15水泥煅烧物理化学变化
水泥生产工艺熟料煅烧
➢ 3.1 新型干法煅烧工艺技术
➢ 3.1.1 悬浮预热技术
➢ 悬浮预热技术是在水泥中空窑的尾部（生料喂入端） 装设悬浮预热器（也称旋风预热器），使出窑废热气体 在预热器内通过，同时使入窑的低温生料粉分散于废热 气流之中，在悬浮状态下进行热交换，使物料得到迅速 加热升温后再入窑煅烧的一项技术。
➢ 传统的回转窑煅烧水泥熟料过程完全是在窑内进行 的，即生料喂入到窑内后的干燥→预热→碳酸盐分解→ 放热反应→熟料矿物的形成→冷却这六个过程完全是在 回转窑内完成的（见下图），使得窑体长度相对较长， 热量损失较大，窑的产量不高。
新型干法（现代水泥）回转窑
悬浮或立筒预热器
干法回转窑
加热机
立波尔回转窑（已被淘汰）
普通干法回转窑（逐渐被淘汰）
湿法回转窑（逐渐在改造成为新型干法窑）
二次风入窑 出窑熟料
不同类型回转窑各带划分
➢ 3.1.1.1 悬浮预热器单元组成
➢ 悬浮风预热器单元由换热管道、预热器、衬料、出风 管（废热气体将热量传给生料后排出）、下料管和锁风阀 （重锤）组成，见下图（C1代表第一级旋风预热器，以下 类推）。悬浮预热器系统由上述多个（四级串联的称为四 级旋风预热器，五级串联的称为五级旋风预热器）单元组 合构成：
热电偶 重锤
分解后的 生料入窑
窑体（窑尾）
分解炉、第四级预热器、 回转窑窑尾之间的关系
分解炉
重锤
喷煤嘴（3个） 三次风来自冷却机
窑体（窑尾）
物气料体放温温热度度反::应~~带11370000CC
回转窑
物气料体温温度度::13烧0~01成70带104C5~0~130冷0 C却物带料温度: ~1000 C
煤粉三次风
火焰
无机非金属工艺学考试题简答题
水泥、影响水泥水化速率的因素:①水泥熟料矿物组成：含量、晶体结构；②水灰比：水灰比大,水泥颗粒高度分散、与水的接触面积大,水化速率快。
但是水灰比大，使水泥凝结慢，强度下降。
③细度：水泥细度细，与水接触面积多，水化快;细度细，水泥晶格扭曲，缺陷多，也有利于水化；④养护温度：养护温度提高，水泥水化加快。
但是温度对不同矿物的水化速率的影响程度不尽相同。
对水化慢的β-C2S影响最大。
C3A在常温下水化就很快,放热多，故温度对C3A水化速率影响不大。
温度越高,对水泥早期水化速率影响越大,到后期影响逐渐变小。
⑤外加剂：通常绝大多数无机电解质都有促进水泥水化的作用。
如：CaCl2；大多数有机外加剂对水化有延缓作用，常使用的各种木质磺酸盐类。
12、生料易烧性的意义：指生料在规定的温度范围内，通过复杂的物理化学变化，形成熟料的难易程度。
影响生料易烧性的主要因素:①生料的潜在矿物组成:KH、SM高,生料难烧；反之易烧，但有可能结圈；SM、IM高,难烧，要求较高的烧成温度；②原料的性质和颗粒组成：原料中石英和方解石含量多,难烧,易烧性差；结晶质粗粒多,易烧性差。
③生料中次要氧化物和微量元素:适量存在,有利于烧成，易烧性好，但含量过多,不利于煅烧.④生料的均匀性和生料粉磨细度：生料均匀性好，粉磨细度细，易烧性好。
⑤矿化剂：掺加各种矿化剂，均可改善生料的易烧性。
⑥生料的热处理：生料的易烧性差,要求烧成温度高,煅烧时间长。
生料煅烧过程中升温速度快，有利于提高新生态产物的活性，易烧性好。
⑦液相：生料煅烧时，液相出现温度低，数量多,液相粘度小，表面张力小，离子迁移速度大，易烧性好,有利于熟料的烧成.⑧燃煤的性质：燃煤热值高、煤灰分少、细度细，煅烧速度快，燃烧温度高，有利于熟料的烧成。
