無機非金屬材料工學(xué)--第三節(jié) 硅酸鹽水泥熟料的煅燒

1、甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l一、熟料的形成過程熟料的形成過程 l1、水分蒸發(fā) l2、黏土礦物脫羥 l3、碳酸鹽分解 l4、固相反應(yīng) l5、熟料的燒結(jié) l6、熟料冷卻 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l T=100-150，脫分子水。包括吸附水和 層間水。 l生料中都有一定的自由水，生料中的自由生料中都有一定的自由水，生料中的自由 水的含量因生產(chǎn)方法與窯型不同而異。水的含量因生產(chǎn)方法與窯型不同而異。 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 干法窯生料：含水量一般不超過1.0%； 立窯和立波爾窯生料：需加水1214%成球； 濕法生產(chǎn)的料漿：含水量

2、30 40% lT=400-600，黏土礦物脫羥基水。 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 高嶺石類：脫水后為無定形產(chǎn)物，活性最好； 蒙脫石類 水云母類 脫水后仍為晶體結(jié)構(gòu)，活性差 分類分類 黏土礦物的化合水分類黏土礦物的化合水分類 一種是以O(shè)H-離子狀態(tài)存在于 晶體結(jié)構(gòu)中，稱為結(jié)構(gòu)水 另一種是以分子狀態(tài)吸附于晶 層結(jié)構(gòu)間，稱為吸附水 l（1）T=600-900， l（2）反應(yīng)式： l CaCO3（）CaOCO2 l MgCO3（）MgOCO2 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l a、可逆反應(yīng)。因此，要保證溫度 和CO2分解，分解不易太大。 l b、強吸熱反應(yīng)。

3、 每千克CaCO 3 900時需1658kJ熱量才能 分解 l c、反應(yīng)的起始溫度較低。約600 ，分解速度慢。T=900。對分解加快。 以后每增加50，速度加快一倍。 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 石灰石顆粒分解過程石灰石顆粒分解過程 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l包括： la、傳熱（氣流顆粒 分解面）2個 lb、分解，并CO2 lc、傳質(zhì)，分解CO2向表 面及大氣中擴散，2個 la、 石灰石結(jié)構(gòu)、物性：致密、晶體粗大（大理石 ）分解反應(yīng)困難，灰?guī)r、泥灰?guī)r分解容易。 lb、生料細(xì)度：越細(xì)，越有利于分解。 lc、 反應(yīng)條件：7。 CO2快；促使CO2迅

4、速擴散； ld、生料懸浮擴散程度：分散好，分解快 l粘土成分，高嶺土活動強，利于分解，伊利石和 蒙脫石活性差影響分解。 le、粘土成分，高嶺土活動強，利于分解，伊利石 和蒙脫石活性差影響分解。 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l（1）：反應(yīng)過程： lT=800： CaOAl2O3CaOAl2O3 (CA) l CaO Fe2O3CaOFe2O3 (CF) l 2CaO SiO22 CaOSiO2 (C2S) lT=800-900： 7(CA)5 CaO12(C12A7) l (CF) CaO2 (C2F) lT=900-1100： 2 CaO Al2O3SiO2(C2AS)

5、l12 CaO7 Al2O39 CaO7(C3A) l7(2CaOFe2O3)CaO12CaO7Al2O37(C4AF) lT=1100-1200： 大量形成C3A、C4AF、C2S。 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 （2）反應(yīng)特點： l 多級反應(yīng) l 放熱反應(yīng) l（3）反應(yīng)產(chǎn)物： l C2S、C3A、C4AF 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土 木工程系 張貞強 l a、生料細(xì)度和均勻性 l b、T（溫度）、t（時間） l c、原料性質(zhì)（是含SiO2等CaCO3， 晶體的存在會降低反應(yīng)速度。 l d、礦化劑：加入少量能使晶體生成速 度加快，生料易燒的物質(zhì)。 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)

