水泥是建筑工程中最重要的基础材料之一，其制作过程涉及复杂的化学反应和工业流程。以下是水泥（以普通硅酸盐水泥为例）的工业化生产步骤：
1. 原料采集与配比
- 主要原料：
- 石灰石（提供CaO，占比约70-80%）
- 黏土（提供SiO₂、Al₂O₃）
- 铁矿石（补充Fe₂O₃，调节成分）
- 少量石膏（后期加入，调节凝结时间）
- 配比控制：原料按比例混合，确保煅烧后生成硅酸三钙（C₃S）、硅酸二钙（C₂S）等关键矿物。
2. 生料制备
- 破碎与预均化：原料经破碎机粉碎至小颗粒（＜50mm），通过堆取料机预混合，保证成分均匀。
- 粉磨：送入立磨或球磨机，研磨成细粉（80μm筛余＜12%），形成均质的生料。
3. 高温煅烧
- 预热分解（干法工艺）：
- 生料进入旋风预热器，经4-5级预热（温度升至800-900℃），碳酸盐预分解。
- 进入回转窑前，约90%的CaCO₃已分解为CaO和CO₂。
- 回转窑煅烧：
- 窑内温度达1450°C，生料熔融形成矿物相（C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF）。
- 产物冷却后为灰黑色颗粒，称为熟料（Clinker）。
4. 熟料处理与粉磨
- 冷却：出窑熟料经篦冷机快速冷却至100℃以下，防止晶粒过大。
- 混合粉磨：
- 熟料加入3-5%石膏（控制凝结速度），可能掺入矿渣、粉煤灰等混合材。
- 用球磨机或辊压机磨至超细粉（比表面积≥300m²/kg），即成品水泥。
5. 环保与能效措施
- 废气处理：窑尾配备除尘器（如电除尘、袋式除尘）和脱硫脱硝系统。
- 余热利用：预热器废气用于发电或烘干原料，降低能耗。
- 替代燃料：部分工厂使用废轮胎、生物质燃料替代煤炭，减少碳排放。
关键化学反应
- 分解反应：
( \text{CaCO}_3 \xrightarrow{900^\circ \text{C}} \text{CaO} + \text{CO}_2↑ ) - 矿物形成：
( 2\text{CaO} + \text{SiO}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{S} )
( 3\text{CaO} + \text{SiO}_2 \rightarrow \text{C}_3\text{S} )（主导强度发展）
注意事项
- 不可家庭自制：水泥生产需大型设备和精准温控，家庭条件无法实现。
- 类型差异：白水泥、抗硫酸盐水泥等需调整原料和工艺。
通过上述流程，水泥厂可日产数千吨产品，支撑全球基础设施建设。