⑨窑内气氛：窑内氧化气氛煅烧，有利于熟料的烧成.13、（水泥孰料的形成过程）生料煅烧过程中的物理、化学变化：干燥与脱水、碳酸盐分解、固相反应(固相反应一般包括界面上的反应和物质迁移两个过程)、液相和熟料的烧结、熟料的冷却19、熟料冷却的目的:①回收熟料带走的热量，预热二次空气,提高窑的热效率;②迅速冷却熟料以提高熟料质量③改善孰料的易磨性④降低熟料温度，便于熟料的运输、贮存与粉磨。
生料煅烧过程中物理化学变化
水泥生料在加热煅烧过程中所发生的主要变化有以下六点：（一）自由水的蒸发（二）黏土质原料脱水和分解（三）石灰石的分解（四）固相反应（五）熟料烧成（六）熟料的冷却（一）自由水的蒸发无论是干法生产还是湿法生产，入窑生料都带有一定量的自由水分，由于加热，物料温度逐渐升高，物料中的水分首先蒸发，物料逐渐被烘干，其温度逐渐上升，温度升到100~150℃时，生料自由水分全部被排除，这一过程也称为干燥过程。
（二）黏土质原料脱水和分解黏土主要由含水硅酸铝所组成，其中二氧化硅和氧化铝的比例波动于2：1~4：1之间。
当生料烘干后，被继续加热，温度上升较快，当温度升到450℃时，黏土中的主要组成高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）失去结构水，变为偏高岭石（2SiO2·Al2O3）。
高岭土进行脱水分解反应时，在失去化学结合水的同时，本身结构也受到破坏，变成游离的无定形的三氧化二铝和二氧化硅，其具有较高的化学活性，为下一步与氧化钙反应创造了有利条件。
在900-950℃，由无定形物质转变为晶体，同时放出热量。
（三）石灰石的分解脱水后的物料，温度继续升至600℃以上时，生料中的碳酸盐开始分解，主要是石灰石中的碳酸钙和原料中夹杂的碳酸镁进行分解，并放出二氧化碳，其反应式如下：碳酸钙（CaCO3）是生料中的主要成分，分解时需要吸收大量的热，其分解过程中消耗的热量约占干法窑热耗的一半以上，其分解时间和分解率都将影响熟料的烧成。
因此，碳酸钙的分解是水泥熟料生产中重要的一环。
碳酸钙的分解具有可逆的性质，如果反应在密闭容器中一定的温度下进行，则随着碳酸钙的分解，气体CO2的总量的增加，其分解速度就要逐渐减慢甚至为零。
因此，在煅烧窑内或分解炉内加强通风，及时将CO2气体排出则是有利于碳酸钙的分解，窑系统内CO2来自碳酸盐的分解和燃料的燃烧，废气中CO2含量每减少2%，约可使分解时间缩短10%。
当窑系统内通风不畅时，CO2不能及时被排出，废气中CO2含量的增加，会影响燃料燃烧，使窑温降低，废气中CO2含量的增加和温度降低都要延长碳酸钙的分解时间。
水泥生产工艺及水泥熟料的形成
水泥生产工艺及水泥熟料的形成水泥生料经过连续升温，达到相应的温度时，其煅烧会发生一系列物理化学变化，最后形成熟料。
硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙（C3S）、硅酸盐二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF）等矿物所组成。
硅酸盐水泥生料通常是用石灰石、黏土及少量铁矿石等按适当的比例配制而成。
石灰石的主要组成是碳酸钙（CaCO3）和少量的碳酸镁（MgCO3），黏土的主要矿物是高岭石（2SiO2·Al2O3·2H2O）及蒙脱石（4SiO2·Al2O3·9H2O)等，铁矿石的主要组成是氧化铁（Fe2O3）。
硅酸盐水泥熟料形成的过程，实际上是石灰石、黏土、铁矿石等主要原料经过加热，发生一系列物理化学变化形成C3A、C4AF、C2S和C3S等矿物的过程，不论窑型的变化如何，其过程是不变的。
一、煅烧过程物理化学变化水泥生料在加热煅烧过程中所发生的（一）自由水的蒸发（二）黏土质原料脱水和分解（三）石灰石的分解（四）固相反应（五）熟料烧成（六）熟料的冷却（一）自由水的蒸发无论是干法生产还是湿法生产，入窑生料都带有一定量的自由水分，由于加热，物料温度逐渐升高，物料中的水分首先蒸发，物料逐渐被烘干，其温度逐渐上升，温度升到100~150℃时，生料自由水分全部被排除，这一过程也称为干燥过程。
