白水泥與普通水泥生產(chǎn)的主要區(qū)別

劉宏偉 李蕾蕾

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

白水泥與普通水泥生產(chǎn)的主要區(qū)別

劉宏偉 李蕾蕾

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

主要從生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制兩個(gè)方面來(lái)介紹白水泥生產(chǎn)線與普通水泥生成線的主要區(qū)別。

白水泥；生產(chǎn)工藝；質(zhì)量控制

1 白水泥和普通水泥的概念

由硅酸鹽水泥熟料、5%～20%的混合材料及適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱“普通水泥”代號(hào)P·O。

由氧化鐵含量少的硅酸鹽水泥熟料、適量石膏及符合GB/T 2015-2005《白色硅酸鹽水泥》規(guī)定的混合材料，磨細(xì)制成水硬性膠凝材料稱為白色硅酸鹽水泥，這里簡(jiǎn)稱“白水泥”，代號(hào)P·W。

白水泥的典型特征是擁有較高的白度，色澤明亮，一般用作各種建筑裝飾材料，如粉刷、雕塑、地面、水磨石制品等，白水泥還可用于制作白色和彩色混凝土構(gòu)件。白水泥是生產(chǎn)規(guī)模最大的裝飾水泥品種，是裝飾水泥中的核心品種。

2 白水泥的質(zhì)量控制

2.1 白水泥生產(chǎn)對(duì)原材料的要求

白水泥熟料的礦物組成與普通水泥熟料基本相同，都是以硅酸三鈣和硅酸二鈣為主，最大的區(qū)別在于白水泥熟料中鐵相礦物極少，對(duì)于原材料中的Fe2O3含量要嚴(yán)格控制，在白水泥生產(chǎn)一般只用石灰質(zhì)原料(提供CaO)和硅質(zhì)原料(提供SiO2、Al2O3)進(jìn)行配料，為了降低燒成溫度，還會(huì)使用一些礦化劑。

石灰石質(zhì)原料主要為白水泥熟料提供CaO，是白水泥生產(chǎn)的主要原料。白水泥生產(chǎn)中石灰石質(zhì)原料要嚴(yán)格控制Fe2O3和MgO，F(xiàn)e2O3會(huì)影響白水泥熟料的白度，MgO會(huì)影響白水泥制品的安定性。白水泥生產(chǎn)常用的石灰質(zhì)原料通常是高純度的石灰石或白堊。石灰石質(zhì)原料控制指標(biāo)如下:CaO≥54%，F(xiàn)e2O3≤0.1%，MgO≤1.0%。

硅質(zhì)原料主要為白水泥熟料提供SiO2和Al2O3，作為原料配料和校正之用。白水泥生產(chǎn)中常用白泥(高嶺土礦)、葉臘石、風(fēng)化長(zhǎng)石、硅石和石英砂等，硅質(zhì)原料控制指標(biāo)如下:SiO2＞70%，F(xiàn)e2O3≤0.5%，Al2O315%～20%。

白水泥熟料中的Fe2O3極低，SM高，熔劑礦物少，煅燒時(shí)高溫液相量少，熟料中的C3S形成困難，比普通水泥要求更高的燒成溫度，一般為1 500～1 600℃。為降低燒成溫度，很多白水泥企業(yè)采用摻加礦化劑的方式來(lái)降低白水泥的燒成溫度，最為常見的是用螢石作為礦化劑(CaF2＞70%)，生料中的摻量＜6%，有企業(yè)使用含氟、硫的工業(yè)廢渣作為礦化劑，也能起到同樣的作用。礦化劑通過(guò)降低碳酸鹽分解溫度，加速固相反應(yīng)，降低液相黏度及生成溫度，從而降低白水泥熟料的燒成溫度；在白水泥生產(chǎn)中,礦化劑除了礦化效果之外，還有一定的增白效果，有研究表明CaF2摻量在一定范圍內(nèi)可以增加白水泥熟料的白度，這與F-對(duì)配位場(chǎng)的作用有關(guān)，氟的極性比氧弱，配位力場(chǎng)較弱，導(dǎo)致光的吸收區(qū)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，還有一個(gè)可能的原因是礦化劑具有較大的電負(fù)性差值，可以促進(jìn)晶體的微晶結(jié)構(gòu)形成，達(dá)到增白的效果。但在使用預(yù)分解窯技術(shù)生產(chǎn)白水泥過(guò)程中，白水泥預(yù)分解窯一般規(guī)模較小，設(shè)備尺寸相對(duì)較小，礦化劑的可能會(huì)加劇預(yù)分解窯中的有害物質(zhì)的循環(huán),比普通水泥預(yù)分解窯更容易產(chǎn)生結(jié)皮、堵塞事故。

