硅酸盐水泥的原料及其准备(一)

综述：生产硅酸盐水泥熟料的原料主要是：

石灰质原料：主要提供CaO；

粘土质原料：主要提供SiO2、Al2O3、以及少量Fe2O3；

校正原料：补充某些不足的成分，分硅质校正原料、铝质校正原料、铁质校正原料三种。

实际生产过程中，根据具体生产情况有时还需加入一些辅助材料，如矿化剂、助熔剂、晶种、助磨剂等。水泥磨中还要加入缓凝剂，混合材料等。

料耗：生产1t熟料所消耗的生料量。一般为1.6t/t左右，其中石灰质原料约占80%左右，粘土质原料约占10%~15%。

表1 生产硅酸盐水泥的原燃材料一览表

类别		名称	备注
主要原料	石灰石原料	石灰石、白垩、贝壳、泥灰岩、电石渣、糖滤泥等	生产水泥熟料用
主要原料	粘土质原料	粘土、黄土、页岩、千枚岩、河泥、粉煤灰等	生产水泥熟料用
校正原料	铁质校正原料	硫铁矿渣（铁粉）、铁矿石、铜矿渣等	生产水泥熟料用
	硅质校正原料	河砂、砂岩、粉砂岩、硅藻土等
	铝质校正原料	炉渣、煤矸石、铝矾土等
外加剂	矿化剂	萤石、萤石-石膏、硫铁矿、金属尾矿等	生产水泥熟料用
	晶种	熟料	生产水泥熟料用
	助磨剂	亚硫酸盐纸浆废液、三乙醇胺下脚料、醋酸钠等	生料、水泥粉磨助磨剂
	料浆稀释剂	CL-C料浆稀释剂、CLT料浆稀释剂、纸浆黑掖等	湿法生产时使用
燃料	固体燃料	烟煤、无烟煤	我国常用的是燃煤
燃料	液体燃料	重油	我国常用的是燃煤
缓凝材料		石膏、硬石膏、磷石膏、工业副产石膏等	制成水泥的组分
混合材料		粒化高炉矿渣、石灰石等	制成水泥的组分

1 石灰质原料

1.1 定义：

石灰质原料：凡是以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。分天然的和人工的（即工业废渣）两类，水泥生产中常用的是含有CaCO3的天然矿石。

1.2 种类及性质

常用的天然石灰质原料有：石灰岩、泥灰岩、白垩、大理岩、海生壳类等。我国常用的是石灰岩（俗称石灰石），泥灰岩，个别小厂用白垩或贝壳。

可以部分替代石灰石的工业废渣主要有：矿渣、镁渣等。

（一）石灰石：是由碳酸钙组成的化学与生物化学沉积岩。

主要矿物：为方解石（CaCO3）微粒组成，并常含有白云石（CaCO3·MgCO3）、石英（结晶SiO2）、燧石（又称玻璃质石英、火石，主要成分为SiO2，属结晶SiO2）粘土质及铁质等杂质。

CaO含量：纯石灰石含CaO56%，烧失量为44%，随杂质含量增加CaO含量减少。

含水量：一般不大于1.0%，具体值随气候而异。含粘土杂质越多，水分越高。

（二）泥灰岩：是碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩，属石灰岩向粘土过渡的中间类型岩石。是一种极好的水泥原料。

分类：高钙泥灰岩：CaO≥45%

低钙泥灰岩：CaO＜45%

有些地方产的泥灰岩成分接近制造水泥的原料，可直接烧制水泥，称天然水泥岩。

主要矿物：方解石

（三）白垩：是海生生物外壳与贝壳堆积而成的，富含生物遗骸，主要由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩。

主要成分：碳酸钙，含量80%~90%，甚至高于90%。

性能：易于粉磨和煅烧，是立窑水泥厂的优质石灰质原料。

1.3 石灰质原料的选择

1.3.1 石灰质原料的质量要求

石灰质原料使用最广泛的是石灰石，其主要成分是CaCO3，纯石灰石的CaO最高含量为56%，其品位由CaO含量确定。有害成分为MgO、R2O、（Na2O、K2O）和游离SiO2。一般要求如下：

