熟料相組成優(yōu)化及工業(yè)示范

第一課題

高介穩(wěn)阿利特微結(jié)構(gòu)和熟料礦物相組成優(yōu)化課題負(fù)責(zé)人：沈曉冬分五個課題阿利特微結(jié)構(gòu)表征南京大學(xué)朱建民阿利特微結(jié)構(gòu)演變規(guī)律與調(diào)控南工大呂憶農(nóng)熟料礦物相組成優(yōu)化及工業(yè)示范南工大沈曉冬馬素花阿利特介穩(wěn)化過程及對性能的影響與工業(yè)示范建材院張文生摻雜作用下的熟料形成熱力學(xué)與動力學(xué)（工業(yè)示范）濟(jì)南大學(xué)蘆令超第三專題

熟料礦物相組成優(yōu)化及工業(yè)示范負(fù)責(zé)人：沈曉冬馬素花專題任務(wù)書1一研究內(nèi)容二三技術(shù)路線四預(yù)期目標(biāo)專題任務(wù)書關(guān)鍵科學(xué)問題及創(chuàng)新點本課題需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題創(chuàng)新點建立熟料相組成匹配模型和阿利特介穩(wěn)化控制準(zhǔn)則熟料AliteR型熟料礦物相組成優(yōu)化阿利特微結(jié)構(gòu)調(diào)控熟料相組成優(yōu)化及工業(yè)示范阿利特礦物微結(jié)構(gòu)XRD-Reitveld表征研究（中子衍射）阿利特礦物與其水化活性關(guān)系及結(jié)構(gòu)調(diào)控

高膠凝性水泥熟料相組成設(shè)計及優(yōu)化摻雜（MgO、SO3、K2O、Na2O等）對高膠凝性熟料的作用機制研究內(nèi)容高膠凝性水泥熟料的工業(yè)示范預(yù)期目標(biāo)闡明摻雜效應(yīng)和冷卻速度對高介穩(wěn)阿利特微結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，建立阿利特微結(jié)構(gòu)介穩(wěn)程度和缺陷形態(tài)與其活性的關(guān)系

提出高膠凝性熟料相組成匹配優(yōu)化機理以及新相形成的控制參數(shù)，揭示摻雜物質(zhì)作用規(guī)律和存在狀態(tài)通過阿利特微結(jié)構(gòu)調(diào)控和高膠凝性熟料礦物相的優(yōu)化匹配，提高熟料膠凝性、降低燒成熱耗

研究成果在日產(chǎn)1000或2500噸熟料的新型干法生產(chǎn)線上示范使用；在穩(wěn)定生產(chǎn)28天抗壓強度65MPa高膠凝性熟料的基礎(chǔ)上，熟料燒成節(jié)煤10％以上。

發(fā)表高水平論文15篇，申報發(fā)明專利2項，培養(yǎng)博士研究生5人

摻雜、改變熱歷史、調(diào)整化學(xué)組成阿利特熟料微結(jié)構(gòu)水化活性相組成物理性能確定熟料礦物相最佳組成確定阿利特礦物最佳微結(jié)構(gòu)制備高膠凝性水泥熟料技術(shù)路線專題前兩年開題報告2有關(guān)熟料文獻(xiàn)統(tǒng)計:編號分類04-08年/前期1測試分析20/362摻雜17/503廢物利用21/324晶型9/20粉磨5/10模型1/45水泥廠及窯13/236綜合10/24總計96/199水泥熟料主要相關(guān)文獻(xiàn)期刊統(tǒng)計一、文獻(xiàn)綜述水泥熟料主要相關(guān)文獻(xiàn)期刊統(tǒng)計一、文獻(xiàn)綜述序號雜志（從多到少的順序）近五年前期IF1CementandConcreteResearch18591.0282ICCC12th1111/3JournalofHazardousMaterials8102.3374JournaloftheAmericanCeramicSociety5241.7925CementandConcreteComposites460.9626JournalofMaterialsScience351.0817Chemosphere332.7398JournalofThermalAnalysisandCalorimetry331.4259JournaloftheEuropeanCeramicSociety341.56110WasteManagement241.33811InternationalJournalofMineralProcessing230.9712MaterialsandStructures230.5313EnvironmentalScience&Technology224.36314MaterialsResearchBulletin221.48415NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchSectionB220.99716Industrial&EngineeringChemistryResearch221.74917ResourcesConservationandRecycling151.2718MaterialsLetters151.62519J.Appl.Crystallogr.123.62920MineralsEngineering130.93921JournalofWuhanUniversityofTechnology-MaterialsScience120.31222MaterialsScienceandEngineering121.457合計78162/水泥熟料文獻(xiàn)被引頻次DelaTorreAG;Cabeza,A;Calvente,A,etal.Fullphaseanalysisofportlandclinkerbypenetratingsynchrotronpowderdiffraction[J]ANALYTICALCHEMISTRY,2001,73(2)

