硅酸鹽水泥熟料礦物組成

1、第一節(jié)硅酸鹽水泥熟料礦物組成 如前所述，硅酸鹽水泥熟料是以適當成分的生料燒到部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的燒結(jié)塊。因此，在硅酸鹽水泥熟料中 CaO,SiO2,A1203,Fe2O3 不是以單獨的氧化物存在，而是以兩種或兩種以上的氧化物經(jīng)高溫化學反應而生成的多種礦物的集合體。其結(jié)晶細小，一般為 30-60Icm 。因此可見，水泥熟料是一種多礦物組成的結(jié)晶細小的人工巖石。它主要有以下四種礦物：硅酸三鈣一 3Ca0 '3i02 ，可簡寫為 C3S ；硅酸二鈣 2Ca0 · Si02 ，可簡寫為 C2S ；鋁酸三鈣 3Ca0 · A1203 ，可簡寫為 C 3 A ；鐵

2、相固溶體通常以鐵鋁酸四鈣 4Ca0 . A1203 . Fe203 作為代表式，可簡寫成 C 4 AF,此外，還有少量游離氧化鈣 (.f-Ca0 ) 、方鎂石（結(jié)晶氧化鎂）、含堿礦物及玻璃體。通常熟料中 C3S 和 C2S 含量約占 75 左右，稱為硅酸鹽礦物。 C3-ft 和 C,AF 的理論含量約占 22 左右。在水泥熟料鍛燒過程中 ,C 3 A 和 C,AF 以及氧化鎂、堿等在 1250 - 12800C 會逐漸熔融形成液相，促進硅酸三鈣的形成，故稱熔劑礦物。一 硅酸三鈣 C3S 是硅酸鹽水泥熟料的主要礦物。其含量通常為 50 左右，有時甚至高達 60 以上。純 C3S 只有在 2065

3、 12500C 溫度范圍內(nèi)才穩(wěn)定。在 20650C 以上不一致熔融為 Ca0 和液相；在 1250 0 C 以下分解為 CZS 和 Ca0 ，但反應很慢，故純 C,S 在室溫可呈介穩(wěn)狀態(tài)存在。 C,S 有三種晶系七種變型：1070 0 C 1060 0 C 990 0 C 960 0 C 920 0 C 520 0 CR M M M T T T R 型為三方晶系， M 型為單斜晶系， T 型為三斜晶系，這些變型的晶體結(jié)構(gòu)相近。但有人認為 ,R 型和 M ，型的強度比 T 型的高。在硅酸鹽水泥熟料中 , C3S 并不以純的形式存在，總含有少量氧化鎂、氧化鋁、氧化鐵等形成固溶液，稱為阿利特 (Al

4、ite ）或 A 礦。純 C3S 在常溫下，通常只能為三斜晶系 (T 型），如含有少量 Mg0, A1203 , Fe2O3 , 503 ,ZnO,Cr203,R20 等氧化物形成固溶體則為 M 型或 R 型。由于熟料中 C3S 總含 MgO,A12O3,Fe2O3 以及其他氧化物，故阿利特通常為 M 型或 R 型。據(jù)認為鍛燒溫度的提高或鍛燒時間的延長也有利于形成 M 型或 R 型。純 C3S 為白色，密度為 3. 14g /cm3 , 其晶體截面為六角形或棱柱形。單斜晶系的阿利特單晶為假六方片狀或板狀。在阿利特中常以 C'S 和 CaO 的包裹體存在。C3S 凝結(jié)時間正常，水化較快，

5、粒徑 40-50jum 的顆粒 28d 可水化 70 左右。放熱較多，早期強度高且后期強度增進率較大， 28d 強度可達一年強度的 70 -80 ，其 28d 強度和一年強度在四種礦物中均最高。阿利特的晶體尺寸和發(fā)育程度會影響其反應能力，當燒成溫度高時，阿利特晶形完整，晶體尺寸適中，幾何軸比大（晶體長度與寬度之比 L/B>2-3) ，礦物分布均勻，界面清晰，熟料的強度較高。當加礦化劑或用急劇升溫等鍛燒方法時，雖然含較多阿利特，而且晶體比較細小，但因發(fā)育完整、分布均勻，熟料強度也較高。因此，適當提高熟料中的硅酸三鈣含量，并且當其巖相結(jié)構(gòu)良好時，可以獲得優(yōu)質(zhì)熟料。但硅酸三鈣的水化熱較高，抗水

6、性較差，如要求水泥的水化熱低、抗水性較高時，則熟料中的硅酸三鈣含量要適當?shù)鸵恍?。?硅酸二鈣 C2S 在熟料中含量一般為 20 左右，是硅酸鹽水泥熟料的主要礦物之一，熟料中硅酸二鈣并不是以純的形式存在，而是與少量 MgO,A1203,Fe2O3,R20 等氧化物形成固溶體，通常稱為貝利特 (Belite ) 或 B 礦。純 C2S 在 14500C 以下有下列多晶轉(zhuǎn)變。1425 0 C 1160 0 C 630 680 0 C 500 0 C = H L - 780 860 0 C(H 一高溫型， L 一低溫型）在室溫下 , ， H ， L ， 等變形都是不穩(wěn)定的，有轉(zhuǎn)變成 Y 型的趨勢。在熟

