硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算.doc
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1、word硅酸盐水泥熟料矿物组成与其配料计算第一节 硅酸盐水泥熟料矿物组成如前所述,硅酸盐水泥熟料是以适当成分的生料烧到局部熔融,所得以硅酸钙为主要成分的烧结块。因此,在硅酸盐水泥熟料中 CaO,SiO2,A1203,Fe2O3 不是以单独的氧化物存在,而是以两种或两种以上的氧化物经高温化学反响而生成的多种矿物的集合体。其结晶细小,一般为30-60m 。因此可见,水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人工岩石。它主要有以下四种矿物:硅酸三钙3Ca0.Si02 ,可简写为 C3S ;硅酸二钙 2Ca0.Si02 ,可简写为 C2S ;铝酸三钙 3Ca0.A1203 ,可简写为 C 3 A ;铁相固溶
2、体通常以铁铝酸四钙 4Ca0 . A1203 . Fe203 作为代表式,可简写成 C4AF,此外,还有少量游离氧化钙 (f-Ca0 ) 、方镁石结晶氧化镁、含碱矿物与玻璃体。通常熟料中 C3S 和 C2S 含量约占 75 左右,称为硅酸盐矿物。 C3A 和C4AF 的理论含量约占 22 左右。在水泥熟料锻烧过程中,C3A 和C4AF 以与氧化镁、碱等在 1250 - 1280会逐渐熔融形成液相,促进硅酸三钙的形成,故称熔剂矿物。一硅酸三钙C3S是硅酸盐水泥熟料的主要矿物。其含量通常为50左右,有时甚至高达60以上。纯C3S只有在 2065-1250温度围才稳定。在 2065以上不一致熔融为
3、Ca0 和液相;在 1250以下分解为 C2S 和 Ca0 ,但反响很慢,故纯 C3S 在室温可呈介稳状态存在。 C3S 有三种晶系七种变型:1070 1060 990 960 920 520 R M M M T T T R 型为三方晶系, M 型为单斜晶系, T 型为三斜晶系,这些变型的晶体结构相近。但有人认为 ,R 型和 M ,型的强度比 T 型的高。在硅酸盐水泥熟料中 , C3S 并不以纯的形式存在,总含有少量氧化镁、氧化铝、氧化铁等形成固溶液,称为阿利特 (Alite 或 A 矿。纯 C3S 在常温下,通常只能为三斜晶系 (T 型,如含有少量 Mg0, A1203 , Fe2O3 ,
4、503 ,ZnO,Cr203,R20 等氧化物形成固溶体如此为 M 型或 R 型。由于熟料中 C3S 总含 MgO,A12O3,Fe2O3 以与其他氧化物,故阿利特通常为 M 型或 R 型。据认为锻烧温度的提高或锻烧时间的延长也有利于形成 M 型或 R 型。纯 C3S 为白色,密度为 3. 14g /cm3 , 其晶体截面为六角形或棱柱形。单斜晶系的阿利特单晶为假六方片状或板状。在阿利特中常以 C3S 和 CaO 的包裹体存在。C3S 凝结时间正常,水化较快,粒径 40-50m 的颗粒 28d 可水化 70 左右。放热较多,早期强度高且后期强度增进率较大,28d 强度可达一年强度的70 -80
5、,其28d 强度和一年强度在四种矿物中均最高。阿利特的晶体尺寸和发育程度会影响其反响能力,当烧成温度高时,阿利特晶形完整,晶体尺寸适中,几何轴比大晶体长度与宽度之比 L/B2-3) ,矿物分布均匀,界面清晰,熟料的强度较高。当加矿化剂或用急剧升温等锻烧方法时,虽然含较多阿利特,而且晶体比拟细小,但因发育完整、分布均匀,熟料强度也较高。因此,适当提高熟料中的硅酸三钙含量,并且当其岩相结构良好时,可以获得优质熟料。但硅酸三钙的水化热较高,抗水性较差,如要求水泥的水化热低、抗水性较高时,如此熟料中的硅酸三钙含量要适当低一些。二硅酸二钙C2S 在熟料中含量一般为 20 左右,是硅酸盐水泥熟料的主要矿物
