水泥矿物组成的计算方法
生料配料知识
水泥生料配料基本知识2004.9.28首先讲个故事：水泥的发明1.人类在三千多年前就用石灰做建筑材料了。
然而发明水泥的历史却只有两百多年。
2.1756 年，英国海峡群岛上的一座灯塔突然失火烧毁。
政府命令工程师史密顿以最快的速度建好。
3 .两周后，石灰石运到了灯塔所在的小岛上。
史密顿却见石灰石中混有许多杂质，很不满意，但时间紧迫， 只好将就了。
4 .没有想到的是， 用这种混有杂质石灰石烧出来的石灰， 性能却好得出奇， 将石头粘结得从来没有过的结实。
5.史密顿想：这石灰石中肯定有名堂。
于是，他马上检验了这些石灰，发现其中竟含有20%的粘土。
1 配料计算 1.1 配料计算的目的1.1.1 设计水泥厂时，配料计算的目的在于：1.1.1.1 根据原料资源情况，确定矿山的可用程度和经济合理性，为生产水泥提供必要的原料条件，并尽 可能地利用矿山资源；1.1.1.2 根据已确定的原料特性和水泥品种的要求，决定原料种类、配比和选择合适的生产方法；1.1.1.3 根据已确定的原料种类、配比及工艺要求，计算全厂的物料平衡，作为全厂工艺设计及主机选型 的依据。
1.1.2 生产中通过配料计算，可经济合理的使用矿山资源，确定各种原料的数量比例，以得到成分和乎要 求的水泥熟料，并为窑、磨创造良好的操作条件，保证工厂有较好的经济效益。
1.2熟料配料方案的选择• 配料方案是用率值表示的。
KH: n （ SM ）: p （IM ）:•确定熟料率值时，要充分考虑率值间的相互影响、相互制约的关系。
要考虑水泥的品种、原料的品质与生料的易烧性以及燃料的质量1.2.1 KH 值与n 值的选择N 值要与KH 直相适应，一般避免以下的倾向：KH 高，N 值也高；KH 低，N 值也低；KH 低，N 直高 1.2.2 I M 的选择选择P 也应于KH 相适应，一般情况下， KH 高，要相应的降低 P 直。
硅酸盐水泥熟料的化学成分与矿物组成1. 化学成分1.1 硅酸盐水泥熟料的主要化学成分为氧化钙、 二氧化硅、 三氧化二铝 和三氧化二铁四种矿物， 料化学成分总量的近 95% 。
硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算
硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算第一节硅酸盐水泥熟料矿物组成如前所述，硅酸盐水泥熟料是以适当成分的生料烧到部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的烧结块。
因此，在硅酸盐水泥熟料中CaO,SiO2,A1203,Fe2O3 不是以单独的氧化物存在，而是以两种或两种以上的氧化物经高温化学反应而生成的多种矿物的集合体。
其结晶细小，一般为30-60μm 。
因此可见，水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人工岩石。
它主要有以下四种矿物：硅酸三钙3Ca0.Si02 ，可简写为C3S ；硅酸二钙2Ca0.Si02 ，可简写为C2S ；铝酸三钙3Ca0.A1203 ，可简写为 C 3 A ；铁相固溶体通常以铁铝酸四钙4Ca0 . A1203 . Fe203 作为代表式，可简写成C4AF,此外，还有少量游离氧化钙(f-Ca0 ) 、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物及玻璃体。
通常熟料中C3S 和C2S 含量约占75 ％左右，称为硅酸盐矿物。
C3A 和C4AF 的理论含量约占22 ％左右。
在水泥熟料锻烧过程中,C3A 和C4AF 以及氧化镁、碱等在1250℃- 1280℃会逐渐熔融形成液相，促进硅酸三钙的形成，故称熔剂矿物。
