水泥熟料煅燒中礦化劑的作用及種類

一、何謂礦化劑，礦化劑的作用及種類？礦化劑是指在實(shí)驗(yàn)礦物學(xué)和硅酸鹽生產(chǎn)工藝中，為了加速各種結(jié)晶化合物的形成而外加的少量添加劑。對(duì)于硅酸鹽水泥熟料來說，礦化劑的主要作用是促進(jìn)硅酸三鈣（C3S）的形成。在水泥工業(yè)中，常用的礦化劑有：螢石（CaF2）、石膏（CaSO4）、氟硅酸鈉（Na2SiF6）、重晶石（BaSO4）和某些工業(yè)廢渣（如銅礦渣、鈦礦渣、磷石膏和氟石膏等）。二、礦化劑的作用機(jī)理如何？不同的礦化劑其作用機(jī)理也不盡相同，但總的來說，在水泥生料中引入礦化劑后，在燒成過程中能起到如下作用：（１）破壞水泥生料中反應(yīng)物的結(jié)晶格子，提高它們的化學(xué)活性，加速其固相反應(yīng)。（２）在同樣的燒成溫度下，特別是較低煅燒溫度下，摻入礦化劑的水泥物料其液相量要大于未摻礦化劑的液相量，因而有利于水泥熟料礦物的低溫形成。（３）可降低水泥物料液相形成溫度，產(chǎn)生低溫共溶物。同時(shí)可使液相粘度降低，有利于硅酸二鈣（C2S）與游離氧化鈣（f-CaO）反應(yīng)生成硅酸三鈣（C3S）。（４）加入礦化劑可顯著擴(kuò)大熟料的燒成范圍，改善熟料煅燒性能，促進(jìn)熟料的煅燒。三、何謂復(fù)合礦化劑，有何作用?在水泥生產(chǎn)中，可單獨(dú)使用一種礦化劑，也可將兩種（或兩種以上）礦化劑配合使用。這種由兩種（或兩種以上）礦物組成的礦化劑稱為“復(fù)合礦化劑”。實(shí)踐證明，使用復(fù)合礦化劑效果更好。它不僅可以改善生料的易燒性，加快碳酸鈣的分解，降低燒成溫度，而且可以降低液相的粘度，有利于CaO的吸收，降低f-CaO的含量，促進(jìn)礦物晶體的生長，使熟料具有較高的強(qiáng)度。復(fù)合礦化劑的種類較多，目前應(yīng)用最為普遍的是螢石＋石膏復(fù)合礦化劑。四、螢石、石膏復(fù)合礦化劑有何作用？兩種或兩種以上的礦化劑一起使用時(shí)，稱為復(fù)合礦化劑，最常用的是氟化鈣（螢石）和石膏復(fù)合礦化劑。熟料的形成過程比較復(fù)雜，影響因素較多，與熟料組成（KH高低，IM大小等）、CaF2／SO3比值、燒成溫度高低等均有關(guān)系。不同條件生成的熟料礦物并不完全相同。加入氟硫復(fù)合礦化劑時(shí)，大約在900-950℃形成3C2S·3CaSO4·CaF2，當(dāng)該四元過渡相在1150℃左右消失的同時(shí)，物料內(nèi)出現(xiàn)較大的液相量。氟硫復(fù)合礦化劑的加入能顯著降低熟料燒成時(shí)液相出現(xiàn)的溫度，降低液相的粘度，從而使阿利特的形成溫度降低了150-200℃，促進(jìn)了阿利特的形成。

試驗(yàn)表明，摻氟硫復(fù)合礦化劑后，硅酸鹽水泥熟料可以在1300-1350℃的較低溫度下燒成，阿利特含量高，熟料中游離氧化鈣含量低，還可形成C4A3和C11A7·CaF2，或者兩者之一的早強(qiáng)礦物，因而熟料早期強(qiáng)度高。如果煅燒溫度超過1400℃，雖然早強(qiáng)礦物C4A3和C11A7·CaF2分解，但形成的阿利特?cái)?shù)量多，而且晶體發(fā)育良好，也同樣可獲得高質(zhì)量的水泥熟料，其最終強(qiáng)度還高于低溫?zé)傻氖炝?。摻氟硫?fù)合礦化劑的硅酸鹽水泥熟料，多采用高飽和系數(shù)、低硅率和高鋁率配料方案。其石膏摻量，以熟料中含SO3

