水泥厂原燃材料质量要求

原燃材料是工厂的基础，也是稳定热工制度的基础，对预分解窑的质量控制，首先要从原材料质量着手。熟料烧成过程中所用原燃材料为：石灰质原料、硅铝质原料、辅助校正原料及燃料煤。

一、石灰质原料

凡是以CaCO3为主要成分的原料都叫石灰质原料，如石灰石、石灰质泥灰岩、白垩。在熟料煅烧过程中，CaCO3受热分解，生成CaO放出CO2。所以石灰质原料是水泥熟料中CaO的主要来源，它是水泥生产中使用最多的一种原料，在生料中约占80%，一般生产1吨熟料约需1.4-1.5吨石灰质原料。

我国生产水泥的石灰质原料以石灰石最为广泛，泥灰岩次之，再次之为大理石，而白垩及贝壳仅一些小厂使用。石灰岩在我国资源丰富，分布也非常广，它是一种沉积岩，主要由方解石微粒组成，依成因可分为生物石灰岩、化学石灰岩和碎屑石灰岩三种。石灰岩中常有其它混合物，并含有白云石、粘土、石英或隧石及硫酸钙等杂质。石灰石呈致密状，纯净的石灰石是白色的，由于含有不同的杂质和杂质的多少而呈清灰、灰白、灰黑以及淡黄或浅红等不同颜色，常见的为青灰色，比重为2.6-2.8。

石灰石中的白云石（CaCO3、MgCO3）是熟料中MgO的主要来源。石灰石中的方解石矿物结构、结构形态、结晶体完整程度及晶体大小等都对熟料煅烧活性有着很大影响，同时其所含杂质多少、杂质成分、结构、分布状况，特别是燧石中的α—石英晶体，以及石英晶体的发育状况等，对生料的化学反应活性影响也很大，因此在对水泥窑系统分析研究中，也要考虑到这些因素。

石灰石的质量指标控制主要包括CaO、MgO、R2O、SO3、Cl-等。其中CaO是构成生料的主要成份，MgO、R2O、SO3、Cl-的含量为有害成份，是石灰石矿山前期勘探需查明的主要内容。较高的CaO、较低的MgO、R2O、SO3、Cl-含量是优质石灰石矿山和生产优质熟料的基本要求，矿山选址的依据。

进厂石灰石的质量指标控制属预配料控制过程，日常以控制CaO含量为主，即进厂石灰石品位。对于其中的有害成份，一般随石灰石品位变化：石灰石品位越高，有害成份越低；石灰石品位越低，有害成份越高。控制合理的进厂石灰石品位，是为了保证生料率值满足预计的要求。石灰石品位既非越高越好、也非越低越好，应根据所使用的硅铝质原料及生料率值要求来限定。

引起石灰石品位变化的因素主要是矿山断层、裂隙土、表层覆盖土、高镁夹石、薄层灰岩等。这些因素均会引起石灰石品位的贫化。矿山一经选定，其矿石中MgO含量应符合要求，实际生产中，应关注所用矿山的矿石中MgO含量的不规则变化，较高的MgO一般是由高镁夹石所引起。在使用高镁夹石体的矿区时，应加强源头控制，注意搭配使用，确保进厂石灰石中MgO含量满足要求。有害成份主要随石灰石品位变化，薄层灰岩、边坡料等是引起有害成份升高的主要因素。实际生产中，应根据矿区开采点的阶段性变化，均匀搭配薄层灰岩、边坡料等，注意保持石灰石品位的相对稳定，以保证有害成份在控制范围内。

石灰石品位的控制通过炮孔取样、炮堆取样、入均化堆场取样来跟踪完成。炮孔样是指导矿山台段开采品质跟踪的依据，炮堆取样是炮堆搭配的主要依据，入堆场取样是计算均化后的石灰石料堆整体品位满足配料要求的重要过程。通过以上过程的控制，可以保证入磨石灰石品位受控。

二、硅铝质原料

硅铝质原料是生产硅酸盐水泥熟料的主要辅助原料，只有选择适当成份的硅铝质原料，才能保证生料配料过程的完成。其中硅质原料的SiO2含量一般在75%以上，硅铝质原料的SiO2含量一般在75%以内。

硅铝质原料是含碱和碱土的铝硅酸盐，主要化学成分是SiO2，其次为Al2O3，还有少量Fe2O3，主要是供给熟料所需要的酸性氧化物——SiO2、Al2O3和Fe2O3的，一般生产1吨熟料约用0.3-0.4吨硅铝质原料。我国水泥工业采用硅铝质原料种类较多，主要以粘土、黄土为最多，其次为页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。下面着重介绍常用的几种硅铝质原料。

1．粘土类：主要特征是颗粒级配中粘粒级（＜0.005mm）占大多数，达40-70%。它包括华北、西北地区的红土，东北地区的粘土，南方地区的红壤、黄壤等。粘土主要由钾长石（K2O·Al2O3·6SiO2）、钠长石或云母（K2O·3Al2O3·6SiO2）等矿物经风化及化学转变而生成。

衡量粘土的质量主要取决于粘土的化学成分、含砂量、碱含量、粘土的可塑性、热稳定性、需水量等工艺性能。这些性能随粘土中所含的主导矿物不同，粘粒多寡及杂质不同而异。所谓主导矿物是指粘土同时含有几种粘土矿物时，其中含量最多的称为主导粘土矿物。根据主导矿物不同，可将粘土分成高岭石类、蒙脱石类与水云母类等。南方的红壤与黄壤属于高岭石类，华北与西北的黄土属于水云母类，

