基本介紹
- 中文名：高銅水泥
- 外文名：cement
- 拼音：gāo tóng shuǐ ní
- 相關概念：水泥
- 領域：工程建設
- 成分：銅粉 水泥
分類,生產工藝,生料粉磨,熟料煅燒,水泥粉磨,化學反應,水泥歷史,
分類
水泥按用途及性能分為：
（1）通用水泥: 一般土木建築工程通常採用的水泥。通用水泥主要是指：GB175—2007規定的六大類水泥，即矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥、火山灰質矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥和複合矽酸鹽水泥。
（2）專用水泥：專門用途的水泥。如：G級油井水泥，道路矽酸鹽水泥。
水泥按其主要水硬性物質名稱分為：
（1）矽酸鹽水泥，即國外通稱的波特蘭水泥；
水泥原態
（2）鋁酸鹽水泥；
（3）硫鋁酸鹽水泥；
（4）鐵鋁酸鹽水泥；
（5）氟鋁酸鹽水泥；
（6）磷酸鹽水泥
（7） 以火山灰或潛在水硬性材料及其他活性材料為主要組分的水泥。
水泥按主要技術特性分為：
（1） 快硬性（水硬性）：分為快硬和特快硬兩類；
（2）水化熱：分為中熱和低熱兩類；
（3） 抗硫酸鹽性：分中抗硫酸鹽腐蝕和高抗硫酸鹽腐蝕兩類；
（4） 膨脹性：分為膨脹和自應力兩類；
（5） 耐高溫性：鋁酸鹽水泥的耐高溫性以水泥中氧化鋁含量分級。
水泥命名的原則：
水泥的命名按不同類別分別以水泥的主要水硬性礦物、混合材料、用途和主要特性進行，並力求簡明準確，名稱過長時，允許有簡稱。
通用水泥以水泥的主要水硬性礦物名稱冠以混合材料名稱或其他適當名稱命名。
專用水泥以其專門用途命名，並可冠以不同型號。
特性水泥以水泥的主要水硬性礦物名稱冠以水泥的主要特性命名，並可冠以不同型號或混合材料名稱。
以火山灰性或潛在水硬性材料以及其他活性材料為主要組分的水泥是以主要組成成分的名稱冠以活性材料的名稱進行命名，也可再冠以特性名稱，如石膏礦渣水泥、石灰火山灰水泥等。
水泥類型的定義
（1） 水泥：加水拌和成塑性漿體，能膠結砂、石等材料既能在空氣中硬化又能在水中硬化的粉末狀水硬性膠凝材料。
（3） 普通矽酸鹽水泥：由矽酸鹽水泥熟料、6%~20%混合材料，適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為普通矽酸鹽水泥（簡稱普通水泥），代號：P.O。
（4） 礦渣矽酸鹽水泥：由矽酸鹽水泥熟料、20%~70%粒化高爐礦渣和適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為 礦渣矽酸鹽水泥，代號：P.S。
（5） 火山灰質矽酸鹽水泥：由矽酸鹽水泥熟料、20%~40%火山灰質混合材料和適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料。稱為火山灰質矽酸鹽水泥，代號：P.P。
（6） 粉煤灰矽酸鹽水泥：由矽酸鹽水泥熟料、20%~40%粉煤灰和適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為粉煤灰矽酸鹽水泥，代號：P.F。
（7） 複合矽酸鹽水泥：由矽酸鹽水泥熟料、20%~50%兩種或兩種以上規定的混合材料和適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為複合矽酸鹽水泥（簡稱複合水泥），代號P.C。
（8）中熱矽酸鹽水泥：以適當成分的矽酸鹽水泥熟料、加入適量石膏磨細製成的具有中等水化熱的水硬性膠凝材料。
（9） 低熱礦渣矽酸鹽水泥：以適當成分的矽酸鹽水泥熟料、加入適量石膏磨細製成的具有低水化熱的水硬性膠凝材料。
（11）抗硫酸鹽矽酸鹽水泥：由矽酸鹽水泥熟料，加入適量石膏磨細製成的抗硫酸鹽腐蝕性能良好的水泥。
（12） 白色矽酸鹽水泥：由氧化鐵含量少的矽酸鹽水泥熟料加入適量石膏，磨細製成的白色水泥。
（13） 道路矽酸鹽水泥：由道路矽酸鹽水泥熟料，0%~10%活性混合材料和適量石膏磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為道路矽酸鹽水泥，（簡稱道路水泥）。
（14） 砌築水泥：由活性混合材料，加入適量矽酸鹽水泥熟料和石膏，磨細製成主要用於砌築砂漿的低標號水泥。
（16） 石膏礦渣水泥：以粒化高爐礦渣為主要組分材料，加入適量石膏、矽酸鹽水泥熟料或石灰磨細製成的水泥。
生產工藝
