材料工程技术专业《硅酸盐水泥原料的选择教案(学案)》
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5.3.1硅酸盐材料-教学设计2023-2024学年高一下学期化学人教版(2019)必修第二册
2. 玻璃、水泥、陶瓷等常见硅酸盐产品的制作原理和用途
3. 硅酸盐材料在日常生活和工业中的应用
本节课将重点讲解硅酸盐的定义、性质以及玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐产品的制作过程和应用。通过对这些知识的学习，学生能够理解硅酸盐材料的重要性和广泛应用，提高对化学知识的认识和兴趣。
二、核心素养目标
本节课的核心素养目标主要涉及以下三个方面：
4. 探讨硅酸盐材料行业的未来发展趋势，提出自己的看法。
5. 设计一个关于硅酸盐材料的实验，并写出实验步骤、原理及预期结果。
举例题型：
1. 简答题：请列举三种硅酸盐材料，并简要说明它们的制作原理和用途。
答案：玻璃、水泥、陶瓷。玻璃是通过熔融硅砂与其他氧化物混合制成的；水泥是由石灰石、黏土等原料经过高温烧制而成的；陶瓷是由黏土经过成型、干燥、烧结等过程制成的。
（4）实验室设备：充分利用实验室设备，为学生提供实验材料和仪器，确保实验教学的顺利进行。
五、教学过程设计
1. 导入新课（5分钟）
目标：引起学生对硅酸盐材料的兴趣，激发其探索欲望。
过程：
开场提问：“你们知道硅酸盐材料是什么吗？它与我们的生活有什么关系？”
展示一些关于玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料的图片或视频片段，让学生初步感受硅酸盐材料的魅力或特点。
目标：通过具体案例，让学生深入了解硅酸盐材料的特性和重要性。
过程：
选择几个典型的硅酸盐材料案例进行分析。
详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解硅酸盐材料的多样性或复杂性。
引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用硅酸盐材料解决实际问题。
小组讨论：让学生分组讨论硅酸盐材料的未来发展或改进方向，并提出创新性的想法或建议。
三、重点难点及解决办法
3. 硅酸盐材料在日常生活和工业中的应用
本节课将重点讲解硅酸盐的定义、性质以及玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐产品的制作过程和应用。通过对这些知识的学习，学生能够理解硅酸盐材料的重要性和广泛应用，提高对化学知识的认识和兴趣。
二、核心素养目标
本节课的核心素养目标主要涉及以下三个方面：
4. 探讨硅酸盐材料行业的未来发展趋势，提出自己的看法。
5. 设计一个关于硅酸盐材料的实验，并写出实验步骤、原理及预期结果。
举例题型：
1. 简答题：请列举三种硅酸盐材料，并简要说明它们的制作原理和用途。
答案：玻璃、水泥、陶瓷。玻璃是通过熔融硅砂与其他氧化物混合制成的；水泥是由石灰石、黏土等原料经过高温烧制而成的；陶瓷是由黏土经过成型、干燥、烧结等过程制成的。
（4）实验室设备：充分利用实验室设备，为学生提供实验材料和仪器，确保实验教学的顺利进行。
五、教学过程设计
1. 导入新课（5分钟）
目标：引起学生对硅酸盐材料的兴趣，激发其探索欲望。
过程：
开场提问：“你们知道硅酸盐材料是什么吗？它与我们的生活有什么关系？”
展示一些关于玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料的图片或视频片段，让学生初步感受硅酸盐材料的魅力或特点。
目标：通过具体案例，让学生深入了解硅酸盐材料的特性和重要性。
过程：
选择几个典型的硅酸盐材料案例进行分析。
详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解硅酸盐材料的多样性或复杂性。
引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用硅酸盐材料解决实际问题。
小组讨论：让学生分组讨论硅酸盐材料的未来发展或改进方向，并提出创新性的想法或建议。
三、重点难点及解决办法
硅酸盐水泥技术要求教学设计
4、自主学习策略：通过学生自主阅读拓展资料，在深入了解本课题的基础上，促进思维的深层次加工，达到能力的迁移内化。
五、教学环境及资源准备
多媒体课件等。
六、教学过程
教学
过程
教学内容
教师
活动
学生
活动
教学设计
意图
回顾
前言
通过上次课程的学习，我们已经掌握了水泥制造“两磨一烧”的工艺流程
复习硅酸盐水泥熟料矿物的基本特性并让学生对四种特性进行对比。
学生梳理知识点(略)。
构建新知框架
作业
设计
1、习题集：硅酸盐水泥的单选、多选题
2、预习水泥石的侵蚀与防治的内容
七、教学评价设计
八、帮助与教学反思
通过视频展示，请学生上台演示凝结试验的步骤，并重点为试验课打下基础
学生回答（课前已查阅资料）：
1、初凝时间≥45min
2、终凝时间＜390min/6.5h
学生讨论答：
1、初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为废品；