7、料中 ， H 型一般較少存在，在燒成溫度較高、冷卻較快的熟料中，由于固溶有少量 A120, , Mg0 , Fe2O3 等氧化物，可以 型存在。通常所指的硅酸二鈣或 B 礦即為 型硅酸二鈣。， H 型 C2S 強度較高，而 Y 型 C2S 幾乎無水硬性。在立窯生產(chǎn)中，若通風不良、還原氣氛嚴重、燒成溫度低、液相量不足、冷卻較慢，則硅酸二鈣在低于 5000C 下易由密度為 3. 28g /cm' 的 R 型轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏?2. 97g /cm3 的 Y 型，體積膨脹 10 而導致熟料粉化。但若液相量多，可使溶劑礦物形成玻璃體將刀型硅酸二鈣晶體包圍住，并采用迅速冷卻方法使之越過尹 -Y 型轉(zhuǎn)變溫

8、度而保留下來。貝利特為單斜晶系，在硅酸鹽水泥熟料中常呈圓粒狀，這是因為貝利特的棱角已溶進液相而其余部分未溶進液相之故。已全部溶進液相而在冷卻過程中結(jié)晶出來的貝利特則可以自行出現(xiàn)而呈其他形狀。在反射光下，正常溫度燒成的熟料中，貝利特有交叉雙晶條紋，而燒成溫度低冷卻慢者，則呈現(xiàn)平行雙晶條紋。純硅酸二鈣色潔白，當含有 Fe20, 時呈棕黃色。貝利特水化反應較慢 ,28d 僅水化 2000A -: 右，凝結(jié)硬化緩慢，早期強度較低但后期強度增長率較高，在一年后可趕上阿利特。貝利特的水化熱較小，抗水性較好。在中低熱水泥和抗硫酸鹽水泥中，適當提高貝利特含量而降低阿利特含量是有利的。 中間相 填充在阿利特、貝

9、利特之間的物質(zhì)通稱中間相，它可包括鋁酸鹽、鐵酸鹽、組成不定的玻璃體和含堿化合物以及游離氧化鈣和方鎂石。但以包裹體形式存在于阿利特和貝利特中的游離氧化鈣和方鎂石除外。中間相在熟料緞燒過程中，熔融成為液相，冷卻時，部分液相結(jié)晶，部分液相來不及結(jié)晶而凝固成玻璃體。（一）鋁酸鈣熟料中鋁酸鈣主要是鋁酸三鈣，有時還可能有七鋁酸十二鈣。在摻氟化鈣作礦化劑的熟料中可能存在 C 11 A 7 · CaF2 ，而在同時摻氟化鈣和硫酸鈣作礦化劑低溫燒成的熟料中可以是 C 11 A 7 · CaF2 和 C 4 A 2 S 而無 C 3 A 。純 C 3 A 為等軸晶系，無多晶轉(zhuǎn)化。 C 3 A

10、也可固溶部分氧化物，如 K2O,Na20 , Si02 , Fe203 等，隨固溶的堿含量的增加，立方晶體的 C,A 向斜方晶體 NCB A, 轉(zhuǎn)變。結(jié)晶完善的 C 3 A 常呈立方、八面體或十二面體。但在水泥熟料中其形狀隨冷卻速率而異。氧化鋁含量高而慢冷的熟料，才可能結(jié)晶出完整的大晶體，一般則溶入玻璃相或呈不規(guī)則微晶析出。C 3A 在熟料中的潛在含量為 7-15 。純 C 3A 為無色晶體，密度為 3. 04g /cm 3 ，熔融溫度為 15330C , 反光鏡下，快冷呈點滴狀，慢冷呈矩形或柱形。因反光能力差，呈暗灰色，故稱黑色中間相。C 3A 水化迅速，放熱多，凝結(jié)很快，若不加石膏等緩凝劑

11、，易使水泥急凝；硬化快，強度 3d 內(nèi)就發(fā)揮出來，但絕對值不高，以后幾乎不增長，甚至倒縮。干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。（二）鐵相固溶體鐵相固溶體在熟料中的潛在含量為 10-18 。熟料中含鐵相較復雜，有人認為是 C 2F - C 8A 3F 連續(xù)固溶體中的一個成分，也有人認為是 C 6A 2F -C6AF2 連續(xù)固溶體的一部分。在一般硅酸鹽水泥熟料中，其成分接近 C,AF ，故多用 C, AF 代表熟料中鐵相的組成。也有人認為，當熟料中 Mg0 含量較高或含有 CaF2 等降低液相粘度的組分時，鐵相固溶體的組成為 C 6A 2F 。若熟料中 A1203/Fe203<0. 64 ，則可生成

12、鐵酸二鈣。鐵鋁酸四鈣的水化速度早期介于鋁酸三鈣和硅酸三鈣之間，但隨后的發(fā)展不如硅酸三鈣。早期強度類似于鋁酸三鈣，后期還能不斷增長，類似硅酸二鈣?？箾_擊性能和抗硫酸鹽性能好，水化熱較鋁酸三鈣低，但含 C, AF 高的熟料難磨。在道路水泥和抗硫酸鹽水泥中，鐵鋁酸四鈣的含量高為好。含鐵相的水化速率和水化產(chǎn)物性質(zhì)決定于相的 A1203/Fe203 比，研究發(fā)現(xiàn) :C 6A 2F 水化速度比 C,AF 快，這是因為其含有較多的 A1203 之故 C6AF2 水化較慢，凝結(jié)也慢 C 2F 的水化最慢，有一定水硬性。（三）玻璃體硅酸鹽水泥熟料鍛燒過程中，熔融液相若在平衡狀態(tài)下冷卻，則可全部結(jié)晶出 C 3A

