1、第二部分第二部分 粉体在水泥领域的应用 第1章 水泥与粉体概论?水泥与钢材、木材、塑料统称为四大基础工程材料，是国民经济发展必不可少的建筑材料。?水泥的定义：是一种细磨成粉末状、加水可为塑性浆体、在空气或水中均能硬化、并能将砂石与金属等材料牢固胶结在一起的水硬性胶凝材料。?最为常用的硅酸盐水泥所采用的原料主要是 石灰石与黏土以及铁质校正料和石膏。水泥的生产流程水泥的生产流程?特种水泥：膨胀水泥、快硬水泥、低水化热水泥、油井水泥、白色水泥、抗硫酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥。胶凝材料胶凝材料?胶凝材料的定义：凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚固石体，并胶结其他物料，且有一定机械强度的物质，
2、统称为胶凝材料（或胶结材料）。粉体现象粉体现象?静特性（基本特性、堆积特性）?动特性?粉体化学（化合、溶解、析晶、分解、升华 （粉煤灰燃烧和爆炸）粉体技术粉体技术?粉体取样方法、颗粒的表征方法、粉体的分散技术、粉体的分级及分选技术、粉体力学的应用（料仓设计）、破碎与粉磨技术、混合与均化技术、成球造粒方法、表面改性、粉碎机械力化学的应用（超细活化）、固液分离法（过滤）、固气分离法（收尘）、分级与分散、颗粒的流体输送、粉尘爆炸的防止、粉体故障处理、再循环利用技术和纳米技术 等。水泥粉体技术的主要研究内容水泥粉体技术的主要研究内容?粉体性质的研究?粉碎有效能的研究?给料与输送?固气分离技术?混合与均
3、化 粉体技术与水泥工业的关系粉体技术与水泥工业的关系?破碎与粉磨工艺?热工工艺 不要过粉碎，有利于节能 两道破碎与粉磨流程 常用的破碎机 回转窑煅烧水泥熟料 利用粉体技术解决水泥制造中的问题利用粉体技术解决水泥制造中的问题?（1）增加水泥强度?（2）提高生料粉末在预热器内的分散性?（3）防止料仓、输送管内的结皮堵塞?（4）水泥改性?（5）减少水灰比，增加混凝土浆体流动性?（6）超细水泥的作用 利用粉体技术解决水泥制造中的问题利用粉体技术解决水泥制造中的问题?（7）提高磨机产量，减少粉磨电耗?（8）采用细掺合料技术?（9）提高生料与水泥的均化效果?（10）采用高效节能的粉碎设备?（11）高效袋收
4、尘器和电收尘器?（12）纳米技术在水泥工业应用的基础研究 （1）增加水泥强度?提高水泥粉磨细度；?控制选粉机的产品粒度组成，使水泥产品中增加330m含量；?改变水泥熟料颗粒形状，提高球形度，使水泥标准稠度蓄水量降低，增加水泥强度；?采用细掺合料技术，在水泥中多量掺入高细矿渣（450/kg以上比表面积）增加水泥强度，特别是后期强度。（2）提高生料粉末在预热器内的分散性?保持生料尽可能的干燥状态；?下料管进入旋风筒内的位置要恰当，并要有合适的角度；?使用分散板时，分散板要有合适的大小和角度。（3）防止料仓、输送管内的结皮堵塞?在料仓（或筒仓）内的粉体物料，不管是生料还是水泥，结皮与锥体部分的死角（
5、死料）以及形成漏斗流是难免的，但结皮过于严重，形成鼠洞流就会使生产不能正常进行，物料有时形成“先进后出”或“后进先出”，成分不再均匀。因此，料仓与筒仓的设计（依据粉体力学理论）很重要，一般要有助流措施。（4）水泥改性?水泥改性是为了满足使用性能的要求，或为了满足生产工艺中的技术要求，通过水泥改变原料成分可以改变水泥品种，通过粉体技术的表面改性可以提高水泥强度、满足生产工艺要求、改善施工性能或增加水泥特殊性能，另外通过掺加外加剂或与外加剂复合可以生产许多功能水泥。（5）减少水灰比，增加混凝土浆体流动性?使用某种减水剂后，减水剂加水吸附在水泥颗粒表面，由静电斥力和立体屏蔽效果使水泥颗粒分散，增加混
6、凝土浆体的流动性。使用另一种减水剂，也能显著降低水灰比增加混凝土的强度，其分散水泥颗粒的作用是由于混凝土浆体侧链构造的立体屏蔽作用。（6）超细水泥的作用?一般水泥的比表面积为300/kg左右，细度为80m筛余15%，而超细水泥是指5001000/kg比表面积的水泥，由于水泥颗粒高细化，使其水泥砂浆的流动性增加，一些缝隙的灌浆才有可能。由于水泥粉磨是电耗最大的工序（普通52.5标号的水泥综合电能消耗约110kWh/t），所以要考虑改进细磨机的结构和使用助磨剂，并采用超细选粉机等措施。（7）提高磨机产量，减少粉磨电耗?要采用粉磨效率高的 粉磨设备和采用预粉磨流程，如生料粉磨采用立磨，水泥粉磨采用以
