水泥熟料設(shè)計(jì)與燒成實(shí)驗(yàn)

1、武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院水泥熟料設(shè)計(jì)與燒成實(shí)驗(yàn)姓名：班級(jí)：組別：實(shí)驗(yàn)時(shí)間:一、前言生產(chǎn)中會(huì)有許多工業(yè)廢棄物，比如鋼渣等，如果不能充分利用這些工業(yè)廢 棄物，則不僅給環(huán)境帶來(lái)巨大壓力，也會(huì)影響生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，因此需要多這 些工業(yè)廢棄物進(jìn)行有效的利用。當(dāng)今的水泥生產(chǎn)，作為鐵質(zhì)原料提供鐵的主要是 鐵礦石，考慮到鐵礦石是不可再生的資源，因此需要找到一種鐵質(zhì)原料進(jìn)行有效 替代。結(jié)合工業(yè)廢棄物的利用與水泥工業(yè)的發(fā)展，我們提出可以采用工業(yè)廢棄物 中的鋼渣作為鐵質(zhì)原料應(yīng)用于水泥的工業(yè)生產(chǎn)。二、實(shí)驗(yàn)方法（1）方案設(shè)計(jì)配料設(shè)計(jì)原材料化學(xué)分析名稱(chēng)LOSSSiO22Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3KO石灰

2、石41.683.701.840.4449.451.090.090.640.090.51砂巖7.2179.004.016.451.220.440.050.280.240.42鐵礦石14.7311.656.4448.6311.424.640.081.040.280.96頁(yè)巖10.6254.3611.007.076.224.010.034.001.203.83鋼渣9.2710.273.4324.0840.489.380.23/通過(guò)這些數(shù)據(jù)對(duì)水泥的配比進(jìn)行設(shè)計(jì)，按一定的升溫速率進(jìn)行熟料燒成實(shí) 驗(yàn)，分別對(duì)所得的水泥熟料測(cè)定游離氧化鈣的含量和進(jìn)行巖相分析，分析燒成制 度對(duì)水泥的性能影響以及用鋼渣代替鐵礦石

3、后對(duì)水泥性能的影響等，可與實(shí)際生 產(chǎn)聯(lián)系，判斷其是否符合要求。（2）制樣原材料的選?。簩?shí)驗(yàn)室用石灰石、頁(yè)巖、砂巖、礦渣粉。破碎與粉磨：實(shí)驗(yàn)所以的原料以經(jīng)過(guò)初步粉磨，為達(dá)到所需的細(xì)度，同時(shí)保證 原料的成分，在取樣之前還需要多原料進(jìn)一步人工粉磨。分別將一定量的石灰石、 頁(yè)巖、砂巖、礦渣粉放入不同的研磨盤(pán)里，用研磨棒進(jìn)行研磨，之后過(guò)0.08mm 篩，分別收集篩下料。均化：研磨結(jié)束后，分別稱(chēng)取大約640g石灰石、160g頁(yè)巖、80g砂巖，進(jìn) 行裝袋，鋼渣需要多少取多少。每份原料總重800g,共需準(zhǔn)備兩。之后按配料計(jì) 算值準(zhǔn)確稱(chēng)取石灰石、頁(yè)巖、砂巖及鋼渣（按鐵礦石設(shè)計(jì)的配料，鐵礦石的含量 用鋼渣代替），

4、初步進(jìn)行均化，然后每份試樣分為300g、300g、200g放入球 磨機(jī)中，打開(kāi)球磨機(jī)，磨4min。磨后的原料進(jìn)行裝袋，等待壓片。壓片：每次稱(chēng)取2025g原料，放于壓片所用的小罐子里，在液壓機(jī)下進(jìn)行壓 片。（3）熟料燒成每組生料片再細(xì)分為兩組，分別進(jìn)行1400 r和1450C燒成。硅酸鹽水泥熟料鍛燒化學(xué)過(guò)程水分蒸發(fā)100 150C粘土礦物脫水 層間吸附水約100C以上品體配位水500 600 C碳酸鹽分解600 C開(kāi)始：600C： MgCO3-MgO+CO2900 C: CaCO3-CaO+CO2固相反應(yīng)（放熱反應(yīng)）-800C 開(kāi)始形成CA、C2F與C2S;800-900C 開(kāi)始形成C12A7

5、；900-1100C C2AS形成并分解，開(kāi)始形成C3A與C4AF,CaCO3全部分解,f-CaO含量達(dá)最大值1100-1200C 大量形成C3A和C4AF，C2S含量達(dá) 最大值。燒成1250 1280C出現(xiàn)液相,熟料逐漸燒結(jié)，由疏松狀轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴珊凇⒔Y(jié)構(gòu)致密熟料，體積收縮。12801450CC2S + CaO-C3S冷卻 1300C，同時(shí)進(jìn)行液相凝固和相變兩個(gè)過(guò)程：C3S - C2S+CaO（水硬性降低）p -C2S -y C2S （無(wú)水硬性）燒成用儀器設(shè)備：預(yù)燒用高溫爐1000C；煅燒用高溫爐1600 C ；電熱干燥箱；稱(chēng)量天平；平 底耐高溫容器；坩蝸夾鉗；成型模具。試驗(yàn)步驟將試體放在105

