無機(jī)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(qiáng) 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(qiáng) 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(qiáng) 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30 40%lT=

2、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(qiáng) 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（）CaOCO2l 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(qiáng) 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(qiáng)吸熱反應(yīng)。 每千克CaCO3 900時需1658kJ熱量才能 分

3、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(qiáng) 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(qiáng) l包括：la、傳熱（氣流顆粒分解面）2個lb、分解，并CO2lc、傳質(zhì)，分解CO2向表面及大氣中擴(kuò)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迅速擴(kuò)散；ld、生料懸浮擴(kuò)散程度：分散好，分解快l粘土成分，高嶺土活動強(qiáng)，利于分解，

4、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(qiáng)，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(qiáng) 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)l12 CaO7 Al2O39 CaO7(C3A)l7(2CaOFe2O3)CaO12CaO7Al2O37

5、(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(qiáng) （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(qiáng) 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)院 新材料與土木工程系 張貞強(qiáng) 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、R2

6、O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(kuò)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(qiáng) C3S的形成熟料燒結(jié)甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強(qiáng) （2）C3S形成條件： 溫度：溫度：130014501300 液相量：液相量： 20%30% 時間：時間： 1020min

7、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。甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強(qiáng) 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

8、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(qiáng) 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(qiáng) 二、礦化劑與礦化作用二、礦化劑與礦化作用l1、氟化物：CaF2、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

9、業(yè)學(xué)院 新材料與土木工程系 張貞強(qiáng) l1、螢石：螢石是一種使用最廣泛，效果最好的礦化劑。l 機(jī)理：CaF2H2O（高溫）CaO2HFl 4HFSiO2（Q）=SiF42H2Ol 2HFCaCO3CaF2H2OCO2l 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 張貞強(qiáng) l2、硫酸鹽：CaSO4CaOSO3 BaSO4BaOSO3l作用： SO3能降低液相粘度，增加液相量。l 利 于 C3S 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(qiáng) l3、

10、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(qiáng) l（1）堿：K2ONa2Ol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(qiáng) 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(qiáng) 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(qiáng) l來源于粘土。l粘土中，