表2 石灰质原料的质量要求

成分	CaO	MgO	f-SiO2(燧石或石英)	SO3	K2O+Na2O
含量（%）	≥48	≤3	≤4	≤1	≤0.6

1.3.2 石灰质原料的选择

(1) 搭配使用；

(2) 限制MgO含量；（白云石是MgO的主要来源，含有白云石的石灰石在新敲开的断面上可以看到粉粒状的闪光）

(3) 限制燧石含量；（燧石含量高的石灰岩，表面常有褐色的凸出或呈结核状的夹杂物。）

(4) 新型干法水泥生产，还应限制K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量组分。

白云石、石灰石的判定方法：

用10%盐酸滴在白云石上有少量的气泡产生，滴在石灰石上则剧烈地产生气泡。

2 粘土质原料

2.1 概念：粘土质原料系指含水铝硅酸盐物原料的总称。

主要化学成分是二氧化硅，其次是三氧化二铝、三氧化铁。

2.2 粘土质原料的种类与特性

水泥工业采用的天然粘土质原料有粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，使用最多的是粘土和黄土。近年来多用页岩、粉砂岩等

（一）、粘土

粘土是多种微细的呈疏松或胶状密实的含水铝硅酸盐矿物的混合体，它是由富含长石等铝硅酸盐矿物的岩石经漫长地质年代风化而成。包括华北、西北地区的红土，东北地区的黑土与棕壤，南方地区的红壤与黄壤等。

根据粘土中主导矿物不同，将其分为高岭石类、蒙脱石类、水云母类等。

（二）、黄土

黄土是没有层理的粘土与微粒矿物的天然混合物。成因以风积为主，也有成因于冲积、坡积、洪积和淤积的。颜色以黄褐色为主。

（三）、页岩

页岩是粘土经长期胶结而成的粘土岩。一般形成与海相或陆相沉积，或海相与陆相交互沉积。化学成分类似于粘土，可作为粘土使用，但其硅率较低，通常配料时需掺加硅质校正原料。页岩颜色不定，一般灰黄、灰绿、黑色及紫色等，结构致密坚实，层理发育，通常呈页状或薄片状。

（四）、粉砂岩

粉砂岩是由直径为0.01~0.1mm的粉砂经长期胶结变硬后碎屑沉积岩。主要矿物是石英、长石、粘土等，胶结物质有粘土质、硅质、铁质及碳酸盐质。颜色呈淡黄、淡红、淡棕色、紫红色等，质地一般疏松，但也有较坚硬的。

粉页岩的硅率较高，一般大于3.0，可作为硅铝质原料。

（五）、河泥、湖泥类

江、河、湖、泊由于流水速度分布不同，使挟带的泥沙规律地分级沉降的产物。其成分决定于河岸崩塌物和流域内地表流失土的成分。建造在靠江、湖的湿法水泥厂，可利用挖泥船在固定区域内进行采掘，做粘土质原料使用。

（六）、千枚岩

由页岩、粉砂岩或中酸性凝灰岩经低级区域变质作用形成的变质岩称千枚岩。岩石中的细小片状矿物定向排列，断面上可见许多大致平行，极薄的片理，片理面呈丝绢光泽。岩石常呈浅红、深红、灰及黑等色。

2.3 粘土质原料的品质要求及选择

（一）、品质要求

表3 粘土质原料的质量要求

品位	n	p	MgO(%)	R2O(%)	SO3(%)	塑性指数

一级品	2.7~3.5	1.5~3.5	＜3.0	＜4.0	＜2.0	＞12
二级品	2.0~2.7或3.5~4.0	不限	＜3.0	＜4.0	＜2.0	＞12

（二）、选择粘土质原料时应注意的问题

1、n、p值要适当。

2、尽量不含碎石、卵石，粗砂含量应小于5%。

3、旋窑生产时对可塑性不做要求。

3 校正原料

当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分掺加相应的原料，这种以补充某些成分不足为主的原料称校正原料。

3.1 铁质校正原料

常用：低品位的铁矿石，炼铁厂尾矿及硫酸厂工业废渣硫酸渣等。

目前有用铅矿渣或铜矿渣的，既是校正原料，又兼做矿化剂。

3.2 硅质校正原料

常用：硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河砂、砂岩、粉砂岩等。其中砂岩，河砂中结晶SiO2多，难磨难烧，尽量不用，风化砂岩易于粉磨，对煅烧影响小。

3.3 铝质校正原料

常用：炉渣、煤矸石、铝矾土等

表4 校正原料常用品种及质量要求

校正原料	常用品种	质量要求
铁质校正原料	低品位的铁矿石、炼铁厂尾矿、硫酸厂工业废渣硫酸渣（俗称铁粉）铅矿渣，铜矿渣（还兼作矿化剂）	Fe2O3≥40%
硅质矿化剂	硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河沙、砂岩、粉砂岩	n＞4.0； SiO2：70%~90% R2O＜4.0%
铁质校正原料	炉渣、煤矸石、铝矾土	Al2O3＞30%