2、终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为不合格品。
让学生们上台动手展示
通过视频观看、演示、便于学生掌握水泥凝结时间的试验，为试验课打下基础。
3、强度
1、概念
2、检验方法——水泥胶砂法
（视频展示）
引出抗折、抗压试验的强度计算
3、结果计算——抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平均值
4、例题计算：试验中测得一组水泥胶砂强度试件的抗折强度值分别为：6.7MPa，7.2 MPa，7.1MPa，则该组试件的抗折强度测定值是多少？（精度0.1 MPa）
2.教学重点和难点
（1）教学重点：硅酸盐水泥技术要求中的细度、凝结时间及强度的测定方法。
五、教学环境及资源准备
多媒体课件等。
六、教学过程
教学
过程
教学内容
教师
活动
学生
活动
教学设计
意图
回顾
前言
通过上次课程的学习，我们已经掌握了水泥制造“两磨一烧”的工艺流程
复习硅酸盐水泥熟料矿物的基本特性并让学生对四种特性进行对比。
学生梳理知识点(略)。
构建新知框架
作业
设计
1、习题集：硅酸盐水泥的单选、多选题
2、预习水泥石的侵蚀与防治的内容
七、教学评价设计
八、帮助与教学反思
通过视频展示，请学生上台演示凝结试验的步骤，并重点为试验课打下基础
学生回答（课前已查阅资料）：
1、初凝时间≥45min
2、终凝时间＜390min/6.5h
学生讨论答：
1、初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为废品；
2、终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为不合格品。
让学生们上台动手展示
通过视频观看、演示、便于学生掌握水泥凝结时间的试验，为试验课打下基础。
3、强度
1、概念
2、检验方法——水泥胶砂法
（视频展示）
引出抗折、抗压试验的强度计算
3、结果计算——抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平均值
4、例题计算：试验中测得一组水泥胶砂强度试件的抗折强度值分别为：6.7MPa，7.2 MPa，7.1MPa，则该组试件的抗折强度测定值是多少？（精度0.1 MPa）
2.教学重点和难点
（1）教学重点：硅酸盐水泥技术要求中的细度、凝结时间及强度的测定方法。
材料工程技术专业《硅酸盐水泥熟料的矿物组成》
硅酸盐水泥熟料的矿物组成在硅酸盐水泥熟料中，CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等并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反响组合成各种不同的氧化物集合体，即以多种熟料矿物的形态存在。
这些熟料矿物结晶细小，通常为30～60um，因此，可以说硅酸盐水泥熟料是一种多矿物组成的、结晶细小的人造岩石。
1．熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料中的主要矿物有以下四种：硅酸三钙：3CaO·SiO2简写成C3S硅酸二钙：2CaO·SiO2 简写成C2S铝酸三钙：3CaO·Al2O3 简写成C3A铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3·Fe2O3简写成C4AF另外，还有少量的游离氧化钙〔ƒ-CaO〕、方镁石〔即结晶氧化镁〕、含碱矿物以及玻璃体等。
硅酸三钙和硅酸二钙合称硅酸盐矿物，约占75%左右，要求最低为66%以上,它们是熟料的主要组分。
铝酸三钙和铁铝酸四钙合称熔剂矿物，约占22%左右。
硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右。
对于中等水化热、中等抗硫酸盐水泥熟料中的C3A≤％，C3S ＜％；高抗硫酸盐的水泥熟料中的C3A≤％，C3S＜％。
硅酸三钙和硅酸二钙都是硅酸盐矿物，硅酸盐水泥熟料的名称也由此而来。
在煅烧过程中，铝酸三钙和铁铝酸四钙与氧化镁、碱等在1250～1280℃开始会逐渐熔融成液相以促进硅酸三钙的顺利形成，因而把它们称之为熔剂性矿物。
四种主要矿物的含量一般范围及国内外局部水泥生产企业生产数据见表4-2。
表4-2 熟料矿物含量范围〔%〕〔1〕硅酸三钙①形成条件及其存在形式硅酸三钙是硅酸水泥熟料中的主要矿物，通常，它是在高温液相作用下，由先导形成的固相硅酸二钙吸收氧化钙而成。
现代研究及测试技术一致证明：水泥熟料中的硅酸三钙并不是以纯的C3S形式存在，而总是与少量的其他氧化物如A12O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。
这种固溶体在反光显微镜下的岩相照片为黑色多角形颗粒，将其定名为阿利物〔Alite〕，简称A矿。
5.3.1硅酸盐材料教学设计2023-2024学年高一下学期化学人教版(2019)必修第二册
在接下来的教学中，我决定更多地运用实验和案例分析来帮助学生理解硅酸盐材料。通过亲自动手实验，学生能更直观地观察到硅酸盐材料的性质，从而加深对知识的理解。同时，我也会鼓励学生积极参与讨论，分享他们对硅酸盐材料应用的看法和想法。