:151-156

TimesCited:24DeLaTorreAG,BruqueS,CampoJ,etal.ThesuperstructureofC3Sfromsynchrotronandneutronpowderdiffractionanditsroleinquantitativephaseanalyses[J].CementandConcreteResearch,2002,32(9):1347-1356.TimesCited:20

――6-Ⅲ-26DelaTorreAG,ArandaMAG.AccuracyinRietveldquantitativephaseanalysisofPortlandcements[J].J.Appl.Crystallogr.,2003,36:1169-1176.TimesCited:16

――6-Ⅲ-21KolovosK,TsivilisS,KakaliG.TheeffectofforeignionsonthereactivityoftheCaO–SiO2–Al2O3–Fe2O3systemPartII:Cations

[J].CementandConcreteResearch,2002,32:463-469.

TimesCited:15――6-Ⅰ-25BlackL,StummA,GarbevK,etal.X-rayphotoelectronspectroscopyofthecementclinkerphasestricalciumsilicateand[beta]-dicalciumsilicate[J].CementandConcreteResearch,2003,33(10):1561-1565.TimesCited:10――6-Ⅲ-24DeNoirfontaineMN,DunstetterF,CourtialM.Polymorphismoftricalciumsilicate,themajorcompoundofPortlandcementclinker:1.Structuraldata:reviewandunifiedanalysis[J].CementandConcreteResearch,2006,36:39-53.TimesCited:9――6-Ⅳ-5水泥熟料主要相關(guān)文獻(xiàn)期刊統(tǒng)計一、文獻(xiàn)綜述DepartamentodeQuimicaInorganica,CristalografiayMineralogia,UniversidaddeMalaga,SpainChemicalEngineeringDepartment,LabsofInorganicandAnalyticalChemistry,NationalTechnicalUniversityofAthens,GreeceForschungszentrumKarlsruheGmbH(ITC-WGT),Hermann-von-Helmholtz-Platz1,76344Eggenstein-Leopoldshafen,GermanyEcolePolytech,SolidesIrradiesLab,F-91128Palaiseau,France

研究機構(gòu)一、文獻(xiàn)綜述分六個部分C3S單礦物和Alite礦物的制備1C3S多晶型的表征方法2C3S晶型及晶體結(jié)構(gòu)3摻雜對C3S晶型的影響4C3S晶型與性能的關(guān)系5摻雜對熟料相組成的影響61.C3S單礦物和Alite的制備方法

普通煅燒法快速煅燒法

分步煅燒法

溶膠凝膠法

1.低溫放入2.升溫至1500℃3.保溫3h4.急冷5.重新研碎6.反復(fù)煅燒數(shù)次

直接放入合成溫度內(nèi)1.低溫放入2.升溫至900℃3.保溫12h4.粉磨壓片5.至于1500℃下6.保溫12h一、文獻(xiàn)綜述1.Ca(NO3)2和膠狀硅溶液加熱邊攪拌至70℃2.穩(wěn)定數(shù)小時3.緩慢加熱至1500℃4.1260℃取出5.粉磨樣品6.在1500℃下煅燒6h7.煅燒2次在原料CaCO3和SiO2中直接加入需要摻雜離子進(jìn)行混勻后，煅燒直接制得Alite固溶體阿利特在合成好的C3S單礦物中加入需要摻雜離子的化合物，再次燒制得到Alite固溶體

