1、化 工 与 材 料 工 程 学 院毕 业 设 计 文 献 综 述年产 450 万吨早强型高铝水泥工艺设计Annual production capacity of 4.5 million tons of Early strong high alumina cement process design学 生 学 号学 生 姓 名专 业 班 级指 导 教 师联合指导教师完 成 日 期吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology化工与材料工程学院毕业设计文 献 综 述I 毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的
2、研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设
3、计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为 。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日化工与材料工程学院毕业设计文 献 综 述II 目录目录.1第 1 章 早 强 型 高 铝 水 泥 简 介 .11.1 早 强 型 高 铝 水 泥 的 概 述 .11.2 化 学 成 分 和 矿 物 组 成 .11.3 早 强 型 高 铝 水 泥 的 性 能 及 应 用 .21.3.1 早 强 型 高 铝 水 泥 的 性 能 特 点 .21.3.2 早 强 型 高 铝 水 泥 的 应 用 .2第 2 章 早
4、 强 型 高 铝 水 泥 的 水 化 及 性 质 类 型 .32.1 早 强 型 高 铝 水 泥 的 水 化 过 程 .32.2 早 强 型 高 铝 水 泥 的 水 化 性 质 .4第 3 章 早 强 高 铝 水 泥 的 生 产 工 艺 原 理 及 工 艺 方 法 .53.1 生 产 原 理 .53.2 主 要 原 料 .53.3 生 产 方 法 .63.3.1 反 射 炉 熔 融 法 .63.3.2 电 弧 炉 熔 融 法 .63.3.3 回 转 窑 烧 结 法 .73.4 高 铝 水 泥 生 产 工 艺 流 程 .83.4.1 生 料 制 备 .83.4.2 生 料 均 化 .83.4.3
5、 预 热 分 解 .83.4.4 水 泥 熟 料 的 烧 成 .93.4.5 水 泥 粉 磨 .93.4.6 水 泥 包 装 .93.4.7 工 艺 流 程 图 .93.5 湿 法 生 产 水 泥 工 艺 介 绍 .103.6 新 型 干 法 生 产 水 泥 工 艺 介 绍 .113.7 两 种 工 艺 方 法 的 比 较 .11化工与材料工程学院毕业设计文 献 综 述III 3.8 新 型 干 法 水 泥 生 产 技 术 的 未 来 发 展 方 向 .12第 4 章 国 内 外 铝 酸 盐 水 泥 发 展 现 状 .134.1 国 内 铝 酸 盐 水 泥 发 展 现 状 .134.2 国 外
6、 铝 酸 盐 水 泥 发 展 现 状 .13第 5 章 中 国 高 铝 水 泥 技 术 的 发 展 .15参 考 文 献 .16化工与材料工程学院毕业设计文 献 综 述1 第 1 章 早 强 型 高 铝 水 泥 简 介1.1 早 强 型 高 铝 水 泥 的 概 述高铝水泥又称矾土水泥。一种快硬早强型水泥。其水化热在 24 小时内放出7090，使其具有在 0也能正常硬化的特性。还具有很好的抗硫酸盐性和抗海水腐蚀性能，以及一定的耐高温性能。以铝酸钙为主，氧化铝含量约 50的熟料，经磨细而制成。其标号按标准检验方法测得的 3 天抗压强度表示，分为425，525，625 和 725 四个标号。 11.