（二）黏土质原料脱水和分解黏土主要由含水硅酸铝所组成，其中二氧化硅和氧化铝的比例波动于2：1~4：1之间。
当生料烘干后，被继续加热，温度上升较快，当温度升到450℃时，黏土中的主要组成高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）失去结构水，变为偏高岭石（2SiO2·Al2O3）。
高岭土进行脱水分解反应时，在失去化学结合水的同时，本身结构也受到破坏，变成游离的无定形的三氧化二铝和二氧化硅，其具有较高的化学活性，为下一步与氧化钙反应创造了有利条件。
在900-950℃，由无定形物质转变为晶体，同时放出热量。
水泥的制作流程(精)
水泥的制作流程水泥的制作过程是很复杂的。
水泥的生产主要分为三个阶段:生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨。
其中,制造水泥的主要原料是石灰石、粘土、铁粉、萤石、石膏。
制造水泥的主要原料是石灰石（80％～90％，为质量分数，以下同）、粘土（10％～15％）和铁矿粉（1％～2％）。
为了控制凝结速率），还要在熟料中加入3％以下的石膏。
（1）水泥生料煅烧成熟料的物理、化学变化过程混合生料进入回转窑的上端，受热到100℃时，主要是水分蒸发，这一段叫干燥带。
干燥的生料继续在窑中前进，在与更热的气体相遇时，被加热到600℃左右，这时发生有机物燃烧和高岭土脱水。
此时，由于粘土可塑性减低，块料粉碎成粉料，这一带叫做“预热带”。
温度升高到900℃，石灰石发生分解，生成的CaO和粘土组成里的二氧化硅、氧化铝开始发生固态反应，这一段叫“分解带”。
当温度升高到1100℃以上，CaO和酸性氧化物的反应大为加快，反应主要是：3CaO+Al2O3—→3CaO·Al2O3（铝酸三钙）（1200℃时）这一段叫做“煅烧带”或称“放热反应带”。
温度到达1400℃左右，窑内物料开始烧结，部分开始熔融。
这时硅酸二钙仍保持为固态，它熔于熔融液里，与游离的CaO继续反应生成硅酸三钙（3CaO·SiO2）。
硅酸三钙以微小的结晶析出，即成熟料。
这一段称为“烧结带”。
经过烧结带后，熟料开始冷却而出窑，这一段叫做“冷却带”。
（2）熟料中加入石膏，为什么可以延缓水泥硬化速率？首先来分析一下水泥的硬化过程：水泥配上适当分量的水后，调和成浆，经过相当时间，凝固成块，最后成为坚硬如石的物体，这一过程叫做水泥的硬化。
硬化时发生下列反应3CaO·SiO2+2H2O=2CaO·SiO2·H2O+Ca（OH）2（水解）2CaO·SiO2+H2O=2CaO·SiO2+H2O（水化）3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O（水化）第一个反应生成的Ca（OH）2由于开始时量少而溶解，随着量的增多，变成饱和溶液而后析出胶体Ca（OH）2，引起水合硅酸钙和水合铝酸钙凝成凝胶状胶体，这时水泥具有可塑性。
水泥熟料的煅烧
6 水泥熟料的煅烧【本章导读】生料在入窑后和热气体进行热交换发生一系列的物理化学反应生成熟料。
熟料主要由硅酸三钙(C 3S)、硅酸二钙(C 2S)、铝酸三钙(C 3A)、铁铝酸四钙(C 4AF)等矿物所组成。
煅烧过程所发生的物理化学变化在不同条件下进行的程度与状况决定了水泥熟料的质量和性能，也直接影响到水泥熟料的产量以及燃料、耐火材料的消耗和窑的长期安全运转。