13、,C 4 AF 和含堿化合物等而不存在玻璃體。但在工廠生產(chǎn)條件下冷卻速度較快，有部分液相來不及結(jié)晶而成為過冷液體，即玻璃體在玻璃體中，質(zhì)點排列無序，組成也不定其主要成分為 A1 2 0 3 、 Fe 2 O , Ca0 ，還有少量 MgO 和堿等玻璃體在熟料中的含量隨冷卻條件而異，快冷則玻璃體含量多而 C,A,C,AF 等晶體少，反之則玻璃體含量少而 C,A,C,AF 晶體多據(jù)認為，普通冷卻熟料中，玻璃體含量約為 200-21 ；急冷熟料玻璃體約 800-22 ；慢冷熟料玻璃體只有 0 2 。鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣在鍛燒過程中熔融成液相，可以促進硅酸三鈣的順利形成，這是它們的一個重要作用。如果物

14、料中熔劑礦物過少，則易生燒使氧化鈣不易被吸收完全，從而導致熟料中游離氧化鈣增加，影響熟料的質(zhì)量，降低窯的產(chǎn)量并增加樵料的消耗。如果熔劑礦物過多，物料在窯內(nèi)易結(jié)大塊，甚至在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)結(jié)圈，在立窯內(nèi)結(jié)爐瘤等，嚴重影響回轉(zhuǎn)窯和立窯的正常生產(chǎn)。三 游離氧化鈣和方鎂石 游離氧化鈣是指經(jīng)高溫鍛燒而仍未化合的氧化鈣，也稱游離石灰。經(jīng)高溫鍛燒的游離氧化鈣結(jié)構(gòu)比較致密，水化很慢，通常要在 3d 后才明顯，水化生成氫氧化鈣體積增加 7.9 ，在硬化的水泥漿中造成局部膨脹應力。隨著游離氧化鈣的增加，首先是抗折強度下降，進而引起 3d 以后強度倒縮，嚴重時引起安定性不良。因此，在熟料緞燒中要嚴格控制游離氧化鈣含量。我國

15、回轉(zhuǎn)窯一般控制在 1.5 以下，而立窯在 2.5 以下。因為立窯熟料的游離氧化物中有一部分是沒有經(jīng)過高溫死燒而出窯的生料。這種生料中的游離氧化鈣水化快，對硬化水泥漿的破壞力不大。游離氧化鈣在偏光鏡下為無色圓形顆粒，有明顯解理。在反光鏡下用蒸餾水浸蝕后呈彩虹色。方鎂石是指游離狀態(tài)的 Mg0 晶體。 Mg0 由于與 SIO2,FeM 的化學親和力很小，在熟料鍛燒過程中一般不參與化學反應。它以下列三種形式存在于熟料中：溶解于 C,AF,C,S 中形成固溶體；溶于玻璃體中；以游離狀態(tài)的方鎂石形式存在。據(jù)認為，前兩種形式的 Mg0 含量約為熟料的 2 ，它們對硬化水泥漿體無破壞作用，而以方鎂石形式存在時

16、，由于水化速度比游離氧化鈣要慢，要在 0. 5-1 年后才明顯。水化生成氫氧化鎂時，體積膨脹 148 ，也會導致安定性不良。方鎂石膨脹的嚴重程度與晶體尺寸、含量均有關(guān)系。尺寸 1 Jim 時，含量 5 才引起微膨脹，尺寸 5-7tim 時，含量 3 就引起嚴重膨脹。國家標準規(guī)定硅酸鹽水泥中氧化鎂含量不得超過 5. 0 。在生產(chǎn)中應盡量采取快冷措施減小方鎂石的晶體尺寸。第二節(jié)熟料的率值因為硅酸鹽水泥熟料是由兩種或兩種以上的氧化物化合而成，因此在水泥生產(chǎn)中控制各氧化物之間的比例即率值，比單獨控制各氧化物的含量更能反映出對熟料礦物組成和性能的影響。故常用表示各氧化物之間相對含量的率值來作為生產(chǎn)的控制

17、指標。一 水硬率 (Hydraulic Modulus水硬率是 1868 年德國人米夏埃利斯 (W. Michaelis) 提出的作為控制熟料適宜石灰含量的一個系數(shù)。它是熟料中氧化鈣與酸性氧化物之和的質(zhì)量百分數(shù)的比值，常用 HM 表示，其計算式為：CaO HM= （ 1-3-1 ） Si02 A120, -I-Fe203其中 CaO, Si02 , A1203, Fe2O3 分別代表熟料中各氧化物的質(zhì)量百分數(shù)。水硬率通常在 1.8-2.4 之間。水硬率假定各酸性氧化物所結(jié)合的氧化鈣是相同的，實際上并非如此。當各酸性氧化物的總和不變而它們之間的比例發(fā)生變化時，所需的氧化鈣并不相同。因此只控制同樣

18、的水硬率，并不能保證熟料有相同的礦物組成。只有同時也控制各酸性氧化物之間的比例，才能保證熟料礦物組成的穩(wěn)定。因此后來庫爾 (H. HAD 提出了控制熟料酸性氧化物之間的關(guān)系的率值：硅率和鋁率。二 硅率或硅酸率（Silica Modulus）硅率又稱硅酸率，它表示熟料中 Si02 的百分含量與 AIA 和 Fe20, 百分含量之比，用 SM表示： （ 1-3-2 ） 通常硅酸鹽水泥的硅率在 1.7-2.7 之間。但白色硅酸鹽水泥的硅率可達 4. 0 甚至更高。硅率除了表示熟料的 Si02 與 A1203 和 Fe2O3 的質(zhì)量百分比外，還表示了熟料中硅酸鹽礦物與溶劑礦物的比例關(guān)系，相應地反映了熟