一、文獻(xiàn)綜述水泥熟料樣品磨細(xì)乙二醇酒精溶液烘干氫氧化鉀蔗糖溶液阿利特一、文獻(xiàn)綜述f-CaO鋁相鐵相硫相2.C3S多晶型的表征方法粉末衍射法

60年代：指紋區(qū)圖譜鑒別

90年代：Rietveld精修技術(shù)發(fā)展趨勢：X射線衍射結(jié)合中子衍射電子顯微鏡法

掃描電鏡(SEM)，透射電鏡(TEM)，高分辨透射電鏡(HRTEM)熱分析法差示掃描量熱分析(DSC)

，差示熱分析(DTA)光學(xué)顯微鏡法一、文獻(xiàn)綜述T1T2T3M1M2M3RTriclinicMonoclinicpseudo-orthorhombieMonoclinicRhombohedralTITIITIIIMIMIIMIIIR=R(MIaMIIaMIIbR=R(T1T2T3M1M2M3T3.C3S晶型及晶體結(jié)構(gòu)一、文獻(xiàn)綜述一、文獻(xiàn)綜述樣品作者單晶

/粉末空間群H/OHa(?)b(?)c(?)α(o)β(o)γ(o)體積M2晶型C3S;T=1000oCBigarePCmOH12.3427.14325.4429090902242C3S+0.5%ZnO;T=990oCRegourdP?OH12.3337.13725.4429090902239M1晶型C3S;T=980oCBigarePCmOH12.3327.14225.4209089.95902239C3S;T=980oCTaylorP?OH12.4267.04524.9859090.07902155C3S;T=980oCDeNoirfontainePPc27.8737.059012.25790116.03902167OH12.2577.05925.0469090.06902167T3晶型Ca2.96Mg0.03Al0.01