此外，我也意识到需要给学生更多的时间和空间进行自主学习。在课堂上，我可以布置一些相关的作业和探究任务，让学生在课后进行深入研究。这样，学生不仅能通过自主学习加强对知识的理解，还能培养他们的独立思考和解决问题的能力。
在教学过程中，我还发现有些学生对硅酸盐材料的分类部分感到困惑。为了解决这个问题，我决定在课堂上引入更多的实例和图片，帮助学生直观地理解不同类别的硅酸盐材料。同时，我也会通过小组讨论等方式，让学生在互动中学习和交流，从而提高他们的学习效果。
八、课后拓展
1. 拓展内容
为了帮助学生更深入地了解硅酸盐材料，我推荐以下拓展阅读材料和视频资源：
在科学思维方面，学生将通过分析硅酸盐材料的性质和分类，培养逻辑思维和批判性思维，提高学生运用科学方法进行思考的能力。
在科学态度方面，学生将了解硅酸盐材料在现实生活中的应用，认识到科学对于解决实际问题的重要性，培养学生的科学兴趣和社会责任感。
三、教学难点与重点
1.教学重点
本节课的核心内容是硅酸盐材料的定义、分类和性质，以及其在日常生活中的应用。具体重点内容如下：
（2）案例分析：展示陶瓷、玻璃等硅酸盐材料在现实生活中的应用实例，让学生分析其特点和优势。
（3）小组讨论：将学生分成小组，就硅酸盐材料的分类、性质及应用等问题进行讨论，分享彼此的看法和见解。
（4）问答环节：鼓励学生提问，针对学生提出的问题进行解答，确保学生能够充分理解硅酸盐材料的相关知识。
3. 确定教学媒体和资源的使用
此外，我也意识到需要给学生更多的时间和空间进行自主学习。在课堂上，我可以布置一些相关的作业和探究任务，让学生在课后进行深入研究。这样，学生不仅能通过自主学习加强对知识的理解，还能培养他们的独立思考和解决问题的能力。
在教学过程中，我还发现有些学生对硅酸盐材料的分类部分感到困惑。为了解决这个问题，我决定在课堂上引入更多的实例和图片，帮助学生直观地理解不同类别的硅酸盐材料。同时，我也会通过小组讨论等方式，让学生在互动中学习和交流，从而提高他们的学习效果。
八、课后拓展
1. 拓展内容
为了帮助学生更深入地了解硅酸盐材料，我推荐以下拓展阅读材料和视频资源：
在科学思维方面，学生将通过分析硅酸盐材料的性质和分类，培养逻辑思维和批判性思维，提高学生运用科学方法进行思考的能力。
在科学态度方面，学生将了解硅酸盐材料在现实生活中的应用，认识到科学对于解决实际问题的重要性，培养学生的科学兴趣和社会责任感。
三、教学难点与重点
1.教学重点
本节课的核心内容是硅酸盐材料的定义、分类和性质，以及其在日常生活中的应用。具体重点内容如下：
（2）案例分析：展示陶瓷、玻璃等硅酸盐材料在现实生活中的应用实例，让学生分析其特点和优势。
（3）小组讨论：将学生分成小组，就硅酸盐材料的分类、性质及应用等问题进行讨论，分享彼此的看法和见解。
（4）问答环节：鼓励学生提问，针对学生提出的问题进行解答，确保学生能够充分理解硅酸盐材料的相关知识。
3. 确定教学媒体和资源的使用
材料工程技术专业《教学设计(硅酸盐水泥熟料的组成)》
④当 CaO 含量一定时，假设增大 SiO2含量对熟料烧成和水泥质量有何影响？适宜的 SiO2含量又是多少？
教学
反思
再多点儿案例让学生分析更好
硅酸盐水泥熟料的组成
教学设计
单元名称
硅酸盐水泥熟料的组成
单元教学学时
2
教学
目标
知识目标
能力目标
掌握硅酸盐水泥熟料的化学组成、矿物组成、技术要求、矿物特性。
①能根据国标判定熟料质量是否合格；
②能根据熟料组成初步判断熟料的性能。
教学
重点
难点
教学重点：硅酸盐水泥熟料的化学组成、矿物组成、矿物特性。
教学难点：硅酸盐水泥熟料的矿物特性。水泥熟料的矿物组成
3解读GB/T21372-2021?硅酸盐水泥熟料?：定义、品种、技术要求〔化学性能、特性化学性能、物理性能、抗压强度、其它要求〕
4硅酸盐水泥熟料的矿物特性
教学活动
〔教学建议〕
在多媒体教室，以教师讲授为主，适当引入课堂讨论。通过展示硅酸盐水泥熟料实物，引出今天讲课内容。
通过解读GB/T21372-2021?硅酸盐水泥熟料?，利用启发引导法，让学生掌握硅酸盐水泥熟料的定义、品种、技术要求。
通过案例，让学生学会判定硅酸盐水泥的质量是否合格。
通过讲解熟料的矿物特性，让学生理解GB/T21372-2021?硅酸盐水泥熟料?中化学性能要求，特别是特性化学要求
学习
资源
① 学习指南：GB/T21372-2021?硅酸盐水泥熟料?、工程一中单元3
② 教学录像：硅酸盐水泥熟料的组成
③ 演示文稿：硅酸盐水泥熟料的组成
④ 习题作业：硅酸盐水泥熟料的组成
⑤ 教学案例：硅酸盐水泥熟料质量报告单分析
课后
教学
反思
再多点儿案例让学生分析更好
硅酸盐水泥熟料的组成
教学设计
单元名称
硅酸盐水泥熟料的组成
单元教学学时
2
教学
目标
知识目标
能力目标
掌握硅酸盐水泥熟料的化学组成、矿物组成、技术要求、矿物特性。
①能根据国标判定熟料质量是否合格；
②能根据熟料组成初步判断熟料的性能。
教学
重点
难点
教学重点：硅酸盐水泥熟料的化学组成、矿物组成、矿物特性。
教学难点：硅酸盐水泥熟料的矿物特性。水泥熟料的矿物组成
3解读GB/T21372-2021?硅酸盐水泥熟料?：定义、品种、技术要求〔化学性能、特性化学性能、物理性能、抗压强度、其它要求〕
4硅酸盐水泥熟料的矿物特性
教学活动
〔教学建议〕
在多媒体教室，以教师讲授为主，适当引入课堂讨论。通过展示硅酸盐水泥熟料实物，引出今天讲课内容。