6、-110C電熱干燥箱內(nèi)烘60min以上。取相同試體為一組，均勻且不重疊地直立于平底耐高溫匣缽內(nèi)。將匣缽放入恒溫至試驗(yàn)溫度的高溫爐內(nèi)，恒溫煅燒全規(guī)定時(shí)間。容器盡可能放置在熱電偶端點(diǎn)正下方。煅燒時(shí)間從達(dá)到燒成溫度起計(jì)到取樣開(kāi)門(mén)止。煅燒后取出的試體置于空氣中強(qiáng)制快速冷卻。將冷卻后的試體一起研磨至全部通過(guò)80um篩，裝入貼有標(biāo)簽的磨口小瓶?jī)?nèi)。方片狀的為C3S ；圓形或橢圓形的為C2S； 小圓點(diǎn)、腳趾狀的為f-CaO；小菱形為MgO； 長(zhǎng)片狀、帶尖的為C3A；混合的為中間相C4AF。實(shí)驗(yàn)步驟：四份熟料，分別選取其中的一小塊，在其中一面先進(jìn)行打磨處理，然后放入 金鑲試樣鑲嵌機(jī)里面，加入金相專(zhuān)用鑲嵌料環(huán)氧樹(shù)

7、脂，在100多的溫度下維 持12min進(jìn)行制片。含有熟料試片的面分別在一組砂紙上進(jìn)行打磨（由上往下，磨得越細(xì)），每 次一片，沿一個(gè)方向打磨，下一片再沿與前一片成90方向打磨，直至一組 砂紙全部打磨完為止。在金絲絨拋光盤(pán)上進(jìn)行進(jìn)一步拋光，加入剛玉粉，以一定的速度開(kāi)動(dòng)拋光盤(pán)， 將試片拋光，直至試塊表面呈鏡面、光澤度良好為止。已拋光的試片，選擇合適的侵蝕劑，將光面全部浸在侵蝕劑內(nèi)，并不斷晃動(dòng)， 一定時(shí)間后把試片取出，迅速用吹風(fēng)機(jī)吹干。將試片置于反光顯微鏡下進(jìn)行觀察，尋找清晰的巖相，并保存照片。(5)游離氧化鈣的測(cè)定游離氧化鈣測(cè)試原理：甘海乙醇法熟料試樣與甘油-乙醇溶液混合后，在加熱攪拌下，通過(guò)硝酸鍶

8、的催化作用， 熟料中游離氧化鈣與甘油化合，生產(chǎn)弱堿性的甘油酸鈣，并溶于溶液中，酚酞指 示劑使溶液呈現(xiàn)紅色。用苯甲酸-乙醇溶液滴定生成的甘油酸鈣至微紅色消失， 由苯甲酸-乙醇溶液的消耗量可以求出游離氧化鈣的含量。游離氧化鈣滴定用儀器測(cè)定裝置瑪瑙研缽、方孔篩磁鐵、干燥器。盤(pán)式電爐。D .滴定管等。實(shí)驗(yàn)步驟準(zhǔn)確稱(chēng)取熟料約0.5克，置于15 0毫升干燥的錐形瓶中，加入15毫升甘油無(wú) 水乙醇溶液，搖勻。裝上回流冷凝器，在放有石棉網(wǎng)的電爐上加熱煮沸至溶液呈紅色數(shù)分鐘之后 取下錐形瓶，立即以0.1mo l苯甲酸無(wú)水乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至微紅色消失。將錐形瓶繼續(xù)裝在冷凝器上，繼續(xù)加熱煮沸至紅色出現(xiàn)，再取下滴定。如

9、此 反復(fù)操作，直至在加熱10分鐘后不出現(xiàn)紅色為止。記下苯甲酸無(wú)水乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積。三、結(jié)果分析與討論(1)生料配比設(shè)計(jì)：a石灰石、頁(yè)巖、砂巖、鐵礦石改為鋼渣b石灰石、頁(yè)巖、砂巖、鋼渣用試湊法進(jìn)行計(jì)算生料配比，過(guò)程如下:（2）熟料高溫?zé)山M別/負(fù) 責(zé)學(xué)生試樣外觀組分設(shè)計(jì)，%石灰石頁(yè)巖砂巖鋼渣W7-11400C:微黃，表層顏色較褐色，較致密1450C:呈褐色，局部有金屬光澤，致密8015.22.91.9W7-21400C,30min:1450C,30min:7815.22.93.9冷卻為：風(fēng)冷進(jìn)行急冷（3）熟料質(zhì)量檢測(cè)）游離氧化鈣測(cè)定：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)TCaO=5.1728mg/mlW7-11400

10、 Cf - CaO = -coe(%)GGV3.240.5189g3.25mlW7-11450 Cf - CaO = -cao(%)GGV1.90.5010g0.50mlW7-21400 Cf - CaO - -cao(%)GGV1.650.5008g1.60mlW7-11450 Cf - CaO - -cao(%)GGV0.410.5012g0.4ml數(shù)據(jù)分析:a、同一個(gè)小組里的高溫?zé)?450C所形成的熟料游離氧化鈣含量低于1400 r燒成的熟料中游離氧化鈣的含量，原因是熟料煅燒溫度對(duì) fCa。影響很大。在生料成分比較均勻，熟料率值相對(duì)穩(wěn)定的情況下， 較高的燒成溫度，物料在燒成帶又有足夠的停留時(shí)間，則窯內(nèi)物料的 化學(xué)反應(yīng)完全，熟料中fCa。含量就低。假如燒成溫度偏低，形成的液 相量就少，液相粘度大，fCaO在液相中運(yùn)動(dòng)速度減慢，影響C2S+CaO-C3S的反應(yīng)速度，熟料中fCa。含量就增加。因此要減少 熟料中fCaO的含量，必須適當(dāng)提高熟料煅燒溫度以避免熟料的欠燒。b、1組與2組，在相同溫度下，如1400C，1組熟料中的游離氧化鈣含量高于2組，原因是1組