7、立磨或辊压机为预粉磨设备、以球磨机为终粉磨设备的预粉磨系统；?使用助磨剂；?使用高效选粉机。（8）采用细掺合料技术?高炉水淬矿渣超细粉磨之后，作为混合材，以大混合比（超过50%）加入到水泥中去，不但不会降低水泥的强度，还会增加水泥的强度，特别是后期强度，延长混凝土的寿命。?除矿渣外，还有粉煤灰、硅灰等工业废渣，但要研制激发这些废渣超细化活性的激发剂。?超细粉磨工业废渣时，要考虑选用超细选粉机等措施，以利于降低电耗。（9）提高生料与水泥的均化效果?在生料均化链中，首先要采用预均化堆场和提高预均化效率，在生料粉磨时采用X荧光成分分析仪或-Metrics分析仪，以保证生料成分的稳定。在生料均化库的设
8、计上，采用尽可能降低均化电耗又能提高均化效率的均化库，如 CF可控流均化库（利用粉体漏斗流效应）、IBAO型均化库（利用周边漏斗流初步均化，再在库下部搅拌室进一步强化均化），并可连续排料。（10）采用高效节能的粉碎设备?新型节能粉磨机有立式磨、辊压机等，采用的是料床破碎原理，比以往采用单颗粒破碎原理的球磨机大大提高了粉磨效率。?高效选粉机一般是在机内经过几次分选，提高了选粉效率，动静态组合式高效选粉机是笼式转子选粉机与旋风筒或粗分离器的组合，提高了选粉效率。（11）高效袋收尘器和电收尘器?电收尘器是基于直流高压电场中气体电离使尘粒荷电，并受电场力作用而定向移动的原理，袋收尘器是基于渗透过滤的原
9、理。?高温脉冲滤料的袋收尘器不断发展，以及长袋行喷吹清灰袋收尘器的开发成功，可用于水泥厂大排气量的废气收尘。用高温袋收尘器取代电收尘器的趋势比较明显，但双方并存的局面也会长期存在。（12）纳米技术在水泥工业应用的 基础研究?纳米技术在水泥领域应用的可能性；?水泥水化、混凝土结构、功能水泥和混凝土以及水泥生产的热工、机械等领域的应用；?有些功能纳米材料已应用在实际混凝土工程中，可以提高混凝土的强度与耐久性。水泥基材料中约有70%纳米级的C-S-H凝胶，因此对水泥基材料进行纳米改性存在有客观上的可能性。创新的粉体技术与水泥工业?原料均化和生料均化；?旋风预热器和分解炉；?立磨（辊式磨）与辊压机；?
10、水泥熟料的预粉磨；?超细粉碎；?环境保护与收尘技术；?水泥生态化技术的发展；原料均化和生料均化?1、原料预均化?原料预均化主要对石灰石、其他辅助原料和燃料煤进行均化，预均化堆场有长形和圆形两种。?在长形 预均化堆场中，一般设有两个料堆，一个料堆堆料时，另一个料堆取料；在圆形 预均化堆场中，料堆是环状的，一端堆料一端取料。?堆料方式、取料方式和均化效果，三者有着相互联系和互为因果的关系，但是堆料方式作为其中一个先决条件，将首先发挥其影响。?采用的堆料方式 主要有：人字形、波浪形、水平层、倾斜层 和圆锥形 等五种类型。?取料方式 有 端面、侧面 和底部 三种类型。水泥厂原料预均化堆场最常用的为悬臂
11、皮带机的人字形堆料及桥式刮板的端面取料。原料均化和生料均化?2、生料均化?生料均化库对生料质量承担着最后控制的作用，运转良好的生料均化系统对生料库的要求是在满足贮存需要条件下，充分利用恰当的进出料方式，采用压缩空气气力化筒仓，利用漏斗流的作用，使入窑生料达到高度均化。现在已有多种生料均化库，如丹麦某公司开发的CF控制流均化库，很好地利用了料仓内物料“漏斗流”的现象，借助重力流动达到减少电耗实现均化的目的。旋风预热器和分解炉?旋风筒或旋风分离器，在粉体工程曾有很多实用实例，许多人都作了大量研究。在水泥工业中除了用作收尘器外，更主要的是用于 回转窑窑尾的生料悬浮预热。在粉体技术发展后，对旋风筒做了
12、许多开发和研究，主要是减少气体阻力和提高粉末生料的分离效率，一般来说，最上一级和最下一级旋风筒要求分离效率高（相对），预热系统整体阻力越低越好。立磨（辊式磨）与辊压机?立磨的工作原理：立磨是利用料床粉磨的原理对物料进行粉磨，由于磨辊与磨盘之间存在速度差，故在滚压的同时进行碾磨。物料从磨机上部或膜壳一侧通过喂料装置进入磨盘中心，磨盘水平运转生产离心力，磨盘上的物料从中心被甩至粉磨区域，当磨辊被加载装置置于辊道上的物料上面时，由于磨盘的转动，磨辊对物料产生一个竖向垂直力，且和物料之间有一个摩擦力。磨辊的转动是从动运转，从磨盘周围挡料圈溢出的物料被磨盘外风环中的上升气流带入上部的选粉机中，经选粉分级