6、之一,熟料中硅酸二钙并不是以纯的形式存在,而是与少量 MgO,A1203,Fe2O3,R20 等氧化物形成固溶体,通常称为贝利特 (Belite ) 或 B 矿。纯 C2S 在 1450 以下有如下多晶转变。1425 1160 630 680 500 = H L - 780 860(H 一高温型, L 一低温型在室温下 , , H , L , 等变形都是不稳定的,有转变成 Y 型的趋势。在熟料中 , H 型一般较少存在,在烧成温度较高、冷却较快的熟料中,由于固溶有少量 A120, , Mg0 , Fe2O3 等氧化物,可以 型存在。通常所指的硅酸二钙或 B 矿即为 型硅酸二钙。, H 型 C2
7、S 强度较高,而 Y 型 C2S 几乎无水硬性。在立窑生产中,假如通风不良、复原气氛严重、烧成温度低、液相量不足、冷却较慢,如此硅酸二钙在低于 500 下易由密度为 3. 28g /cm 的 R 型转变为密度 2. 97g /cm3 的 Y 型,体积膨胀 10 而导致熟料粉化。但假如液相量多,可使溶剂矿物形成玻璃体将刀型硅酸二钙晶体包围住,并采用迅速冷却方法使之越过型转变温度而保存下来。贝利特为单斜晶系,在硅酸盐水泥熟料中常呈圆粒状,这是因为贝利特的棱角已溶进液相而其余局部未溶进液相之故。已全部溶进液相而在冷却过程中结晶出来的贝利特如此可以自行出现而呈其他形状。在反射光下,正常温度烧成的熟料中
8、,贝利特有交叉双晶条纹,而烧成温度低冷却慢者,如此呈现平行双晶条纹。纯硅酸二钙色洁白,当含有 Fe203, 时呈棕黄色。贝利特水化反响较慢 ,28d 仅水化 20%左右,凝结硬化缓慢,早期强度较低但后期强度增长率较高,在一年后可赶上阿利特。贝利特的水化热较小,抗水性较好。在中低热水泥和抗硫酸盐水泥中,适当提高贝利特含量而降低阿利特含量是有利的。中间相填充在阿利特、贝利特之间的物质通称中间相,它可包括铝酸盐、铁酸盐、组成不定的玻璃体和含碱化合物以与游离氧化钙和方镁石。但以包裹体形式存在于阿利特和贝利特中的游离氧化钙和方镁石除外。中间相在熟料缎烧过程中,熔融成为液相,冷却时,局部液相结晶,局部液相
9、来不与结晶而凝固成玻璃体。一铝酸钙熟料中铝酸钙主要是铝酸三钙,有时还可能有七铝酸十二钙。在掺氟化钙作矿化剂的熟料中可能存在 C 11 A 7 CaF2 ,而在同时掺氟化钙和硫酸钙作矿化剂低温烧成的熟料中可以是 C 11 A 7 CaF2 和 C 4 A 2 S 而无 C 3 A 。纯 C 3 A 为等轴晶系,无多晶转化。 C 3 A 也可固溶局部氧化物,如 K2O,Na20 , Si02 , Fe203 等,随固溶的碱含量的增加,立方晶体的 C,A 向斜方晶体 NCB A, 转变。结晶完善的 C 3 A 常呈立方、八面体或十二面体。但在水泥熟料中其形状随冷却速率而异。氧化铝含量高而慢冷的熟料,
10、才可能结晶出完整的大晶体,一般如此溶入玻璃相或呈不规如此微晶析出。C 3A 在熟料中的潜在含量为7-15。纯C3A为无色晶体,密度为3.04g /cm3 ,熔融温度为 1533 , 反光镜下,快冷呈点滴状,慢冷呈矩形或柱形。因反光能力差,呈暗灰色,故称黑色中间相。C 3A 水化迅速,放热多,凝结很快,假如不加石膏等缓凝剂,易使水泥急凝;硬化快,强度 3d 就发挥出来,但绝对值不高,以后几乎不增长,甚至倒缩。干缩变形大,抗硫酸盐性能差。二铁相固溶体铁相固溶体在熟料中的潜在含量为 10-18 。熟料中含铁相较复杂,有人认为是 C 2F - C 8A 3F 连续固溶体中的一个成分,也有人认为是 C
11、6A 2F -C6AF2 连续固溶体的一局部。在一般硅酸盐水泥熟料中,其成分接近C4AF ,故多用C4AF 代表熟料中铁相的组成。也有人认为,当熟料中 Mg0 含量较高或含有 CaF2 等降低液相粘度的组分时,铁相固溶体的组成为 C 6A 2F 。假如熟料中 A1203/Fe2030. 64 的熟料。假如 IM0. 64 ,如此熟料组成为 C3S,C2S,C4AF 和 C2F同理将C4AF 改写成(C2AF+C2F),令 C2A与 C2F 相加,根据矿物组成 C3S,C2S,C2F 和 C2F+“C2A 可得: 1-3-9 考虑到熟料中还有游离 Ca0 、游离 Si0 :和石膏,故式 1-3-