一•硅酸三钙C3S是硅酸盐水泥熟料的主要矿物。
其含量通常为50％左右，有时甚至高达60％以上。
纯C3S只有在2065-1250℃温度范围内才稳定。
在2065℃以上不一致熔融为Ca0 和液相；在1250℃以下分解为C2S 和Ca0 ，但反应很慢，故纯C3S 在室温可呈介稳状态存在。
C3S 有三种晶系七种变型：1070 ℃1060 ℃990 ℃960 ℃920 ℃520 ℃R ←―→ MⅢ ←―→ MⅡ ←―→ MⅠ ←―→～T Ⅲ ←―→ T Ⅱ ←―→ T ⅠR 型为三方晶系，M 型为单斜晶系，T 型为三斜晶系，这些变型的晶体结构相近。
但有人认为,R 型和M ，型的强度比T 型的高。
在硅酸盐水泥熟料中, C3S 并不以纯的形式存在，总含有少量氧化镁、氧化铝、氧化铁等形成固溶液，称为阿利特(Alite ）或 A 矿。
(整理)水泥厂配料计算
一、物料平衡式： (不考虑生产损失) 1、干石灰石+干粘土+干铁粉=干生料2、灼烧石灰石+灼烧粘土+灼烧铁粉=灼烧生料=熟料3、灼烧生料+煤灰(掺入熟料中的) =熟料4、熟料的率值 KH=(C-1.65*A-0.35F)/2.8SSM=S/(A+F) IM=A/F 2.5 熟料的率值 一、石灰饱和系数：CaO 1.65Al 0 0.35Fe O公式： KH= 2 3 2 32.8SiO2意义：水泥熟料中的总 CaO 含量扣除饱和酸性氧化物所需要的氧化钙后，所剩下的与二氧 化硅化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要的氧化钙含量的比 值。
简言之。
KH 表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。
取值： 0.87~0.96二、硅 率: SiO 2 公式: n(SM)= Al O + Fe O 2 3 2 3含义: 反映了熟料中硅酸盐矿物、 熔剂、矿物的相对含量。
取值：三、铝 率: 公式: p(IM)=Al O 23FeO 23含义：说明熟料中 C3A 、C4AF 的相对含量。
反映液相的性质。
(C3A 产生的液相粘度大； C4AF 产生的液相粘度小 .) 取值： 0.9~1.9 配料计算 配料方法1、尝试误差法先按假定的原料配合比计算熟料的组成。
若计算结果不符合要求， 则调整原料的配合比再进 行重复计算直至符合要求为止。
2、递减试凑法从假定的熟料化学成分中依次递减假定配分比的原料组分，试凑至符合要求为止。
3、酸碱滴定法根据已确定的生料碳酸盐滴定值和实际测得石灰石、 粘土的滴定值按规定的公式作简单的计 算，较快地得出各种原料的配合比 4、烧失量法水泥生料的烧失量一般为 34~36%。
预先确定的生料烧失量数，按实测石灰石烧失量及实 测粘土烧失量，计算原料的配合比。
配料计算实例已知原料、燃料的有关分析数据如表 4－10、4－11，假设用窑外分解窑以三种原料配合进 行生产，要求熟料的三个率值为： KH ＝0.89±0.02 、SM ＝2.1±0.1、IM ＝1.3±0.1， 单位熟 料热耗为 q=3350kj/kg 熟料，试计算原料的配合比。
材料工程技术专业《硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算》
硅酸盐水泥熟料矿物组成的计算熟料的矿物组成可用仪器分析：如岩相分析、X 射线分析和红外光谱等分析测定；也可采用计算法：根据化学成分或率值计算出。
X 射线分析那么基于熟料中各矿物的特征峰强度与单矿物特征峰强度之比以求得其含量。
根据熟料化学成分或率值计算所得的矿物组成往往实际情况有些出入，但是，根据计算结果一般已能说明矿物组成对水泥性能的影响。
因此，这种方法在水泥工业中仍然得了广泛应用。