7、2 化 学 成 分 和 矿 物 组 成高铝水泥的主要化学成分为 CaO，Al 2O3，SiO 2，Fe 2O3 及少量 MgO，TiO 2 等。由于原料及生产方法的不同，其化学成分变化很大：CaO 32% 42% ，Al 2O3 36% 55% ，SiO 2 4% 15% ， （Fe 2O3+FeO）1% 15%。其中氧化铝是保证生成低碱性铝酸钙的基本成分；氧化钙是保证生成铝酸钙的基本成分；适量（4% 5%）的氧化硅能促使生料更均匀烧结，加速矿物形成或使熔融均匀。 2由于高铝水泥以 CaO，Al 2O3，SiO 2 为主要成分，因此，其矿物组成大致可按照CaOAl2O3SiO2 三元系统相图进
8、行讨论。主要矿物组成如下。1. 铝酸一钙（CA）铝酸一钙是高铝水泥的主要矿物，具有很高的水硬活性，其特点是凝结正常，硬化迅速，是高铝水泥强度的主要来源。但 CA 含量过高的水泥，强度发展主要集中在早期，后期强度增进率就不显著。2. 二铝酸一钙（CA 2）在氧化钙含量低的高铝水泥中，CA 2 的含量较多。 CA2 水化硬化较慢，早期强度低，但后期强度能不断提高。3. 七铝酸十二钙（C 12A7）水化极快，凝结迅速，但强度不高。因此水泥中含有较多的 C12A7 时，会出现快凝，强度降低，耐热性下降。4. 铝方柱石（C 2AS）水化活性很低。此外，尚有六铝酸一钙（CA 6） 、镁尖晶石（MA） 、钙
9、钛石（CT ） 、铁酸钙（C 2F、 CF）等，有时也会有硅酸二钙（C 2S）存在。化工与材料工程学院毕业设计文 献 综 述2 1.3 早 强 型 高 铝 水 泥 的 性 能 及 应 用1.3.1 早 强 型 高 铝 水 泥 的 性 能 特 点早强型高铝水泥和硅酸盐水泥都是属于水硬性水泥，前者的主要矿物组成是铝酸钙，后者的主要矿物组成是硅酸钙，由于矿物组成的不同，水泥的特性也不相同。由于铝酸钙的化学成分和结构状态有自身的特点，使早强型高铝水泥的水化硬化及其形成的水泥硬化体具有独特性能。现就其独特性能分述如下： （1）快硬早强，早期强度增长快，宜用于紧急抢修工程（筑路、修桥、堵漏等）和早期强度要
10、求高的工程。但高铝水泥后期强度可能会下降，尤其是在高于 30的湿热环境下，强度下降更快，甚至会引起结构的破坏。因此，结构工程中使用高铝水泥引慎重。（2）水化热大，而且集中在早期放出。（3）具有较好的抗硫酸盐侵蚀能力。（4）耐碱性差。高铝水泥与碱性溶液接触，甚至混凝土骨料内含有少量碱性化合物时，都会引起侵蚀，故不能用于接触碱溶液的工程。此外，由于高铝水泥自身的特性， 当它与普通硅酸盐水泥混合时具有能加快硅酸盐水泥凝结时间，加速强度发挥和缓解水化热的性能。精心挑选高铝水泥的适宜添加量，可以使与硅酸盐水泥的混合物获得满意的水化性能，即获得了高的早期强度，又保留了良好的长期强度。 3 1.3.2 早
11、强 型 高 铝 水 泥 的 应 用高铝水泥的强度发展迅速，24 小时内可达到最高强度的 80%以上，但长期强度不稳定，特别在湿热环境下强度下降；水化热大，放热量集中，在低温下（-10）也能很好的硬化。高铝水泥主要用于抢建、抢修、抗硫酸侵蚀和冬季施工等特殊要求工程；配制不定型耐火材料及耐热混凝土；配制膨胀水泥和自应力水泥。高铝水泥不宜用于大体积混凝土工程，或采用含可溶性碱的骨料和水。一般不做永久承重结构，当用结构混凝土时，必须以最低强度来设计。在混凝土硬化过程中，若用蒸汽养护，蒸养温度不得超过 50。 4 化工与材料工程学院毕业设计文 献 综 述3 第 2 章 早 强 型 高 铝 水 泥 的 水
12、 化 及 性 质 类 型2.1 早 强 型 高 铝 水 泥 的 水 化 过 程CA + H2O CA10C2AH8 + AH3 (三水铝石)+ H 2OC3AH6 + AH3 (三水铝石)+ H 2OCA2 + H2O CAH10 + AH3(铝胶) + H 2OC2AH8 + AH3(三水铝石) + H 2OC3AH6 + AH3(三水铝石) + H 2O图 2-1 高铝水泥的水化硬化过程 5高铝水泥的主要矿物为铝酸一钙（CA） ，次要矿物为二铝酸一钙（ CA2） ，与水反应可用下式表示：高铝水泥在常温下的水化产物 CAH10 和 C2AH8 都属于介稳产物，它们在温度超过 35情况下会转变