19、料的質(zhì)量和易燒性。當 A120,/Fe2O3 大于 0.64 時，硅率與礦物組成的關(guān)系為：（ 1-3-3 ）式中 C3S,C2S,C 3A ,C,AF 分別代表熟料中各礦物的質(zhì)量百分數(shù)。從 1-3-3 式可見，硅率隨硅酸鹽礦物與熔劑礦物之比而增減。若熟料硅率過高，則由于高溫液相量顯著減少，熟料緞燒困難，硅酸三鈣不易形成，如果氧化鈣含量低，那么硅酸二鈣含量過多而熟料易粉化。硅率過低，則熟料因硅酸鹽礦物少而強度低，且由于液相量過多，易出現(xiàn)結(jié)大塊、結(jié)爐瘤、結(jié)圈等，影響窯的操作。三 鋁率或鐵率（Iron Modulus）鋁率又稱鐵率，以 IM 表示。其計算式為：（ 1-3-4 ）鋁率通常在 0. 9-

20、1. 7 之間?？沽蛩猁}水泥或低熱水泥的鋁率可低至 0. 7 。鋁率表示熟料中氧化鋁與氧化鐵的質(zhì)量百分比，也表示熟料中鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣的比例關(guān)系，因而也關(guān)系到熟料的凝結(jié)快慢。同時還關(guān)系到熟料液相粘度，從而影響熟料的鍛燒的難易，熟料鋁率與礦物組成的關(guān)系如下：（ 1-3-5 ）從 1-3-5 式可見，鋁率高，熟料中鋁酸三鈣多，液相粘度大，物料難燒，水泥凝結(jié)快。但鋁率過低，雖然液相粘度小，液相中質(zhì)點易擴散對硅酸三鈣形成有利，但燒結(jié)范圍窄，窯內(nèi)易結(jié)大塊，不利于窯的操作。有些國家，如日本采用 HM, SM 和 IM 三個率值來控制熟料成分，結(jié)果還比較滿意。我國從日本引進的冀東水泥廠也用此三個率值來控

21、制生產(chǎn)。但不少學者認為水硬率的意義不明確，因此，又提出了不同的與石灰最大含量有關(guān)的計算公式，常見的有 KH 和 LSF 。四、石灰飽和系數(shù)KH古特曼與杰耳認為，酸性氧化物形成的堿性最高的礦物為 C35,C,S,C,A,C,AF ，從而提出了他們的石灰理論極限含量。為便于計算，將 C,AF 改寫成“ C 3 A " 和“ CF" ，令 "CA" 與 C 3 A 相加，那么每 1 酸性氧化物所齋石灰含量分別為：1 A1 2 03 所需： CaO= 3 × 56.08/101.96=1.651 %Fez03 所需 CaO=56.08/159.7=0.

22、351 Sioz 形成 C 3 S 所需 CaO= 3 × 56.08/60.09=2.8由每 1 酸性氧化物所需石灰量乘以相應的酸性氧化物含量，就可得石灰理論極限含量計算式：CaO 2. 8SiOz 1. 651103-f-0. 35Fez03 ( 1-3-6 )金德和容克認為，在實際生產(chǎn)中，氧化鋁和氧化鐵始終為氧化鈣所飽和，而 Si0 ：可能不完全飽和成 C35 而存在一部分 C's, 否則熟料就會出現(xiàn)游離氧化鈣。因此就在 Sioz 之前加一石灰飽和系數(shù) KH 。故Ca0=KH X 2. 8SiOz 1. 65A 1203-1-0. 35Fez03 ( 1-3-7 )將

23、1-3-7 改寫成（ 1-3-8 ）因此，石灰飽和系數(shù) KH 是熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣 (C3S-I-CzS) 所需的氧化鈣含量 與全部二氧化硅理論上全部生成硅酸三鈣所需的氧化鈣含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度。式 1-3-8 適用于 IM>0. 64 的熟料。若 IM<0. 64 ，則熟料組成為 C3S,CZS,C,AF 和 CZF e同理將 C,AF 改寫成 C 2 A ?" C 2F " ，令 uk, 2F " 與 CZF 相加，根據(jù)礦物組成 C3S,C2S,C 2F 和 C 2 F “ C 2 A ”可得：（ 1

24、-3-9 ）考慮到熟料中還有游離 Ca0 、游離 Si0 ：和石膏，故式 1-3-8 ， 1-3-9 將寫成：（ A/F 0.6 ） （ 1-3-10 ）（ A/F 0.64 ） （ 1-3-11 ）硅酸鹽水泥熟料 KH 值在 0. 82-0. 94 之間，我國濕法回轉(zhuǎn)窯 KH 值一般控制在 0. 89 士0. 0l 左右。石灰飽和系數(shù)與礦物組成的關(guān)系可用下面數(shù)學式表示：（ 1-3-12 ）從上可見，當 C3 S = 0 時 KH= 0. 667, 即當 KH = 0. 667 時，熟料中只有 AC201%-3 和C,AF 而無 30 . 當 C20=V 時 ,KH=1 ，即當 KH=1 時，