通过解读GB/T21372-2021?硅酸盐水泥熟料?，利用启发引导法，让学生掌握硅酸盐水泥熟料的定义、品种、技术要求。
通过案例，让学生学会判定硅酸盐水泥的质量是否合格。
通过讲解熟料的矿物特性，让学生理解GB/T21372-2021?硅酸盐水泥熟料?中化学性能要求，特别是特性化学要求
学习
资源
① 学习指南：GB/T21372-2021?硅酸盐水泥熟料?、工程一中单元3
② 教学录像：硅酸盐水泥熟料的组成
③ 演示文稿：硅酸盐水泥熟料的组成
④ 习题作业：硅酸盐水泥熟料的组成
⑤ 教学案例：硅酸盐水泥熟料质量报告单分析
课后
1 硅酸盐水泥原料的选择
黄土
• 黄土以黄褐色为主。密度2.6～2.7g/cm3， 含水量随地区降雨量而异，华北、西北地 区的黄土水分一般在10%左右。黄土中粗粒 砂级(0.05mm)，颗粒一般占20%～25%，粘 粒级(<0.005mm)一般占胶结而成的粘土岩。一般形 成于海相或陆相沉积，或海相与陆相交互沉积。
• 页岩的主要成分是SiO2、Al2O3，还有少量的 Fe2O3、R2O等，化学成分类似于粘土，可作 为粘土使用，但其硅酸率较低，一般为2.1～ 2.8，通常配料时需要掺加硅质校正原料。若 采用细粒砂质页岩或砂岩、页岩互相重叠间层 的矿床，可以不再另掺硅质校正原料，但应注 意生料中粗砂粒含量和硅酸率的均匀性。页岩 的主要矿物是石英、长石、云母、方解石以及 其他岩石碎屑。
泥灰岩
• 泥灰岩颜色决定于粘土物质，从青灰色、黄土色到 灰黑色，颜色多样。质软易采掘和粉碎，常呈夹层 状或厚层状。其硬度低于石灰岩，粘土矿物含量愈 高，硬度愈低。耐压强度小于100MPa，含水率随粘 土含量和气候而变化。
• 有些地方产的泥灰岩其成分接近制造水泥的原料， 其氧化钙含量在43.5%～45%，可直接用来烧制水泥 熟料，这种泥灰岩称天然水泥岩 ，但这种水泥岩的 矿床是不常见的。泥灰岩是一种极好的水泥原料， 因它含有的石灰岩和粘土混合均匀，易于煅烧，有 利于提高窑的产量，降低燃料消耗。
表2-3 不同粘土矿物的工艺性能
粘土类型 主导矿物 粘粒含量
Al2O3·2S 高岭石类 iO2·2H2
O
Al2O3·4S 蒙脱石类 iO2·n
H2O
水云母类 水云母、 伊利石等
很高
高 低
可塑性
好 很好 差
热稳定性
结构水脱 水温度 （℃）
矿物分解 达最高活 性温度
材料工程技术专业《教学设计(水泥的性能)》
学习
资源
①?水泥工艺技术?教材；
②单元教学演示文稿；
单元教学录作业
①影响凝结时间的因素有哪些？为什么会影响凝结时间？
②假凝和瞬凝有何区别？
石膏掺入量与哪些因素有关？为什么？
硅酸盐水泥熟料中主要矿物对强度的开展有什么影响？有哪些因素影响水泥强度？
硬化水泥浆体的体积变化是由哪些因素引起的？这些因素是怎样使体积变化的？
教学
反思
从学生反应分析，本单元教学效果好，通过教师演示实验和学生动手实验强化知识掌握和能力提高，如果在认识实习中再强化实际工作能力，效果会更突出。
教学难点：能分析影响凝结时间、强度、安定性变化的原因。
教学
内容
①硅酸盐水泥的凝结时间概念、影响因素及根据国家标准测定时间概念；
②硅酸盐水泥的强度概念、影响因素及根据国家标准测定胶砂强度；
硅酸盐水泥的体积变化与水化热概念、影响因素及根据国家标准测定安定性。
教学活动
〔教学建议〕
教师通过建筑施工实际引出水泥性能的重要意义和将来从事化验员工作的角度提出本单元的重要作用，引导学生从开始就认真学习，通过教师讲授、举例帮助学生掌握硅酸盐水泥凝结时间、强度、体积变化、水化热等根本概念，通过教师边讲解边演示凝结时间、强度、安定性的实验过程，让学生理解国标和实验的严谨，通过辅导学生实验过程中容易出错的环节，培养学生动手实验能力，通过布置作业任务训练学生的综合能力。
水泥的性能
教学设计
单元名称
水泥的性能
单元教学学时
4
教学
目标
知识目标
能力目标
①掌握硅酸盐水泥凝结时间、强度、体积变化、水化热等根本概念；
②掌握影响硅酸盐水泥凝结时间、强度、体积变化、水化热因素。
资源
①?水泥工艺技术?教材；
②单元教学演示文稿；
单元教学录作业
①影响凝结时间的因素有哪些？为什么会影响凝结时间？
②假凝和瞬凝有何区别？
石膏掺入量与哪些因素有关？为什么？
硅酸盐水泥熟料中主要矿物对强度的开展有什么影响？有哪些因素影响水泥强度？
硬化水泥浆体的体积变化是由哪些因素引起的？这些因素是怎样使体积变化的？
教学
反思
从学生反应分析，本单元教学效果好，通过教师演示实验和学生动手实验强化知识掌握和能力提高，如果在认识实习中再强化实际工作能力，效果会更突出。
教学难点：能分析影响凝结时间、强度、安定性变化的原因。
教学
内容
①硅酸盐水泥的凝结时间概念、影响因素及根据国家标准测定时间概念；
②硅酸盐水泥的强度概念、影响因素及根据国家标准测定胶砂强度；
硅酸盐水泥的体积变化与水化热概念、影响因素及根据国家标准测定安定性。
教学活动
〔教学建议〕
教师通过建筑施工实际引出水泥性能的重要意义和将来从事化验员工作的角度提出本单元的重要作用，引导学生从开始就认真学习，通过教师讲授、举例帮助学生掌握硅酸盐水泥凝结时间、强度、体积变化、水化热等根本概念，通过教师边讲解边演示凝结时间、强度、安定性的实验过程，让学生理解国标和实验的严谨，通过辅导学生实验过程中容易出错的环节，培养学生动手实验能力，通过布置作业任务训练学生的综合能力。