无论窑型的变化如何，熟料的煅烧过程和煅烧中所发生的反应基本相同，掌握了这些矿物形成的机理及影响因素，掌握了这些物理化学变化的规律，就能烧出高质量的熟料。
6.1 煅烧过程物理化学变化水泥生料入窑后，在加热煅烧过程中发生干燥、粘土脱水与分解、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧成和熟料冷却等物理化学反应。
这些过程的反应温度、速度及生成的产物不仅和生料的化学成分及熟料的矿物组成有关，也受到其它因素如生料细度、生料均匀性、传热方式等的影响。
6.1.1 干燥干燥即自由水的蒸发过程。
生料中都有一定量的自由水，生料中自由水的含量因生产方法与窑型不同而异。
干法窑生料含水量一般不超过1.0%，立窑、立波尔窑生料需加水12～14%成球，湿法生产的料浆水分在30～40%。
自由水的蒸发温度为100～150℃左右。
生料加热到100℃左右，自由水分开始蒸发，当温度升到150℃～200℃时，生料中自由水全部被排除。
自由水的蒸发过程消耗的热量很大。
每千克水蒸发热高达2257kJ ，如湿法窑料浆含水35%，每生产1kg 水泥熟料用于蒸发水分的热量高达2100kJ ，占湿法窑热耗的1/3以上。
降低料浆水分是降低湿法生产热耗的重要途径。
3.1.2 粘土脱水粘土脱水即粘土中矿物分解放出结合水。
粘土主要由含水硅酸铝所组成，常见的有高岭土和蒙脱土，但大部分粘土属于高岭土。
粘土矿物的化合水有两种：一种是以OH -离子状态存在于晶体结构中，称为晶体配位水（也称结构水）；另一种是以分子状态存在吸附于晶层结构间，称为晶层间水或层间吸附水。
水泥的煅烧
水泥生料在回转窑中物理化学变化
5.1.1 生料的干燥与脱水
干燥即物料中自由水的蒸发脱水:指黏土矿物分解释放化学结合水
（1）高岭石脱水
(2）蒙脱石脱水
Al2O3.4SiO2.m H2O→Al2O3.4SiO2+m H2O
（3）伊利石脱水
产物也是晶体结构，伴随体积膨胀
5.1.2碳酸盐分解
碳酸盐的分解主要为碳酸钙和碳酸镁的分解
5.1.3 固相反应
在碳酸盐分解的同时，石灰质与粘土质组分间进行固相反应，其过程如下：
~800℃：CaO•Al2O3、CaO•Fe2O3与2CaO•SiO2开始形成
800 ~ 900 ℃：开始形成12CaO•7Al2O3(C12A7)和2CaO•Fe2O3;
900 ~ 1000 ℃: 2CaO• Al2O3•SiO2(C2AS)形成后又分解。
开始形成3CaO•Al2O3(C3A)和4CaO• Al2O3•Fe2O3(C4AF)。
所有碳酸盐均分解，游离氧化钙达到最高值。
1100 ~ 1200℃:大量形成C3A和C4AF，C2S含量达最大值
注意：水泥熟料矿物的固相反应是放热反应
5.1.4 液相和熟料的烧结
液相的组成：由氧化铁、氧化铝、氧化钙、氧化镁和碱及其他组分。
5.1.5熟料的冷却
熟料冷却的目的：回收熟料带走的热量，预热二次空气，提高窑的热效率 迅速冷却熟料以改善熟料质量与易磨性
降低熟料温度，便于熟料的运输、贮存与粉磨
回转窑内物料流速和煅烧特点
（1）干燥带：（2）预热带（3）碳酸盐分解带（4）放热反应带（5）烧成带（6）冷却带。
9.水泥熟料煅烧
4．生料悬浮分散程度：生料悬浮分散差，相对地增大了颗粒
尺寸，减少了传热面积，降低了碳酸钙的分解速度。 5．石灰石的种类和物理性质：结构致密、结晶粗大， 分解速度慢。 6．生料中粘土质组分的性质：高岭土类活性大、蒙脱石、伊利
煅烧、和水泥粉磨三个过程。所以，硅酸盐水泥生产过程 经常被简称为“两磨一烧”，即：
①生料制备→②熟料煅烧→③水泥粉磨
工艺流程 （一）生料制备过程