25、熟料中無 C20 而只有 C301% -13A 和C,AF, 故實際上 KH 值介于 o. ss7-1. o 之間。KH 實際上表示了熟料中 C3S 與 Cps 百分含量的比例。 KH 越大，則硅酸鹽礦物中的 C3S 的比例越高，熟料質(zhì)量（主要為強度）越好，故提高 KH 有利于提高水泥質(zhì)量。但 KH 過高，熟料鍛燒困難，保溫時間長，否則會出現(xiàn)游離 CaO ，同時窯的產(chǎn)量低，熱耗高，窯襯工作條件惡化。我國目前采用的是石灰飽和系數(shù) KH, 硅率 SM 和鋁率 IM 三個率值。為使熟料既順利燒成，又保證質(zhì)量，保持礦物組成穩(wěn)定，應根據(jù)各廠的原料、燃料和設備等。具體條件來選擇三個率值，使之互相配合適當，

26、不能單獨強調(diào)其某一率值。一般說來，不能三個率值都同時高，或同時都低。一 石灰飽和系數(shù)法為了計算方便，先列出有關(guān)相對分之質(zhì)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 鮑格(R. H. Bogue)法鮑格法也稱代數(shù)法。根據(jù)四種主要礦物以及 CasO ； 的化學組成可計算出各氧化物的百分含量，見表 1-3-1 表 1-3-1 主要礦物中各主要級化物的百分含量 ( ）氧化物礦 物C 2 SC 2 SC 3

27、AC 4 AFCaSO 4CaO73.6965.1265.1246.1641.19SiO 226.3126.31AL 2 O 337.7320.98Fe 2 O 332.86SO 258.81根據(jù)上表數(shù)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= 0.3286 C 4 AFSO 3 =0. 5881CaSO 4 解上述聯(lián)立方程，可得各礦物百分含量計算式 <IM>0. 6

28、4 ）：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，當 I M 0.64 時，熟料礦物組成計算式如下：C3 S=4. 07 C 7. 60 S 4. 47 a 2. 80 F 2. 86S03CZS 8. 60S+3. 38A 2. 15S03 一 3. 07C 2. 87S-0. 754C 3SC,AF=4. 77AC 2F =1. 70(F-1. 57A

29、 ）CaSO ； 1. 70S0 ：三 熟料真實礦物組成與計算礦物組成的差異硅酸鹽水泥洲料礦物組成的計算是假設熟料是平衡冷卻并生成 C3S,C2S,C,A 和四種純礦物，其計算結(jié)果與熟料真實礦物組成并不完全一致，有時甚至相差很大。其原因是：1. 固溶體的影響計算礦物為純 C3S,C2S,C 3A 和 C, F, 但實際礦物為固溶有少量其他氧化物的固溶體，即阿利特、貝利特、鐵相固溶體等。例如，若阿利特組成按 CsaS16MA 考慮，則計算 C3S 的公式中 Si02 前面的系數(shù)就不是 3.80 而是 4.30, 這樣實際含量就要提高 11 ，而 C 3A 則因有一部分 A1203 固溶進阿利特而

30、使它的含量減少。又如，鐵相固溶體并非固定組成的 C, AF, 而在高溫或有 MgO,CaF2 等條件下有可能是 C6 2F , 其結(jié)果使實際礦物中鐵相固溶液含量增加使 C 3A 含量減少。2. 冷卻條件的影響硅酸鹽水泥熟料冷卻過程，若緩慢冷卻而平衡結(jié)晶，則液相幾乎全部結(jié)晶出 C 3A ,C,AF等礦物。但在工業(yè)生產(chǎn)條件下，冷卻速度較快，因而液相可部分或幾乎全部變成玻璃體，此時，實際 C 3A ,C,AF 含量均比計算值低，而 C3S 含量可能增加使 C2S 減少。3. 堿和其他微組分的影響堿的存在可能與硅酸鹽礦物形成 KC23S12 ，與鋁酸三鈣形成 NC 8A 3 ，而析出 CaO ，從而使

31、 C 3A 減少而出現(xiàn) NC 3A 3, 堿也可能影響 C3S 含量。其他次要氧化物如 Ti02 , MgO, P,05 也會影響熟料的礦物組成。盡管計算的礦物組成與實測值有一定差異，但它能基本說明對熟料鍛燒和性能的影響，也是設計某一礦物組成的水泥熟料時，計算生料組成的唯一可能的方法，因此在水泥工業(yè)中仍得到廣泛應用。第三節(jié)熟料礦物組成的計算熟料的礦物組成可用巖相分析 ,X 射線定量分析等方法測定，也可根據(jù)化學成分進行計算。 巖相分析基于顯微鏡下測量出單位面積各礦物所占的面積的百分率再乘以相應的礦物的相對密度而得各礦物含量。這種方法較符合實際情況，但要求操作者要有熟練的技巧，且勞動，強度大。此外

32、，晶體較小，也可重迭而產(chǎn)生誤差 .X 射線定量分析基于熟料礦物特征峰強度與基準單礦物特征峰強度之比求其含量。這種方法方便且準確，國外現(xiàn)代化水泥廠都普遍采用。但限于設備條件，我國水泥廠使用的還不多，另外，此方法對含量太低的礦物不適用。我國常用化學方法進行計算。此方法計算出來的僅是理論上可能生成的礦物，稱之為“潛在礦物”組成。在生產(chǎn)條件穩(wěn)定的情況下，熟料真實礦物組成與計算礦物組成有一定的相關(guān)性，已能說明礦物組成對熟料及水泥性能的影響，因此在我國仍普遍使用。常用的從化學成分計算熟料礦物組成的方法有兩種，即石灰飽和系數(shù)法和鮑格法。 石灰飽和系數(shù)法為了計算方便，先列出有關(guān)相對分之質(zhì)量的比值。 C 3 S