水泥的性能
教学设计
单元名称
水泥的性能
单元教学学时
4
教学
目标
知识目标
能力目标
①掌握硅酸盐水泥凝结时间、强度、体积变化、水化热等根本概念；
②掌握影响硅酸盐水泥凝结时间、强度、体积变化、水化热因素。
材料工程技术专业《知识点技能点注释(水泥生产用原燃料的选择)》
水泥生产用原燃料的选择知识点注释#生产硅酸盐水泥熟料的主要原料#有石灰质原料〔主要提供CaO〕和粘土质原料〔主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3〕。
#生产硅酸盐水泥熟料的校正原料#当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不能符合配料方案时，必须根据所缺少的组分掺加相应的原料，这种以补充某些成分缺乏为主的原料称为校正原料。
主要针对粘土质原料中某种化学成分的缺乏，通过校正原料进行补充，分铁质校正原料、铝质校正原料、硅质校正原料。
#石灰质原料#但凡以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。
分为天然石灰质原料和人工石灰质原料。
常用的天然石灰质原料有：石灰石、泥灰岩、白垩、大理石、贝壳、珊瑚类等。
#粘土质原料#主要提供酸性氧化物SiO2、Al2O3、Fe2O3。
水泥生产采用的天然粘土质原料有粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩、河泥、湖泥等。
#铁质校正原料#指以氧化铁为主要成分的原料，通常氧化铁含量大于40%，用于补充氧化铁的缺乏。
常用的有低品位的铁矿石、炼铁厂的尾矿、硫酸厂的工业废渣硫铁渣〔俗称铁粉〕。
也有用铜矿渣、铅矿渣的。
#硅质校正原料#指以二氧化硅为主要成分的原料，一般二氧化硅含量70%~90%，用于补充二氧化硅的缺乏。
常用的有砂岩、硅藻土、硅藻石、河沙、粉砂岩等。
#铝质校正原料#指以三氧化二铝为主要成分的原料，一般三氧化二铝含量大于30%，用于补充三氧化二铝的缺乏。
常用的有粉煤灰、煤矸石、矾土等。
#无烟煤、烟煤#通常以挥发分含量来划分，挥发分含量大于10%的为烟煤，挥发分含量小于10%的为无烟煤。
#低品位原料#是指哪些化学成分、杂质含量与物理性能等不符合一般水泥生产要求的原料。
#工业废渣#企业的废渣或副产品。
为了鼓励企业综合利用工业废渣，国家出台了很多鼓励，如免税〔财税2021 156号〕?财政部国家税务总局关于资源综合利用及其他产品增值税的通知?，通知所称废渣，是指采矿选矿废渣、冶炼废渣、化工废渣和其他废渣。
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根据配料要求，石灰石中的CaO不能低于48％。但是，为了矿山的开发，原料的综合利用，低品位的石灰石也应利用起来，这样，就需要和一级品搭配使用，但搭配以后的石灰石CaO仍需大于48％。
氧化镁如果含量太高，会影响到水泥的安定性，而石灰石中的白云石〔CaCO3·MgCO3〕是氧化镁的主要石灰石中的MgO小于％。
1石灰质原料中各种元素或氧化物含量 可用化学分析方法定量确定。
2石灰质原料的分解温度 用差热分析方法可确定其中碳酸盐的分解温度。
3石灰质原料的主要矿物组成 可用射线衍射方法进行物相定性分析。
4石灰质原料的微观结构 可采用透射电子显微镜来研究方解石的晶粒形态、晶粒大小以及晶体中杂质组分的存在形式；用电子探针可测试研究杂质组分的形态、含量、颗粒大小、分布均匀程度等。
四、校正原料的质量要求
对校正原料的一般质量要求如表2-13。
表2-13 校正原料质量指标
校正原料
硅率
SiO2〔％〕
R2O〔％〕
硅质
＞
70～90
<
铝质
Al2O3>30％
铁质
Fe2O3>40％
五、校正原料常用品种及质量要求
表2-14校正原料常用品种及质量要求
校正原料
常用品种
质量要求
铁质校正原料
低品位的铁矿石、炼铁厂尾矿、硫酸厂工业废渣硫酸渣〔俗称铁粉〕
类别
化学成分质量分子数%
CaO
MgO
K2ONa2O
SO3
f-SiO2
石英质
燧石质
Ⅰ级品
≥48
≤3
≤
≤1
≤6
≤4
Ⅱ级品
≤45
≤
≤
≤1
≤6
≤4
现代新型水泥用石灰质原料矿石化学成分据?水泥工厂设计标准?〔GB 50295－2021〕其质量要求如下表2-3。
表2-3
成分
CaO
MgO
f-SiO2
SO3
K2ONa2O
表1-11水泥矿山储量要求
2．尾矿
尾矿是指由选矿场徘出的尾矿浆，经自然脱水后所形成的固体废料，也包括与矿石一道开采出的废石。对水泥行业，主要利用尾矿的硅、铝、铁、钙化学组分以及尾矿中含有金属元素和硫化物、氟化物等具有矿化剂作用的成分。
硅酸盐型尾矿，按尾矿中主要组成矿物的组合情况，用次要成分没买的有：
①镁铁型：无石英、碱含量低，如橄榄石；
表l—8水泥厂使用的原煤品质要求
工程
灰分Aad/%
挥发分Vad/%
全硫Sad/%
发热量Qnet,adKJ/Kg
水分Mad/%
烟煤
<30
20215
<2
>21000
&l;10
<2
>21000
-
【课程总结】
归纳总结：
一、水泥厂建设对石灰质原料和黏土质原料矿山的要求
水泥厂建设对石灰质原料和黏土质原料矿山储量和储量级别的要求如表1-11所列。
2石灰质原料选择