石灰石 ↓ 破碎 ↓ 烘干 ↓ 粘土 ↓ 破碎 ↓ 烘干 ↓ 铁粉 ↓ 烘干 ↓ ↓ ↓ ↓ 配合 ↓ 粉磨 ↓ 均化 ↓ 入生料库 其他辅助原料 ↓ 破碎 ↓ 烘干 ↓
（二）水泥工业的整个发展过程可用下列框图表示 土立窑 ↓ 机立窑、回转窑 ↓ 立波尔窑 ↓ 悬浮预热器窑 ↓ 预分解窑（预热器＋窑外分解炉） ↓ 预分解窑＋计算机自动控制
生料制备方法方法类型
1. 分类 干法 （水分1%） 湿法（制成料浆，水分32~40%） 半干法（制成料球，水分12~14%）
2.不同生产方法的区别依据：生料制备方法+入窑生料状态 干法： 生料制备为干法，生料粉状入窑（干法窑） 湿法： 生料制备为湿法，生料浆状入窑（湿法窑） 半干法：生料制备为干法，入窑前生料中添加少量水 份，料球状入窑（立窑、立波尔窑）
上节回顾
1. 注浆成型 空心注浆和实心注浆两种 压力注浆、真空注浆、离心注浆 常用电解质——使同样含水量的泥浆变稀
水玻璃、碳酸钠、焦磷酸钠、腐植酸钠、单宁酸钠、六偏
磷酸钠等都符合以上条件。 2. 可塑成型 利用模具或刀具等运动所产生的外力（如压力、剪切、 挤压等）使可塑泥料产生塑性变形而制成某种形状的制品， 称为可塑成型。
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在回转窑内，物料在窑内呈堆积状态，使气流 和耐火材料对物料的传热面积非常小，传热系数 不高，碳酸钙的分解速度主要决定于传热过程； 在立窑和立波尔窑内，加热机，虽然其传热系 数和传热面积较回转窑内大得多，但由于料球颗 粒较大，决定碳酸钙分解速度的仍然是传热和传 质速度。 在悬浮预热器和预分解炉内，由于生料悬浮于 气流中，基本上可以看做单颗粒，其传热系数较 大，传热面积也非常大。在回转窑内碳酸钙的分 解，在800-1100℃下通常需要15min以上，而在分 解炉内（物料温度850℃左右），只需几秒钟即可 使碳酸钙表观分解率达85%-95%。
100℃时，2257kJ/kgH2O（539kCal/kg）
脱水:指黏土矿物分解释放化学结合水。 粘土矿物的化合水存在形式： 层间水：以水分子形式吸附于晶层结构中， 称为晶层间水或层间吸附水。 配位水：以OH－状态存在于晶体结构中， 称为晶体配位水。
所有粘土矿物都含有配位水,多水高岭石,蒙脱 石还含有层间水，伊利石的层间水因风化程度 而异。 不同粘土矿物的化学式： 1.高岭石 Al2O3· 2SiO2· 2H2O 2.多水高岭石 Al2O3· 2SiO2· 4H2O 3.蒙脱石 Al2O3· 4SiO2· H2O· nH2O
5.1.2碳酸盐分解
碳酸盐的分解主要为碳酸钙和碳酸镁的分解， 其化学反应式为：
碳酸盐分解反应的特点： 可逆反应：受系统温度和周围介质中CO2的分 压影响较大。
强吸热反应：碳酸盐分解时，需要吸取大量 的热量，是熟料形成过程中消耗热量最多的一 个工艺过程，每1kg纯碳酸钙在20℃时分解吸热 为1767kJ，900℃时为1658kJ。 可用下式计算生成每1kg熟料时用于CaCO3分解 所需的热量Q： Q=KABq= 1.5×85%×95%×1658=2008 KJ/kg熟料 由计算可知，碳酸钙分解所需热量约占湿法 生产总热耗的1/3，约占悬浮预热预分器或预 分解窑的1/2，因此，为保证碳酸钙分解反应 能完全地进行，必须供给足够的热量。
尽管煅烧过程因窑型不同而有所差异，但物理、 化学变化过程基本相似.其过程可概括为：
干燥与脱水
碳酸盐分解
固相反应
熟料的冷却
液相和熟料的烧结
5.1.1 生料的干燥与脱水
一、干燥
即物料中自由水的蒸发。这一过程由于煅 烧方式的不同而有所差异。干法窑生料含水量 一般不超过1.0％；半干法立波尔窑和立窑为便 于生料成球，通常含水12-15%，半湿法立波尔 窑过滤水分后的料块通常为18-22%；湿法为保 证料浆的可泵性则通常为30-40%。 自由水蒸发热耗：
