在硬化水泥石中存在着哪些相?

【专家解说】：（1）石灰石破碎及储存 由自备汽车从矿山运来的石灰石经生产能力为500-600t/h的PCF2022单段锤式破碎机破碎后，进入φ80m的圆形预均化堆场中均化，圆形预均化堆场储量23100t，储期8.6d。 （2）粘土、铁粉储存 粘土、铁粉分别由汽车运进厂内的堆栅储存，粘土的储量是5600吨储期11.2d；铁粉的储量是1600吨，储期13.1d。储存在堆栅的粘土、铁粉由铲车送入斗式提升机，经斗式提升机分别送入2-φ5×10m的钢板库中储存，储量分别为200吨、250吨。 （3）原煤的储存 原煤进厂后堆放在一30×160m的堆栅中，储量5000吨，储存期16.8天。原煤经预破碎后，由皮带机、斗式提升机送到煤粉制备车间的原煤仓。 （4）生料制备 出预均化堆场的石灰石经皮带机送入一座φ8×20m配料库，粘土、铁粉通过共用提升机各自进入一座φ5×10m的钢板配料库。出配料库的三种原料经电子皮带秤计量，并由QCS系统进行控制。配制后的混合的 混合料经由皮带输送机送入HRM3400立式磨内，在磨机入口处设有锁风阀。出磨生料经连续取样器取样，并经多元素分析仪分析，分析结果输入配料计算机与标准值进行比较，计算后发出修改指令，重新调整各物料的喂料量，使配料保持在精度±2%的范围内。 含综合水分约3.5%左右的物料由锁风喂料机喂入磨内，同时从磨机底部抽入热风。经磨辊碾磨过的物料在风环处被高速气流带起，经分离器分离后，粗物料落回磨内继续被碾压，细粉随气流出磨，经收尘器收下即为成品。 从窟尾预热器引来的320℃左右的高温废气，分成二路：一路经多管冷却器、混合室至窑尾袋收尘器；一路进出料磨作为烘干介质，出生料磨的废气由磨房主排风机引入混合室与从高温风机过来的废气混合后进入窑尾收尘器，净化后排入大气。收尘器收下的物料汇同生料粉一起进入φ15×36m均化库，储量4400吨，储存期1.4天。 （5）生料均化 来自生料磨的生料，由提升机升至φ15×36m均化库顶。库顶设有物料分配器，辐射型输送斜槽将生料均匀地卸入库内。均化库中设有一中心室，位于库底六个出料口进入中心室，且每次不少于二个出料口出料，中心室部底部充气，使混合后的生料又获一次混合，并通过空气斜槽送入失重喂料系统，再经过生料计量系统计量后，由窑尾提升机和锁风装置，喂入预热器2#筒上升管道。 （6）烧成系统 来自窑尾提升机的生料经双道电动锁风阀后喂入预分解系统的2#旋风筒上升管道，依次经1#—5#旋风筒、分解炉换热、升温及分解等过程使生料入窑表观分解率达到90%以上。经预热分解的物料进入φ4.0×60m回转窑煅烧。 出1#旋风筒的废气（～3200C），大部分进入生料立式磨系统作为烘干介质，另一部分经多管冷却器冷却后进入袋收尘器前汇风室与出生料磨废气汇合后进袋收尘器净化排放。 出窑熟料落入控制流篦冷机冷却，熟料通过篦板的往复运动进入冷却机尾部破碎机，经破碎同拉链输送机来的物料一起由链斗输送机送入φ50m的熟料储存库，储存库储量25000吨，储期12.5d。篦冷机冷却熟料后的热空气部分作为二次风入窑和作为三次风送入分解炉，部分供煤磨烘干原煤用，多余的废气经窑头袋收尘器净化处理后排放大气。 在回转窑生产工艺中，生料从窑尾进料，进窑的生料在回转窑不停旋转的运动状态下，随着窑体的旋转不断地翻转滚动。由于窑尾高于窑头，生料同时也不停地向窑头移动，最后从窑头出料。生料在窑内的温度也逐渐升高，发生了复杂的物理化学变化。由于窑的转动，窑内在各个断面上的温度基本是一致的，所以在回转窑内，可以按物料的温度和物理化学变化划分为干燥预热带、碳酸盐分解带、放热反应带、烧成带和冷却带。燃料除供给热量外几乎与熟料煅烧反应无关。 ①生料的烘干与脱水: 硅酸盐水泥主要原料是石灰石和粘土，而粘土等的主要矿物是各种水化硅酸铝，通常为高岭土（AI2O3·SiO2·2H2O）或蒙脱石（AI2O3·4SiO2·9H2O）。高岭土加热时，在300℃以下主要失去机械结合水；到450～600℃时，高岭土脱去结晶水而成偏高岭土（AI2O3·2SiO2），并且进一步分解为无定型的新生态2SiO2 和AI2O3。 450～600℃ AI2O3·SiO2·2H2O AI2O3·2SiO2 +2H2O↑ AI2O3·2SiO2 AI2O3+2SiO2 ②碳酸盐分解： 当温度升高到600℃以上时，生料中的碳酸盐开始分解。碳酸镁在750℃左右分解激烈而迅速；碳酸钙的分解温度到900℃以上才会有迅速的分解反应，直到1000℃左右碳酸盐分解结束。 750℃ MgCO3 MgO+CO2 ↑ 910℃ CaCO3 CaO3+CO2↑ 碳酸盐分解经分解反应后，进入放热反应，烧成熟料的温度也逐渐降至320℃左右，从窑头出料。 ③固相反应： 由于粘土脱水、碳酸盐分解等反应，生料中出现了单独存在性质活泼的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等氧化物。氧化物之间开始了化合反应。随着温度的升高，CaO的量也增加，这些氧化物相互间的化学反应速度也逐渐加快。 这个阶段的化学反应发生在固体微粒间相互接触的表面，而且是依靠细微晶体表面的离子振动，相互交换而实现的。当温度增高，离子振动的振幅增大时，就很容易脱离晶体，于是反应也随之加快。这种依靠固体表面间相互进行的反应称为固相反应。 固相反应比较复杂，属于多级反应，可用下列反应式表示逐个阶段的反应过程： 800~900℃： CaO+ Fe2O3 CaO·Fe2O3 CaO+ Al2O3 CaO·Al2O3 900~1000℃：3（CaO·Al2O3）+2 CaO 5 CaO·3Al2O3 2 CaO+ SiO2 2 CaO·SiO2 CaO·Fe2O3+CaO 2CaO·Fe2O3 （其中生成2 CaO·SiO2的反应大约到1200℃时结束）。 1000~1200℃：5CaO·Al2O3+4CaO 3（3CaO·Al2O3） 5CaO·3Al2O3+3（2CaO·Fe2O3）+CaO 3（4CaO·Al2O3·Fe2O3） ④熟料的烧成 当温度升高到1300℃左右时，C3A与C4AF熔融，物料中出现了液相。CaO、2 CaO·SiO2（即C2S）溶于液相重，有利于分子扩散，进一步化合成3 CaO·SiO2（即C3S）： 2 CaO·SiO2+CaO 3 CaO·SiO2 这一反应通常称为石灰吸收过程。因为是在液相中通过分子扩散进行的，所以液相的数量和粘度对于C2S吸收CaO生成C3S的过程就有很大的影响，这就是为什么我们总是希望在硅酸盐水利熟料中有适量的C3A、C4AF熔媒矿物存在的原因。为了使这一反应进行得快而且尽可能完全，在实际生产中物料的温度控制到高于1300℃，一般在1350~1450℃的温度范围内，这一温度范围就是所谓的“烧成温度。” 从生料在回转窑中的物料化学反应变化过程中，回转窑尾气中含有 SiO2等矿物原料的粉尘和煤在燃烧中的SO2、NOx等的烟尘以及矿物中的水分等等大气污染物。 （7）煤粉制备及输送 进厂的原煤堆存在30m×160m的堆棚，堆棚的储存量为5000吨，储期16.8d，原煤经预均化堆栅，通过送煤皮带输送机、提升机送入原煤仓，出原煤仓的煤经调速带秤、锁风阀喂入无烟煤细磨机进行烘干和粉磨。 出煤磨的煤粉随气流进入旋风分离器，FCM高浓度、高负压防爆型袋收尘器进行收集，收集后的成品由绞刀送入两个煤粉失重仓，净化后的气体通过排风机排入大气。