但凡以碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙为主要成分的原料都叫石灰质原料。
一、天然石灰质原料
常用的天然石灰质原料有石灰岩、泥灰岩、白垩和贝壳等，我国大局部水泥厂使用石灰岩和泥灰岩，它们均居于不对再生资源，应珍惜。
1．石灰岩
石灰岩是由碳酸钙所组成的化学与全物化学沉积岩，纯石灰石是白色的，性脆：按钙、镁、铝成分含量划分的石灰岩种类见表2-1。
表2-1按成分划分石灰岩种类
成分%
石灰岩
含云石灰岩
白云石灰岩
含泥石灰岩
泥灰岩
含泥含云石灰岩
含云泥石灰岩
含泥云石灰岩
Ca0
~
~
~
~
~
~
~
~
Mg0
0~
~
~
_
_
~
~
~
Al2O3
_
_
_
~
~
~
~
~
2．泥灰岩
泥灰岩是一种由石灰岩向黏土过渡的岩石，是由碳酸钙和黏土物质同时沉积的沉积岩，泥灰岩分为高钙泥灰岩〔CaO≥45%〕和低钙泥灰岩〔CaO＜45%〕。
工程二 硅酸盐水泥生料的制备
任务1 硅酸盐水泥原料的选择
【告知目标】
1、能识别石灰石质和粘土质原料、校正原、燃料的质量优劣；
2、能根据具体生产要求，提出石灰质原料、粘土质原料、校正原、燃料进厂控制指标、存储量；
3、能合理选择制备水泥生料的各种原料
4、掌握石灰质、粘土质、校正原料、燃料类型、品种、质量评价知识；
5、了解水泥工业资源的综合利用方法。
6、掌握石灰质、粘土质、校正原料、燃料进厂控制工程，存储量。
【建立情境】
你是卓越水泥工艺员，请你根据生产要求，选择生料制备所用原料，提交原料选择报告。
【引导学习】
〔1〕明确任务
A选择一组满足生产水泥生料的原料〔石灰质、粘土质、校正原料〕
B设计各原料的进厂控制指标和库存量；
我国局部水泥厂所用石灰石、泥灰岩的化学成分详见表2-4。
表2-4石灰质原料的化学成分〔%质量〕
原料名称
产地
烧失量
SiO
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
合计
石灰石
浙江
广西
湖北
辽宁
泥灰岩
贵州
〔四〕石灰质原料性能测试方法
石灰质原料的性能很多,我们主要研究对易烧性影响最大的相关性能。随着现代化测试技术的进步，己经可以对石灰质原料的化学成分、矿物组成、微观结构进行定量研究，从而揭示原料性能对易烧性的影响作用机理。
Cl-
含量〔%〕
≥48
≤3
石英≤8或燧石≤4
≤
≤
≤
新型干法水泥生产过程中，采用了石灰石预均化、生料均化等措施，为低品位石灰石的利用提供了保证，使CaO含量在42%左右、MgO含量在3～5%之间的低品位石灰石，也能到达生产要求，处长了矿山效劳年限，有效利用了资源。
低品位石灰石具有易烧、易磨、共熔温度低、晶格有缺陷和碳酸钙分解温度低等优点，但低品位石灰石成分波动大、R2O等有害成分含量高，对配料煅烧有一定影响。
一、天然硅铝质黏土质原料
天然硅铝质原料由沉积物经过压固、脱水、胶结及至结晶作用而成的岩石或风化物。如黄土、黏土、页岩、泥质岩、硅石、粉砂岩及河泥等，其中黏土包括黄土等、页岩、粉砂岩用得最多。
我国水泥工业采用的天然粘土质原料有粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，其中使用最多的是粘土和黄土。随着国民经济的开展以及水泥厂大型化的趋势，为保护耕地、林地，不占农田，近年来多采用页岩、粉砂岩等粘土质原料。
1 搭配使用；
2 限制MgO含量；〔白云石是MgO的主要的断面上可以看到粉粒状的闪光〕
3 限制燧石含量；〔燧石含量高的石灰岩，外表常有褐色的凸出或呈结核状的夹杂物。〕
4 新型干法水泥生产，还应限制K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量组分。
〔三〕常见石灰质原料的化学成分
石灰质原料在水泥生产中的作用主要提供CaO，其次还提供SiO2、Al2O3、Fe2O3，并同时带入少许杂质MgO、SO3、R2O等。
②钙铝型：石英含量较少、碱含量较高，如辉石；
③长英岩型；含石英、碱含量较高，如石英；
④碱性型：无石英、碱含量高，如长石；
⑤高铝型：碱含量较高，如叶蜡石；
⑥高钙型：碱含量较高，如硅灰石；
⑦硅质岩：硅高、碱含量低，如石英岩、石英砂等。化学成分以SiO2，为主的金属尾矿，均可作为硅质替代原料。一般高钙硅酸盐型和钙铝硅酸盐型尾矿，适合用于制造硅酸盐水泥熟料的原料，高铝硅酸盐型，适合生产铝酸盐水泥熟料；硅质岩型尾矿和磷酸盐型尾矿，可作为配料组分和校正原料；对镁铁型、长英岩型和碱性型后矿，不适合用于生产水泥。
铅矿渣，铜矿渣〔还兼作矿化剂〕
Fe2O3≥40%
硅质矿化剂
硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河沙、砂岩、粉砂岩
n＞； SiO2：70%～90%
R2O＜%
铁质校正原料
炉渣、煤矸石、铝矾土
Al2O3＞30%
水泥工业需要消耗大量的燃料，目前在烧成阶段我国主要使用煤做燃料，水泥厂选用煤的质量一直是一个重要的环节，煤的好坏直接影响熟料的煅烧，影响水泥的质量。
石灰质原料使用最广泛的是石灰石，其主要成分是CaCO3，纯石灰石的CaO最高含量为56%，其品位由CaO含量确定〔表2-2〕。有害成分为MgO、R2O、〔Na2O、K2O〕和游离SiO2。