(4)粘度与液相组成
Al2O3,Fe2O3属于两性氧化物,可同时离解成 MeO45-和Me3+离子,(Me代表Fe,AI)写作:Me2O3 Me2O3 +5O2- ＝ 2 MeO45呈酸性 Me2O3 ＝ 2Me3+ +3O2呈碱性 两者的比例视各自的金属离子半径和液相的酸 碱度而异。 当Me2O3以MeO45-离子状态存在时，具有4个O2配位，构成紧凑的四面体，其中Me-O键较强，粘 滞流动时不易断裂，粘度高；而当它以Me3+离子 状态存在时，具有6个O2-配位，构成松散的八面 体，其中Me-O键弱，在粘滞流动中易于断裂，液 相粘度降低。
原料性质:当原料中含有结晶SiO2和结晶方解石时，由于破 坏晶格困难，使固相反应速度明显降低。
矿化剂:矿化剂可通过与反应物形成固溶体使晶格活化，反 应能力加强；也可以形成低共熔物，使物料在较低温度下 形成液相，从而加速扩散和和固相的溶解作用
5.1.4 液相和熟料的烧结
液相的形成
最低共熔温度：物料在加热过程中，两种或两种 以上组分开始出现液相的温度称为最 低共熔温度。其大小与组分的性质与 数目有关。（见表1－6－1） 液相的组成：由氧化铁、氧化铝、氧化钙、氧 化镁和碱及其他组分。
5.1.5 熟料的冷却
熟料冷却的目的
回收熟料带走的热量，预热二次空气，提高 窑的热效率
固相反应总是发生在两组分界面上，为非均相 反应，对于粒状物料，反应首先是通过颗粒间 的接触点或面进行，随后是反应物通过产物层 进行扩散迁移，因此固相反应一般包括界面上 的反应和物质迁移两个过程。
影响固相反应的主要因素
生料的细度和均匀性:生料愈细，比表面积越大，组分接触 面越大，同时表面质点的自由能越大，使扩散和反应能力 增强，因而反应速率加快；生料的均匀混合，可增加各组 分间接触，也有利于加速反应； 温度和时间:当温度较低时，固体的化学活性低，质点的扩 散和迁移速度很慢。提高温度，加速离子的扩散和迁移， 促进固相反应的进行。
反应物存在的状态
研究发现，在熟料烧结时，氧化钙与贝利特晶体 尺寸小，晶体缺陷多的新生态。其活性大，活化 能小，易溶于液相中，因而反应能力很强，有利 于硅酸三钙的形成。 试验还表明，在极高的温度梯度下(600℃／min 以上)，加热生料至烧成温度进行反应，可使粘土 矿物的脱水、碳酸盐的分解、固相反应、固液相反 应几乎重合，使反应产物处于新生的高活性状态， 在极短的时间内，可同时生成液相、贝利持和阿利 特，熟料的形成过程基本上始终处于固液相反应的 过程中，大大加快了质点或离子的扩散速度，降低 离子扩散活化能，加快反应速度，促使阿利特的形 成。
氧化钙溶解于熟料液相的速率
CaO在熟料液相中的溶解量，或者说CaO溶解于 熟料液相的速率，对CaO与C2S生成C3S的反应有 十分重要的影响。这个速率受CaO颗粒大小所控 制，所以取决于原料中石灰石颗粒的大小。 表1-6-2列出在实验室条件下，不同颗粒的CaO 在不同温度下完全溶解于熟料液相所需的时间， 由表可知，随着氧化钙粒径减少和温度的增加， 溶解于液相的时间愈短。
第五章 硅酸盐水泥熟料的煅烧
本章主要பைடு நூலகம்容
5.1 5.2 5.3 5.4 烧 5.5 5.6 5.7 生料在煅烧过程中的物理与化学变化 微量元素和矿化剂对熟料煅烧和质量的影响 水泥熟料在回转窑内的煅烧 立波尔窑、悬浮预热器窑和窑外分解窑内的煅 熟料冷却机 立窑内的煅烧 煅烧新技术的研究
5.1 生料煅烧过程中的物理、化学变化
