硅酸鹽水泥熟料工藝技術(shù)

硅酸鹽水泥熟料工藝技術(shù)硅酸鹽水泥熟料的化學(xué)成分化學(xué)成分CaOSiO2Al2O3Fe2O3含量(％)62~6720~244~72.5~6.0含約5％的少量其它氧化物：MgO、SO3、TiO2、P2O5、K2O和Na2O水泥品種不同、原料成分不同、工藝過(guò)程不同，熟料化學(xué)成分有所不同。熟料化學(xué)成分必須合適，在相圖中硅酸鹽水泥熟料的范圍內(nèi)，否則生成其它礦物組成，如無(wú)水硬性的C2AS，閃凝的C12A7。第一節(jié)熟料的礦物組成不是以單獨(dú)的氧化物存在，而是經(jīng)高溫煅燒后，以兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)生成的多種礦物集合體。水泥熟料是一種多礦物組成的結(jié)晶細(xì)小(30～60μm)的人造巖石。四種主要礦物名稱化學(xué)式簡(jiǎn)式種類含量(％)硅酸三鈣3CaO·SiO2C3S硅酸鹽礦物7550硅酸二鈣2CaO·SiO2C2S20鋁酸三鈣3CaO·Al2O3C3A熔劑礦物228鐵相固溶體(鐵鋁酸四鈣)4CaO·Al2O3

·Fe2O3C4AF15還有少量的游離氧化鈣(fCaO)、方鎂石(結(jié)晶氧化鎂)、含堿礦物以及玻璃體等。一、熟料的礦物組成硅酸鹽礦物C3SC4AFC2SC3A含堿化合物玻璃體方鎂石fCaO熔劑礦物中間相在硅酸鹽水泥熟料中，礦物不是以純的形式存在，總含有少量的其它氧化物形成固溶體。C3S：阿利特(Alite)，A礦C2S：貝利特(Belite)，B礦C4AF：才利特(Celite)，C礦填充在阿利特、貝利特之間的鋁酸鹽、鐵酸鹽、組成不定的玻璃體和含堿化合物等統(tǒng)稱為中間相。中間相在熟料煅燒過(guò)程中，開始熔融成液相；冷卻時(shí)，部分液相結(jié)晶，部分液相來(lái)不及結(jié)晶而凝結(jié)成玻璃體。玻璃體的主要成分為Al2O3

、Fe2O3

、CaO，也有少量的MgO和堿。1.熟料礦物的晶體結(jié)構(gòu)和巖相結(jié)構(gòu)二、四種主要的熟料礦物礦物名稱密度(g/cm3)晶型和晶形偏光鏡觀察(正交偏光鏡觀察)反光鏡觀察C3S純3.13三斜晶系T型六角形棱柱形A礦3.14~3.25單斜晶系M型六方片狀板狀三方晶系R型透明無(wú)色(灰色干涉色)黑色多角形顆粒(六角形棱柱形)有時(shí)呈環(huán)帶結(jié)構(gòu)C2S純3.28單斜晶系棱柱狀或板狀無(wú)色(黃色干涉色)B礦C3A純3.04等軸晶系透明無(wú)色工業(yè)熟料中立方晶系斜方晶系C4AFC礦3.77斜方晶系棱柱狀圓粒狀淺褐到深褐的多色性反射弱白(淺)色中間相β型圓粒狀不規(guī)則狀黑白雙晶條紋圓形顆粒反射強(qiáng)黑(深)色中間相正常煅燒熟料（反光）六方板狀的A礦（反光）熟料煅燒過(guò)程中，先固相反應(yīng)生成貝利特，其邊棱再熔進(jìn)液相，尚未溶進(jìn)液相的貝利特以它形產(chǎn)生，多為圓粒狀。慢冷時(shí)，液相中過(guò)多的貝利特在降溫過(guò)程中會(huì)析晶出來(lái)，以自形產(chǎn)生，故有時(shí)也出現(xiàn)其它不規(guī)則形狀。工藝條件正常的熟料中貝利特有交叉雙晶條紋，在燒成溫度低且冷卻緩慢的熟料中，有平行雙晶條紋。C3A快冷呈點(diǎn)滴狀，慢冷呈矩形或柱狀。2.煅燒對(duì)熟料礦物巖相結(jié)構(gòu)的影響類圓形具有交叉晶紋B礦（反光）慢冷排列整齊細(xì)粒狀二次析晶B礦（反光）低溫慢冷類圓形具有平行晶紋B礦（反光）類圓形具有交叉晶紋B礦（反光）快冷點(diǎn)滴狀C3A（反光）慢冷帶棱角片狀C3A（反光）慢冷棱柱狀C4AF（反光）礦物名稱生成條件水化特性C3SC2S+CaO液相C3SC3S+H2OC-S-H+CH水化較快,水化熱較高早強(qiáng)高,強(qiáng)度增長(zhǎng)快,28天達(dá)70~80％,28天或1年強(qiáng)度最高；抗水性較差C2SCaO+SiO2C2SC2S+H2OC-S-H+CH水化較慢,水化熱較小早強(qiáng)低,28天水化20％,28天后強(qiáng)度增長(zhǎng)較快,1年強(qiáng)度趕上C3S