堿在普通水泥生產(chǎn)中一般被視為有害物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致預(yù)分解窯系統(tǒng)的結(jié)皮、堵塞問(wèn)題和降低水泥熟料質(zhì)量，但在白水泥生產(chǎn)中，一定量的堿可以提高白水泥熟料的質(zhì)量。一方面.堿可以降低白水泥生料體系的最低共熔點(diǎn)，增加液相量，改善白水泥生料的易燒性；另一方面,K+、Na+可以改變部分著色離子的狀態(tài)，從而提高白水泥熟料的白度。廣西橫縣特種水泥廠將生料中的堿控制在0.65%～0.7%,熟料白度提高了0.5～0.7度，熟料強(qiáng)度也有所提高。但使用預(yù)分解窯生產(chǎn)白水泥時(shí)，要考慮預(yù)分解系統(tǒng)的有害物質(zhì)循環(huán)問(wèn)題，不能簡(jiǎn)單的套用普通水泥和以往白水泥干法中空窯的經(jīng)驗(yàn)，堿的控制需要在生產(chǎn)實(shí)踐中探索。

2.2 白水泥生產(chǎn)對(duì)燃料的要求

燃料質(zhì)量控制是白水泥生產(chǎn)質(zhì)量控制中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，白水泥生產(chǎn)用燃料主要有兩個(gè)特點(diǎn):

1）由于白水泥生料配料的高飽和比、高硅率、高鋁率特點(diǎn)，導(dǎo)致白水泥生料難燒，因而要求燃料熱值高，燃燒速度快且能完全燃燒，保證足夠的燒成溫度。

2）從提高白度的角度考慮，除了原材料中帶入的Fe2O3之外，燃料中的Fe2O3也是熟料中Fe2O3的另一個(gè)重要來(lái)源，要求燃料帶入的Fe2O3的總量盡可能的少，即燃料的灰分量及其中的Fe2O3都低。

從上述兩個(gè)要求來(lái)考慮，白水泥生產(chǎn)最為合適的燃料應(yīng)該是沒有灰分的燃料,即油氣類資源，如重油和天然氣資源，在埃及和阿拉伯地區(qū)的白水泥企業(yè)都以油、氣資源為主，但考慮到國(guó)內(nèi)的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，油氣資源少，煤是國(guó)內(nèi)最主要的能源，而且油氣資源的價(jià)格遠(yuǎn)高于煤，采用油、氣燃料成本高，大部分白水泥企業(yè)難以承受，故國(guó)內(nèi)的白水泥生產(chǎn)用燃料還是以煤為主。

國(guó)內(nèi)對(duì)白水泥生產(chǎn)燒煤技術(shù)進(jìn)行了大量研發(fā)，取得了一定成功,在保證生產(chǎn)原料質(zhì)量的前提下，對(duì)白水泥燒煤技術(shù)提出了明確的要求。用煤作燃料，煤的灰分和灰分中的Fe2O3是兩個(gè)影響因素，一般用如下經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)控制:M=灰分×灰分中的Fe2O3× 100≤0.8。

2.3 白水泥率值控制

1）隨著KH值的提高會(huì)增加白水泥熟料中C3S的含量，白水泥生料的分解熱耗增加，窯系統(tǒng)的燒成負(fù)擔(dān)，白水泥熟料中的f-CaO必然提高，白水泥生料的易燒性變差。

2）隨著SM值的增加白水泥熟料中的硅酸鹽礦物(C3S、C2S)增多，熔劑礦物(C3A、C4AF)變少，白水泥煅燒時(shí)的液相量下降，煅燒難度增加，白水泥生料的易燒性變差。

