黏土质原料选用及化学成分分析

第二节　黏土质原料

黏土质原料主要化学成分是二氧化硅，其次是三氧化二铝，还有少量三氧化二铁，主要是提供熟料所需的酸性氧化物(SiO₂，Al₂O₃和Fe₂O₃)，黏土质原料在生料中约占10%～17%。

一、黏土质原料的种类与特性

我国水泥工业采用的黏土质原料种类较多，有黄土、黏土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。在华北、西北地区以黄土为主，东北地区以灰色及灰黄色黏土为主，南方地区以红壤、黄壤等黏土为主。

1.黏土类

黏土为疏松的土状岩石，黏土与砂之间由于黏土颗粒、砂粒含量不同，又分为黏土(黏粒含量10%～30%)、亚黏土(黏粒含量3%～10%)及砂土(黏粒含量≤3%)等类型。黏土主要由钾长石(K₂O·Al₂O₃·6SiO₂)、钠长石或云母(K₂O·3Al₂O₃·6SiO₂)等矿物经风化及化学转化而生成的。

黏土的质量主要以黏土的化学成分(硅酸率、铝氧率)、含砂量、含碱量、黏土的可塑性、热稳定性、需水量等工艺性能来衡量。这些性能随黏土中所含的主导矿物不同、黏粒多少及杂质不同而异。所谓主导矿物是指黏土同时含有几种黏土矿物时，其含量最多的称为主导矿物。根据主导矿物的不同，可将黏土分成高岭石类、蒙脱石类与水云母类等。南方的红壤与黄壤属于高岭石类，华北、西北的黄土属于水云母类，它们的某些工艺性能见表3-3。

黏土中常常含有石英砂、方解石、黄铁矿(FeS₂)、氧化铁、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙及有机物等。因此，黏土的成分差别很大，且多呈黄色、褐色或红色。

表3-3　黏土矿物与黏土工艺性能的关系

2.黄土类

黄土类包括黄土和黄土状亚黏土，原生的黄土以风积成因为主，主要分布于华北和西北地区。黄土状亚黏土为次生，以冲积成因为主，亦有坡积、洪积、淤积等成因。

黄土中的黏土矿物以伊利石为主，其次为蒙脱石、石英、长石、白云母、方解石、石膏等。黄土中含有细粒状、斑点状、薄膜状和结核状的碳酸钙，氧化钙含量一般在5%～10%左右。黄土中的碱(氧化钾、氧化钠)主要由云母、长石带入，一般在3.5%～4.5%之间。黄土的化学组成以二氧化硅和三氧化二铝为主。硅酸率较高，在3.5～4.0之间，铝氧率在2.3～2.8之间。

黄土的密度介于2.6～2.7g/m³之间。黄土的水分随地区的降雨量而异，华北、西北地区的黄土水分一般在10%左右。颗粒分析表明:黄土中粗粒砂级(0.05mm)的颗粒一般占20%～50%。黏粒级(≤0.005mm)一般占20%～40%。黄土的塑性指数较低，一般在8～12之间，黄土状亚黏土塑性指数一般大于12。

3.页岩、粉砂岩类

在我国很多地区都分布有页岩、泥岩、粉砂岩等，可用作黏土质原料。页岩、粉砂岩是由海相或陆相沉积，也有海陆相交互沉积。页岩具有能沿层里面分裂成薄片或页片的性质，常可见显微层理。页岩成分复杂，除各种黏土矿物外，尚有少量石英、绢云母、绿泥石、长石等混入物，且页岩颜色较多。

泥岩的成分与页岩相似，但层理不发育，具块状构造。

粉砂岩属于沉积中的碎屑岩类，碎屑岩是由50%以上的碎屑物(包括矿物碎屑及岩石碎屑)组成的岩石。碎屑成分复杂，主要为石英和长石，其次为云母及一些重矿物、碳酸盐类矿物和岩屑。粉砂岩由直径0.1～0.01mm砂粒胶结而成，其成分以石英为主，有少量长石、云母、绿泥石、重矿物及泥质混入物等。粉砂岩类岩石外貌颇似泥质岩，但较坚硬，并且有黏糙感。(www.xing528.com)

4.河泥、湖泥类

靠近江河湖泊的湿法生产水泥厂可利用河床淤泥作为黏土质原料，由于河流的搬运作用，河水夹带泥砂不断淤积，可利用挖泥船在固定区域内进行采掘。这一类原料一般储量丰富，化学组成稳定，颗粒级配均匀，生产成本低，且不占农田。

二、黏土质原料的质量要求

黏土质原料的质量要求见表3-4。

表3-4　黏土质原料的质量要求

水泥生产中黏土质原料的选择主要取决于资源状况及水泥生产工艺，一般湿法生产以黄土、黏土为主，河泥、湖泥亦可利用;而干法生产则以页岩、粉砂岩、泥岩等较为有利。选用黏土质原料时，首先要注意黏土质原料的硅酸率和铝氧率。目前发展很快的新型干法生产工艺，由于该工艺中生料碳酸钙的分解大多在分解炉中进行，窑本身煅烧能力有了很大提高，因此熟料一般都采用较高的硅酸率，选用较高硅酸率的黏土原料就比较适合。还要求黏土质原料中碱、氧化镁、三氧化硫、砂的含量要低。如果黏土质原料中含有过多的石英砂，不但使生料不易磨细，而且会给煅烧带来困难，因为α-石英不易与氧化钙化合。同时含砂量大，黏土塑性差，对生料成球不利。黏土的含砂量可用水筛法测定，由于黏土高度的分散性，筛上的筛余物大多是石英砂。

用立波尔窑或立窑烧制水泥时，生料要加水成球，然后加入窑内煅烧，要求黏土具有一定可塑性。黏土的可塑性及黏土加水搅拌并捏炼以后，可以塑成任何形状，当施以一定外力时，发生形变，但不产生裂隙，停止外力作用时，其形状能保持不变。可塑性指数是通过塑性限度(黏土由塑性状态转为固态时的界限含水量)与流性限度(黏土由液体状态进入塑性状态时的界限含水量)的测定求出。

W_n=W_t-W_m

式中　W_n——塑性指数;

　W_t——流性界限;

　W_m——塑性界限。

黏土可塑性指数大，即可塑性范围大。

三、黏土质原料的化学成分

表3-5列举了部分水泥厂所用黏土质原料化学成分和有关性能。

表3-5　黏土质原料化学成分(质量%)和有关性能