(Si0.99Al0.01)O5DelaTorrePP-111.74014.27613.771105.2994.41689.8882166C3S;T=940oCBigarePC1OH24.63314.2925.41290.0689.8689.918945T2晶型C3S;T=682oCPetersonPP-111.74214.27813.773105.1394.41589.8892222C3S;T=680oCBigarePC1OH24.52814.27025.29889.9889.7589.828854T1晶型C3S;T=20oCBigarePC1OH24.39814.21225.10389.9189.6989.698704C3S;T=20oCGolovastikovSP-111.6714.2413.72105.594.33902190OH12.327.0525.2189.9590.41902190C3S;T=20oCDeNoirfontainePOH12.3077.04125.09789.7490.2389.72175一、文獻(xiàn)綜述R晶型:Nishi,et.al.,ZeitKrist.,1984,168,197.Il’inets,et.al.,Sov.Phys.Dokl.,1985,30,191.M3晶型:Nishi,et.al.,ZeitKrist.,1985,172,297.T1晶型:Golovastikov,et.al.,Sov.Phys.Crystallogr.,1975,20,441.晶型R晶型M3晶型T1晶型空間群R3mCmP-1a7.135(6)?33.083(8)?11.67?b7.135(6)?7.027(2)?14.24?c25.586(15)?18.499(4)?13.72?a90o90o105.5ob90o94.12(2)o94.33og120o90o90o一、文獻(xiàn)綜述4.摻雜對C3S晶型的影響礦物摻雜含量晶型極限固溶C3S單礦物T1Cr2O30-0.5T11-2.0T24.0-5.0M1Cr2O30-1.4T10-1.4%BaO<2.0T4MTiO20-2T1T1/M12T24-5M14.5%，超過則生成CaOTiO26RMgO0-0.55T10.55-1.45T21.45-2.0M1P2O50.4M1CaF21.0M12.0RP2O5+CaF2RZnO0.02-0.1T10.5T22.5M23.8-4.0%NiO0.02-0.5T1+T22.5T2一、文獻(xiàn)綜述ForeignoxideConcentrationofMgOinwt.%ConcentrationofAl2O3inwt.%ConcentrationofFe2O3inwt.%ModificationofaliteReference0--TMgO0.33--T0.66--T1.33--T2.00--MAl2O30.50T1.00TFe2O30.37T0.73T1.10TMgO+Al2O30.330.50T0.331.00T0.660.50T0.661.00T1.330.50M1.331.00M2.000.50M2.001.00M一、文獻(xiàn)綜述ForeignoxideConcentrationofMgOinwt.%ConcentrationofAl2O3inwt.%ConcentrationofFe2O3inwt.%ModificationofaliteMgO+Fe2O30.330.37T0.330.73T0.331.10T0.660.37T0.660.73T0.661.10T1.330.37T1.330.73T1.331.10T2.000.37M2.000.73M2.001.10MAl2O3+Fe2O30.500.37T0.500.73T0.501.10T1.000.37T1.000.73T1.001.10T一、文獻(xiàn)綜述ForeignoxideConcentrationofMgOinwt.%ConcentrationofAl2O3inwt.%ConcentrationofFe2O3inwt.%ModificationofaliteMgO+Al2O3+Fe2O30.660.500.37M0.660.500.73M0.660.501.10M0.661.000.37M0.661.000.73M0.661.001.10M2.000.500.37M2.000.500.73M2.000.501.10M2.001.000.37M2.001.000.73M2.001.001.10M一、文獻(xiàn)綜述一、文獻(xiàn)綜述技術(shù)措施結(jié)論熟料中MgO和SO3含量的變化增加MgO/SO3比率導(dǎo)致M3型穩(wěn)定，相反，比率減小穩(wěn)定M1型生料的預(yù)熱生料預(yù)熱導(dǎo)致M3型消失生料反應(yīng)活性的改變、煅燒強度的改變和摻加晶種生料反應(yīng)活性的改變、燒成強度和加入晶種并無相對強烈的影響而僅導(dǎo)致Alite兩種晶型比例的微小變化T.Stanek,et.al.,Cem.ConcrRes.32(2002):1169.T.Stanek,et.al.,Cem.ConcrRes.32(2002):1169.一、文獻(xiàn)綜述NameofcementSpecificsurfaceContentCompressiveStrenthModificationofaliteSO3MgOK2O2d7d28dcM313.60.560.890.9763.675.497.7M3cM/800305.20.560.890.9771.088.1107.1M1熟料加熱到800℃隨后慢冷可使M3轉(zhuǎn)變?yōu)镸1，且M1的抗壓強度高于M35.晶型與性能的關(guān)系6.摻雜對熟料相組成的影響通過Rietveld定量分析各相隨著升溫和冷卻過程中的含量鋁率為1.38和2.00時，隨著溫度的升高C3S含量降低，反應(yīng)關(guān)系：L+C3S—C2S+C3A,鋁率為1.13時，隨著溫度升高C3S含量增加，反應(yīng)式：L+C2S—C3S+C4AF一、文獻(xiàn)綜述一、文獻(xiàn)綜述Rietveld定量分析C3S/C2S含量之比隨著升溫和冷卻的變化。不同SO3含量的樣品中alite和belite中固溶SO3的含量SO3固溶在硅酸鹽礦相中，且優(yōu)先固溶于belite相一、文獻(xiàn)綜述XRD檢測不同MgO和SO3含量的樣品中出現(xiàn)鋁相的溫度點各礦相之比隨MgO含量的變化阿利特礦物微結(jié)構(gòu)XRD-Reitveld（中子衍射）表征研究阿利特礦物形成及冷卻過程研究阿利特微結(jié)構(gòu)與其水化活性的關(guān)系及結(jié)構(gòu)調(diào)控二、研究內(nèi)容熟料礦物相組成優(yōu)化及工業(yè)示范高膠凝性水泥熟料相組成匹配與設(shè)計熟料礦物相組成優(yōu)化及工業(yè)示范摻雜離子對高膠凝性水泥熟料的作用機理研究三、技術(shù)途徑熟料礦物相組成優(yōu)化及工業(yè)示范阿利特礦物微結(jié)構(gòu)XRD-Reitveld（中子衍射）表征研究C3S和阿利特1.結(jié)構(gòu)模型2.結(jié)構(gòu)表征XRD－Reitveld中子衍射阿利特礦物形成及冷卻過程研究阿利特和熟料1.阿利特晶型轉(zhuǎn)變2.阿利特量的變化高溫顯微鏡高溫XRDXRD-Reitveld阿利特微結(jié)構(gòu)與其水化活性的關(guān)系及結(jié)構(gòu)調(diào)控三、技術(shù)途徑熟料礦物相組成優(yōu)化及工業(yè)示范阿利特和熟料1.水化熱2.水化程度差熱分析量熱儀場發(fā)射掃描電鏡高膠凝性水泥熟料相組成匹配與設(shè)計水泥熟料1.相組成設(shè)計2.熟料中礦物組成3.相組成與性能的關(guān)系化學(xué)分析高溫顯微鏡X射線三、技術(shù)途徑熟料礦物相組成優(yōu)化及工業(yè)示范摻雜離子對高膠凝性水泥熟料的作用機理研究水泥熟料1.液相最低共熔點2.新相形成的控制參數(shù)3.熟料煅燒過程中的物理化學(xué)反應(yīng)高溫X射線常溫X射線化學(xué)分析掃描電鏡高溫影響儀四、預(yù)期目標(biāo)熟料礦物相組成優(yōu)化及工業(yè)示范前兩年預(yù)期目標(biāo)闡明實驗室制備的阿利特礦物介穩(wěn)化過程、介穩(wěn)程度和缺陷形態(tài)以及摻雜離子的作用規(guī)律