33、=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 鮑格(R. H. Bogue)法鮑格法也稱代數(shù)法。根據(jù)四種主要礦物以及 CasO ； 的化學組成可計算出各氧化物的百分含量，見表 1-3-1 表 1-3-1 主要礦物中各主要級化物的百分含量 ( ）氧化物礦 物C 2 SC 2 SC 3 AC 4 AFCaSO 4CaO73.6965.1265.1246.1641.19SiO 226.3126.31AL 2 O 337.7320

34、.98Fe 2 O 332.86SO 258.81根據(jù)上表數(shù)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= 0.3286 C 4 AFSO 3 =0. 5881CaSO 4 解上述聯(lián)立方程，可得各礦物百分含量計算式 <IM>0. 64 ）：C3S=4. 07 C 7. 60 S 6. 72A 一 2. 86S03C2S=8. 60S 5. 07A 1 07F 2.15S0

35、 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，當 I M 0.64 時，熟料礦物組成計算式如下：C3 S=4. 07 C 7. 60 S 4. 47 a 2. 80 F 2. 86S03CZS 8. 60S+3. 38A 2. 15S03 一 3. 07C 2. 87S-0. 754C 3SC,AF=4. 77AC 2F =1. 70(F-1. 57A ）CaSO ； 1. 70S0 ： 熟料真實礦物組成與計算礦物組成的差異硅酸鹽水泥洲料礦物組成的計算是假設熟料是平衡冷卻并生成 C3S,C2

36、S,C,A 和 ,AF 四種純礦物，其計算結(jié)果與熟料真實礦物組成并不完全一致，有時甚至相差很大。其原因是：1. 固溶體的影響 計算礦物為純 C3S,C2S,C 3A 和 C, F, 但實際礦物為固溶有少量其他氧化物的固溶體，即阿利特、貝利特、鐵相固溶體等。例如，若阿利特組成按 CsaS16MA 考慮，則計算 C3S 的公式中 Si02 前面的系數(shù)就不是 3.80 而是 4.30, 這樣實際含量就要提高 11 ，而 C 3A 則因有一部分 A1203 固溶進阿利特而使它的含量減少。又如，鐵相固溶體并非固定組成的 C, AF, 而在高溫或有 MgO,CaF2 等條件下有可能是 C6 2F , 其結(jié)

37、果使實際礦物中鐵相固溶液含量增加使 C 3A 含量減少。2. 冷卻條件的影響 硅酸鹽水泥熟料冷卻過程，若緩慢冷卻而平衡結(jié)晶，則液相幾乎全部結(jié)晶出 C 3A ,C,AF等礦物。但在工業(yè)生產(chǎn)條件下，冷卻速度較快，因而液相可部分或幾乎全部變成玻璃體，此時，實際 C 3A ,C,AF 含量均比計算值低，而 C3S 含量可能增加使 C2S 減少。3. 堿和其他微組分的影響 堿的存在可能與硅酸鹽礦物形成 KC23S12 ，與鋁酸三鈣形成 NC 8A 3 ，而析出 CaO ，從而使 C 3A 減少而出現(xiàn) NC 3A 3, 堿也可能影響 C3S 含量。其他次要氧化物如 Ti02 , MgO, P,05 也會影

38、響熟料的礦物組成。 盡管計算的礦物組成與實測值有一定差異，但它能基本說明對熟料鍛燒和性能的影響，也是設計某一礦物組成的水泥熟料時，計算生料組成的唯一可能的方法，因此在水泥工業(yè)中仍得到廣泛應用。第四節(jié)熟料礦物組成的選擇 熟料礦物組成的選擇，一般應根據(jù)水泥的品種和標號、原料和燃料的品質(zhì)、生料制備和熟料鍛燒工藝綜合考慮，以達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低消耗和設備長期安全運轉(zhuǎn)的目的。 水泥品種和標號 若要求生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥，則在保證水泥標號以及凝結(jié)時間正常和安定性良好的條件下，其化學成分可在一定范圍內(nèi)變動?？梢圆捎酶哞F、低鐵、低硅、高硅、高飽和系數(shù)等多種配料方案。但要注意三個率值配合適當，不能過份強調(diào)某一率值。例如

39、，同樣生產(chǎn) 525 號硅酸鹽水泥，華新水泥廠采取的配料方案為 X2 -v- 89-0. 93,SM=2. 0-V2. 2JM=1. 2-1. 4 ，而峨眉水泥廠限于原料、燃料的條件則采取高鐵高飽和系數(shù)配料方案， KH 0. 90-0. 93 ， SM= 2. 00 士 0. 10J 材 =0. 8t0. 1 ，也可生產(chǎn)出 525 號硅酸鹽水泥。 生產(chǎn)專用水泥或特性水泥應根據(jù)其特殊要求，選擇合適的礦物組成。若生產(chǎn)快硬硅酸鹽水泥，則要求硅酸三鈣和鋁酸三鈣含量高，因此應提高 KH 和 IM 。而生產(chǎn)中熱硅酸鹽水泥和抗硫酸鹽水泥則應減少鋁酸蘭鈣和硅酸三鈣含量，即降低 KH 和 IM 率。 原料品質(zhì) 原