〔一〕由矿物组成计算各率值1假设熟料矿物组成〔质量百分数〕，那么可按以下式子计算各率值S C S C SC S C KH 23233256.18838.0++= 〔式4—5〕AFC A C SC S C n 43230464.24341.13256.1++= 〔式4—6〕 6383.01501.143+=AF C A C P 〔式4—7〕以上三式反映了率值与熟料矿物之间的关系。
〔二〕由熟料率值计算化学成分设∑＝CaO ＋SiO ＋Al 2O 3＋Fe 2O 3，一般∑＝95%～98%，实际中∑值的大小受原料化学成分和配料方案的影响。
通常情况下可选取∑＝% 。
假设熟料率值，可按下式求出各熟料化学成分： 35.165.2)1)(18.2(32++++=∑p n p KH O Fe 〔式4—8〕 Al 2O 3＝p·Fe 2O 3 〔式4—9〕SiO 2＝n 〔Al 2O 3＋Fe 2O 3〕 〔式4—10〕 CaO ＝∑－〔SiO 2＋Al 2O 3＋Fe 2O 3〕 〔式4—11〕 〔三〕由矿物组成计算化学成分SiO 2＝＋ 〔式4—12〕Al 2O 3＝＋ 〔式4—13〕Fe 2O 3＝ 〔式4—14〕CaO ＝＋＋＋＋ 〔式4—15〕SO 3＝ 〔式4—16〕〔四〕由率值计算矿物组成C 3S=〔3KH －2〕SiO 2〔式4—17〕C 2S=1-KH SiO 2 〔式4—18〕C 3A= 〔式4—19〕C 4AF=〔式4—2021式中：SiO 2、Al 2O 3、Fe 2O 3分别是熟料中相应氧化物的百分含量〔%〕。
水泥生料的配料及计算
Qnet,ad—煤的热值，kJ/kg；
Aad—煤的空气干燥基灰分含量，%； S—煤灰沉降率，%（因窑型而异）；
P—煤耗， kg/kg熟料。
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五、生料的配料及计算
试凑递减法
◆ 思路：根据熟料化学成分要求，依次加入各种原 料，同时计算加入原料的化学成分。然后进行熟 料成分累加计算，如发现成分不符要求，再进行 试凑，直至符合要求。
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五、生料的配料及计算
试凑递减法
◆ 基准：100kg熟料 ◆ 计算步骤： 1、列出原料、煤灰的化学成分，煤的工业分析资料； 2、计算煤灰的掺入量； 3、选择熟料率值； 4、根据熟料率值计算要求的熟料化学成分； 5、递减试凑求各原料配合比； 6、计算熟料化学成分并校验率值； 7、将干燥原料配合比换算成湿原料配合比。
计算率值得：KH=0.891
SM=2.14
IM=1.26
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五、生料的配料及计算
5）湿物料配比 设定入磨原料水分控制值为： 石灰石0.8%，粘土1.5%，铁粉4%。 湿基湿物料配比及计算过程
名 称 石灰石 粘 土 铁 粉 合 计 湿基用量（份） 湿基配比（%）
Ga
PAad S qAad S 100 料的配料及计算
熟料中煤灰掺入量计算式
PAad S qAad S Ga 100 100Qnet ,ad
式中：Ga—熟料中煤灰掺入量，%； q —单位熟料热耗，kJ/kg熟料；
20.4 100 % 13 .76% 121 .8 20 .4 6.1 6.1 100 % 4.11 % 121 .8 20 .4 6.1
15
干 粘土=
干 铁粉=
五、生料的配料及计算
4）校验熟料化学成分与率值
155-例题-水泥配料计算
熟料组成确定后，即可根据所用原料进行配料计算，以求出符合要求熟料组成的原料配合比。
配料计算的依据是物料平衡。
任何化学反应的物料平衡是：反应物的量应等于生成物的量。
随着温度的升高，生料煅烧成熟料经历：生料干燥蒸发物理水；粘土矿物分解放出结晶水；有机物质的分解挥发；碳酸盐分解放出二氧化碳；液相出现使熟料烧成。