在两个煤粉仓下各设置一套煤粉计量及输送系统，此系统由环状天平型流量计量机、罗茨风机等组成。40%的煤粉送入窑头，60%的煤粉送入分解炉，烘干用热源来自篦冷机。 （8）熟料储存 出篦冷机的熟料连同篦冷机收尘器收下的粉尘一起由链斗输送机送至φ50m熟料库中储存，储量25000吨，储存期12.5天。 （9）水泥粉磨 水泥粉磨设有两套挤压粉磨系统。熟料、混合材和石膏由输送系统分别入5座φ8×20m配料库，并通过库下的两套计量系统计量配料。按比例配制的混合料送入各系统的辊压机称重仓内。混合料经称重仓喂入HFCG120辊压机内挤压，挤压后的物料入料饼提升机提升入打散分级机，打散分级后的细物料送入水泥磨磨头入磨粉磨，粗物料再入称重仓内循环挤压。出φ3.2×13m开路筛分水泥磨的成品由磨尾提升机提入水泥库系统。辊压系统扬尘点设置了高效除尘设备，保证可达标排放废气。水泥粉磨系统的废气经水泥磨系统的收尘器处理后排放。 该粉磨系统技术先进，设备可靠，相对于闭路粉磨系统工艺简单，操作控制方便，系统电耗低，水泥颗粒级配合理，产品质量稳定，投资回收期短。 在水泥的粉磨中必须加入石膏、炉渣、矿渣等混合材料。 石膏的作用是控制水泥的凝固时间，因为熟料中铝酸三钙矿物是使水泥很快凝固的成分，如果在水泥中加入石膏，加水后铝酸三钙与之生成一种难于溶于水的水化硫铝酸钙新物质，于是那种促凝的物质就不会生成，或者生成很少，这样水泥就不会很快凝结了。石膏加多加少都不好，对于硅酸盐水泥，一般控制在水泥重量的2.5～5％。 在水泥中加入炉渣、矿渣等混合材料的作用是改善随你的某些性能。提高水泥抗腐蚀的能力。由于普通的硅酸盐水泥和水起化学变化时，将生成氢氧化钙[Ca(OH)2]的物质。当水泥建筑物长期与水接触，已硬化了的水泥石中的氢氧化钙就溶解到水中，或者和水里的一些化学物质如碳酸盐、镁盐、氯化物等发生作用。导致水泥石中出现许多小溶洞，或者是在硬化的水泥石生成体积膨胀的新物质把建筑物胀裂，或者形成了一些质地疏松的东西，最后使得建筑物毁坏。这种现象称为水泥的腐蚀。加入炉渣、矿渣等混合材料，可以使水泥和水作用的同时，能与氢氧化钙在水泥还没有硬化之前就生成一些有益的新物质，这些新物质不仅不会破坏水泥石的结构，反而会提高水泥的抗腐蚀能力。 另外，熟料中的游离氧化钙是影响水泥安全性的重要因素之一。在煅烧熟料时，由于受到生产条件的限制，熟料中或多或少地总存在一些残留地氧化钙。这种游离氧化钙因经过高温煅烧，结构比较致密，性质不够活泼，在常温下与水反应的速度慢。已经硬化的水泥石中如果游离氧化钙还在缓慢地与水作用生成氢氧化钙，同时伴随着体积膨胀，就会使硬化了地水泥石体积变化不均匀，发生扭曲或裂纹，严重时还会崩裂。熟料的游离氧化钙过多，水泥的安全性就不好，并且抗拉强度低。在水泥中加入地活性混合材料，在水化时与氧化钙作用，生成有用的水化物，因而改善了水泥安全性，提高了抗拉性。 石膏、矿渣、炉渣等混合材料均与熟料一起，经电子称计量后送到水泥磨磨制成最终的水泥产品。 （10）水泥储存、散装与包装 水泥储存库是6座φ15×36m圆库，总储量为42000吨，可满足16.8 天的生产需要。库侧设6套SZ92A-2（F）水泥散装机，能力为6×100t/h。 包装机拟增设BHYW-8八嘴回转式包装机一台，包括包装机、振动筛、清包机、破包处理机以及校正秤等，包装能力为120t/h。由水泥库底卸出的水泥经拉链输送机、斗式提升机，通过振动筛清除杂物后进入包装机包装。包装好的水泥经清包、校正重量后由皮带输送机送至原有成品库或装车，成品库面积为4000m2,可存装水泥5600吨，储存期2.2天。 包装系统设置一台袋式收尘器负责系统排放点的除尘，排放浓度低于50mg/Nm3