。初步建立阿利特礦物微結(jié)構(gòu)與其水化活性的關(guān)系和熟料相組成匹配設(shè)計原則

發(fā)表高水平論文5篇，申報發(fā)明專利1項，培養(yǎng)博士研究生1人。

儀器設(shè)備序號儀器設(shè)備名稱型號規(guī)格制造商性能指標(biāo)范圍用途與特點在本項目研究中的作用1量熱儀TAMAir瑞典ThermometricAB公司功率范圍-600mw-600mw材料反應(yīng)熱水泥水化熱高性能水泥制備和應(yīng)用研究相關(guān)的原料、水泥、硬化體中物質(zhì)化學(xué)組成成分分析和物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析2高溫顯微鏡AxioImager.A1m普瑞賽司最高溫度1500℃物質(zhì)結(jié)晶、成核過程分析3掃描電子顯微鏡JSM-5900日本電子公司分辨率：3nm放大倍數(shù)：18×-300,000×4X-射線衍射儀ARLX'TRA美國熱電公司高溫臺溫度范圍：RT-2000℃高溫狀態(tài)下X-衍射分析5核磁共振波譜儀AV400D瑞士布魯克公司液相109Ag-31P，固相109Ag-31P半固態(tài)1H、13C物質(zhì)結(jié)構(gòu)、原子周圍環(huán)境分析6X射線熒光光譜儀ADVANT'XP美國熱電集團(tuán)瑞士ARL公司3.6kW發(fā)生器Umax:60kV,Imax:120mA檢出限：10-6g/g左右，精密度小于±1%元素分析7熱分析儀STA449C德國耐馳公司溫度范圍：-170-1650℃重量靈敏度：0.1μg升溫速率：1-20K/min加熱過程中物理化學(xué)變化跟蹤測定8傅里葉變換紅外光譜儀Nexus670美國熱電集團(tuán)尼高