因为有水分二氧化碳以及某些物质逸出，所以，计算时必须采用统一基准。
干燥基：蒸发物理水以后，生料处于干燥状态。
以干燥状态质量所表示的计算单位，称为干燥基准。
干燥基淮用于计算干燥原料的配合比和干燥原料的化学成分。
如果不考虑生产损失，则干燥原料的质量应等于生料的质量，即： 干石灰石 + 干粘土 + 干铁粉 = 干生料灼烧基：去掉烧失量(结晶水、二氧化碳与挥发物质等)以后，生料处于灼烧状态。
以灼烧状态质量所表示的计算单位，称为灼烧基准。
灼烧基准用于计算灼烧原料的配合比和熟料的化学成分。
如果不考虑生产损失，在采用基本上无灰分掺入的气体或液体燃料时，则灼烧原料、灼烧生料与熟料三者质量应相等，即：灼烧石灰石 + 灼烧粘土 + 灼烧铁粉 = 灼烧生料 = 熟料。
如果不考虑生产损失，在采用有灰分掺入的燃煤时，则灼烧生料与掺入熟料的煤灰之和应等于熟料的质量，即：灼烧生料 + 煤灰(掺入熟料的) = 熟料在实际生产中，由于总有生产损失，且飞灰的化学成分不可能等于生料成分，煤灰的掺入量也并不相同。
因此，在生产中应以生熟料成分的差别进行统计分析，对配料方案进行校正。
熟料中的煤灰掺入量可按下式计算：G A =100100SPA QS qA Y YY （2-2-38）式中 G A ——熟料中煤灰掺入量，％；q ——单位熟料热耗，kJ ／kg 熟料； Q Y ——煤的应用基低热值，kJ ／kg 煤； A Y ——煤的应用基灰分含量，％； S ——煤灰沉落率，％； P ——煤耗，N ／kg 熟料。
煤灰沉落率因窑型而异，如表2-2-5所示。
硅酸盐水泥熟料矿物组成及配料计算概述
硅酸盐水泥熟料矿物组成及配料计算概述硅酸盐水泥熟料是一种重要的建筑材料，具有广泛应用的潜力。
了解其矿物组成和配料计算对于生产高质量的水泥熟料至关重要。
本文将概述硅酸盐水泥熟料的矿物组成以及配料计算的基本原理和步骤。
硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料是由多种矿物组成的复杂材料。
其中的主要矿物有以下几种：1.硅酸钙（C3S）：硅酸钙是硅酸盐水泥熟料中含量最高的成分，其化学式为Ca3SiO5。
它是水泥熟料中水化反应的主要产物之一，具有较高的强度和抗硫酸盐侵蚀性。
2.硅酸二钙（C2S）：硅酸二钙是硅酸盐水泥熟料中的第二大成分，其化学式为Ca2SiO4。
它在水化反应中释放的钙离子可以形成较弱的硬化产物，为水泥熟料的强度发挥了重要作用。
3.硷矾石（C4AF）：硷矾石是硅酸盐水泥熟料中的主要矿物之一，其化学式为Ca4Al2Fe2O10。
它对水泥的颜色和抗硫酸盐侵蚀性起着重要作用。
4.自由氧化钙（CaO）：自由氧化钙是水泥熟料中未水化的主要成分之一，它在水泥石中的比例直接影响到水泥的强度和活性。
除上述主要矿物组分外，硅酸盐水泥熟料中还可能含有少量的辅助矿物，如硅酸铝钙（C3A）和硅酸铝铁钙（C2AF）。
硅酸盐水泥熟料的配料计算硅酸盐水泥熟料的配料计算是指根据设定的熟料组分要求，计算所需的原料配比。
配料计算的目的是确保水泥熟料中各矿物的含量满足要求，从而获得所需的水泥特性。
配料计算的基本原理是根据各原料的化学成分和配比要求，利用化学计算方法确定每种原料的用量。
具体步骤如下：1.确定目标熟料组分要求：根据水泥的特性要求和生产工艺条件，确定所需的硅酸钙、硅酸二钙、硷矾石等成分的含量范围。
2.收集原料化学分析数据：收集原料供应商提供的化学分析数据，包括各成分的含量百分比。
3.计算原料用量：根据目标熟料组分要求和原料化学分析数据，使用化学计算方法计算每种原料的用量。
4.考虑原料变异性：由于原料的化学成分可能存在一定的变异性，因此在配料计算时需要考虑一定的余量，以确保实际生产的水泥熟料能够满足要求。
三大平衡计算