上述兩點(diǎn)結(jié)論和普通水泥基本一致，如果使用預(yù)分解窯技術(shù)生產(chǎn)白水泥，KH值的控制與普通水泥差異不大；白水泥預(yù)分解窯SM值的控制方面有普通水泥有較大的差異，根據(jù)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，白水泥預(yù)分解窯的SM值控制在5左右甚至更高，一方面出于白度的考慮，另一方面是出于白水泥熟料強(qiáng)度的考慮，高強(qiáng)度的白水泥熟料有利于后期的白水泥生產(chǎn)。

3 白水泥的特殊生產(chǎn)工藝

3.1 石灰石破碎及篩分水洗

白水泥生產(chǎn)對(duì)原料純度要求較高，如果石灰石料中含雜質(zhì)較多，將影響白水泥的品質(zhì)，所以一般在石灰石破碎后加篩分及水洗工藝，這樣可以確保不含雜土純凈石灰石入廠。洗礦水經(jīng)沉淀池將雜土分離后循環(huán)使用。

3.2 生料制備

生料制備一般采用硅質(zhì)原料和其他原料分開粉磨方案。白水泥生產(chǎn)用硅質(zhì)原料采用濕法磨單獨(dú)粉磨，石灰石等其他原料采用立磨粉磨。濕法磨內(nèi)采用橡膠襯板或高強(qiáng)陶瓷襯板，研磨體一般選用剛玉、瓷球和卵石等，原料立磨中磨輥和磨盤采用合金材料，以減少在研磨過(guò)程中金屬鐵的混入，從而影響熟料的色澤和亮度。硅質(zhì)料漿在立磨內(nèi)與其他原料混合、烘干，出立磨生料應(yīng)保證成分和水分合格。雖然工藝過(guò)程中干濕結(jié)合十分復(fù)雜，但可以保證水泥生料中不含有大顆粒硅質(zhì)原料，這對(duì)提高白水泥熟料質(zhì)量和白度十分有利，且減少了硅質(zhì)粉塵對(duì)環(huán)境的污染。

3.3 熟料漂白

常見白水泥漂白技術(shù)主要有以下幾種:

1）水中急冷漂白工藝，采用水作為急冷漂白介質(zhì)，高溫熟料出窯后通過(guò)淋水或直接投入水中冷卻。在實(shí)際生產(chǎn)中，出窯熟料的溫度必須控制在1 200℃以上,才能保證增白效果。水冷漂白工藝簡(jiǎn)單,投資低，增白效果穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的白水泥企業(yè)大都是使用水冷漂白工藝。

2）中性介質(zhì)或還原介質(zhì)漂白工藝，中性介質(zhì)主要是N2，還原性介質(zhì)有焦?fàn)t煤氣、天然氣、丙烷、工業(yè)原油等，該工藝漂白效果好，但是設(shè)備復(fù)雜，工藝控制難度大，對(duì)工藝設(shè)備要求高，實(shí)際生產(chǎn)中較少應(yīng)用。

3）綜合漂白工藝，又稱二階段漂白工藝，結(jié)合了水冷漂白工藝和中性介質(zhì)或還原介質(zhì)漂白法的優(yōu)點(diǎn)，漂白效果優(yōu)于前面兩種工藝單獨(dú)使用。綜合漂白工藝一般分為兩階段，第一階段是出窯熟料進(jìn)入漂白機(jī)中使用還原性介質(zhì)進(jìn)行冷卻至800℃左右,第二階段是800℃左右的熟料直接用水急冷。綜合漂白工藝雖然較為復(fù)雜，但漂白效果好，在國(guó)外應(yīng)用較為普遍，也是國(guó)內(nèi)白水泥漂白技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。

4）白水泥漂白技術(shù)也是綜合漂白工藝的一種，分為兩階段，第一階段是出窯熟料進(jìn)入漂白機(jī)中噴水急冷至550～600℃出漂白機(jī)入蓖冷機(jī)二度冷卻至100℃以下排出。這樣使蓖冷機(jī)排出廢氣中的余熱得到回收，出蓖冷機(jī)180～200℃左右廢氣用于回轉(zhuǎn)窯窯頭二次風(fēng)和分解爐三次風(fēng)。

3.4 燒成系統(tǒng)

