一、硅酸鹽水泥的原料及生產(chǎn)

生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料，主要是石灰質(zhì)和黏土質(zhì)兩類原料。石灰質(zhì)的原料有石灰?guī)r、白堊、石灰質(zhì)凝灰?guī)r等，它主要提供CaO，每生產(chǎn)1t熟料，需用石灰?guī)r1．1～1．3t；用作黏土質(zhì)的原料有各類黏土、黃土等，它主要提供SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃，每噸熟料用量為0．3～0．4t。為了補(bǔ)充鐵質(zhì)及改善煅燒條件，還可加入適量鐵粉、螢石等。

生產(chǎn)水泥的基本工序是：先將原材料破碎并按其化學(xué)成分配料后，在球磨機(jī)中研磨成生料，然后入窯進(jìn)行煅燒，最后將燒好的水泥熟料配以適量的石膏（加或不加石灰石、礦渣），在球磨機(jī)中研磨至一定細(xì)度，即得到硅酸鹽水泥成品。所以生產(chǎn)水泥的基本工序可以概括為“兩磨一燒”，如圖3－1所示。

圖2－1　硅酸鹽水泥生產(chǎn)工序

按生料制備方法可分為濕法和干法。濕法是將原料配好后，加水濕磨成含水為35％～40％的生料漿，經(jīng)校正成分、攪拌后入窯煅燒。該法的優(yōu)點(diǎn)是生料成分均勻、控制準(zhǔn)確、產(chǎn)品質(zhì)量高，缺點(diǎn)是能耗大。干法是將原料烘干，配料后研磨成生料粉入窯煅燒。由于干法比濕法產(chǎn)量高，且節(jié)省能源，是目前水泥生產(chǎn)的常用方法。

按煅燒水泥所用窯的類型可分為回轉(zhuǎn)窯（旋窯）和立窯?；剞D(zhuǎn)窯多用于現(xiàn)代化的大中型水泥廠；立窯則用于地方水泥工業(yè)的小廠?；剞D(zhuǎn)窯的產(chǎn)量高，產(chǎn)品質(zhì)量好；立窯設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，但煅燒不易均勻，產(chǎn)品質(zhì)量不如回轉(zhuǎn)窯。

生料在煅燒過(guò)程中，經(jīng)歷干燥、預(yù)熱、分解、燒成、冷卻階段，發(fā)生了一系列物理化學(xué)變化；

100～200℃，生料被加熱，水分被蒸發(fā)而干燥；

300～500℃，生料被預(yù)熱；

500～800℃，黏土質(zhì)礦物中的高嶺石脫水分解為無(wú)定形的SiO₂、Al₂O₃等，有機(jī)物燃盡；

800～1300℃，碳酸鈣分解出CaO，并開(kāi)始與黏土分解出的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃發(fā)生固相反應(yīng)。隨著溫度的繼續(xù)升高，固相反應(yīng)加速進(jìn)行，并逐步形成硅酸二鈣2CaO·SiO₂、鋁酸三鈣3CaO·Al₂O₃及鐵鋁酸四鈣4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃，當(dāng)溫度達(dá)到1300℃時(shí)，固相反應(yīng)完成，物料中僅剩一部分CaO未與其他氧化物化合。

當(dāng)溫度從1300℃升到1450℃再降至1300℃，即燒成階段，這時(shí)3CaO·SiO₂及4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃燒至部分熔融狀態(tài)，出現(xiàn)液相，將所剩CaO和2CaO·SiO₂溶解，2CaO·SiO₂在液相中吸收CaO形成硅酸鹽水泥的最重要礦物硅酸三鈣3CaO·SiO₂。這一過(guò)程是煅燒水泥的關(guān)鍵，必須達(dá)到足夠的溫度并停留適當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，使充分形成3CaO·SiO₂。否則，熟料中將殘存較多的游離態(tài)CaO而影響水泥的質(zhì)量。

燒成的水泥熟料經(jīng)迅速冷卻即可堆存?zhèn)溆谩?/p>

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水泥的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生了重大改變，20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的懸浮預(yù)熱窯、20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的窯外分解技術(shù)均是傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝的重大革新。因?yàn)槲锪显诨剞D(zhuǎn)窯內(nèi)呈堆積態(tài)分布于窯的底部，熱氣流從料層表面流過(guò)，與物料的換熱面積小，傳熱效率低，預(yù)熱效果差。同時(shí)，從料層內(nèi)部分解出的二氧化碳向外擴(kuò)散的面積小，阻力大、速度慢，從而增加了碳酸鹽分解的困難，降低了分解速度。在回轉(zhuǎn)窯窯尾，豎向裝設(shè)懸浮預(yù)熱器及分解爐，使固體物料逐級(jí)上升和熱氣流懸浮換熱，從根本上改變了物料預(yù)熱、分解過(guò)程的傳熱狀態(tài)，變堆積態(tài)傳熱為懸浮態(tài)傳熱，使物料與熱氣流的接觸面積大幅度增加，傳熱效率可提高若干倍，加之燃料與預(yù)熱后的粉料均勻混合，瞬間燃燒，直接傳熱，使碳酸鹽分解速度極大提高。如此，不僅可使回轉(zhuǎn)窯長(zhǎng)度大為縮短，而且可使產(chǎn)量成倍增加。因而，懸浮預(yù)熱、窯外分解技術(shù)是世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的新的水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)。