第1讲配料计算1.1配料方案的选择因为硅酸盐水泥熟料是由两种或两种以上的氧化物化合而成，因此，在水泥生产中控制各氧化物之间的比值（即率值），比单独控制各氧化物的含量，更能反映出对熟料矿物组成和性能的影响。
故常用表示各氧化物之间相对含量的率值来作为生产控制的指标。
为了获得较高的熟料强度，良好的生料易烧性以及易于控制生产，选择适当的熟料三率值是非常必要的。
1.1.1 熟料率值的确定众所周知，C3S是熟料的主要矿物，在水泥水化过程中水化速度最快，对熟料的3d、28d强度起着关键性的作用，而实际生产中熟料的C3S含量由熟料的KH来决定的。
当熟料中的KH值在0.86~0.92之间时，R3、R28值均较高；当KH≥0.91时，虽然R3较高，但R28已呈下降趋势，此时，熟料烧成已经较困难，f-CaO不易控制，对强度有较大影响。
因此，KH取0.86~0.90为熟料最佳控制范围，可以保证熟料的3天和28天强度[2]。
若熟料SM过高，则由于高温液相量显著减少，熟料煅烧困难，C3S不易形成；SM过低，则熟料因硅酸盐矿物少而熟料强度低，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。
SM一般控制在2.3~2.7范围内。
若IM过高，熟料中C3A含量多，液相粘度大，物料难烧，水泥凝结快。
IM 过低，虽然液相粘度小，液相中质点易于扩散对C3S形成有利，但烧结范围窄，窑内易结大块，不利窑的操作。
IM一般控制在1.5~1.7范围内。
表2-1 国内主要水泥生产公司熟料率值及液相量[3]两高一中方案即高SM、高IM、中KH、低液相量配料方案，其值控制为:KH=0.88±0.02、SM=2.5±0.1、IM=1.6±0.1、L=20%~25%。
从我国冀东等公司的预分解窑生产实践看，两高一中方案是适当的。
本次设计为一台预分解窑，根据生产实践和设计要求选择两高一中方案即高SM、高IM、中KH、低液相量配料方案，其值控制为:KH=0.88±0.02、SM=2.5±0.1、IM=1.6±0.1、L=20%~25%。
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水泥矿物组成的计算方法
矿物组成的计算方法
研究水泥的矿物组成，一般是采用显微镜分析法、X射线分析法、化学分析法和热分析法等。
在知道了水泥熟料的化学成分之后，也可以通过计算的方法，大致地求出水泥的主要矿物组成。
水泥中各种氧化物之间可能形成的矿物成分较多，目前研究清楚的只是几种主要的成分，有些还没有完全弄明白，有待矿物学专家们去继续研究。
另外，水泥原料中的次要成分还能与主要化合物在一定范围内形成固溶体，或者变型的化合物，如与碱性物质(Na、K)作用形成Na.8Ca0.3Al。
O。
及K.23Ca0.12Si0。
等。
现在通过计算方法，主要是确定C3S、C2S、C3A及C4 AF四种主要矿物成分。
用计算方法求得的矿物组成，是水泥的一些标准相组成，它与真正的相组成是有一定偏差的。
产生偏差的原因是由于在计算中假定水泥在煅烧中全部结晶，而且冷却后熟料中也没有玻璃相存在。
实际上，在许多水泥中都含有相当多组成不定的玻璃相。
玻璃相的存在不仅降低晶体化合物的总含量，而且还会产生液相与已经形成的晶体相互作用，并导致某一晶体化合物含量的降低，所以这种计算只能是大致的。
许多研究证明，熟料中各个相的计算含量与实际采用显微镜得到的观测值楣比，偏差有可能达到4%～5%;其中碱性铝酸钙的偏差最大，但在大多数情况下，这样的偏差也是允许的。
所以，根据水泥化学分析计算而求得的矿物组成还是可以用来评定水泥质量的。
利用这一方法进行计算时，必须首先计算出石灰饱和系数和氧化硅的碱度(CO)。
所谓氧化硅的碱度，是指一分子的Si02需要多少分子Ca0与之相化合。
饱和系数KH与碱度CO的关系为
C0=3KH
