1、Chapter 4 配合料的制备配合料制备的要求和流程 原料调控水分调控、粒度调控、表面改性 配料计算与称量玻璃配料计算、水泥配料计算、陶瓷配料计算、称量原理 粉料的均质化粉料均质化过程原理、粉料均质化程度、均化、混合、混炼和陈化,1、配合料制备的要求和流程,配合料的制备原料的选用与加工、配料计算、制备操作 配合料的称谓 玻璃工业：配合料 水泥工业生料粉、生料球、生料块饼、生料浆白生料、半黑生料、全黑生料 陶瓷、耐火材料工业坯料（干泥料、半干泥料、可塑泥料、注浆泥料、泥浆）,1.1、对配合料的要求（1）,基本要求 配合料的化学组成应能保证最终制品组成达到组成设计的既定目的。 配合料具有符合工艺
2、规定的均化程度。 配合料的基本性质（粒度分布、流变性等）、含水率、添加物等符合工艺要求。 原料选用合理，并进行相应地加工处理。,1.1、对配合料的要求（2）,对玻璃配合料的要求 正确性和稳定性：化学组成、水分 粒度分布：影响均匀度、玻璃熔制和均化 含水率：溶解纯碱和芒硝，加速熔化；保持混合均匀度，防止分料；减少粉尘 气体率（能分解放出气体的原料）：钠-钙硅酸盐玻璃（15-20%）；硼硅酸盐玻璃（9-15%）影响玻璃澄清、均化、硅酸盐的形成 混合均匀：影响熔化速率、熔化的均匀性,1.1、对配合料的要求（3）,对水泥生料的要求 化学组成：满足配料要求，减少杂质 良好的工艺性能（易磨性、易烧性） 良
3、好的均化度：原料均化、生料粉磨 生料粒度：影响均化、熟料形成速度0.08 mm方孔筛筛余10%左右，0.2 mm方孔筛筛余小于1.5%,1.1、对配合料的要求（4）,对传统陶瓷坯料的要求 对可塑坯料的要求可塑性：塑性指标一般应大于2坯料的细度及颗粒形状：60 m方孔筛筛余小于1-5%，影响可塑性、干燥强度、料坯强度水分：18-25%，依赖于成型方法空气含量：0.5-1%以下干坯强度：抗折强度小于0.98 MPa,1.1、对配合料的要求（5）,对注浆坯料的要求细度：60 m方孔筛筛余小于1%，粒度分布适当水分：28-35%（流动性、成型性）流动性：以相对粘度即流动度来控制，取决于含水率、电解质的
4、种类和数量触变性：以稠化度来衡量，瓷坯料浆稠化度控制在1.8-2.2，精陶坯控制在1.5-1.6悬浮性：料浆的输运、贮存，成型过程的分料,1.1、对配合料的要求（6）,对耐火材料坯料的要求 与陶瓷坯料的要求大致相同 化学组成：比制品的组成要求稍高主成分含量、易熔杂质总量、有害杂质含量 坯料的结合性：瘠性原料需添加结合剂纸浆废液（影响坯料性能，不污染制品化学性能）；结合黏土、石灰乳（影响制品化学组成和性能） 水分、灼减成分：原料、配合坯料、制品化学组成的换算,1.2、配合料制备流程（1）玻璃配合料制备流程,1.2、配合料制备流程（2）,水泥生料制备流程,典型的无机非金属材料的生产工艺流程,1.2
5、、配合料制备流程（3）,可塑坯料制备流程,2、原料调控 2.1、水分调控,重力脱水液相浸渍饱和的颗粒料装在容器内，在重力作用下，液体经过层内透过向下流动，从容器底部流出。 过滤压滤、离心过滤 干燥：借助于热能和湿度差平衡水分与自由水分结合水分与非结合水分,2.2、粒度调控（1）,粉体化 粉体化的要求：粒度分布、颗粒形状、颗粒表面改性、颗粒复合化 粉碎的意义增快反应速度均化混合便于不同组分分离（剔除某些有害的杂质）提高流动性 粉碎方式压碎、击碎、磨剥、弯折、劈碎干式粉碎、湿式粉碎,2.2、粒度调控（2）,分级：将固-固混合物分离成两种或以上部分。 分级的目的将粉体的粒度分布调整到特定范围内。作为
