硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算Word文件下载.docx

1、纯 C3S 在常温下，通常只能为三斜晶系 （T 型），如含有少量 Mg0， A1203 ， Fe2O3 ， 503 ，ZnO，Cr203，R20 等氧化物形成固溶体则为 M 型或 R 型。由于熟料中 C3S 总含 MgO，A12O3，Fe2O3 以及其他氧化物，故阿利特通常为 M 型或 R 型。据认为锻烧温度的提高或锻烧时间的延长也有利于形成 M 型或 R 型。纯 C3S 为白色，密度为 3. 14g /cm3 ， 其晶体截面为六角形或棱柱形。单斜晶系的阿利特单晶为假六方片状或板状。在阿利特中常以 CS 和 CaO 的包裹体存在。C3S 凝结时间正常，水化较快，粒径 40-50jum 的颗粒

2、28d 可水化 70 左右。放热较多，早期强度高且后期强度增进率较大， 28d 强度可达一年强度的 70 -80 ，其 28d 强度和一年强度在四种矿物中均最高。阿利特的晶体尺寸和发育程度会影响其反应能力，当烧成温度高时，阿利特晶形完整，晶体尺寸适中，几何轴比大（晶体长度与宽度之比 L/B2-3） ，矿物分布均匀，界面清晰，熟料的强度较高。当加矿化剂或用急剧升温等锻烧方法时，虽然含较多阿利特，而且晶体比较细小，但因发育完整、分布均匀，熟料强度也较高。因此，适当提高熟料中的硅酸三钙含量，并且当其岩相结构良好时，可以获得优质熟料。但硅酸三钙的水化热较高，抗水性较差，如要求水泥的水化热低、抗水性较高

3、时，则熟料中的硅酸三钙含量要适当低一些。二、硅酸二钙C2S 在熟料中含量一般为 20 左右，是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一，熟料中硅酸二钙并不是以纯的形式存在，而是与少量 MgO，A1203，Fe2O3，R20 等氧化物形成固溶体，通常称为贝利特 （Belite ） 或 B 矿。纯 C2S 在 14500C 以下有下列多晶转变。1425 0 C 1160 0 C 630 680 0 C 500 0 C = H L - 780 860 0 C（H 一高温型， L 一低温型）在室温下 ， ， H ， L ， 等变形都是不稳定的，有转变成 Y 型的趋势。在熟料中 ， H 型一般较少存在，在烧成温度较

4、高、冷却较快的熟料中，由于固溶有少量 A120， ， Mg0 ， Fe2O3 等氧化物，可以 型存在。通常所指的硅酸二钙或 B 矿即为 型硅酸二钙。， H 型 C2S 强度较高，而 Y 型 C2S 几乎无水硬性。在立窑生产中，若通风不良、还原气氛严重、烧成温度低、液相量不足、冷却较慢，则硅酸二钙在低于 5000C 下易由密度为 3. 28g /cm 的 R 型转变为密度 2. 97g /cm3 的 Y 型，体积膨胀 10 而导致熟料粉化。但若液相量多，可使溶剂矿物形成玻璃体将刀型硅酸二钙晶体包围住，并采用迅速冷却方法使之越过尹 -Y 型转变温度而保留下来。贝利特为单斜晶系，在硅酸盐水泥熟料中常

5、呈圆粒状，这是因为贝利特的棱角已溶进液相而其余部分未溶进液相之故。已全部溶进液相而在冷却过程中结晶出来的贝利特则可以自行出现而呈其他形状。在反射光下，正常温度烧成的熟料中，贝利特有交叉双晶条纹，而烧成温度低冷却慢者，则呈现平行双晶条纹。纯硅酸二钙色洁白，当含有 Fe20， 时呈棕黄色。贝利特水化反应较慢 ，28d 仅水化 2000A -: 右，凝结硬化缓慢，早期强度较低但后期强度增长率较高，在一年后可赶上阿利特。贝利特的水化热较小，抗水性较好。在中低热水泥和抗硫酸盐水泥中，适当提高贝利特含量而降低阿利特含量是有利的。中间相填充在阿利特、贝利特之间的物质通称中间相，它可包括铝酸盐、铁酸盐、组成不