40、料的化學成分和工藝性能對熟料礦物組成的選擇有很大影響，在一般情況下，應盡量采用兩種或三種原料的配料方案。除非其配料方案不能保證正常生產(chǎn)，才考慮更換原料或摻加另一種校正原料。 若石灰石品位低而粘土氧化硅含量又不高，則無法提高石灰飽和系數(shù)和硅率，熟料強度難以提高，只有采用品位高的石灰石和氧化硅含量高的粘土才能提高飽和系數(shù)和硅率，燒出標號較高的水泥。若石灰石的隧石含量較高而粘土的粗砂含量高，則因為原料難磨，熟料難燒，其熟料的飽和系數(shù)也不能高。原料含堿量太高， KH 宜降低。 燃料品質(zhì) 燃料品質(zhì)既影響緞燒過程又影響熟料質(zhì)量。一般說來，發(fā)熱量高的優(yōu)質(zhì)燃料，其火焰溫度高，熟料的 KH 值可高些。若燃料質(zhì)量

41、差，除了火焰溫度低外，還會因煤灰的沉落不均勻，降低熟料質(zhì)量。水泥窯用煤的質(zhì)量要求見泥，則要求硅酸三鈣和鋁酸三鈣含量高，因此應提高 KH 和 IM 。而生產(chǎn)中熱硅酸鹽水泥和抗硫酸鹽水泥則應減少鋁酸蘭鈣和硅酸三鈣含量，即降低 KH 和 IM 率。 燃料品質(zhì)既影響緞燒過程又影響熟料質(zhì)量。一般說來，發(fā)熱量高的優(yōu)質(zhì)燃料，其火焰溫度高，熟料的 KH 值可高些。若燃料質(zhì)量差，除了火焰溫度低外，還會因煤灰的沉落不均勻，降低熟料質(zhì)量。水泥窯用煤的質(zhì)量要求見表 1-3-2 。表 1-3-2 水泥燒成用煤的質(zhì)要求窯型灰分（）揮發(fā)分（）干燥基低熱值 <kJ/kg)濕法窯、預熱窯、分解窯<288-30>

42、;20900立波爾窯<258-30>22900立窯<30 10>20900煤灰摻入熟料中，除全黑生料的立窯外，往往分布不均勻，對熟料質(zhì)量影響極大。據(jù)統(tǒng)計，由于煤灰不均勻摻入，將使熟料 KH 值降低 0. V4-v. 16 ；硅率下降 0. 05 - 0. 20; 鋁率提高。 05-0. 30 。當煤灰摻入量增加時，熟料強度下降此時除了采用提高煤粉細度和用礦化劑等措施外，還應適當降低熟料 KH 值，以利生產(chǎn)正常進行。 當煤質(zhì)變化時，熟料組成也應相應調(diào)整。對回轉(zhuǎn)窯來說，采用的煤的發(fā)熱量高，揮發(fā)分低，則因揮發(fā)分低，火焰黑火頭長，燃燒部分短，熱力集中，熟料易結(jié)大塊，游離氧化鈣增

43、加，耐火磚壽命縮短，除設法使火焰的燃燒部分延長外，還應降低 KH 值并提高 IM 值。若用液體或氣體燃料，火焰強度很高，形狀易控制，幾乎無灰分，因此 KH 值可適當提高。 生料細度和均勻性 生料化學成分的均勻性，不但對窯的熱工制度的穩(wěn)定和運轉(zhuǎn)率的提高有影響，而且對熟料質(zhì)量也有影響，因而也就對配料方案的確定有影響。 一般說來，生料均勻性好， KH 值可高些。據(jù)認為，生料碳酸鈣滴定值的均勻性達士0. 25 時，可生產(chǎn) 525 號以上的熟料。若生料均勻性差，其熟料 KH 值應比生料均勻性好的要低一些，否則游離氧化鈣增加，強度下降。若生料粒度粗，由于化學反應難以進行完全， KH 值也應適當?shù)托?窯型

44、與規(guī)格 物料在不同類型的窯內(nèi)受熱和鍛燒的情況不同，因此熟料的組成也應有所不同。 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料不斷翻滾，與立窯、立波爾窯相比，物料受熱和煤灰摻人都比較均勻，物料反應進程較一致，因此 KH 可適當高些。 立波爾窯的熱氣流自上而下通過加熱機的料層，煤灰大部分沉降在上層料面，上部物料溫度比下部的高，因此形成上層物料 KH 值低，分解率高，而下層物料 KH 值高、分解率低，因此，其 KH 值應配得低一些。 立窯通風、鍛燒都不均勻，因此不摻礦化劑的熟料 KH 值要適當?shù)托?。對于摻復合礦化劑的熟料，由于液相出現(xiàn)溫度低且液相粘度低，燒成溫度范圍變寬，一般采用高 KH 、低 SM 和高 IM 配料方案，例如，廣

45、西北流水泥廠的熟料各率值為： KH 0. 94-0. 98,SM=1. 60-1.80 ， IM=1 40-1 60 。 預分解窯生料預熱好，分解率高，另外由于單位產(chǎn)量窯桐體散熱損失少以及耗熱最大的碳酸鹽分解帶已移到窯外，因此窯內(nèi)氣流溫度高，為了有利于掛窯皮和防止結(jié)皮、堵塞、結(jié)大塊，目前趨于低液相量的配料方案。我國大型預分解窯大多采用高硅率、高鋁率、中飽和比的配料方案，即所謂“二高一中”配料方案，例如，安徽寧國水泥廠的配料方案為 IM =0. 89 ， SM=2.20-2. 30,IM=1. 45, 窯的規(guī)格對熟料組成的設計也有影響。例如日產(chǎn) 700t 熟料的上海川沙水泥廠，由于窯的規(guī)格小，窯