6、辅机参与粉碎流程，减少过粉碎，提高作业效率。 分级的种类,2.2、粒度调控（3）,粒化（size enlargement）：将粉体（或浆液）加工成形状、尺寸比较匀齐的球块。粒化产物呈实心、空心或夹心，数十微米至数厘米。 粒化的意义：保持混合物的均匀度，贮存、输送、包装时不分料。改善物理化学反应（空心粒产物在应用时先被破裂）。提高物料的流动性，扩大微粉原料的适用范围。减少粉尘。,2.2、粒度调控（4）,粒化方法转动粒化：圆筒粒化（粒度不均匀、单机产量大）、圆盘粒化（球粒均匀）辊筒压块：压制压力0.5-1.0 MPa，料块尺寸3.8-5.0 cm喷雾干燥粒化：粒化产物呈圆球形，有时呈空心球，流动性
7、好，适合成型。,2.2、粒度调控（5）,影响粒化的因素水分作用：分子结合水（吸附水、薄膜水）、毛细管水、重力水（对料粒有浮力作用，不利于粒化）粘结剂作用：增塑料性作用：亲水性高、表面积大、表面空隙多有利于粒化 粒化过程球粒形成：加水润湿，形成球粒，开始粒化球粒长大：最大分子结合水量、毛细管水分球粒紧密：薄膜水的迁移、滚动压力,2.3、表面改性（1）,表面改性的目的提高表面疏水性，改善填料、颜料矿物的稳定性及在有机基体中的分散性。满足环保和保护人类健康的要求。改善或提高矿物的应用性能和价值。 表面改性剂 偶联剂：含硅或金属原子的有机化合物 表面活性剂：脂肪酸及其盐 聚合物改性剂：烯烃与马来酸酐的
8、共聚物 无机物改性剂：Ti、Cr、Al、Fe、Zr等金属氧化物,2.3、表面改性（2）,表面改性技术 表面包覆改性法：黏附力 表面化学反应法：表面改性剂 机械力化学改性法：超细粉碎机械应力 沉淀反应改性法：改性剂的沉淀反应 外膜层（胶囊）法：外膜层均匀 高能表面改性法：等离子体、电晕放电、紫外线,3、配料计算与称量 3.1、玻璃配料计算（1）,工艺参数纯碱挥散率=纯碱挥散量/纯碱用量100%（0.2-3.5%）芒硝含率=芒硝引入的Na2O量/(芒硝引入的Na2O量+纯碱引入的Na2O量)100%（5-8%）碳粉含率=碳粉引入的C量/芒硝引入的Na2SO4量100%（3-5%）萤石含率=萤石引入
9、的CaF2量/玻璃总量100%（1%）碎玻璃掺入率=碎玻璃量/(生料量+碎玻璃量)100%（18-26%）,3.1、玻璃配料计算（2）,计算步骤 粗算假定玻璃中全部SiO2和Al2O3均由硅砂和砂岩引入，CaO和MgO均由白云石和菱镁矿引入，Na2O由纯碱和芒硝引入。选择含氧化物种类最少、用量最多的原料着手计算。 校正：其它原料引入的SiO2和Al2O3。 配料单的计算：由计算结果换算而成。,计算步骤如下： I. 萤石用量的计算 II. 纯碱和芒硝用量的计算 III. 煤粉用量 IV. 硅砂和砂岩用量的计算 V. 白云石和菱镁石用量的计算 VI. 校正纯碱用量和挥散量 VII. 校正硅砂和砂岩
10、用量 VIII. 把上述计算结果汇成用原料量表 IX. 玻璃获得率的计算 X. 换算单的计算,3.1、玻璃配料计算（3）,配料算例,3.1、玻璃配料计算（4）,具体计算：原料总量=100/0.825=121.21 kg 萤石用量计算萤石用量=121.210.85%/70.28%=1.47 kg萤石将带入氧化物，其中SiO2与CaF2发生反应：SiO2+2CaF2SiF4+2CaO而挥发减少，设有30%的CaF2发生反应：SiO2的挥发量=1.4770.28%30%60.09/(278.08)=0.12 kg引入SiO2的量=1.4724.62%-0.12=0.24 kg引入Al2O3的量=1.
