1. Caraterísticas da Calcinação da Matéria-Prima do Cimento
A calcinação da farinha crua de cimento é um processo complexo de reação heterogénea a alta temperatura, sendo a reatividade influenciada por múltiplos factores:
Propriedades das matérias-primas: Caraterísticas físicas, origem geológica e composição mineral.
Propriedades da farinha crua: Finura, composição química, distribuição do tamanho das partículas, homogeneidade e valores de módulo.
Durante a calcinação a alta temperatura, as propriedades intrínsecas das matérias-primas determinam diretamente a reatividade, com viscosidade da fase líquida e volume da fase líquida desempenhando um papel decisivo na taxa de formação de minerais de clínquer. As variações nos valores de módulo e nas caraterísticas das matérias-primas conduzem a diferenças significativas na queimabilidadee, em última análise, afecta a qualidade do clínquer, o rendimento da produção e o consumo de energia.
2. Influência da finura da farinha crua na calcinação
A dimensão das partículas é um parâmetro crítico que afecta a capacidade de combustão, com um duplo impacto:
Aspereza excessiva: Reduz significativamente a capacidade de combustão e compromete a qualidade do clínquer.
Excesso de finura: Diminui substancialmente a produção do moinho e aumenta o consumo de energia.
2.1 Mecanismo do impacto da finura na qualidade da calcinação
A norma de controlo da finura da farinha crua difere fundamentalmente da do cimento. Enquanto o cimento requer uma certa proporção de partículas finas (10-20 μm, conhecidas como "flores de hidratação") para garantir a taxa de hidratação, a farinha crua beneficia de uma distribuição mais uniforme do tamanho das partículas para otimizar as reacções de calcinação.
Os dados da investigação indicam:
Partículas >200 μm degradam gravemente a capacidade de combustão.
As partículas grossas causam:
a) Microestrutura anormal: Cal livre não reagida (f-CaO) em torno da alite (A矿).
b) Reacções retardadas: São necessárias temperaturas de calcinação mais elevadas para uma sinterização completa.
c) Efeitos negativos: Aumento do teor de cal livre, redução da produção do forno e maior consumo de energia.
2.2 Equilíbrio ótimo no controlo da finura
Uma finura excessiva também não é desejável:
A produção do moinho diminui em 30-50%.
O consumo de energia aumenta em 15-25%.
A eficiência económica diminui significativamente.
3. Estudo empírico sobre o controlo da finura
Uma análise comparativa de Fábrica de cimento A e Fábrica de cimento B para determinar os parâmetros de finura óptimos.
3.1 Análise da composição das matérias-primas
Cálculo do teor de quartzo:
Quartzo cristalino=SiO2-1.17Al2O3
*(Nota: Para argilas com teor de K/Na não medido, a margem de erro é de ~10%)*
3.2 Análise de resíduos de peneira
Análise química de 0,2 mm e 0,08 mm resíduos de peneira revelados:
Planta A: Em 0,08 mm de resíduo = 10,9%composição da farinha crua correspondente.
Centro B: Em 0,08 mm de resíduo = 5,9%, O SiO₂ diminuiu e o CaO aumentouindicando que as partículas grossas eram principalmente calcário.
3.3 Cálculo do teor de quartzo grosso
Planta A: 0,99% (0,5% após dedução do SiO₂ da escória).
Centro B: 0,26% (0,02% para >0,2 mm resíduo).
3.4 Determinação do parâmetro ótimo
O padrão de controlo ideal foi estabelecido como:
Resíduo do peneiro de 0,08 mm = 10% ± 2%
Resultados da aplicação:
Melhoria da qualidade do clínquer em 15-20%
Aumento da produção do forno de 8-12%
Consumo de energia reduzido em 5-8%
Eficiência do moinho melhorada por 10-15%
4. Análise do mecanismo
A formação de clínquer é uma reação heterogénea em estado sólido, onde:
1. vantagens das partículas finas:
Aumento da área de superfície (50-100%)
Interface de reação alargada (30-50%)
Espessura reduzida da camada de produto (20-30%)
Taxa de difusão melhorada (40-60%)
2. desvantagens das partículas grossas:
Maior velocidade de reação incompleta (25-35%)
Má uniformidade da distribuição dos minerais (40% pior)
Fronteiras cristalinas distintas (50% mais visível)
5. Qual é a matéria-prima do cimento?
O mistura crua (ou farinha crua) é o pó homogeneizado introduzido no forno de cimento, composto por matérias-primas de proporções precisas. A sua formulação segue dois princípios fundamentais:
1.Requisitos químicos
Componentes primários:
Calcário (70-80%): Fornece CaO (cal)
Argila (10-15%): Fornece SiO₂ e Al₂O₃
Corretor de ferro (1-3%): Ajusta o teor de Fe₂O₃
Objectivos de módulo:
LSF (Fator de saturação de cal): 0.92-0.98
Módulo de sílica (SM): 2.2-2.6
Módulo de Alumina (AM): 1.3-1.7
2. preparação física
Retificação: 80-90% partículas <90 μm
Homogeneidade: Eficiência de mistura >90%
Humidade: <1% para fornos de secagem
6. Farinha crua vs. clínquer: Principais diferenças
| Parâmetro | Refeição crua | Clínquer de cimento |
|---|---|---|
| Estado | Pó fino | Grânulos nodulares (5-25 mm) |
| Química | Óxidos que não reagiram | Fases cristalinas (C₃S, C₂S) |
| Minerais essenciais | CaCO₃, SiO₂, Al₂O₃ | Alite (50-70%), Belite (15-30%) |
| Função do processo | Entrada de alimentação do forno | Produto final sinterizado |
| f-CaO | 0% (ligado em CaCO₃) | <1,5% (indica queima deficiente) |
Mecanismo de transformação:
Durante a calcinação (1450°C), a farinha crua sofre:
Descarbonatação: CaCO₃ → CaO + CO₂↑ (700-900°C)
Reacções em estado sólido: Formação de C₂S, C₃A, C₄AF (900-1200°C)
Sinterização em fase líquida: C₂S + CaO → C₃S (1300-1450°C)
Nota crítica: Enquanto a reatividade das matérias-primas determina o consumo de energia, a microestrutura do clínquer determina a resistência do cimento.
7. Conclusões e recomendações
1. principais indicadores de finura:
A cal livre (f-CaO) está inversamente correlacionada com a finura (R² = 0,85-0,92)
O resíduo de 0,2 mm deve ser <0,5%
2. recomendações de controlo de qualidade:
Controlo rigoroso das partículas grossas para formulações com elevado teor de SM e KH.
Critérios ideais de microestrutura:
a) Uniformidade dos minerais >90%
b) Proporção de tamanho de cristal de 20-50 μm >80%
3. estratégia de otimização:
Implementar modelos de controlo dinâmico baseados no teor de quartzo grosso:
Matérias-primas padrão: 0,3-0,8%
Materiais difíceis de queimar: 0,2-0,5%
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