如果C0=3，则熟料中的全部Si0。
都化合成C。
S;如果C0=2，则全部Si02都化合成C：S。
据此就可以按照下面的公式求出Si0。
与Ca0化合成C2S的占多少，化合成C3S的占多少，即
化合成C3S的Si02数量=C0-2
化合成C2S的Si02数量=3-CO
然后，根据B.A金德公式，可计算出水泥的矿物组成：
(1)硅酸三钙(C。
S)的计算。
已知l%的Si0：与2.8% Ca0相化合，可生成3.8%的C3S，根据可化合成C。
S的Si0。
数量，按下式就可以计算出C。
S的百分含量，且口
C3S=3. 8Si02 (C0-2)
(2)硅酸二钙(C。
S)的计算。
已知l%的Si0。
与1.87%的Ca0化合，可生成2. 87%的C2S。
可按下式求出C2S的百分含量，即
C2S=2. 87Si02 (3-CO)
知果直接采用饱和系数进行计算，其计算式为：
C3S=3. 8Si02(3KH -2)=4. 07Ca0-7. 6Si02 -6. 72A12 03 -14. 2Fe2 03
C2 S=2. 87Si09(3-3KH) =8. 6Sioz +5. 07A12 03 +1. 07Fez 03 -3. 07Ca0
上式中的Si07和Ca0都是指它们在煅烧过程中起反应的一部分数量，此值为该氧化物的总含量与其成为游离状态的数量之差。
(3)铝酸三钙(C3A)的计算。
在水泥中，全部Fe2 03均包含在C4 AF之内。
在C4 AF中，每l%的Fe2 03能与0.64%的Al。
03相结合，其余的Al：03则形成C3A，在剩余的Al2 03中每I%Al2 03能形成2.65%的C3A。
于是水泥中C：jA 的含量可以按下式计算，即
C3 A=2. 65(A13 03 -0. 64Fe203)
(4)铁铝酸四钙(C。
AF)的计算。
已知每l%的Fe2 03能生成3.04%的C4 AF。
由此C4 AF的含量可按下式计算，即
C。
AF(%)=3. 04Fe203
(5)硫酸钙(CaS04)的计算。
已知每l%的SO。
能生成1.7%的CaS04，因此
CaS04 =1. 7S03
以上计算是按照熟料的煅烧和冷却都达到完全平衡的情况进行考虑的，但在实际生产中一般是难以达到的。
熟料中除C3A外，还有由C。
A中分解出的Cs A3，分解时将产生游离石灰，此时形成的C。
S叱不考虑C3A分解出石灰时多。
因此，计算所得C2S较实际情况多，而计算的C。
S则较实际情况少;C。
A和C4 AF的计算值往往也比实际情况略多。
下面以前述水泥为例进行具体计算。
该水泥的饱和系数KH =0. 84。
C3S=3.8×22. 68%×(3×0.84-2) =44. 82%
C.)S=2. 87×22. 68%×(3-3×0.84) =31. 24%
C.A=2. 65×(6.74%-0. 64×3.31%)=12. 25%
C.AF=3. 04×3.31%=10. 06%
CaS04 =1.7×0.34%=0. 58%
关于硅酸盐水泥的矿物组成，R.H博格还提出了以下计算公式，即
C3 S=4. 07Ca0-7. 60Si02 -6. 72A12 03 -1. 43Fe2 03 -2. 85S03
C2 S=2. 87Si02 -0. 754C3S
C3 A=2. 65A1203 -1. 69Fe203
C4 AF=3. 04Fe203
水泥的各种矿物成分是在煅烧过程中随着不同的煅烧温度逐渐形成的。
当温度达到800～1000℃时，CaCO。
分解并开始与Si09、A12 03发生固相反应，形成部分矿物;当温度达到1300～1450℃时，固相反应完成，部分矿物熔融成为液相，并产坐部分新的矿物。
这些问题属于水泥生产工艺学方面的研究内容，在此不拟详述。
但是，作为混凝土工作者，了解水泥矿物组成对水泥性能有什么影响也是十分必要的。