矽酸鹽類水泥的生產工藝在水泥生產中具有代表性，是以石灰石和粘土為主要原料，經破碎、配料、磨細製成生料，然後餵入水泥窯中煅燒成熟料，再將熟料加適量石膏（有時還摻加混合材料或外加劑）磨細而成。
水泥生產隨生料製備方法不同，可分為乾法（包括半乾法）與濕法（包括半濕法）兩種。
新型乾法水泥生產線指採用窯外分解新工藝生產的水泥。其生產以懸浮預熱器和窯外分解技術為核心，採用新型原料、燃料均化和節能粉磨技術及裝備，全線採用計算機集散控制，實現水泥生產過程自動化和高效、優質、低耗、環保。
新型乾法水泥生產技術是20世紀50年代發展起來，日本德國等已開發國家，以懸浮預熱和預分解為核心的新型乾法水泥熟料生產設備率占95%，中國第一套懸浮預熱和預分解窯1976年投產。該技術優點：傳熱迅速，熱效率高，單位容積較濕法水泥產量大，熱耗低。
②濕法生產。將原料加水粉磨成生料漿後，餵入濕法窯煅燒成熟料的方法。也有將濕法製備的生料漿脫水後，製成生料塊入窯煅燒成熟料的方法，稱為半濕法，仍屬濕法生產之一種。
乾法生產的主要優點是熱耗低（如帶有預熱器的乾法窯熟料熱耗為3140～3768焦/千克），缺點是生料成分不易均勻，車間揚塵大，電耗較高。濕法生產具有操作簡單，生料成分容易控制，產品質量好，料漿輸送方便，車間揚塵少等優點，缺點是熱耗高（熟料熱耗通常為5234～6490焦/千克）。
水泥的生產，一般可分生料製備、熟料煅燒和水泥製成等三個工序，整個生產過程可概括為“兩磨一燒”。
生料粉磨
水泥工藝流程
分乾法和濕法兩種。乾法一般採用閉路作業系統，即原料經磨機磨細後，進入選粉機分選，粗粉回流入磨再行粉磨的操作，並且多數採用物料在磨機內同時烘乾並粉磨的工藝，所用設備有管磨、中卸磨及輥式磨等。濕法通常採用管磨、棒球磨等一次通過磨機不再回流的開路系統，但也有採用帶分級機或弧形篩的閉路系統的。
熟料煅燒
①立窯：
窯筒體立置不轉動的稱為立窯。分普通立窯和機械化立窯。普通立窯是人工加料和人工卸料或機械加料，人工卸料；機械立窯是機械加料和機械卸料。機械立窯是連續操作的，它的產、質量及勞動生產率都比普通立窯高。國外大多數立窯已被迴轉窯所取代，但在當前中國水泥工業中，立窯仍占有重要地位。根據建材技術政策要求，小型水泥廠套用機械化立窯，逐步取代普通立窯。
混凝土
②迴轉窯：
窯筒體臥置（略帶斜度，約為3%），並能作迴轉運動的稱為迴轉窯。分煅燒生料粉的乾法窯和煅燒料漿（含水量通常為35%左右）的濕法窯。
a.乾法窯
乾法窯又可分為中空式窯、餘熱鍋爐窯、懸浮預熱器窯和懸浮分解爐窯。70年代前後，發展了一種可大幅度提高迴轉窯產量的煅燒工藝──窯外分解技術。其特點是採用了預分解窯，它以懸浮預熱器窯為基礎，在預熱器與窯之間增設了分解爐。在分解爐中加入占總燃料用量50～60%的燃料，使燃料燃燒過程與生料的預熱和碳酸鹽分解過程，從窯內傳熱效率較低的地帶移到分解爐中進行，生料在懸浮狀態或沸騰狀態下與熱氣流進行熱交換，從而提高傳熱效率，使生料在入窯前的碳酸鈣分解率達80%以上，達到減輕窯的熱負荷，延長窯襯使用壽命和窯的運轉周期，在保持窯的發熱能力的情況下，大幅度提高產量的目的。
b.濕法窯
用於濕法生產中的水泥窯稱濕法窯，濕法生產是將生料製成含水為32%~40%的料漿。由於製備成具有流動性的泥漿，所以各原料之間混合好，生料成分均勻，使燒成的熟料質量高，這是濕法生產的主要優點。
水泥粉磨
水泥熟料的細磨通常採用圈流粉磨工藝（即閉路作業系統）。為了防止生產中的粉塵飛揚，水泥廠均裝有收塵設備。電收塵器、袋式收塵器和旋風收塵器等是水泥廠常用的收塵設備。
由於在原料預均化、生料粉的均化輸送和收塵等方面採用了新技術和新設備，尤其是窯外分解技術的出現，一種乾法生產新工藝隨之產生。採用這種新工藝使乾法生產的熟料質量不亞於濕法生產，電耗也有所降低，已成為各國水泥工業發展的趨勢。
舉例說明（立窯）
原料和燃料進廠後，由化驗室採樣分析檢驗，同時按質量進行搭配均化，存放於原料堆棚。粘土、煤、硫鐵礦粉由烘乾機烘乾水分至工藝指標值，通過提升機提升到相應原料貯庫中。石灰石、螢石、石膏經過兩級破碎後，由提升機送入各自貯庫。
化驗室根據石灰石、粘土、無煙煤、螢石、硫鐵礦粉的質量情況，計算工藝配方，通過生料微機配料系統進行全黑生料的配料，由生料磨機進行粉磨，每小時採樣化驗一次生料的氧化鈣、三氧 化二鐵和細度的百分含量，及時進行調整，使各項數據符合工藝配方要求。磨出的黑生料經過斗式提升機提入生料庫，化驗室依據出磨生料質量情況，通過多庫搭配和機械倒庫方法進行生料的均化，經提升機提入兩個生料均化庫，生料經兩個均化庫進行搭配，將料提至成球盤料倉，由設在立窯面上的預加水成球控制裝置進行料、水的配比，通過成球盤進行生料的成球。所成之球由立窯布料器將生料球布於窯內不同位置進行煅燒，燒出的熟料經卸料管、鱗板機送至熟料破碎機進行破碎，由化驗室每小時採樣一次進行熟料的化學、物理分析。
