白水泥与普通水泥生产的主要区别

刘宏伟 李蕾蕾

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

白水泥与普通水泥生产的主要区别

刘宏伟 李蕾蕾

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

主要从生产工艺和质量控制两个方面来介绍白水泥生产线与普通水泥生成线的主要区别。

白水泥；生产工艺；质量控制

1 白水泥和普通水泥的概念

由硅酸盐水泥熟料、5%～20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称“普通水泥”代号P·O。

由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料、适量石膏及符合GB/T 2015-2005《白色硅酸盐水泥》规定的混合材料，磨细制成水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥，这里简称“白水泥”，代号P·W。

白水泥的典型特征是拥有较高的白度，色泽明亮，一般用作各种建筑装饰材料，如粉刷、雕塑、地面、水磨石制品等，白水泥还可用于制作白色和彩色混凝土构件。白水泥是生产规模最大的装饰水泥品种，是装饰水泥中的核心品种。

2 白水泥的质量控制

2.1 白水泥生产对原材料的要求

白水泥熟料的矿物组成与普通水泥熟料基本相同，都是以硅酸三钙和硅酸二钙为主，最大的区别在于白水泥熟料中铁相矿物极少，对于原材料中的Fe2O3含量要严格控制，在白水泥生产一般只用石灰质原料(提供CaO)和硅质原料(提供SiO2、Al2O3)进行配料，为了降低烧成温度，还会使用一些矿化剂。

石灰石质原料主要为白水泥熟料提供CaO，是白水泥生产的主要原料。白水泥生产中石灰石质原料要严格控制Fe2O3和MgO，Fe2O3会影响白水泥熟料的白度，MgO会影响白水泥制品的安定性。白水泥生产常用的石灰质原料通常是高纯度的石灰石或白垩。石灰石质原料控制指标如下:CaO≥54%，Fe2O3≤0.1%，MgO≤1.0%。

硅质原料主要为白水泥熟料提供SiO2和Al2O3，作为原料配料和校正之用。白水泥生产中常用白泥(高岭土矿)、叶腊石、风化长石、硅石和石英砂等，硅质原料控制指标如下:SiO2＞70%，Fe2O3≤0.5%，Al2O315%～20%。

白水泥熟料中的Fe2O3极低，SM高，熔剂矿物少，煅烧时高温液相量少，熟料中的C3S形成困难，比普通水泥要求更高的烧成温度，一般为1 500～1 600℃。为降低烧成温度，很多白水泥企业采用掺加矿化剂的方式来降低白水泥的烧成温度，最为常见的是用萤石作为矿化剂(CaF2＞70%)，生料中的掺量＜6%，有企业使用含氟、硫的工业废渣作为矿化剂，也能起到同样的作用。矿化剂通过降低碳酸盐分解温度，加速固相反应，降低液相黏度及生成温度，从而降低白水泥熟料的烧成温度；在白水泥生产中,矿化剂除了矿化效果之外，还有一定的增白效果，有研究表明CaF2掺量在一定范围内可以增加白水泥熟料的白度，这与F-对配位场的作用有关，氟的极性比氧弱，配位力场较弱，导致光的吸收区向长波方向移动，还有一个可能的原因是矿化剂具有较大的电负性差值，可以促进晶体的微晶结构形成，达到增白的效果。但在使用预分解窑技术生产白水泥过程中，白水泥预分解窑一般规模较小，设备尺寸相对较小，矿化剂的可能会加剧预分解窑中的有害物质的循环,比普通水泥预分解窑更容易产生结皮、堵塞事故。

碱在普通水泥生产中一般被视为有害物质，会导致预分解窑系统的结皮、堵塞问题和降低水泥熟料质量，但在白水泥生产中，一定量的碱可以提高白水泥熟料的质量。一方面.碱可以降低白水泥生料体系的最低共熔点，增加液相量，改善白水泥生料的易烧性；另一方面,K+、Na+可以改变部分着色离子的状态，从而提高白水泥熟料的白度。广西横县特种水泥厂将生料中的碱控制在0.65%～0.7%,熟料白度提高了0.5～0.7度，熟料强度也有所提高。但使用预分解窑生产白水泥时，要考虑预分解系统的有害物质循环问题，不能简单的套用普通水泥和以往白水泥干法中空窑的经验，碱的控制需要在生产实践中探索。

