白水泥與普通水泥生產的主要區別

劉宏偉 李蕾蕾

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

白水泥與普通水泥生產的主要區別

劉宏偉 李蕾蕾

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

主要從生產工藝和質量控制兩個方面來介紹白水泥生產線與普通水泥生成線的主要區別。

白水泥；生產工藝；質量控制

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制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥，簡稱“普通水泥”代號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》規定的混合材料，磨細制成水硬性膠凝材料稱為白色硅酸鹽水泥，這里簡稱“白水泥”，代號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件。白水泥是生產規模最大的裝飾水泥品種，是裝飾水泥中的核心品種。

2 白水泥的質量控制

2.1 白水泥生產對原材料的要求

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，最大的區別在于白水泥熟料中鐵相礦物極少，對于原材料中的Fe2O3含量要嚴格控制，在白水泥生產一般只用石灰質原料(提供CaO)和硅質原料(提供SiO2、Al2O3)進行配料，為了降低燒成溫度，還會使用一些礦化劑。

石灰石質原料主要為白水泥熟料提供CaO，是白水泥生產的主要原料。白水泥生產中石灰石質原料要嚴格控制Fe2O3和MgO，Fe2O3會影響白水泥熟料的白度，MgO會影響白水泥制品的安定性。白水泥生產常用的石灰質原料通常是高純度的石灰石或白堊。石灰石質原料控制指標如下:CaO≥54%，Fe2O3≤0.1%，MgO≤1.0%。

硅質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。白水泥生產中常用白泥(高嶺土礦)、葉臘石、風化長石、硅石和石英砂等，硅質原料控制指標如下:SiO2＞70%，Fe2O3≤0.5%，Al2O315%～20%。

白水泥熟料中的Fe2O3極低，SM高，熔劑礦物少，煅燒時高溫液相量少，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，很多白水泥企業采用摻加礦化劑的方式來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%，有企業使用含氟、硫的工業廢渣作為礦化劑，也能起到同樣的作用。礦化劑通過降低碳酸鹽分解溫度，加速固相反應，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摻量在一定范圍內可以增加白水泥熟料的白度，這與F-對配位場的作用有關，氟的極性比氧弱，配位力場較弱，導致光的吸收區向長波方向移動，還有一個可能的原因是礦化劑具有較大的電負性差值，可以促進晶體的微晶結構形成，達到增白的效果。但在使用預分解窯技術生產白水泥過程中，白水泥預分解窯一般規模較小，設備尺寸相對較小，礦化劑的可能會加劇預分解窯中的有害物質的循環,比普通水泥預分解窯更容易產生結皮、堵塞事故。

堿在普通水泥生產中一般被視為有害物質，會導致預分解窯系統的結皮、堵塞問題和降低水泥熟料質量，但在白水泥生產中，一定量的堿可以提高白水泥熟料的質量。一方面.堿可以降低白水泥生料體系的最低共熔點，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，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，熟料強度也有所提高。但使用預分解窯生產白水泥時，要考慮預分解系統的有害物質循環問題，不能簡單的套用普通水泥和以往白水泥干法中空窯的經驗，堿的控制需要在生產實踐中探索。

2.2 白水泥生產對燃料的要求

燃料質量控制是白水泥生產質量控制中的一個關鍵環節，白水泥生產用燃料主要有兩個特點:

1）由于白水泥生料配料的高飽和比、高硅率、高鋁率特點，導致白水泥生料難燒，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的另一個重要來源，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。

從上述兩個要求來考慮，白水泥生產最為合適的燃料應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的白水泥企業都以油、氣資源為主，但考慮到國內的能源結構特點，油氣資源少，煤是國內最主要的能源，而且油氣資源的價格遠高于煤，采用油、氣燃料成本高，大部分白水泥企業難以承受，故國內的白水泥生產用燃料還是以煤為主。

國內對白水泥生產燒煤技術進行了大量研發，取得了一定成功,在保證生產原料質量的前提下，對白水泥燒煤技術提出了明確的要求。用煤作燃料，煤的灰分和灰分中的Fe2O3是兩個影響因素，一般用如下經驗公式來控制: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，窯系統的燒成負擔，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。

上述兩點結論和普通水泥基本一致，如果使用預分解窯技術生產白水泥，KH值的控制與普通水泥差異不大；白水泥預分解窯SM值的控制方面有普通水泥有較大的差異，根據國外的經驗，白水泥預分解窯的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度的考慮，高強度的白水泥熟料有利于后期的白水泥生產。

3 白水泥的特殊生產工藝

3.1 石灰石破碎及篩分水洗

白水泥生產對原料純度要求較高，如果石灰石料中含雜質較多，將影響白水泥的品質，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。洗礦水經沉淀池將雜土分離后循環使用。