46、內(nèi)的氣流溫度比寧國水泥廠的稍低，因此各率值也稍低，其 KH 0.89 ， SM=2. 10, 1M =1 10 。 影響熟料組成的選擇的因素很多，一個合理的配料方案既要考慮熟料質(zhì)量，又要考慮物料的易燒性；既要考慮各率值或礦物組成的絕對值，又要考慮它們之間的相互關(guān)系。原則上，三個率值不能同時偏高或偏低。不同窯型硅酸鹽水泥熟料各率值的參考范圍見表 1-3-3 ,表 1-3-3 不同窯型硅酸鹽水泥熟料率值的參考范圍窯型KHS IM預分解窯0. 86-0. 892. 2-2. 61. 1-.L. 8濕法長窯0. 88-0. 911. 5-2. 51. V-1. 8干法窯0. 86-0. 892. 0-

47、2. 351. 0-1. 6立波爾窯0. 85-0. 881. 9-2. 31. 0-1. 8立窯（無礦化劑）0. 85 士 0. 022. 0 士 0. 11. 3 士 0. 1立窯（摻加復合礦化劑）0. 92-0. 961. 6-2. 21. 1 1. 5第五節(jié)配料計算 熟料組成確定后，即可根據(jù)所用原料，進行配料計算，求出符合要求熟料組成的原料配合比. 配料計算的依據(jù)是物料平衡任何化學反應的物料平衡是：反應物的量應等于生成物的量。隨著溫度的升高，生料緞燒成熟料經(jīng)歷著：生料干燥蒸發(fā)物理水；粘土礦物分解放出結(jié)晶水；有機物質(zhì)的分解、揮發(fā)；碳酸鹽分解放出二氧化碳，液相出現(xiàn)使熟料燒成。因為有水分、二

48、氧化碳以及某些物質(zhì)逸出，所以，計算時必須采用統(tǒng)一基準。 蒸發(fā)物理水以后，生料處于干燥狀態(tài)，以干燥狀態(tài)質(zhì)量所表示的計算單位，稱為干燥基準。干燥基準用于計算干燥原料的配合比和干燥原料的化學成分。 如果不考慮生產(chǎn)損失，則干燥原料的質(zhì)量等于生料的質(zhì)量，即：干石灰石干粘土干鐵粉干生料 去掉燒失量（結(jié)晶水、二氧化碳與揮發(fā)物質(zhì)等）以后，生料處于灼燒狀態(tài)。以灼燒狀質(zhì)量所表示的計算單位，稱為灼燒基準。灼燒基準用于計算灼燒原料的配合比和熟料的化學成分。 如果不考慮生產(chǎn)損失，在采用基本上無灰分摻入的氣體或液體燃料時，則灼燒原料、灼燒生料與熟料三者的質(zhì)量相等，即：灼燒石灰石灼燒粘土灼燒鐵粉灼燒生料熟料 如果不考慮生產(chǎn)

49、損失，在采用有灰分摻入的燃煤時，則灼燒生料與摻入熟料的煤灰之和應等于熟料的質(zhì)量，即： 灼燒生料煤灰（摻入熟料的）熟料 在實際生產(chǎn)中，由于總有生產(chǎn)損失，且飛灰的化學成分不可能等于生料成分，煤灰的摻入量也并不相同。因此，在生產(chǎn)中應以生熟料成分的差別進行統(tǒng)計分析，對配料方案進行校正。熟料中的煤灰摻入量可按下式近似計算：PA Y S/100,式中 G A , 熟料中煤灰摻入量，；q 單位熟料熱耗， kJ/kg 熟料；Q Y 品煤的應用基低熱值 ,kJ/kg 煤；A Y ，煤應用基灰分含量，；S 煤灰沉落率，；P 煤耗， kg/kg 。煤灰沉落率因窯型而異，如表 1-3-4 所示表 1-3-4 不同窯型

50、的煤灰沉落率（ % ）窯型無電收塵有電收塵濕法長窯（ L/D=30 50 ）有鏈條100100濕法短窯（ L/D 30 ）有鏈條80100濕法短窯帶料漿蒸發(fā)機70100干法短窯帶立筒、旋風預熱器90100預分立窯90100立波爾窯80100立窯100100注：電收塵窯灰不入窯者按無電收塵器者計算。 生料配料計算方法繁多，有代數(shù)法、圖解法、嘗試誤差法（包括遞減試湊法）、礦物組成法、最小二乘法等。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電子計算機的應用已逐漸普及到各個領(lǐng)域。有的計算方法由于計算復雜，不夠精確而被淘汰?，F(xiàn)主要介紹應用比較廣泛的嘗試誤差法。 嘗試誤差法計算方法很多，但原理都相同，其中一種方法是：先按假定的

51、原料配合比計算熟料組成，若計算結(jié)果不符合要求，則要求調(diào)整原料配合比，再行計算，重復至符合為止。另一種方法是從熟料化學成分中依次遞減假定配合比的原料成分，試湊至符合要求為止（又稱遞減試湊法）?，F(xiàn)舉例說明如下。 已知原料、燃料的有關(guān)分析數(shù)據(jù)如表 1-3-5 、 1-3-6 所示，假設用預分解窯以三種原料配合進行生產(chǎn)，要求熟料的三個率值為： KH= 。 89,SM=2.1,IM=1. 3 ，單位熟料熱耗為 3350kJ/k9 熟料，計算其配合比。 表 1-3-5 中分析數(shù)據(jù)總和不等于 100 。這是由于某些物質(zhì)沒有分析側(cè)定，或者某些元素或低價氧化物經(jīng)灼燒氧化后增加重量所致。為此，小于 100 時，要以加上其他一項補足100 ；大于 100 時，