反应的起始温度较低 约在600℃时，有部分CaCO3进行分解反应， 但速度非常缓慢。 至894℃时，分解放出的CO2分压达0.1MPa、 分解速度加快， 1100~1200℃时，分解速度极为迅速 由试验可知，温度每增加50℃，分解速度常 数约增加1倍，分解时间约缩短50%。
碳酸钙的分解过程：
当继续加热到970-1050℃时，产生放热反应，同 时出现铝硅尖晶石（2Al2O3· 3SiO2）的X射线衍射 峰，认为是铝硅尖晶石（2Al2O3· 3SiO2）形成。在 1000-1100℃时转变为莫来石(3Al2O3· 2SiO2)，并析 出二氧化硅。 若提高脱水过程的温度梯度，高岭土脱水温度滞 后，脱水后的产物来不及进行上述转变，就进入碳 酸钙分解温度，从而使得无定形偏高岭土和碳酸钙 分解产物氧化钙，均处于高活性状态而进行反应， 有利于熟料的形成。
1500℃
P＝3.30A＋2.60F
液相的粘度
液相的粘度也影响C3S的形成,粘度小,有利于液相中质 点的扩散,有利于C3S的形成. (1)粘度与温度的关系：提高温度,离子动能增加,减弱 了离子间相互作用力,因而液相粘度下降; (2)粘度与铝率的关系：粘度与铝率成正比,A/F升高, 粘度呈直线上升; (3)粘度与杂质氧化物的关系 制备一种只含C,A,F,S四种氧化物的熟料,分别加入 3~4%的各种氧化物,再在不同温度下测其粘度,得到如 下结论:在1400℃时,下列氧化物使粘度下降的次序如 下： Na2O(K2O) ＜CaO＜MgO＜Fe2O3＜MnO
4.伊利石 K2O· 3AI2O3· 6SiO2· 2H2O· nH2O
（1）高岭石脱水
或
高岭石于500-600℃脱水分解。脱水前有高岭土X 射线衍射峰，600℃后，高岭石峰消失，说明脱水 结束，在高岭石峰消失的同时，并未产生新的衍 射峰，其他峰值也未变化，说明高岭石脱水后的 产物为无定形物质； 经红外吸收光谱鉴定，600-950℃以前的红外吸 收光谱与偏高岭石的吸收光谱是基本一致的。因 此，认为高岭石脱水后主要形成非晶质的偏高岭 土，且高岭石脱水后的活性较高。
（5）液相粘度与升降温速度
升温速度快，粘度低； 慢冷使 Me2O3离解为四配位，粘度增加； 快冷使Me2O3离解为六配位，粘度降低。
液相的表面张力
液相表面张力愈小，愈容易润湿熟料颗料或固相 物质，有利于固相反应与固液相反应，促进熟料 矿物特别是硅酸三钙的形成。 试验表明，随着温度的升高，液相的表面张力 降低。熟料中有镁、碱、硫等物质时，均会降 低液相的表面张力，从而促进熟料的烧结。
二个传热过程—热气流向颗粒 表面传 热，热量以传导方式由 表面向分解面的传热过程。 一个化学反应过程—分解面 上CaCO3分解并放出CO2。 二个传质过程—分解放出 CO2气体穿过分解层向表面扩 散和表面CO2向周围介质气流 扩散的过程。 五个过程中，四个是物理传递过程，一个是化学 反应过程。各过程的阻力不同，碳酸钙的分解速 度受控于其中最慢的一个过程。
1100 ~ 1200℃:大量形成C3A和C4AF，C2S含量达最大值。
水泥熟料矿物C3A和C4AF及C2S的形成是一个复 杂的多级反应，反应过程是交叉进行的。
水泥熟料矿物的固相反应是放热反应，若采用普 通原料时，固相反应的放热量约为420-500J/g。 由于固体质点（原子、分子或离子）之间具有很 大的作用力，因而固相反应的反应活性较低，反应 速度较慢。
（2）蒙脱石脱水 Al2O3.4SiO2.m H2O→Al2O3.4SiO2+m H2O (晶体结构—活性低) （3）伊利石脱水 产物也是晶体结构，伴随体积膨胀
蒙脱石、伊利石脱水后，仍然具有晶体结构， 活性较高岭石差。
粘土矿物脱水的特点：
蒙脱石和伊利石脱水后，仍然具有晶体结构。 因而它们的活性较高岭土差。