水泥用石灰质原料矿石化学成分一般要求〔冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿床DZ/T0213—2021〕
表2-2
二、工业废渣和尾矿
1．工业废渣
用作硅铝质原料的工业废渣很多，如煤矿开采中煤歼石、发电厂排出的工业废渣粉煤灰、液态渣及开采白土矿时的尾矿白土贫矿等。当用湿磨干烧工艺时，用湿排渣应注意它对生料浆的泌水性和流动性的影响以及杂质对煅烧的影响。因废渣中含有可燃值或水泥熟料初级矿物C2S而降低热耗，故利用废渣时应适当减少配煤量。赤泥是制铝工业排出的红色工业废渣，它含有害成分碱和钛的氧化物，会影响燃烧和熟料质量，使用时，要采取必要措施。
二、工业废渣
主要成分为氧化钙、碳酸钙或氢氧化钙的工业废渣，均可作为石灰质原料来生产硅酸盐水泥熟料。如消解电石排出的电石渣成分为氢氧化钙，生产双氰胺后的过滤残治即双氰胺渣成分为碳酸钙，制糠厂用碳酸法制糖后的糖滤泥成分为碳酸钙，制碱厂的碱渣成分为碳园钙及造纸厂的白泥成分为氧化钙等，它们质细、含水量高，用于干法生产时注意烘干脱水、烟气小露点和可燃物对预热器运行的影响等问题。废值中有或低级硅酸盐Ca0、CaOH2及低级硅酸盐矿物出现，其分解热低，熔点低，故用作水泥原料时还应注意减少用煤量和预热器运行控制温度．防止结皮等不利影响。
固体燃料煤，可用无烟煤、烟煤和褐煤。回转窑一般用烟煤。
氧化镁如果含量太高，会影响到水泥的安定性，而石灰石中的白云石〔CaCO3·MgCO3〕是氧化镁的主要石灰石中的MgO小于％。
1石灰质原料中各种元素或氧化物含量 可用化学分析方法定量确定。
2石灰质原料的分解温度 用差热分析方法可确定其中碳酸盐的分解温度。
3石灰质原料的主要矿物组成 可用射线衍射方法进行物相定性分析。
4石灰质原料的微观结构 可采用透射电子显微镜来研究方解石的晶粒形态、晶粒大小以及晶体中杂质组分的存在形式；用电子探针可测试研究杂质组分的形态、含量、颗粒大小、分布均匀程度等。
四、校正原料的质量要求
对校正原料的一般质量要求如表2-13。
表2-13 校正原料质量指标
校正原料
硅率
SiO2〔％〕
R2O〔％〕
硅质
＞
70～90
<
铝质
Al2O3>30％
铁质
Fe2O3>40％
五、校正原料常用品种及质量要求
表2-14校正原料常用品种及质量要求
校正原料
常用品种
质量要求
铁质校正原料
低品位的铁矿石、炼铁厂尾矿、硫酸厂工业废渣硫酸渣〔俗称铁粉〕
类别
化学成分质量分子数%
CaO
MgO
K2ONa2O
SO3
f-SiO2
石英质
燧石质
Ⅰ级品
≥48
≤3
≤
≤1
≤6
≤4
Ⅱ级品
≤45
≤
≤
≤1
≤6
≤4
现代新型水泥用石灰质原料矿石化学成分据?水泥工厂设计标准?〔GB 50295－2021〕其质量要求如下表2-3。
表2-3
成分
CaO
MgO
f-SiO2
SO3
K2ONa2O
表1-11水泥矿山储量要求
2．尾矿
尾矿是指由选矿场徘出的尾矿浆，经自然脱水后所形成的固体废料，也包括与矿石一道开采出的废石。对水泥行业，主要利用尾矿的硅、铝、铁、钙化学组分以及尾矿中含有金属元素和硫化物、氟化物等具有矿化剂作用的成分。
硅酸盐型尾矿，按尾矿中主要组成矿物的组合情况，用次要成分没买的有：
①镁铁型：无石英、碱含量低，如橄榄石；
表l—8水泥厂使用的原煤品质要求
工程
灰分Aad/%
挥发分Vad/%
全硫Sad/%
发热量Qnet,adKJ/Kg
水分Mad/%
烟煤
<30
20215
<2
>21000
&l;10
<2
>21000
-
【课程总结】
归纳总结：
一、水泥厂建设对石灰质原料和黏土质原料矿山的要求
水泥厂建设对石灰质原料和黏土质原料矿山储量和储量级别的要求如表1-11所列。
2石灰质原料选择
但凡以碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙为主要成分的原料都叫石灰质原料。
一、天然石灰质原料
常用的天然石灰质原料有石灰岩、泥灰岩、白垩和贝壳等，我国大局部水泥厂使用石灰岩和泥灰岩，它们均居于不对再生资源，应珍惜。
1．石灰岩
石灰岩是由碳酸钙所组成的化学与全物化学沉积岩，纯石灰石是白色的，性脆：按钙、镁、铝成分含量划分的石灰岩种类见表2-1。
表2-1按成分划分石灰岩种类
成分%
石灰岩
含云石灰岩
白云石灰岩
含泥石灰岩
泥灰岩
含泥含云石灰岩
含云泥石灰岩
含泥云石灰岩
Ca0
~
~
~
~
~
~
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Mg0
0~
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~
_
_
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Al2O3
_
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2．泥灰岩
泥灰岩是一种由石灰岩向黏土过渡的岩石，是由碳酸钙和黏土物质同时沉积的沉积岩，泥灰岩分为高钙泥灰岩〔CaO≥45%〕和低钙泥灰岩〔CaO＜45%〕。
工程二 硅酸盐水泥生料的制备
任务1 硅酸盐水泥原料的选择
【告知目标】
1、能识别石灰石质和粘土质原料、校正原、燃料的质量优劣；
2、能根据具体生产要求，提出石灰质原料、粘土质原料、校正原、燃料进厂控制指标、存储量；