6、定的玻璃体和含碱化合物以及游离氧化钙和方镁石。但以包裹体形式存在于阿利特和贝利特中的游离氧化钙和方镁石除外。中间相在熟料缎烧过程中，熔融成为液相，冷却时，部分液相结晶，部分液相来不及结晶而凝固成玻璃体。（一）铝酸钙熟料中铝酸钙主要是铝酸三钙，有时还可能有七铝酸十二钙。在掺氟化钙作矿化剂的熟料中可能存在 C 11 A 7 CaF2 ，而在同时掺氟化钙和硫酸钙作矿化剂低温烧成的熟料中可以是 C 11 A 7 CaF2 和 C 4 A 2 S 而无 C 3 A 。纯 C 3 A 为等轴晶系，无多晶转化。 C 3 A 也可固溶部分氧化物，如 K2O，Na20 ， Si02 ， Fe203 等，随固溶的

7、碱含量的增加，立方晶体的 C，A 向斜方晶体 NCB A， 转变。结晶完善的 C 3 A 常呈立方、八面体或十二面体。但在水泥熟料中其形状随冷却速率而异。氧化铝含量高而慢冷的熟料，才可能结晶出完整的大晶体，一般则溶入玻璃相或呈不规则微晶析出。C 3A 在熟料中的潜在含量为 7-15 。纯 C 3A 为无色晶体，密度为 3. 04g /cm 3 ，熔融温度为 15330C ， 反光镜下，快冷呈点滴状，慢冷呈矩形或柱形。因反光能力差，呈暗灰色，故称黑色中间相。C 3A 水化迅速，放热多，凝结很快，若不加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝；硬化快，强度 3d 内就发挥出来，但绝对值不高，以后几乎不增长，甚至

8、倒缩。干缩变形大，抗硫酸盐性能差。（二）铁相固溶体铁相固溶体在熟料中的潜在含量为 10-18 。熟料中含铁相较复杂，有人认为是 C 2F - C 8A 3F 连续固溶体中的一个成分，也有人认为是 C 6A 2F -C6AF2 连续固溶体的一部分。在一般硅酸盐水泥熟料中，其成分接近 C，AF ，故多用 C， AF 代表熟料中铁相的组成。也有人认为，当熟料中 Mg0 含量较高或含有 CaF2 等降低液相粘度的组分时，铁相固溶体的组成为 C 6A 2F 。若熟料中 A1203/Fe2030. 64 的熟料。若 IM0. 64 ，则熟料组成为 C3S，CZS，C，AF 和 CZF e同理将 C，AF

9、改写成 C 2 A ? C 2F ，令 uk， 2F 与 CZF 相加，根据矿物组成 C3S，C2S，C 2F 和 C 2 F “ C 2 A ”可得：（ 1-3-9 ）考虑到熟料中还有游离 Ca0 、游离 Si0 ：和石膏，故式 1-3-8 ， 1-3-9 将写成：（ A/F 0.6 ） （ 1-3-10 ）（ A/F 0.64 ） （ 1-3-11 ）硅酸盐水泥熟料 KH 值在 0. 82-0. 94 之间，我国湿法回转窑 KH 值一般控制在 0. 89 士0. 0l 左右。石灰饱和系数与矿物组成的关系可用下面数学式表示：（ 1-3-12 ）从上可见，当 C3 S = 0 时 KH= 0.

10、 667， 即当 KH = 0. 667 时，熟料中只有 AC201%-3 和C，AF 而无 30 . 当 C20=V 时 ，KH=1 ，即当 KH=1 时，熟料中无 C20 而只有 C301% -13A 和C，AF， 故实际上 KH 值介于 o. ss7-1. o 之间。KH 实际上表示了熟料中 C3S 与 Cps 百分含量的比例。 KH 越大，则硅酸盐矿物中的 C3S 的比例越高，熟料质量（主要为强度）越好，故提高 KH 有利于提高水泥质量。但 KH 过高，熟料锻烧困难，保温时间长，否则会出现游离 CaO ，同时窑的产量低，热耗高，窑衬工作条件恶化。我国目前采用的是石灰饱和系数 KH， 硅

11、率 SM 和铝率 IM 三个率值。为使熟料既顺利烧成，又保证质量，保持矿物组成稳定，应根据各厂的原料、燃料和设备等。具体条件来选择三个率值，使之互相配合适当，不能单独强调其某一率值。一般说来，不能三个率值都同时高，或同时都低。一、石灰饱和系数法为了计算方便，先列出有关相对分之质量的比值。C 3 S=3.80 （ 3KH 2 ） SiO 2C 2 S=8.60（1-KH） SiO 2C 3 A =2.65（Al 2 O 3 -0.64Fe 2 O 3 ）C 4 AF=3.04Fe 2 O 3CaSO， 1 7S03二、鲍格 （R. H. Bogue） 法鲍格法也称代数法。根据四种主要矿物以及 C