；抗水性較好C3ACaO+Al2O3CAC12A7C3A水化(硫)鋁酸鈣水化迅速,水化熱高凝結(jié)硬化快,強(qiáng)度3天大部分發(fā)揮,早強(qiáng)高,以后幾乎不增長(zhǎng);干縮變形大,抗硫酸鹽性能差C4AFCFC2FC4AF水化(硫)鐵酸鈣水化:C3A>C4AF>C3S早強(qiáng)類似C3A

，后強(qiáng)不斷增長(zhǎng)，類似C2S

；抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好3.熟料礦物的生成、水化和特性三、游離氧化鈣和方鎂石物質(zhì)fCaO方鎂石晶型和晶形立方晶系等軸晶系,立方體八面體偏光鏡觀察無(wú)色圓形顆粒很難看到反光鏡觀察蒸餾水浸蝕后呈彩虹色多角形,粉紅色有黑邊形成原因配料不當(dāng),生料過(guò)粗,煅燒不良，沒有被吸收生料中MgO含量高水化很慢,CaO+H2O=Ca(OH)2體積膨脹97.9％水化更慢,MgO+H2O=Mg(OH)2體積膨脹148％對(duì)熟料性能影響安定性不良:變形,開裂,破壞安定性不良:變形,開裂,破壞含量控制指標(biāo)水泥中MgO≤5.0%壓蒸安定性合格允許到6.0％水化立窯熟料≤

2.5％回轉(zhuǎn)窯熟料≤

1.5％類圓形fCaO（反光）成堆方鎂石（反光）MgO存在形式對(duì)其水化的影響玻璃體：活性高，水化快固溶體：幾個(gè)月～1年水化方鎂石晶體:幾年才水化fCaO形態(tài)對(duì)其水化的影響立窯fCaO含量允許高些，因?yàn)橐徊糠謋CaO是沒有經(jīng)過(guò)高溫死燒的(生燒)，水化速度較快，對(duì)安定性影響不嚴(yán)重?；剞D(zhuǎn)窯fCaO含量控制更嚴(yán)，因?yàn)槭撬罒膄CaO，結(jié)構(gòu)比較致密，通常要在3天后才水化。化學(xué)成分礦物組成熟料煅燒熟料性能化學(xué)成分礦物組成煅燒性能CaO62%,過(guò)低C2S過(guò)多煅燒容易水化熱低,后強(qiáng)高,抗水性好;增加β型C2Sγ型C2S，粉化67%,過(guò)高幾乎無(wú)C2S或fCaO增多要求溫度高水化熱高,早強(qiáng)高,28天強(qiáng)度高，抗水性差，影響1年后強(qiáng)度強(qiáng)度下降，安定性不良Al2O3太少C3A少粘度小,燒結(jié)范圍窄,易結(jié)大塊水化慢，水化熱低太高C3A多粘度大，不利于C3S形成,要求溫度高快硬早強(qiáng),水化熱高，凝結(jié)非常迅速難以控制;干縮變形大,抗硫酸鹽性能差Fe2O3太少C4AF少太高C4AF多粘度小，易結(jié)大塊抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好第二節(jié)熟料的率值在水泥生產(chǎn)控制中，不僅要控制熟料中各氧化物的含量，還要控制各氧化物之間的比例——率值。率值既可方便地表示化學(xué)成分和礦物組成之間的關(guān)系，又可明確地表示對(duì)水泥熟料煅燒和性能的影響。一、三率值的物理意義與計(jì)算式1.水硬率1868年德國(guó)人W.Michaelis提出物理意義：熟料適宜石灰含量的一個(gè)系數(shù)，是熟料中氧化鈣與酸性氧化物之和的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值。計(jì)算式：因?yàn)椋寒?dāng)酸性氧化物總和不變，而比例變動(dòng)時(shí)，所需CaO的量改變。所以：控制相同的水硬率，不能保證同樣的礦物組成，對(duì)熟料質(zhì)量和煅燒不利。要同時(shí)控制各酸性氧化物之間的比例。庫(kù)爾提出熟料中酸性氧化物之間關(guān)系的率值2.硅率(硅酸率)物理意義：熟料中氧化硅含量與氧化鋁、氧化鐵之和的質(zhì)量比，也表示了熟料中硅酸鹽礦物與熔劑礦物的比例。計(jì)算式：3.鋁率(鐵率，鋁氧率)物理意義：熟料中氧化鋁與氧化鐵含量的質(zhì)量比，也表示了熟料熔劑礦物中鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣的比例。計(jì)算式：鋁率高低，在一定程度上反映了熟料煅燒過(guò)程中高溫液相的粘度。二、石灰飽和系數(shù)水硬率：熟料中氧化鈣與酸性氧化物之和的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值。斯波恩——石灰最大限量：熟料中主要酸性氧化物理論上反應(yīng)生成熟料礦物所需要的石灰最高含量。古特曼與杰耳——石灰理論極限含量:酸性氧化物形成堿性最高的礦物為C3S、C3A和C4AF。意義不明確首先理論計(jì)算CaO=2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3生成C3S、C2A、C2F——石灰標(biāo)準(zhǔn)值李和派克認(rèn)為——雖然生成C3S、C3A、C4AF，但要按相圖研究非平衡冷卻條件——石灰飽和系數(shù)斯波恩——修正石灰標(biāo)準(zhǔn)值金德和容克認(rèn)為——Al2O3、Fe2O3最終被CaO飽和，SiO2不完全被CaO飽和生成C3S，有部分C2S，否則出現(xiàn)fCaO。CaO=KH×2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3修正石灰飽和系數(shù)計(jì)算式：物理意義：熟料中全部SiO2生成硅酸鈣(C2S和C3S)所需的CaO含量與全部SiO2生成C3S所需CaO最大含量的比值，也表示熟料中SiO2被CaO飽和形成C3S的程度?？紤]到熟料中還有fCaO、fSiO2和石膏三、率值、化學(xué)成分和礦物組成之間的關(guān)系式1.化學(xué)成分與率值Σ

