水泥熟料的矿物组成及配料计算.ppt

水泥工艺学矿物组成及配料部分,1,水泥熟料的矿物组成及 配料计算,水泥工艺学,水泥工艺学矿物组成及配料部分,2,一 水泥熟料的矿物组成,水泥工艺学矿物组成及配料部分,3,㈠ CaO—SiO2—Al2O3系统,在CaO—SiO2—Al2O3系统中，随着各氧化物之间比例的不同，生成的矿物组成极其复杂 其中主要有：硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、钙铝黄长石C2AS、铝酸一钙CA、铝酸三钙C3A、七铝酸十二钙C12A7、二铝酸一钙CA2、六铝酸一钙CA6等矿物水泥工艺学矿物组成及配料部分,4,1 硅酸三钙（C3S）,主要由硅酸二钙和氧化钙反应生成及性质： 1.纯C3S只在2065~1250℃温度范围闪稳定，在2065℃以上不一致熔融为CaO与液相，在1250℃以下分解为C2S和CaO纯C3S在室温下可以呈介稳状态存在 2.随着温度的降低，C3S在不同温度下存在多晶转变 多晶转变如下 R MⅢ MⅡ MⅠ TⅢ TⅡ TⅠ 由上可知，C3S有分属于三个晶系的七种变型：三方晶系的R型；单斜晶系的MⅢ、MⅡ、MⅠ型和三斜晶系的TⅢ、TⅡ、TⅠ型水泥工艺学矿物组成及配料部分,5,硅酸三钙（C3S）,3.硅酸三钙可以固溶少量的其它氧化物，如氧化镁、氧化铝等形成固溶体。

纯C3S在常温下，通常只能保留三斜晶系(T型)，如含有少量MgO、A12O3、SO3、ZnO、Cr2O3、Fe2O3、R2O等稳定剂形成固溶体，便可保留M型或R型由于熟料中硅酸三钙总含有MgO、A12O3、Fe2O3、ZnO、R2O等氧化物，故硅酸三钙通常为M型或R型水泥工艺学矿物组成及配料部分,6,硅酸三钙（C3S）,4.硅酸三钙加水调和后，初凝≥45min，终凝≤12h 5.它水化较快，粒径为40~45μm的硅酸三钙颗粒加水后28天，有70％左右与水反应 6.硅酸三钙可产生较高的强度，且强度发展比较快，早期强度较高，且强度增进率较大，28天强度可以达到它一年强度的70~80％ 7.硅酸三钙水化热较高，抗水性较差水泥工艺学矿物组成及配料部分,7,硅酸三钙（C3S）,8.C3S含少量其他氧化物形成固溶体，将影响它的反应能力和晶型 如加0.3~0.5% BaO或P2O5，将增加硅酸三钙的强度而同样数量的SrO却没有什么作用；还发现含4％C3A硅酸三钙与水的反应比纯C3S快得多，硅酸三钙含1％A12O3以及等当量的氧化镁比纯C3S早期强度高得多其他元素成固溶体存在时，也会改变C3S的晶型；由于固溶体在晶格中产生的变位、应变和扭曲，一般会增加其反应能力。

水泥工艺学矿物组成及配料部分,8,硅酸三钙（C3S）,9、硅酸三钙固溶体晶体尺寸和发育程度会影响其反应能力 当烧成温度高时，C3S固溶体晶形完整，晶体尺寸适中，几何轴比大(晶体长度与宽度之比L／B≧2~3人矿物分布均匀，界面清晰，强度较高当加矿化剂或用急剧升温等新的煅烧方法低温烧成时，虽然很多C3S固溶体晶体比较细小，但发育完整、分布均匀．熟料强度也很高水泥工艺学矿物组成及配料部分,9,2硅酸三钙（C3S）,硅酸三钙的合成： 在CaO—SiO2二元系统中，以固相反应合成硅酸三钙单矿物时，在1800℃下只要几分钟就能迅速形成；在1650℃下加热一小时，硅酸三钙基本形成，游离氧化钙为1％左右；1450℃下加热1小时，则只有少量C3S晶体生成，而大部分是硅酸二钙和氧化钙硅酸三钙单矿物在1450℃合成时，需要多次重复粉磨再燃烧但如有足够的熔剂(液相)存在，在1250~1450℃时，就可使C2S在液相中吸收CaO，比较迅速地形成硅酸三钙水泥工艺学矿物组成及配料部分,10,硅酸二钙（C2S）,硅酸二钙由氧化钙与氧化硅反应生成及性质： 1、纯硅酸二钙在1450C温度以下，进行下列多晶转变： 图2-2-2 C2S晶型转变图,水泥工艺学矿物组成及配料部分,11,硅酸二钙（C2S）,表2-2-1 硅酸二钙变型的晶系和密 变 型 α α΄ β γ 晶 系 三方或六方 斜方 单斜 斜方 密 度（g/cm3） 3.04 3.40 3.28 2.97 2、在室温下，硅酸二钙有水硬性的α、α΄L、α΄H、β变型都是不稳定的，有转变为水硬性微弱的γ型的趋势。