11、472.08%=0.03 kg引入Fe2O3的量=1.470.43%=0.01 kg引入CaO的量=1.4751.56%=0.76 kg,3.1、玻璃配料计算（5）,纯碱和芒硝用量计算芒硝用量=10014.5%15%/41.47%=5.24 kg芒硝引入的氧化物量（kg）：SiO2 0.06，Al2O3 0.02，Fe2O3 0.01，CaO 0.03，MgO 0.02，Na2O 2.18（kg）纯碱用量=(10014.5%-2.18)/57.94%=21.26 kg 煤粉用量计算煤粉用量=5.2495.03%4.7%/84.11%=0.28 kg,3.1、玻璃配料计算（6）,硅砂与砂岩用量计
12、算：设硅砂用量为x（kg），砂岩用量为y（kg），则x 89.70% + y 98.76% = 100 72.4% - 0.24 - 0.06 = 72.10x 5.12% + y 0.56% = 100 2.10% - 0.03 -0.02 = 2.05解得：x = 35.60 kg，y = 40.68 kg,3.1、玻璃配料计算（7）,白云石和菱镁石用量计算：设白云石用量为u（kg），菱镁石用量为v（kg），则u 31.57% + v 0.71% = 100 6.4% - 0.76 -0.03 - 0.16 - 0.06 = 5.39u 20.47% + v 46.29% = 100 4.
13、2% - 0.02 -0.06 - 0.01 = 4.11解得：u = 17.04 kg，v = 1.34 kg,3.1、玻璃配料计算（8）,校正纯碱用量和挥发量纯碱用量=(10014.5%-2.18-1.28-0.08)/57.94%=18.92 kg设纯碱挥发量为x，则x/(18.92+x)=3.10%得x=0.61 kg,3.1、玻璃配料计算（9）,校正硅砂和砂岩用量x 89.70% + y 98.76% = 100 72.4% - 0.24 -0.06 - 0.12 - 0.02 = 71.96x 5.12% + y 0.56% = 100 2.10% - 0.03 -0.02 - 0
14、.03 = 2.02解得：x = 34.96 kg，y = 41.11 kg 玻璃获得率=100/34.96硅砂+41.11砂岩+17.04白云石+1.34菱镁石+(18.92+0.61)纯碱+5.24芒硝+1.47萤石+0.28煤粉=100/120.97=82.70%,3.1、玻璃配料计算（10）,3.2、水泥配料计算（1）,计算的步骤与方法 计算依据：物料平衡生料煅烧成熟料经历的变化：生料干燥蒸发物理水；黏土矿物分解放出结晶水；有机物分解与挥发；碳酸盐分解放出CO2；液相出现，熟料烧成。 干燥基准：不考虑生产损失干石灰石 + 干黏土 + 干铁粉 = 干生料 灼烧基准：采用无灰分气体燃料和液
15、体燃料灼烧石灰石 + 灼烧黏土 + 灼烧铁粉 = 灼烧生料 = 熟料,3.2、水泥配料计算（2）,煤灰掺入：不考虑生产损失灼烧生料+掺入熟料的煤灰=熟料GA：熟料中煤灰掺入量；q：单位熟料热耗，kJ/kg；Q：煤的应用基低热值，kJ/kg煤；A：煤的应用基灰分含率，%；S：煤灰沉降率，%；P：煤耗，kg/kg。 计算方法：尝试误差法（假定原料的配合比）递减试凑法（从熟料的化学组成出发）,3.3、陶瓷配料计算（1）,陶瓷坯料配料计算 矿物组成法：根据原料的组成和示性分析，确定达到坯料预想矿物组成的原料的配入量。 化学组成法：分析某种氧化物由哪种原料提供，根据氧化物在该原料中的含率计算用量。 三元
16、系统法：换算为R2O-Al2O3-SiO2三元系统，用代数方法或图解方法计算。 实验公式法 陶瓷釉料配料计算,3.3、陶瓷配料计算（2）,配料算例1：要求坯料的矿物组成为：黏土矿物60%，长石15%，石英25%。原料黏土的示性分析为：黏土矿物80%，长石12%，石英8%。除此黏土外，长石与石英的差额由纯原料补足。黏土用量 = 60% / 80% = 75% 黏土引入的长石 = 75% 12% = 9%黏土引入的石英 = 75% 8% = 6% 应补长石 = 15% - 9% = 6%应补石英 = 25% - 6% = 19% 配料方案：黏土75%，长石6%，石英19%。,3.3、陶瓷配料计算（