根據熟料質量情況由提升機放入相應的熟料庫，同時根據生產經營要求及建材市場情況，化驗室將熟料、石膏、礦渣通過熟料微機配料系統進行水泥配比，由水泥磨機分別進行425號、525號普通矽酸鹽水泥的粉磨，每小時採樣一次進行分析檢驗。磨出的水泥經斗式提升機提入3個水泥庫，化驗室依據出磨水泥質量情況，通過多庫搭配和機械倒庫方法進行水泥的均化。經提升機送入2個水泥均化庫，再經兩個水泥均化庫搭配，由微機控制包裝機進行水泥的包裝，包裝出來的袋裝水泥存放於成品倉庫，再經化驗採樣檢驗合格後簽發水泥出廠通知單。
化學反應
矽酸鹽水泥的主要礦物：矽酸三鈣（3CaO·SiO2，簡式C3S），矽酸二鈣（2CaO·SiO2，簡式C2S），鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3，簡式C3A），鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3，簡式C4AF）。
水泥的凝結和硬化：
1)、3CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝膠）+Ca（OH）2；
2)、2CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝膠）+Ca（OH）2；
3)、3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O（水化鋁酸鈣，不穩定）；
3CaO·Al2O3+3CaSO4·2 H2O+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（鈣礬石，三硫型水化鋁酸鈣）；
3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2〔3CaO·Al2O3〕+4 H2O→3〔3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O〕（單硫型水化鋁酸鈣）；
4)、4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O。
水泥速凝是指水泥的一種不正常的早期固化或過早變硬現象。高溫使得石膏中結晶水脫水，變成漿狀體，從而失去調節凝結時間的能力。假凝現象與很多因素有關，一般認為主要是由於水泥粉磨時磨內溫度較高，使二水石膏脫水成半水石膏的緣故。當水泥拌水後，半水石膏迅速與水反應為二水石膏，形成針狀結晶網狀結構，從而引起漿體固化。另外，某些含鹼較高的水泥，硫酸鉀與二水石膏生成鉀石膏迅速長大，也會造成假凝。假凝與快凝不同，前者放熱量甚微，且經劇烈攪拌後漿體可恢復塑性，並達到正常凝結，對強度無不利影響。
水泥歷史
1756年，英國工程師J.斯米頓在研究某些石灰在水中硬化的特性時發現：要獲得水硬性石灰，必須採用含有粘土的石灰石來燒制；用於水下建築的砌築砂漿，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。這個重要的發現為近代水泥的研製和發展奠定了理論基礎。
1796年，英國人J.帕克用泥灰岩燒制出了一種水泥，外觀呈棕色，很像古羅馬時代的石灰和火山灰混合物，命名為羅馬水泥。因為它是採用天然泥灰岩作原料，不經配料直接燒制而成的，故又名天然水泥。具有良好的水硬性和快凝特性，特別適用於與水接觸的工程。
1813年，法國的土木技師畢加發現了石灰和粘土按三比一混合製成的水泥性能最好。
1824年，英國建築工人約瑟夫·阿斯譜丁（Joseph Aspdin）發明了水泥並取得了波特蘭水泥的專利權。他用石灰石和粘土為原料，按一定比例配合後，在類似於燒石灰的立窯內煅燒成熟料，再經磨細製成水泥。因水泥硬化後的顏色與英格蘭島上波特蘭地方用於建築的石頭相似，被命名為波特蘭水泥。它具有優良的建築性能，在水泥史上具有劃時代意義。
1871年，日本開始建造水泥廠。
1877年，英國的克蘭普頓發明了迴轉爐，並於1885年經蘭薩姆改革成更好的迴轉爐。
1893年，日本遠藤秀行和內海三貞二人發明了不怕海水的矽酸鹽水泥。
2012年，中國水泥產量達到21.84 億噸，產量占全球50%以上。
