从以上对硅酸盐水泥的定义可以看出,硅酸盐水泥主要是由石灰质材料,例如石灰石或白垩,和存在于黏土或页岩中的矾土和硅石所制成。也有使用一种石灰质和泥质材料组成的泥灰岩混合物来制造水泥的。硅酸盐水泥生产的原材料几乎在所有国家都有,水泥厂遍布全球。
水泥生产过程主要包括原材料粉磨,随后按一定的比例均匀地混合在一起,并在一个大的旋转窑中煅烧至1450℃,此时材料烧结和部分熔融成球状物即熟料。熟料经冷却,加入一些石膏共同磨成细粉,得到的产品即为硅酸盐水泥,一种全世界广泛应用的商品。
现在介绍一些水泥生产的细节问题,并以生产过程示意图1.1加以说明。
原材料的混合和粉磨可以在水中或干燥状态下进行,因而分别称为“湿法”过程和“于法”过程。实际采用的生产方法也取决于所用原材料的硬度和含水率。
首先介绍湿法生产过程。如果用的是白垩,可将其粉碎成细粒并分散于淘泥池的水中;淘泥池是一个循环池,有带耙齿的旋臂,用于打碎硬块。黏土通常也是在相似的淘泥池中破碎并与水拌合。这两种混合料用泵抽吸,按预定的比例混合,通过一系列筛子,将生料浆注入贮罐中。
如果用的是石灰石,先将石灰石进行爆破开采,然后破碎,破碎通常在较小的两级破碎机中进行,接着与分散在水中的黏土同时加入球磨机。在石灰石粉碎至粉状细度后,将生料浆抽吸到贮罐中。在此以后,不管原材料的本来性质如何,生产方法都是相同的。
生料浆是乳状稠性液体,含水量为35%~50%,只有一小部分材料颗粒(约2%)的粒径大于90tm(No.170 ASTM)。通常备有几个贮罐贮存生料浆,用机械搅拌或压缩空气搅拌以防止悬浮固体出现沉淀。如前所述,生料浆的石灰含量取决于原生石灰质和黏土质材料的比例。为了使化学组成满足要求,可以把不同贮罐的生料浆按比例进行混合、调整。有时采用一套专用的掺合罐装置进行,有时还出现这种情况,例如位于世界最北部的一家挪威工厂,所用原材料只有一种岩石,这种原材料组成决定只需粉碎而无需再进行配料。
最后,石灰含量符合要求的生料浆进入回转窑。回转窑是一个大的、耐火衬砌的钢制圆筒,直径最大可达8m,有的长达230m,围绕着与水平面稍有倾斜的轴缓慢地旋转。生料浆从窑的上端加入,而煤粉则用鼓风机从窑的下部吹入,窑内温度约为1450℃。需要特别注意的是煤的含灰量不应过大,因为生产1t水泥的用煤量通常是约220kg。这在考虑水泥价格时应加以注意。也可使用石油(每吨水泥耗油约125L)或天然气,但从20世纪80年代后,绝大多数燃油厂都改成烧煤,煤是世界各国应用最普遍的燃料。还应注意到,由于是在窑内燃烧,硫磺含量较高的煤也可以使用,而不会产生有害排放物。
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