17、3）,配料算例2：已知瓷坯及其所选原料的化学组成如下表所示，试计算其配方。K2O由钾长石提供，随钾长石引入其它化学组成。 Al2O3余量由黏土提供，其余计算过程类推。 高岭土的灼减量不影响计算结果。,3.3、陶瓷配料计算（4）,Pb0.91La0.09(Zr0.65Ti0.35)O3配方计算,3.3、陶瓷配料计算（5）,3.4、称量原理（1）,称量的重要性：实施配料计算结果连续称量、批量称量 误差理论 误差的分类：系统误差、偶然误差、过失误差 误差的表示方法算术平均误差标准误差 （有限计量次数）,3.4、称量原理（2）,精密度与准确度,3.4、称量原理（3）,残量卸料：卸空物料 增量法称量：料
18、量小、含水少、流动性好 减量法称量：料量大、含水多、易吸潮、黏附性,3.4、称量原理（4）,并列称量和累计称量 并列称量（排库）：称量精确、效率高、便于自动化、料斗载料少便于卸料 累计称量（塔库）：称量误差大、累计误差不易消除、自动化困难；流程线短，减少了飞料与漏料,粉料均质化的随机过程： 粉料均质化的随机性,4、粉料的均质化 4.1、粉料均质化过程原理（1）,4.1、粉料均质化过程原理（2）,粉料均质化的过程机理对流混合（移动混合）聚团的颗粒从一个位置迁移到另一个位置。偏宏观机理，效率高，最不易分料。剪切混合剪切力作用，粉料内部颗粒间作相对移动。偏微观机理，效率较高，不易分料。扩散混合（类似
19、于流体中的扩散运动）分离的颗粒散布在不断展现的新生料面上。偏微观机理，不能在系统中各处同时进行，较易分料。,4.1、粉料均质化过程原理（3）,分料 反均质化：均质化反均质化料粒由于某些特殊性能优先占据系统中的若干部位。分料会阻碍随机均质化的进程。 分料作用机理附着分料：颗粒尺寸、静电感应填充分料：料层移动的场合下，粗粒的填充状态具有筛分的作用。滚落（堆积）分料：粒度、密度、摩擦系数振动分料：粒度、密度、剪切力搅动分料：粒度、密度,4.1、粉料均质化过程原理（4）,4.1、粉料均质化过程原理（5）,分料的防止措施分料倾向较大的物料选择对流混合（最不易分料）为主的均质化过程。粒度调控防止分料。加水
20、阻止分料。（玻璃配合料干混后加水4%，再加纯碱作湿混，可减分料）在输送、进料、卸料中，缩短落料差，以减少分料。,4.2、粉料均质化的程度（1）,粉料均质化程度的表示 标准离（误）差没有考虑试样大小、组成量差的影响 均化效果：进料、出料标准离差之比均化效率 k：均化常数st：均化时间t时某组分的标准离差 混合指数 sR：随机最佳均质态的标准离差均匀度 Cv：变异系数（相对离差）：算术平均含量百分率,4.2、粉料均质化的程度（2）,均匀度的检测方法 试样的大小：s Nm，N：试样颗粒数，m：0-1/2之间均匀性指数单位：具有与配料计算中组成含量相同的最小试样。临界数量：制品对配合料均匀度的满意程度
21、。 试样只数在均匀性指数单位等于或小于临界数量的试样大小下，可测得真正的标准离差值。 全组成均匀度筛析法：粒度全组成；白度法：化学全组成,4.3、均化（1）,矿山均化工作 矿山开采层位、开采地段的不同 充分利用矿山资源 原料供应无固定的矿山点,4.3、均化（2）,原（燃）料贮存的预均化 堆场的预均化原理,4.3、均化（3）,堆料堆料方式,4.3、均化（4）,堆料机,4.3、均化（5）,取料取料方式：端面式（人字形、波浪形、水平层状、横向倾斜层状）、侧面式（横向、纵向和交替倾斜式）、底部式（纵向倾斜层状、圆锥形料堆）取料机：刮板式：均化较好，功耗较大，磨损较严重 耙式：磨损轻，功耗低，均化效果不