13、成稳定的 C3AH6，在这种晶形转变过程中，会引起强度下降，其原因为：(1) CAH10 和 C2AH8 是六角片状晶体，C 3AH6 为立方晶形晶体，C 3AH6 的结合力比 CAH10 和 C2AH8 差。 (2) 在晶形转变过程中释放出结晶水 而使孔隙率增大。 20352035353548 2.5 1.0 1.0 4.0石灰石二级品 4548 3.0 1.0 1.0 4.0泥灰岩 3545 3.0 1.2 1.0 4.0 铁质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，掺假相应的校正原料 铝矾土原料在高铝水泥熟料中，氧化铝含量约占 50%，其
14、主要来源于铝矾土。铝矾土的化学成分为 Al2O3、SiO 2、Fe2O 3、TiO 2，次要成分为CaO、 MgO、K2O、Na 2O、MnO 2、S 及有机物国外铝矾土的 Fe2O3 含量较高（一般大于 20%） ，而我国铝矾土的 SiO2 含量较高，Al 2O3+SiO2 含量为 70%90%。铝矾土的烧失量大多为 13%15%。铝矾土的成分及分布地是确定高铝水泥生产工艺及厂址所在地的一个重要依据。表 3-3 列出了 6 种铝矾土的成分 8。化工与材料工程学院毕业设计文 献 综 述6 表 3-3 铝矾土的化学成分（%）编号 产地 Al2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2 CaO MgO
15、K2O Na2O SO3 Loss 1 贵州 87.91 0.83 0.14 6.23 0.35 0.08 0.3 0.12 0 3.61 99.572 阳泉 75.56 5.32 0.84 3.03 0.09 0.13 0.05 0.02 0.1 14.46 99.633 巩县 71.36 9.81 0.8 2.68 0.11 0.36 1.86 0.07 0 13.01 100.14 登封 61.28 13.3 4.4 2.79 2.08 0.82 0.25 0.09 0 14.66 99.675 密县 43.83 27.95 8.19 1.42 0.92 1.81 0.16 0.05 1
16、.81（S ）15.04 100.26 济源 37.81 40.47 3.12 1.6 1.45 0.95 0.68 0.13 0 13.61 99.823.3 生 产 方 法生产高铝水泥的原料为矾土和石灰石。国外多采用熔融法生产高铝水泥，此时原料不需要磨细，可用低品位矾土，但烧成热耗高，熟料硬度高，粉磨电能耗大。我国广泛采用回转窑烧成法生产高铝水泥，烧成热耗及粉磨电耗低，可用生产硅酸盐水泥的设备；但要用优质原料，生料要均匀，烧成范围窄，仅 5080，烧成温度一般在 13001380。高铝水泥的制造方法主要有以下几种 9：3.3.1 反 射 炉 熔 融 法反射炉熔融法是法国的 Lafarge
17、公司的专有技术，Fondu 水泥，Secar51 水泥，德国的海德堡生产的 ISTRA40,ISTRA50 水泥都采用反射炉熔融法生产。反射炉熔融法与电弧炉熔融法同样适合生产高钙含量和高铁含量水泥，并且需要严格控制气氛和冷却过程，以保证产品质量的稳定性。 3.3.2 电 弧 炉 熔 融 法用矾土和石灰质原料，按设计成分计算配合比混合，用电弧炉进行熔化，在控制冷却的情况下，形成熟料。经球磨机粉磨至要求的细度即为高铝水泥。用电弧炉熔融法适合生产 CaO 含量较高的高铝水泥。用回转窑烧结法生产的熟料，其 CaO 含量一般在 35以内，因为 CaO 含量过高，就会使熟料的温度烧成范围变的狭窄而不易稳定操作。而用熔融法生产，就可以配制 CaO 含量较高也即 CA矿物含量较高的水泥，从而获得早期强度更高的高铝水泥，另外熔融法还适合利用高铁矾土作原料，生产 Fe2O3 含量较高的水泥。用熔融法生产高铝水泥的技术要点是选用优质矾土和优质石灰质原料，在熔化过程中尽可能掌握氧化气氛，因为还原气氛中会有 FeO 生成，并形成称为Pleochroite 的多色矿物，根据 Midgley 教授的研究 10认为 Pleochroite 的化学式为：