6、院 新材料與土木工程系 張貞強 l（1）反應(yīng)過程： T=12501280，當(dāng)物料溫度升高到最低共熔 溫度后，C3A、C4AF、MgO、R2O等熔融成液相。 C2S、CaO逐步溶解于液相中， C2S吸收CaO形成 C3S。 反應(yīng)式： C2S+ CaO C3S 隨著溫度的升高和時間延長，液相量增加，液 相粘度降低， C2S、CaO不斷溶解、擴散， C3S 晶核不斷形成，并逐漸發(fā)育、長大，形成幾十 微米大小、發(fā)育良好的阿利特晶體。晶體不斷 重排、收縮、密實化，物料逐漸由疏松狀態(tài)轉(zhuǎn) 變?yōu)樯珴苫液?、結(jié)構(gòu)致密的熟料。 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 C3S 的 形 成 熟料燒結(jié) 甘肅能源

7、化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土 木工程系 張貞強 （2）C3S形成條件： 溫度：溫度： 130014501300 液相量：液相量： 20%30% 時間：時間： 1020min la、 最低共熔溫度：兩種或兩種以上組分開始出現(xiàn) 液相的溫度。 lb、液相量：越多，C3S越快，但過多易結(jié)塊。 l 計算公式：與Al2O3和Fe2O3含量有關(guān)。 lc、 液相粘度：粘度小則有利于C3S形成。 ld、液相的表面張力：T，張力愈小，愈有利于C3S 形成。 le、 CaO溶解于熟料液相的速率：CaO顆粒越小，溶 解速度越快，反應(yīng)越徹底。 lf、 反應(yīng)物存在的狀態(tài)：顆粒越細(xì)，T梯度越大，對 反應(yīng)越有利。 甘肅能源化工職

8、業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l含有凝固和相變兩個過程，冷卻的作用： l 提交熟料的質(zhì)量： l C3S（1250）C2SfCaO 所以提交冷卻速 度，可降低fCaO。 l 改善熟料的易磨性：快冷晶體小易磨。 l 回收余熱 提高窯爐的熱效率。 l 有利于熟料的輸送、儲存和粉磨 T100。防止粉 磨的時出現(xiàn)“假凝”現(xiàn)象。 l冷卻方式：冷卻方式： l 急冷 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l當(dāng)生料中含有石英或堿質(zhì)時，需加礦化 劑。 包括： l礦化劑種類 l礦化劑作用 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 二、礦化劑與礦化作用二、礦化劑與礦化作用 l1、氟化物：Ca

9、F 2、NaF、Na2SiF6、 CaSiF6、MgSiF6等。 l2、硫酸鹽：石膏、重晶石（BaSO4）等 。 l3、氯化物：CaCl2、NaCl等。 l4、磷灰石、磷酸二氫鈣。 l5、工業(yè)廢渣：銅礦渣、汰礦渣等。 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l1、螢石：螢石是一種使用最廣泛，效果最好的礦 化劑。 l 機理：CaF2H2O（高溫）CaO2HF l 4HFSiO2（Q）=SiF42H2O l 2HFCaCO3CaF2H2OCO2 l 作用： 加速SiO2、CaCO3和鉀長石分解。 l 降低液相生成溫度。 l 加速C3S形成。 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞

10、強 l2、硫酸鹽：CaSO 4 CaOSO 3 BaSO4BaOSO3 l作用： SO3能降低液相粘度，增加液 相量。 l 利 于 C 3 S 形 成 ， 因 可 形 成 2C2SCaSO4等中間過度化含物。 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l3、螢石石膏復(fù)合礦化： l 效果更好，但有時會出現(xiàn)不正常凝結(jié) 現(xiàn)象。 l4、氯化物：與氟化物相似，但效果稍差 。 l5、磷灰石：與石膏相似，但太多會導(dǎo)致 C3S分解。 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l（1）堿：K2ONa2O l來源于原料。 l優(yōu)點：能降低最低共熔溫度，起助熔作 用。 l缺點：易形成K石膏水泥快凝、結(jié)塊 、起霜。局部膨脹裂開。同時，堿的出 現(xiàn)會導(dǎo)致fCaO增多。 l 通常（K2ONa2O）1% 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l來源于白云石。 l 優(yōu)點：助熔、降低粘度、增加液相、改 善水泥色澤。 l 缺點：方鎂石過多會影響水泥的安定性 。 l 熟料MgO5% 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l來源于磷灰石礦化劑。 l含量極少。0.10.3%時，P2O5可與C2S固 熔，但太高會導(dǎo)致C3S分解，可加入適量 螢石以減小P2O5的不良影響。 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強 l來源于粘土。 l粘土中