粘土中常常有石英砂、方解石、黄铁矿（FeS2）、氧化铁、碳酸盐、硫酸盐及有机物等杂质。因此，粘土的化学成份差别很大，而多呈黄色、褐色或红色。

2．黄土类：包括黄土和黄土状亚粘土，原生的黄土以风积成因为主，主要分布于华北和东北地区。黄土中的矿物主要是石英，其次为长石、白云母、方解石、石膏等，黄土中的粘土矿物以伊利石为主，还有蒙脱石和拜来石等。由于黄土中含有细粒状、斑点状、薄膜状和结核状的碳酸钙，一般CaO含量在5%-10%左右，黄土中的碱主要由云母、长石所带入，一般为3.5%-4.5%，黄土中粘粒级一般占20%-40%。

3．砂岩、粉砂岩类原料：包括页岩、泥岩、粉砂岩等，在我国很多地区都有分布，是由海相或陆相沉积，也有海陆相交互沉积。主要矿物为石英、长石类、云母、方解石及其它岩石碎屑，颜色一般为灰黄、灰绿、黑灰及紫红等色。页岩的硅酸率较低，一般为2.1-2.8，而粉砂岩的硅酸率一般大于3.0，铁率在2.4-3.0之间，含碱量约在2-4%范围内。

由上可知，粘土质原料含有多种类型矿物。而这些矿物在熟料煅烧过程中，反应活性相关较大，一般来说较细的高岭石晶体及含有较多的非晶态SiO2反应活性较好，较小且结晶不完整的SiO2晶体反应活性一般，结晶完整且颗粒粗大的石英晶体反应活性最差。云母矿物较多，会造成生料中R2O含量增多，容易造成预分解窑窑尾预分解系统“粘结堵塞”，并使熟料中碱含量增加，影响熟料品质。

随着新型干法窑的技术应用，对硅铝质原料的要求也越来越高。新型干法窑技术大量使用劣质原料：低品位的石灰石、高灰份的原煤，烧制更高硅酸率的熟料。因此，对新型干法窑，要求硅铝质原料的具备更高的硅酸率，一般要求SiO2含量在70%-80%之间，甚至更高。纯粘土作硅铝质原料已很难满足配料要求，需通过硅铝质原料与硅质原料的搭配来满足配料要求。实际生产应根据矿山石灰石品位来选择恰当的硅铝质原料配比。

硅铝质原料中的有害成份主要为R2O、SO3、MgO等。烧制低碱水泥熟料，一般要求硅铝质原料中的R2O（K2O+Na2O）含量小于2.0%。MgO要求小于3%，SO3要求小于2%。实际生产控制中，有害成份可以通过阶段性普查、矿点分选来控制。硅铝质原料中含有多种类型矿物，而这些矿物在熟料煅烧过程中，反应活性相差较大，一般来说较细的高岭石晶体及含有较多的非晶态SiO2反应活性较好，较小且结晶不完整的SiO2晶体反应活性一般，结晶完整且颗粒粗大的石英晶体反应活性最差。云母矿物较多，会造成生料中R2O含量增多，容易造成预分解窑窑尾预分解系统“粘结堵塞”，并使熟料中碱含量增加，影响熟料品质。

三、辅助校正原料

在用石灰质原料和粘土质原料两种物料配料外，还有一些用量较少，但对保证正常生产、提高质量、改善操作条件等起着良好的作用或为了保护环境而搭配利用的废料，一般称为辅助原料，常用的有铁质校正原料、铝质校正原料、硅质校正原料、综合利用的废料等。

1．铁质校正原料：用以补充生料中Fe2O3的含量不足，一般凡含Fe2O3较高的矿石或废渣，都可作铁质校正原料。目前水泥厂常用的是硫铁矿渣（俗称铁粉）及废铁尾矿、低品位铁矿石等，同时低价的钢渣资源也逐步被作为铁质原料使用。

2．铝质校正原料：当配制的生料中Al2O3的含量不足时，则要选用铝质校正原料进行调整。常用的有：煤渣、高铝粘土、煤矸石等。

3．硅质校正原料：当配制的生料中SiO2的含量不足时，则要选用硅质校正原料进行调整。可以采用的有：含SiO2高的粘土、硅质渣、砂岩等，也有用河砂的，但要慎重。

4．废渣：水泥企业对废渣的利用过去一直都把它当成混合材使用，如粉煤灰，烧结煤矸石等，随着人们环保意识的提高，为了增大废渣的利用力度，亦重视把它们当作生产熟料的原料，常用的有煤矸石、粉煤灰，作为硅铝质校正材用于配料。

四、原煤

水泥生产中的煤粉既提供热能、又提供物料组份。因此，选择合理的原煤品种是生产水泥熟料的必要条件。

原煤的水份、灰份、挥发份、发热量、固定碳、全硫等是进厂原煤的主要控制项目。其中全硫含量一般按不同矿点分别检验。

新型干法窑优点是可使用劣质煤，对原煤品质的要求相对降低，但对原煤中的硫含量必须限制，一般全硫控制在小于1.2%，同时兼顾硫碱比，以防止预热器结皮，目前受到日趋严重的煤炭保供形势影响，低价高硫煤的使用也正在逐步推动中。适当的原煤灰份、挥发份和入窑煤粉细度、水份也是实际生产所必须控制的，同时随着目前窑系统工艺、装备的优化，在使用烟煤的同时，无烟煤、褐煤的使用也日趋成熟，但在使用过程中，对入窑煤粉细度、水分的要求更加严格。

在窑系统煅烧过程中，煤灰中的各组份直接参与熟料的化学反应，由于煤灰的掺入，使熟料饱和比、硅酸率降低、铝率提高。因此稳定的原煤灰份是熟料率值稳定的基础。进厂原煤必须采取均化措施。

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