3、能合理选择制备水泥生料的各种原料
4、掌握石灰质、粘土质、校正原料、燃料类型、品种、质量评价知识；
5、了解水泥工业资源的综合利用方法。
6、掌握石灰质、粘土质、校正原料、燃料进厂控制工程，存储量。
【建立情境】
你是卓越水泥工艺员，请你根据生产要求，选择生料制备所用原料，提交原料选择报告。
【引导学习】
〔1〕明确任务
A选择一组满足生产水泥生料的原料〔石灰质、粘土质、校正原料〕
B设计各原料的进厂控制指标和库存量；
我国局部水泥厂所用石灰石、泥灰岩的化学成分详见表2-4。
表2-4石灰质原料的化学成分〔%质量〕
原料名称
产地
烧失量
SiO
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
合计
石灰石
浙江
广西
湖北
辽宁
泥灰岩
贵州
〔四〕石灰质原料性能测试方法
石灰质原料的性能很多,我们主要研究对易烧性影响最大的相关性能。随着现代化测试技术的进步，己经可以对石灰质原料的化学成分、矿物组成、微观结构进行定量研究，从而揭示原料性能对易烧性的影响作用机理。
Cl-
含量〔%〕
≥48
≤3
石英≤8或燧石≤4
≤
≤
≤
新型干法水泥生产过程中，采用了石灰石预均化、生料均化等措施，为低品位石灰石的利用提供了保证，使CaO含量在42%左右、MgO含量在3～5%之间的低品位石灰石，也能到达生产要求，处长了矿山效劳年限，有效利用了资源。
低品位石灰石具有易烧、易磨、共熔温度低、晶格有缺陷和碳酸钙分解温度低等优点，但低品位石灰石成分波动大、R2O等有害成分含量高，对配料煅烧有一定影响。
一、天然硅铝质黏土质原料
天然硅铝质原料由沉积物经过压固、脱水、胶结及至结晶作用而成的岩石或风化物。如黄土、黏土、页岩、泥质岩、硅石、粉砂岩及河泥等，其中黏土包括黄土等、页岩、粉砂岩用得最多。
我国水泥工业采用的天然粘土质原料有粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，其中使用最多的是粘土和黄土。随着国民经济的开展以及水泥厂大型化的趋势，为保护耕地、林地，不占农田，近年来多采用页岩、粉砂岩等粘土质原料。
1 搭配使用；
2 限制MgO含量；〔白云石是MgO的主要的断面上可以看到粉粒状的闪光〕
3 限制燧石含量；〔燧石含量高的石灰岩，外表常有褐色的凸出或呈结核状的夹杂物。〕
4 新型干法水泥生产，还应限制K2O、Na2O、SO3、Cl-等微量组分。
〔三〕常见石灰质原料的化学成分
石灰质原料在水泥生产中的作用主要提供CaO，其次还提供SiO2、Al2O3、Fe2O3，并同时带入少许杂质MgO、SO3、R2O等。
②钙铝型：石英含量较少、碱含量较高，如辉石；
③长英岩型；含石英、碱含量较高，如石英；
④碱性型：无石英、碱含量高，如长石；
⑤高铝型：碱含量较高，如叶蜡石；
⑥高钙型：碱含量较高，如硅灰石；
⑦硅质岩：硅高、碱含量低，如石英岩、石英砂等。化学成分以SiO2，为主的金属尾矿，均可作为硅质替代原料。一般高钙硅酸盐型和钙铝硅酸盐型尾矿，适合用于制造硅酸盐水泥熟料的原料，高铝硅酸盐型，适合生产铝酸盐水泥熟料；硅质岩型尾矿和磷酸盐型尾矿，可作为配料组分和校正原料；对镁铁型、长英岩型和碱性型后矿，不适合用于生产水泥。
铅矿渣，铜矿渣〔还兼作矿化剂〕
Fe2O3≥40%
硅质矿化剂
硅藻土、硅藻石、含SiO2多的河沙、砂岩、粉砂岩
n＞； SiO2：70%～90%
R2O＜%
铁质校正原料
炉渣、煤矸石、铝矾土
Al2O3＞30%
水泥工业需要消耗大量的燃料，目前在烧成阶段我国主要使用煤做燃料，水泥厂选用煤的质量一直是一个重要的环节，煤的好坏直接影响熟料的煅烧，影响水泥的质量。
石灰质原料使用最广泛的是石灰石，其主要成分是CaCO3，纯石灰石的CaO最高含量为56%，其品位由CaO含量确定〔表2-2〕。有害成分为MgO、R2O、〔Na2O、K2O〕和游离SiO2。
水泥用石灰质原料矿石化学成分一般要求〔冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿床DZ/T0213—2021〕
表2-2
二、工业废渣和尾矿
1．工业废渣
用作硅铝质原料的工业废渣很多，如煤矿开采中煤歼石、发电厂排出的工业废渣粉煤灰、液态渣及开采白土矿时的尾矿白土贫矿等。当用湿磨干烧工艺时，用湿排渣应注意它对生料浆的泌水性和流动性的影响以及杂质对煅烧的影响。因废渣中含有可燃值或水泥熟料初级矿物C2S而降低热耗，故利用废渣时应适当减少配煤量。赤泥是制铝工业排出的红色工业废渣，它含有害成分碱和钛的氧化物，会影响燃烧和熟料质量，使用时，要采取必要措施。
二、工业废渣
主要成分为氧化钙、碳酸钙或氢氧化钙的工业废渣，均可作为石灰质原料来生产硅酸盐水泥熟料。如消解电石排出的电石渣成分为氢氧化钙，生产双氰胺后的过滤残治即双氰胺渣成分为碳酸钙，制糠厂用碳酸法制糖后的糖滤泥成分为碳酸钙，制碱厂的碱渣成分为碳园钙及造纸厂的白泥成分为氧化钙等，它们质细、含水量高，用于干法生产时注意烘干脱水、烟气小露点和可燃物对预热器运行的影响等问题。废值中有或低级硅酸盐Ca0、CaOH2及低级硅酸盐矿物出现，其分解热低，熔点低，故用作水泥原料时还应注意减少用煤量和预热器运行控制温度．防止结皮等不利影响。
固体燃料煤，可用无烟煤、烟煤和褐煤。回转窑一般用烟煤。