1.5％～2.5％為宜；螢石的摻量，以熟料中CaF2含量0.6％~1.2％為宜，氟硫比（CaF2／SO3）以0.35～0.6為宜。值得注意的是，摻氟硫復(fù)合礦化劑的熟料，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃凝，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)慢凝的不正常凝結(jié)現(xiàn)象。一般飽和系數(shù)偏低、煅燒溫度偏低、窯內(nèi)出現(xiàn)還原氣氛、鋁率偏高時(shí)，易出現(xiàn)閃凝現(xiàn)象。當(dāng)煅燒溫度過高、鋁率偏低、飽和比偏高、MgO和CaF2含量偏高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)慢凝現(xiàn)象。另外，還要注意氟硫復(fù)合礦化劑對(duì)窯襯的腐蝕和對(duì)大氣的污染。五、為何可用重晶石作礦化劑?重晶石的化學(xué)組成是：BaO65.70％，SO3

34.3％，常含SrO和CaO。重晶石的晶體結(jié)構(gòu)中，Ba2+處于７個(gè)SO42-之間而為它們當(dāng)中的12個(gè)O2-所包圍，Ba2+的配位數(shù)是12。而O2-則與１個(gè)S6+和３個(gè)Ba2+接觸，氧的配位數(shù)為４。重晶石常以良好的單晶體出現(xiàn)，一般為板狀或厚板狀、粗柱狀，而集合體為塊狀、粒狀、結(jié)核狀、鐘乳狀，顏色常為無色或白色，有時(shí)呈黃、褐、淡紅等色，玻璃光澤，硬度3～3.5，性脆，相對(duì)密度4.5左右。重晶石常為熱液成因，常見于中、低溫?zé)嵋航饘俚V脈中與硫化物共生，或者以單獨(dú)的重晶石脈出現(xiàn)。螢石也是中、低溫?zé)嵋撼梢虻?，故有時(shí)重晶石和螢石在同一礦脈中出現(xiàn)。例如XX水泥廠采用的重晶石尾礦，其中BaSO4

50％以上，CaF2

15％～35％之間。采用重晶石作礦化劑，具有以下好處：（１）重晶石中的BaO可以與SiO2生成3BaO·SiO2

、2BaO·SiO2，與Al2O3生成3BaO·Al2O3和BaO·Al2O3

，這些礦物均具有膠凝性質(zhì)，并且有些礦物水化反應(yīng)相當(dāng)激烈。（２）重晶石中SO3與CaF2

起復(fù)合礦化的作用，降低液相出現(xiàn)溫度，促進(jìn)C3S的形成，提高熟料強(qiáng)度。（３）Ca2+與Ba2+的晶體尺寸、電性質(zhì)接近，所以硅酸鹽、鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽中的Ba2+可以類質(zhì)同象地置換Ca2+，Ba2+進(jìn)入熟料礦物中會(huì)產(chǎn)生較多的晶體缺陷，加之Ba2+對(duì)水是親和的，因此水化加快，增加Ａ礦的活性。（４）熟料中的Al2O3形成富鋁的鐵鋁酸鹽礦物（C5A2F），它在水化時(shí)，處在高濃度的Ca(OH)2

介質(zhì)中，呈C-S-H棒狀纖維晶體，因而提高水泥石強(qiáng)度。六、硫鐵礦和螢石復(fù)合礦化劑有何特點(diǎn)硫鐵礦又稱黃鐵礦（FeS2）。采用它代替石膏再加螢石可以作煅燒硅酸鹽熟料的復(fù)合礦化劑。并且，采用硫鐵礦比石膏要好。其一，摻硫鐵礦的生料在煅燒過程中，硫鐵礦在400~600℃時(shí)生成硫酸鈣，這種新生態(tài)的硫酸鈣，比自然界中的石膏有較高的反應(yīng)活性，有利于熟料的煅燒。其二，硫鐵礦的主要成分是FeS2，因此，加入硫鐵礦既可提供Ｓ，又可提供鐵，從而減少配料中鐵礦的用量。采用硫鐵礦和螢石作煅燒硅酸鹽水泥熟料的復(fù)合礦化劑的工廠，均收到了加快碳酸鈣的分解速度，加快固相反應(yīng)速度，降低出現(xiàn)液相溫度和燒成溫度，加快Ａ礦生成速度，增加Ａ礦含量的良好效果。同時(shí)