3.2 生料制備

生料制備一般采用硅質原料和其他原料分開粉磨方案。白水泥生產用硅質原料采用濕法磨單獨粉磨，石灰石等其他原料采用立磨粉磨。濕法磨內采用橡膠襯板或高強陶瓷襯板，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，以減少在研磨過程中金屬鐵的混入，從而影響熟料的色澤和亮度。硅質料漿在立磨內與其他原料混合、烘干，出立磨生料應保證成分和水分合格。雖然工藝過程中干濕結合十分復雜，但可以保證水泥生料中不含有大顆粒硅質原料，這對提高白水泥熟料質量和白度十分有利，且減少了硅質粉塵對環境的污染。

3.3 熟料漂白

常見白水泥漂白技術主要有以下幾種:

1）水中急冷漂白工藝，采用水作為急冷漂白介質，高溫熟料出窯后通過淋水或直接投入水中冷卻。在實際生產中，出窯熟料的溫度必須控制在1 200℃以上,才能保證增白效果。水冷漂白工藝簡單,投資低，增白效果穩定，國內現有的白水泥企業大都是使用水冷漂白工藝。

2）中性介質或還原介質漂白工藝，中性介質主要是N2，還原性介質有焦爐煤氣、天然氣、丙烷、工業原油等，該工藝漂白效果好，但是設備復雜，工藝控制難度大，對工藝設備要求高，實際生產中較少應用。

3）綜合漂白工藝，又稱二階段漂白工藝，結合了水冷漂白工藝和中性介質或還原介質漂白法的優點，漂白效果優于前面兩種工藝單獨使用。綜合漂白工藝一般分為兩階段，第一階段是出窯熟料進入漂白機中使用還原性介質進行冷卻至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雜，但漂白效果好，在國外應用較為普遍，也是國內白水泥漂白技術的一個發展方向。

4）白水泥漂白技術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入漂白機中噴水急冷至550～600℃出漂白機入蓖冷機二度冷卻至100℃以下排出。這樣使蓖冷機排出廢氣中的余熱得到回收，出蓖冷機180～200℃左右廢氣用于回轉窯窯頭二次風和分解爐三次風。

3.4 燒成系統

白水泥熟料的漂白工藝直接導致白水泥預分解窯的二次風、三次風取風困難，一般采用如下方式解決白水泥預分解窯的二次風、三次風問題:

1）窯尾設置熱交換器取風，在窯尾增加一個熱交換器,通過熱交換器利用窯尾廢氣余熱預熱空氣，預熱空氣作為二次風、三次風風源。二、三次風的風溫在150～200℃之間，Cl出口溫度在380～420℃之間。此種方式適用于油、氣作為燒成系統燃料，且原料粉磨系統需要烘干熱風量不多的情況。

2）窯頭篦冷機取風，在漂白工藝的分析可知漂白機內的氣體不能用作二次風、三次風，但可以采取不完全漂白冷卻的方式，即漂白工藝只承擔漂白和部分冷卻功能，在漂白機之外增加一臺篦冷機完成熟料的冷卻過程,將篦冷機廢氣用作二次風、三次風風源。天津院在設計阿爾博白水泥生產線時采用了此種設計理念，出窯熟料先經一臺高溫輥式破碎機，然后進入漂白機漂白，熟料出漂白機溫度控制在550～600℃,出漂白機后由篦冷機冷卻至100℃以下排出，出篦冷機180～200℃廢氣用于回轉窯窯頭二次風和分解爐三次風。另外出漂白機350～400℃水蒸氣，為充分利用這部分余熱，在窯頭還專門設置了1臺熱交換器,當水蒸氣通過熱交換器后，可以將冷空氣預熱到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需要烘干熱風量較多的情況，窯尾風直接作為原料粉烘干熱源。

3）根據原料及燃料的不同，燒成系統二次風和三次風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分解爐的三次風，窯頭的熱交換器的熱風則可以用作煤磨的烘干用風，窯頭篦冷機的熱風用于窯頭的二次風。

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，一般水泥磨內的隔倉板、襯板和研磨體全部采用高鉻合金材料。白水泥的細度在比表面積為3 000～4 000 cm2/g范圍內隨著細度的增加，白水泥的反射率明顯增加，亮度提高，但當比表面積超過4 000 cm2/g時，反射率將飽和，亮度不再提高。

4 結語

要想生產高質量的白水泥熟料，必須嚴格控制原料和燃料中著色劑的含量，同時也需要對原料粉磨、熟料煅燒、熟料漂白、水泥粉磨等關鍵生產工藝進行控制，這樣才能生產出強度合格、白度高的高品質白水泥。而普通硅酸鹽水泥熟料生產工藝和質量控制要比白水泥簡單一些。

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

[2]文軍,閆全貴,等.阿爾博安慶白水泥生產線設計與回顧[J].中國水泥,2011,(10).