22、高圆盘式：均化效果好，功耗小，料流稳转筒式：取料大（2000 t/h），均化好，昂贵斗轮式：端面取料，无均化作用，功耗低于刮板式,4.3、均化（6）,4.3、均化（7）,堆场形式矩形堆场按直线布置两个料堆，料堆长宽比3-4，堆料与取料交替进行。圆形堆场采用悬臂式胶带堆料机堆料，采用桥式刮板取料机或桥式圆盘取料机取料。,4.3、均化（8）,4.3、均化（9）,4.3、均化（10）,堆场预均化的工艺原则对物料组成出现周期性剧烈波动的对策：往返布料的时间小于组成波动周期、变速堆料减少分料的对策：落料高度3时300-400层,4.3、均化（11）,水泥配合生料的均化 配合生料浆的均化湿法生产水泥：料浆
23、库搅拌均化。压缩空气：压力30 kPa，流量0.025 m3/minm3料浆。,4.3、均化（12）,配合生料的均化间歇均化空气压力200-250 kPa，用量10-20 m3/t生料。连续均化混合室式均化库多流式均化库：大库库底分为10-16个充气区，每区设2-3条装有充气箱的卸料槽，槽面形成4-5个卸料孔。重力混合、径向混合、气力均化,4.4、混合（1）,混合度混合物的均匀程度，表示分散程度的指标。,4.4、混合（2）,混合机理 对流混合（移动混合） 扩散混合 剪切混合 影响混合的因素 固体粒子的性质：粒子形状、粒度及分布；表面性质、静电荷；流动性 混合机性质：机身尺寸与形状、搅拌部件、进
24、料与卸料装置性能 运转条件：进料方式、旋转速率,4.4、混合（3）,机械混合 重力式（旋转容器型）：分料型混合机物料在绕水平（或倾斜）轴转动的容器内进行混合，混合作用力主要是重力。混合机理：扩散混合为主，剪切混合次之，对流混合又次之。 强制式（固定容器型）：非分料型混合机混合强度较重力式大，移动混合为主，剪切混合次之，扩散混合又次之。增加机身直径、减薄料层可强化移动混合，减少落差分料。,4.4、混合（4）,4.4、混合（5）,气力混合：特点：混合程度高；工作容量大；功耗较低，维修方便。 重力式：工作容量100-150 m3，固气比7-12。 流化式：功耗较大。 脉冲旋流式：混合时间小于60 s
25、，适用物料粒度300目至3 mm，混合作业分三个阶段：加料：重力加料，收尘阀收尘。混合：脉冲压缩空气，湍流搅动。卸料：收尘阀关闭，重力卸料，气力输出。,4.4、混合（6）,4.4、混合（7）,4.4、混合（8）,连续混合 优点生产工艺连续化、自动化，混合度高。省却频繁的装料与卸料，减少物料损失。减少输送、贮存等中间环节，避免分料。占地面积小。 缺点对生产工艺上的变化适应性差。参与混合的组分不宜过多，微量物料计量困难。维护困难，价格较高。,4.4、混合（9）,开发连续混合的技术难题给料器连续称量、匀速给料。连续测量出料均匀度并反馈信息以调控给料器。确定最佳均匀度下的合理工作容量。 影响混合程度的
26、因素主轴转速给料流量、滞留时间容量、混合空间尺寸,4.4、混合（10）,4.5、混炼和陈化（1）,混炼（练泥）：使两种以上物料的组成、粒度均化，并促进致密化和塑化的过程。 混炼、陈化的原因水分、料粒大小的分布不均匀。含有大量空气（影响可塑性，引起弹性变形，引起干燥、烧成的开裂）。 混炼的质量要求组分分布均匀：化学组成、粒度、含水率、外加剂坯料的结合性良好空气充分排除再粉碎程度小,4.5、混炼和陈化（2）,影响混炼的因素物料性质、水和表面活性剂、混炼机结构、操作制度 混炼过程机理泥段结构定向排列，滑动面上聚集黏土颗粒和可溶性盐。小直径泥段最大收缩方向近于径向，大直径泥段定向平面呈S形。,4.5、混炼和陈化（3）,陈化（陈腐）：将混炼后的坯料在一定的温度和湿度的环境中贮放一定时间。 陈化的作用使泥料中的水分分布均匀（毛细管作用）。提高可塑性（水化反应、部分离子交换）。使坯料均化（细菌的作用使有机物变质生成有机酸），增加腐殖酸物质含量、改善成型性能。使泥料松散面均匀：氧化、还原反应产生气体使粘度降低，改善泥浆流动性能（注浆料，黏土与电解质溶液间离子交换）。采用泥浆加热和多次真空混炼也有陈化效果。,