白水泥熟料的漂白工藝直接導(dǎo)致白水泥預(yù)分解窯的二次風(fēng)、三次風(fēng)取風(fēng)困難，一般采用如下方式解決白水泥預(yù)分解窯的二次風(fēng)、三次風(fēng)問(wèn)題:

1）窯尾設(shè)置熱交換器取風(fēng)，在窯尾增加一個(gè)熱交換器,通過(guò)熱交換器利用窯尾廢氣余熱預(yù)熱空氣，預(yù)熱空氣作為二次風(fēng)、三次風(fēng)風(fēng)源。二、三次風(fēng)的風(fēng)溫在150～200℃之間，Cl出口溫度在380～420℃之間。此種方式適用于油、氣作為燒成系統(tǒng)燃料，且原料粉磨系統(tǒng)需要烘干熱風(fēng)量不多的情況。

2）窯頭篦冷機(jī)取風(fēng)，在漂白工藝的分析可知漂白機(jī)內(nèi)的氣體不能用作二次風(fēng)、三次風(fēng)，但可以采取不完全漂白冷卻的方式，即漂白工藝只承擔(dān)漂白和部分冷卻功能，在漂白機(jī)之外增加一臺(tái)篦冷機(jī)完成熟料的冷卻過(guò)程,將篦冷機(jī)廢氣用作二次風(fēng)、三次風(fēng)風(fēng)源。天津院在設(shè)計(jì)阿爾博白水泥生產(chǎn)線時(shí)采用了此種設(shè)計(jì)理念，出窯熟料先經(jīng)一臺(tái)高溫輥式破碎機(jī)，然后進(jìn)入漂白機(jī)漂白，熟料出漂白機(jī)溫度控制在550～600℃,出漂白機(jī)后由篦冷機(jī)冷卻至100℃以下排出，出篦冷機(jī)180～200℃廢氣用于回轉(zhuǎn)窯窯頭二次風(fēng)和分解爐三次風(fēng)。另外出漂白機(jī)350～400℃水蒸氣，為充分利用這部分余熱，在窯頭還專門設(shè)置了1臺(tái)熱交換器,當(dāng)水蒸氣通過(guò)熱交換器后，可以將冷空氣預(yù)熱到200℃左右，作為石油焦磨或煤磨烘干熱源。

此種方式適用于原料粉磨系統(tǒng)需要烘干熱風(fēng)量較多的情況，窯尾風(fēng)直接作為原料粉烘干熱源。

3）根據(jù)原料及燃料的不同，燒成系統(tǒng)二次風(fēng)和三次風(fēng)也可以采用以上兩種的混合模式，窯尾的熱交換器主要供應(yīng)分解爐的三次風(fēng)，窯頭的熱交換器的熱風(fēng)則可以用作煤磨的烘干用風(fēng)，窯頭篦冷機(jī)的熱風(fēng)用于窯頭的二次風(fēng)。

3.5 水泥粉磨

水泥粉磨一般采用球磨粉磨方案,為減少Fe的混入，一般水泥磨內(nèi)的隔倉(cāng)板、襯板和研磨體全部采用高鉻合金材料。白水泥的細(xì)度在比表面積為3 000～4 000 cm2/g范圍內(nèi)隨著細(xì)度的增加，白水泥的反射率明顯增加，亮度提高，但當(dāng)比表面積超過(guò)4 000 cm2/g時(shí)，反射率將飽和，亮度不再提高。

4 結(jié)語(yǔ)

要想生產(chǎn)高質(zhì)量的白水泥熟料，必須嚴(yán)格控制原料和燃料中著色劑的含量，同時(shí)也需要對(duì)原料粉磨、熟料煅燒、熟料漂白、水泥粉磨等關(guān)鍵生產(chǎn)工藝進(jìn)行控制，這樣才能生產(chǎn)出強(qiáng)度合格、白度高的高品質(zhì)白水泥。而普通硅酸鹽水泥熟料生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制要比白水泥簡(jiǎn)單一些。

[1]陳哲.白水泥生料生成特性及其在預(yù)分解窯中的應(yīng)用研究[D].武漢理工大學(xué),2012.

[2]文軍,閆全貴,等.阿爾博安慶白水泥生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與回顧[J].中國(guó)水泥,2011,(10).