Al2O3=IM·Fe2O3SiO2=SM·(Al2O3+Fe2O3)CaO=Σ-(SiO2+Al2O3+Fe2O3)設(shè)計(jì)熟料中四種氧化物含量的總和Σ

，一般為97％左右。2.率值與礦物組成當(dāng)IM>0.64時(shí)3.礦物組成與化學(xué)成分C3S=4.07CaO-7.60SiO2-6.72Al2O3-1.43Fe2O3-2.86SO3C2S=2.87SiO2-0.754C3SC3A=2.65Al2O3-1.69Fe2O3C4AF=3.04Fe2O3四、率值、化學(xué)成分和礦物組成之間的關(guān)系率值對(duì)熟料煅燒與性能的影響率值化學(xué)成分礦物組成熟料煅燒熟料性能KH高CaO多C3S/C2S高SM一定時(shí),C3S多,C2S少;SM低,C3S不一定高,SM越高，硅酸鹽礦物越多，熔劑礦物越少煅燒困難,需要溫度高,一般采用較高SM,低IM水化熱高,早強(qiáng)高,28天強(qiáng)度高，抗水性差，影響1年后強(qiáng)度或煅燒不良,fCaO多煅燒溫度低或液相量少,液相粘度大強(qiáng)度下降，安定性不良KH低CaO少C3S/C2S低SM一定時(shí),C3S少,C2S多煅燒較易,溫度可稍低,可采用中SM,中IM水化熱低,后強(qiáng)高,抗水性好;增加β型C2Sγ型C2S,粉化,強(qiáng)度下降率值化學(xué)成分礦物組成熟料煅燒熟料性能SM高SiO2多硅酸鹽礦物多，熔劑礦物少;若KH低,C2S多煅燒困難,需要溫度高,否則易生燒強(qiáng)度高C2S粉化使強(qiáng)度下降;生燒形成fCaO影響安定性SM低SiO2少硅酸鹽礦物少，熔劑礦物多煅燒容易,液相過(guò)多,易結(jié)大塊,結(jié)圈,影響窯操作強(qiáng)度受影響率值化學(xué)成分礦物組成熟料煅燒熟料性能IM高Al2O3多,Fe2O3少C3A/C4AF大SM一定,C3A多,C4AF少;SM高,C3A不一定多液相粘度大,煅燒困難,需要溫度高快硬早強(qiáng),水化熱高，凝結(jié)要控制;干縮變形大,抗硫酸鹽性能差I(lǐng)M低Al2O3少,Fe2O3多C3A/C4AF小液相粘度小,液相中質(zhì)點(diǎn)易于擴(kuò)散,對(duì)C3S形成有利,但燒結(jié)范圍變窄,易結(jié)大塊,影響窯操作水化慢,水化熱低;抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好燒結(jié)范圍：指水泥生料加熱至出現(xiàn)燒結(jié)所必需的、最少的液相量時(shí)的溫度(開始燒結(jié)的溫度)