12、asO ； 的化学组成可计算出各氧化物的百分含量，见表 1-3-1 表 1-3-1 主要矿物中各主要级化物的百分含量 （ ）氧化物矿 物C 2 SC 3 AC 4 AFCaSO 4CaO73.6965.1246.1641.19SiO 226.31AL 2 O 337.7320.98Fe 2 O 332.86SO 258.81根据上表数值可列出下列方程式：C=0. 7369C 3S 0. 6512C 23 0. 0229C 3 A 0. 4016C ， AF 0.4119CaS0，S=0: 2631C 3S-t-0. 3488CZSA=0. 3773C 3 A 0. 2098C 4 AFF= 0

13、.3286 C 4 AFSO 3 =0. 5881CaSO 4 解上述联立方程，可得各矿物百分含量计算式 0. 64 ）：C3S=4. 07 C 7. 60 S 6. 72A 一 2. 86S03C2S=8. 60S 5. 07A 1 07F 2.15S0 3 一 3. 07C 2. 87 S 0. 754C 3SC 3A =2.6 5 1. 09FC 4 AF=3. 04F （ 1-3-20 ）同理，当 I M 0.64 时，熟料矿物组成计算式如下：C3 S=4. 07 C 7. 60 S 4. 47 a 2. 80 F 2. 86S03CZS 8. 60S+3. 38A 2. 15S03

14、一 3. 07C 2. 87S-0. 754C 3SC，AF=4. 77AC 2F =1. 70（F-1. 57A ）CaSO ； 1. 70S0 ：三、熟料真实矿物组成与计算矿物组成的差异硅酸盐水泥洲料矿物组成的计算是假设熟料是平衡冷却并生成 C3S，C2S，C，A 和四种纯矿物，其计算结果与熟料真实矿物组成并不完全一致，有时甚至相差很大。其原因是：1. 固溶体的影响计算矿物为纯 C3S，C2S，C 3A 和 C， F， 但实际矿物为固溶有少量其他氧化物的固溶体，即阿利特、贝利特、铁相固溶体等。例如，若阿利特组成按 CsaS16MA 考虑，则计算 C3S 的公式中 Si02 前面的系数就不是

15、 3.80 而是 4.30， 这样实际含量就要提高 11 ，而 C 3A 则因有一部分 A1203 固溶进阿利特而使它的含量减少。又如，铁相固溶体并非固定组成的 C， AF， 而在高温或有 MgO，CaF2 等条件下有可能是 C6 2F ， 其结果使实际矿物中铁相固溶液含量增加使 C 3A 含量减少。2. 冷却条件的影响硅酸盐水泥熟料冷却过程，若缓慢冷却而平衡结晶，则液相几乎全部结晶出 C 3A ，C，AF等矿物。但在工业生产条件下，冷却速度较快，因而液相可部分或几乎全部变成玻璃体，此时，实际 C 3A ，C，AF 含量均比计算值低，而 C3S 含量可能增加使 C2S 减少。3. 碱和其他微组

16、分的影响碱的存在可能与硅酸盐矿物形成 KC23S12 ，与铝酸三钙形成 NC 8A 3 ，而析出 CaO ，从而使 C 3A 减少而出现 NC 3A 3， 碱也可能影响 C3S 含量。其他次要氧化物如 Ti02 ， MgO， P，05 也会影响熟料的矿物组成。尽管计算的矿物组成与实测值有一定差异，但它能基本说明对熟料锻烧和性能的影响，也是设计某一矿物组成的水泥熟料时，计算生料组成的唯一可能的方法，因此在水泥工业中仍得到广泛应用。第三节 熟料矿物组成的计算熟料的矿物组成可用岩相分析 ，X 射线定量分析等方法测定，也可根据化学成分进行计算。岩相分析基于显微镜下测量出单位面积各矿物所占的面积的百分率再乘以相应的矿物的相对密度而得各矿物含量。这种方法较符合实际情况，但要求操作者要有熟练的技巧，且劳动，强度大。此外，晶体较小，也可重迭而产生误差 .X 射线定量分析基于熟料矿物特征峰强度与基准单矿物特征峰强度之比求其含量。这种方法方便且准确，国外现代化水泥厂都普遍采用。但限于设备条件，我国水泥厂使用的还不多，另外，此方法对含量太低的矿物不适用。我国常用化学方法进行计算。此方法计算出来的仅是理论上