13、后，粗颗粒返回磨盘与新加入的物料一起重磨，细粉随气流排出磨机作为产品，可用旋风收尘器或电收尘器分离收集，磨辊与磨盘之间的压力用弹簧加压（小型）或油压加压（大型）。立磨技术的新发展?（1）采用外循环系统；?（2）粉磨熟料；?（3）粉磨矿渣；?（4）水泥预粉磨与水泥终粉磨。水泥熟料的预粉磨?预粉磨或预破碎技术有以下的意义：把水泥磨机一仓的工作移到前处理装置去做，用工作效率高的粉碎或粉磨设备代替效率较低的球磨机一部分工作；另一方面将入磨熟料粒径减小，可以提高粉磨系统产量和降低电耗。水泥熟料的预粉磨?水泥熟料的预粉磨还有如下的好处：因影响物料易磨性的因素有熟料矿物组成、冷却速度、物料粒径等，而缩小粒径
14、是提高易磨性的有效方法。缩小入磨物料粒径，可使物料粒径分布趋向集中，则水泥磨的一仓便可以减少介质钢球的球径，易于“配球”。超细粉碎?超细粉碎是现代化工、电子、冶金、陶瓷、复合材料等粉体原料加工必不可少的技术，也是非金属矿深加工技术之一。当颗粒小于一定程度时，就会出现“量子尺寸效应”（quantun size effect），其光、电、磁、热等物理性质和表面性质都发生巨大变化，由于超细颗粒的特殊性质，因而有巨大的应用价值。超细水泥?“超细水泥”是广义的，其颗粒大小还不是真正的5m的产品。对普通水泥进行超细粉磨深加工，不但提高了水泥强度，减少了混凝土的水泥用量，同时它具有的水泥浆灌浆性能，可用于地
15、下工程的浇注和堵塞渗漏等，是一般水泥无法实现的。细掺合料技术?开发细掺合物，能大量代替水泥熟料，也就减少了石灰石的用量，可以不降低水泥强度，还能增强水泥后期强度，国内外已有成功的实例。?如日本小野田水泥公司，用细磨矿渣（400800/kg）代替50%熟料，强度提高近40%，又用细磨矿渣（626/kg）或粉煤灰（432/hg）代替70%熟料，所得水泥强度不变。美国、加拿大、英国等用细磨矿渣（400/kg）可代替50%75%水泥熟料，可生产52.5号水泥。环境保护与收尘技术?气固分离在水泥生产中是很重要的操作，水泥工业生产中的烟尘污染主要产生于 熟料煅烧、物料的粉磨及堆放（包括预均化）、贮存、运输
16、和成品包装发运等生产环节，这些烟气粉尘具有温度高、浓度大、烟气量大等特点，从节省资源和环境保护来说，高效率的末端治理是必需的，都要通过收尘效率高的收尘装置，使其固气分离。水泥生态化技术的发展?随着工业化进程的加快和人们环保意识的加强，水泥工业也逐步模仿自然生态规律，以 资源利用最大化和污染排放最小化为目的，按照“循环经济”的模式组织生产。水泥工业是资源和能源依赖型的产业，对照循环经济的要求来说，我国水泥工业必须向生态化转型。第2章 水泥和水泥工业?水泥的发展?从粉体技术观点看水泥?基础理论研究?水泥颗粒微细化?机械设备?材料?混合材料的资源化?生态水泥的生产工艺 基础理论研究?粉体力学的平衡状
17、态、运动方程式的建立、破碎与粉磨的新理论、粉体颗粒形状和工学现象的关系、附着、凝聚现象的预测法、流动性参数的确定等；?水泥颗粒微细化、颗粒级配、密堆积和硬化体结构的研究；?不同的磨机磨出相同比表面积和细度的水泥，但是颗粒形状和颗粒级配不同，会使水泥性能有较大差异，在这方面有待深入研究。水泥颗粒微细化?在超细水泥研究方面，还有如下几个问题：?水泥的超细粉磨是以机械粉磨进行的，要研究大产量的超细磨机和分级设备；?研究粉碎的新理论，打破老的三大粉碎理论，选择最好的粉碎方式；?可控制粒度分布范围和颗粒形状；?可改变产品性质，按人们意愿生产出产品（改质）一般称颗粒设计。高细掺合料水泥的特点?可降低水化反应温度的峰值，可减少混凝土因发热而引起的裂缝；?可防止氯化物对混凝土的侵蚀，能减少混凝土的空隙率；?可防止硫酸盐的侵蚀；?可提高水泥的后期强度；?水泥砂浆有较好的流动性；?这种水泥适用于海水或地下工程。生态水泥?生态水泥，是指那些煤耗与电耗较低、废气与废物排放量少、自然资源耗用较少、能够利用废弃物、能够利用低品位原料和燃料生产的水泥，又称为环境共存型水泥，为此应开发新的制造工艺、研制新的机械设备，废弃物的前处理设备等。