12、8 , 1-3-9 将写成: A/F 0.6 1-3-10 A/F 0.64 1-3-11 硅酸盐水泥熟料 KH 值在 0. 82-0. 94 之间,我国湿法回转窑 KH 值一般控制在 0. 89 士0. 0l 左右。石灰饱和系数与矿物组成的关系可用下面数学式表示:第三节 1-3-12 第四节 从上可见,当 C3 S = 0 时 KH= 0. 667, 即当 KH = 0. 667 时,熟料中只有C2S,C3A 和C4AF 而无C3S . 当 KH=1 时,熟料中无 C2S 而只有 C3S,C3A 和C4AF, 故实际上 KH 值介于之间。第五节 KH 实际上表示了熟料中 C3S 与 C2S
13、百分含量的比例。 KH 越大,如此硅酸盐矿物中的 C3S 的比例越高,熟料质量主要为强度越好,故提高 KH 有利于提高水泥质量。但 KH 过高,熟料锻烧困难,保温时间长,否如此会出现游离 CaO ,同时窑的产量低,热耗高,窑衬工作条件恶化。第六节 我国目前采用的是石灰饱和系数 KH, 硅率 SM 和铝率 IM 三个率值。为使熟料既顺利烧成,又保证质量,保持矿物组成稳定,应根据各厂的原料、燃料和设备等。具体条件来选择三个率值,使之互相配适宜当,不能单独强调其某一率值。一般说来,不能三个率值都同时高,或同时都低。第三节熟料矿物组成的计算熟料的矿物组成可用岩相分析 ,X 射线定量分析等方法测定,也可
14、根据化学成分进展计算。岩相分析基于显微镜下测量出单位面积各矿物所占的面积的百分率再乘以相应的矿物的相对密度而得各矿物含量。这种方法较符合实际情况,但要求操作者要有熟练的技巧,且劳动,强度大。此外,晶体较小,也可重迭而产生误差 .X 射线定量分析基于熟料矿物特征峰强度与基准单矿物特征峰强度之比求其含量。这种方法方便且准确,国外现代化水泥厂都普遍采用。但限于设备条件,我国水泥厂使用的还不多,另外,此方法对含量太低的矿物不适用。我国常用化学方法进展计算。此方法计算出来的仅是理论上可能生成的矿物,称之为“潜在矿物组成。在生产条件稳定的情况下,熟料真实矿物组成与计算矿物组成有一定的相关性,已能说明矿物组
15、成对熟料与水泥性能的影响,因此在我国仍普遍使用。常用的从化学成分计算熟料矿物组成的方法有两种,即石灰饱和系数法和鲍格法。石灰饱和系数法为了计算方便,先列出有关相对分之质量的比值。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鲍格(R. H. Bogue)法鲍格法也称代数法。根据四种主要矿物以与 CasO ; 的化学组成可计算出各氧化物的百分含量,见表 1-3-1 表 1-3-1 主要矿物中各主要级化物的百分含量 ( 氧化
16、物矿 物C 2 SC 2 SC 3 AC 4 AFCaSO 4CaO73.6965.1265.1246.1641.19SiO 226.3126.31AL 2 O 337.7320.98Fe 2 O 332.86SO 258.81第七节 根据上表数值可列出如下方程式:第八节 C=0. 7369C 3S 0. 6512C 23 0. 0229C 3 A 0. 4016C , AF 0.4119CaS0,第九节 S=0: 2631C 3S-t-0. 3488CZS第十节 A=0. 3773C 3 A 0. 2098C 4 AF第十一节 F= 0.3286 C 4 AF第十二节 SO 3 =0. 58
17、81CaSO 4 第十三节 解上述联立方程,可得各矿物百分含量计算式 0. 64 :第十四节 C3S=4. 07 C 7. 60 S 6. 72A 一 2. 86S03第十五节 C2S=8. 60S 5. 07A 1 07F 2.15S0 3 一 3. 07C 2. 87 S 0. 754C 3S第十六节 C 3A =2.6 5 1. 09F第十七节 C 4 AF=3. 04F 1-3-20 )第十八节 同理,当 I M 0.64 时,熟料矿物组成计算式如下:第十九节 C3S=4. 07 C 7. 60 S 4. 47 a 2. 80 F 2. 86S03第二十节 C2S 8. 60S+3.
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- 硅酸盐水泥 熟料 矿物 组成 及其 配料 计算
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