化水泥颗粒、毛细孔及毛细孔水等组成71影响水泥凝结速度的因素：1.水灰比2.水泥熟料矿物组成3.熟料和水化产物的结构72快凝：熟料粉磨后与水混合时很快凝结并放出热量的现象。73石膏的作用：1.控制水泥水化速率2.调节水泥的凝结时间3改善水泥的性能74石膏缓凝机理：掺加适宜石膏时，C3A在石膏--石灰的饱和溶液中，生成溶解度极低的三硫型水化硫铝酸钙（AFt），又称钙矾石。棱柱状的小晶体生长在水泥颗粒表面，形成覆盖层或薄膜，阻滞了水分子及离子的扩散，降低了水化速度，延长了凝结时间，防止了快凝现象发生。75假凝现象：水泥用水调和几分钟后发生的一种不正常的固化或过早变硬的现象。76假凝原因：磨内通风不良、磨内温度温度过高、二水石膏受到高温作用，有一部分脱水生成半水石膏。77避免假凝的方法：1、在水泥生产中采用降低入磨熟料温度2、磨机胴体淋水3、加强磨内通风或向磨内喷水等措施4、将水泥适当存放一段时间5、延长搅拌时间等78影响强度的因素：熟料矿物组成、水泥细度、水泥石结构、水灰比、石膏和混合材的掺量79对水泥耐久性有害的环境介质：淡水、酸和酸性水、硫酸盐溶液和碱溶液等。80提高水泥抗蚀性的措施：1.调整硅酸盐水泥熟料和矿物组成2在硅酸盐水泥中掺混合料3.提高混凝土致密性4。进行表面处理81水泥混合材料：在磨制水泥时，为改善水泥性能、调节水泥标号、增加水泥产量、降低能耗而掺入水泥中的人造或天然矿物材料82活性混合材：加水后本身不硬化，但与激发剂混合并加水拌合后，不但能在空气中而且能在水中继续硬化的材料。83活性混合材分类：各类工业炉渣、火山灰质混合材料、粉煤灰84火山灰质混合材：凡以二氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质原料，磨细拌水后本身不硬化，但与石灰混合，加水拌合成胶泥状后，既能在空气中硬化又能在水中硬化的材料85矿渣水泥性能：1颜色较淡2密度较小3凝结时间长4安定性良好5早强低6温度影响较大7水化热较小8抗大气性、抗冻性性较差9和易性较差、泌水量大86提高掺混合材硅酸盐水泥早期强度的措施：1适当提高熟料中硅酸三钙和铝酸三钙含量2.控制混合材的质量和掺入量3.提高水泥粉磨细度4适当增加石膏掺入量5.加入早强剂或减水剂87加强磨内通风的好处：1能够及时排出磨内的微粉，减少物料的过粉磨现象和缓冲作用2可及时排出磨内机的水蒸气，防止堵塞隔仓板和卸料篦板，并减少粘球现象3降低磨内温度和物料温度，利于磨机正常运行和防止设备的使用寿命缩短88快冷的目的是稳定贝利特的高温变体，主要是稳定α相。89采用什么方法来研究粘土矿物脱水：差热分析，热重分析，X射线衍射分析，红外光谱分析90水泥生料中加入矿化剂的作用：改善生料易烧性，加速水泥熟料矿物的形成，提高熟料质量，降低能耗91碱对熟料煅烧和水泥性能的影响？碱的来源：形成含碱矿物，导致矿物水化加快，水泥龄期强度产生变化；碱主要来源于原料，粘土和石灰石中的长石，云母等杂质，这些杂质都是含碱的铝酸盐92引起水泥安定性不合格的原因：主要是由于水泥熟料中含有过多的f-CaO和f-MgO以及SO3，但是由于f-MgO需要在蒸压条件下才能加速水化反应，而SO3则需要长期在常温水中才会与(3CaO·Al2O3·6H2O)发生反应，所以这二者都不便于快速检验，故在水泥的国家标准GB175-2007中对水泥中f-MgO以及SO3的含量都有严格的规定。通常在工程质检中出现安定性不合格主要是由于f-CaO过多引起的93最低共熔温度：物料在加热过程中，两种或两种以上组分开始出现液相的温度称为最低共熔温度。组分性质与数目与影响系统最低共熔温度，另外矿化剂和其他微量元素对降低共熔温度有一定作用。