2.2 白水泥生产对燃料的要求

燃料质量控制是白水泥生产质量控制中的一个关键环节，白水泥生产用燃料主要有两个特点:

1）由于白水泥生料配料的高饱和比、高硅率、高铝率特点，导致白水泥生料难烧，因而要求燃料热值高，燃烧速度快且能完全燃烧，保证足够的烧成温度。

2）从提高白度的角度考虑，除了原材料中带入的Fe2O3之外，燃料中的Fe2O3也是熟料中Fe2O3的另一个重要来源，要求燃料带入的Fe2O3的总量尽可能的少，即燃料的灰分量及其中的Fe2O3都低。

从上述两个要求来考虑，白水泥生产最为合适的燃料应该是没有灰分的燃料,即油气类资源，如重油和天然气资源，在埃及和阿拉伯地区的白水泥企业都以油、气资源为主，但考虑到国内的能源结构特点，油气资源少，煤是国内最主要的能源，而且油气资源的价格远高于煤，采用油、气燃料成本高，大部分白水泥企业难以承受，故国内的白水泥生产用燃料还是以煤为主。

国内对白水泥生产烧煤技术进行了大量研发，取得了一定成功,在保证生产原料质量的前提下，对白水泥烧煤技术提出了明确的要求。用煤作燃料，煤的灰分和灰分中的Fe2O3是两个影响因素，一般用如下经验公式来控制:M=灰分×灰分中的Fe2O3× 100≤0.8。

2.3 白水泥率值控制

1）随着KH值的提高会增加白水泥熟料中C3S的含量，白水泥生料的分解热耗增加，窑系统的烧成负担，白水泥熟料中的f-CaO必然提高，白水泥生料的易烧性变差。

2）随着SM值的增加白水泥熟料中的硅酸盐矿物(C3S、C2S)增多，熔剂矿物(C3A、C4AF)变少，白水泥煅烧时的液相量下降，煅烧难度增加，白水泥生料的易烧性变差。

上述两点结论和普通水泥基本一致，如果使用预分解窑技术生产白水泥，KH值的控制与普通水泥差异不大；白水泥预分解窑SM值的控制方面有普通水泥有较大的差异，根据国外的经验，白水泥预分解窑的SM值控制在5左右甚至更高，一方面出于白度的考虑，另一方面是出于白水泥熟料强度的考虑，高强度的白水泥熟料有利于后期的白水泥生产。

3 白水泥的特殊生产工艺

3.1 石灰石破碎及筛分水洗

白水泥生产对原料纯度要求较高，如果石灰石料中含杂质较多，将影响白水泥的品质，所以一般在石灰石破碎后加筛分及水洗工艺，这样可以确保不含杂土纯净石灰石入厂。洗矿水经沉淀池将杂土分离后循环使用。

3.2 生料制备

生料制备一般采用硅质原料和其他原料分开粉磨方案。白水泥生产用硅质原料采用湿法磨单独粉磨，石灰石等其他原料采用立磨粉磨。湿法磨内采用橡胶衬板或高强陶瓷衬板，研磨体一般选用刚玉、瓷球和卵石等，原料立磨中磨辊和磨盘采用合金材料，以减少在研磨过程中金属铁的混入，从而影响熟料的色泽和亮度。硅质料浆在立磨内与其他原料混合、烘干，出立磨生料应保证成分和水分合格。虽然工艺过程中干湿结合十分复杂，但可以保证水泥生料中不含有大颗粒硅质原料，这对提高白水泥熟料质量和白度十分有利，且减少了硅质粉尘对环境的污染。

3.3 熟料漂白

常见白水泥漂白技术主要有以下几种:

1）水中急冷漂白工艺，采用水作为急冷漂白介质，高温熟料出窑后通过淋水或直接投入水中冷却。在实际生产中，出窑熟料的温度必须控制在1 200℃以上,才能保证增白效果。水冷漂白工艺简单,投资低，增白效果稳定，国内现有的白水泥企业大都是使用水冷漂白工艺。

2）中性介质或还原介质漂白工艺，中性介质主要是N2，还原性介质有焦炉煤气、天然气、丙烷、工业原油等，该工艺漂白效果好，但是设备复杂，工艺控制难度大，对工艺设备要求高，实际生产中较少应用。

3）综合漂白工艺，又称二阶段漂白工艺，结合了水冷漂白工艺和中性介质或还原介质漂白法的优点，漂白效果优于前面两种工艺单独使用。综合漂白工艺一般分为两阶段，第一阶段是出窑熟料进入漂白机中使用还原性介质进行冷却至800℃左右,第二阶段是800℃左右的熟料直接用水急冷。综合漂白工艺虽然较为复杂，但漂白效果好，在国外应用较为普遍，也是国内白水泥漂白技术的一个发展方向。

4）白水泥漂白技术也是综合漂白工艺的一种，分为两阶段，第一阶段是出窑熟料进入漂白机中喷水急冷至550～600℃出漂白机入蓖冷机二度冷却至100℃以下排出。这样使蓖冷机排出废气中的余热得到回收，出蓖冷机180～200℃左右废气用于回转窑窑头二次风和分解炉三次风。

3.4 烧成系统

白水泥熟料的漂白工艺直接导致白水泥预分解窑的二次风、三次风取风困难，一般采用如下方式解决白水泥预分解窑的二次风、三次风问题:

1）窑尾设置热交换器取风，在窑尾增加一个热交换器,通过热交换器利用窑尾废气余热预热空气，预热空气作为二次风、三次风风源。二、三次风的风温在150～200℃之间，Cl出口温度在380～420℃之间。此种方式适用于油、气作为烧成系统燃料，且原料粉磨系统需要烘干热风量不多的情况。

2）窑头篦冷机取风，在漂白工艺的分析可知漂白机内的气体不能用作二次风、三次风，但可以采取不完全漂白冷却的方式，即漂白工艺只承担漂白和部分冷却功能，在漂白机之外增加一台篦冷机完成熟料的冷却过程,将篦冷机废气用作二次风、三次风风源。天津院在设计阿尔博白水泥生产线时采用了此种设计理念，出窑熟料先经一台高温辊式破碎机，然后进入漂白机漂白，熟料出漂白机温度控制在550～600℃,出漂白机后由篦冷机冷却至100℃以下排出，出篦冷机180～200℃废气用于回转窑窑头二次风和分解炉三次风。另外出漂白机350～400℃水蒸气，为充分利用这部分余热，在窑头还专门设置了1台热交换器,当水蒸气通过热交换器后，可以将冷空气预热到200℃左右，作为石油焦磨或煤磨烘干热源。

此种方式适用于原料粉磨系统需要烘干热风量较多的情况，窑尾风直接作为原料粉烘干热源。

3）根据原料及燃料的不同，烧成系统二次风和三次风也可以采用以上两种的混合模式，窑尾的热交换器主要供应分解炉的三次风，窑头的热交换器的热风则可以用作煤磨的烘干用风，窑头篦冷机的热风用于窑头的二次风。

3.5 水泥粉磨

水泥粉磨一般采用球磨粉磨方案,为减少Fe的混入，一般水泥磨内的隔仓板、衬板和研磨体全部采用高铬合金材料。白水泥的细度在比表面积为3 000～4 000 cm2/g范围内随着细度的增加，白水泥的反射率明显增加，亮度提高，但当比表面积超过4 000 cm2/g时，反射率将饱和，亮度不再提高。

4 结语

要想生产高质量的白水泥熟料，必须严格控制原料和燃料中着色剂的含量，同时也需要对原料粉磨、熟料煅烧、熟料漂白、水泥粉磨等关键生产工艺进行控制，这样才能生产出强度合格、白度高的高品质白水泥。而普通硅酸盐水泥熟料生产工艺和质量控制要比白水泥简单一些。

[1]陈哲.白水泥生料生成特性及其在预分解窑中的应用研究[D].武汉理工大学,2012.

[2]文军,闫全贵,等.阿尔博安庆白水泥生产线设计与回顾[J].中国水泥,2011,(10).