当温度低于500℃时，硅酸二钙由β型转变为γ型，体积膨胀10%而导致物料粉化水泥工艺学矿物组成及配料部分,12,硅酸二钙（C2S）,3、硅酸二钙可固溶其它少量氧化物——氧化铝、氧化铁、氧化镁、氧化钾、氧化钛、氧化磷等，使硅酸二钙也形成固溶体 4、根据硅酸二钙固溶体中固溶的氧化物的种类与数量以及冷却开始的温度与速率，可以保留不同的高温变型，由于所固溶的氧化物不同，同一晶型的硅酸二钙与水反应后所得的强度不同水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,13,硅酸二钙（C2S）,4.α΄型的硅酸二钙强度较β型高，α型的强度试验结果不一致，有的高于β型，有的低于β型，有的甚至在常温下只有微弱的胶凝性，γ型的硅酸二钙几乎无水硬性 5.纯硅酸二钙色洁白当有氧化铁时呈棕黄色 6.硅酸二钙固溶体与水反应速度较慢，28天仅有20%左右反应， 7.凝结硬化较慢，早期强度低，但后期强度增进率较高，一年后可赶上或超过硅酸三钙固溶体； 8.硅酸二钙固溶体的水化热较小，耐水性好水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,14,3铝酸三钙（C3A）,性质： 1.纯铝酸三钙属等轴晶系。

铝酸三钙中也可固溶部分其他氧化物——SiO2、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O 、TiO2等 在少量氧化物如Na2O等存在的条件下，铝酸三钙有立方、斜方、四方、假四方以及单斜等五种多晶形态 2.在偏光镜下，纯铝酸三钙无色透明在反光镜下，快冷呈点滴状，慢冷呈矩形或柱状 它的反光能力弱，呈暗灰色， 3.铝酸三钙水化迅速，放热多，凝结很快，如不加缓凝剂，就会急凝 4.铝酸三钙硬化也很快，它的强度3天内就大部分发挥出来，故早期强度较高，但绝对值不高，以后几乎不再增长，甚至倒缩 5.铝酸三钙的干缩变形大，抗硫酸盐性能差水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,15,4铝酸一钙（CA） 铝酸一钙具有很高的水硬活性，其特点是凝结正常，硬化迅速，强度发展主要集中在早期，后期强度增进率不显著 5二铝酸一钙（CA2） CA2水化硬化较慢，早期强度低，但后期强度能不断增高，耐热性能良好 6七铝酸十二钙（C12A7） 七铝酸十二钙晶体结构中铝和钙的配位极不规则，晶体结构有大量晶腔，水化极快，凝结极快，强度不及CA高，耐热性较差 七铝酸十二钙属立方晶系，通常带绿色水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,16,7钙铝黄长石（C2AS） 钙铝黄长石也称铝方柱石，晶格中离子配位很对称，正方晶系，因此，水化活性很低，呈长方、正方、板状和不规则形状。

当有MgO、Fe2O3等杂质存在时，具有多色性，偏光下呈浅黄白色 8六铝酸一钙（CA6） 六铝酸一钙是惰性矿物，没有水硬性，耐热性好水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,17,㈡ K2O—SiO2—Al2O3系统,在图2-2-3中，其主要矿物有莫来石、二氧化硅、刚玉、长石及液相等，通过冷却所得到的莫来石、二氧化硅等晶相及玻璃相在一般介质中都非常稳定，而且耐温性能较好图2-2-3 K2O—SiO2—Al2O3系统相图,水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,18,㈢ Na2O—CaO—SiO2系统,图2-2-4为Na2O—CaO—SiO2系统相图水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,19,在Na2O—CaO—SiO2系统富跪部分共有四个二化合物NS、NS2、N3S8、CS及四个三元合物N2CS3、NC2S3、NC3S6、NCS5 组成位于低共熔点的熔体比组成位于界线上的熔体析晶能力小；而组成位于界线上的熔体又比组成位于初晶区内的熔体析晶能力小这是由于从组成位于低共熔点或界线上的熔体中，有几种晶体同时析出的趋势，而不同析晶晶体结构之间的相互干扰，降低了每种晶体的析晶能力。

除了析晶能力较小，这些组成的配料熔化温度一般也比较低，这对玻璃的熔制也是有利的水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,20,㈣ 其它体系,在组成无机非金属材料的以上三个基本体系外，还有CaO-Al2O3-SO3系、MgO-Al2O3-SiO2系、BaO-CaO-B2O3系等，这些系统组成了丰富的无机矿物，从而使得无机非金属材料的种类更加丰富水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,21,二组成设计及配料计算,,水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,22,㈠ 硅酸盐水泥的组成设计,1 硅酸盐水泥对矿物组成的要求 硅酸盐水泥是一种水硬性胶凝材料，因此水泥熟料矿物必须具有良好的与水反应的能力，具有相当的强度与良好的耐久性，反应速度可以满足生产的要求水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,23,2硅酸盐水泥组成矿物的选择,,在CaO—SiO2—Al2O3系统中主要矿物中的绝大多数具有水硬性，但对于硅酸盐水泥而言，最符合硅酸盐水泥性质要求的矿物组成是硅酸三钙和硅酸二钙 左图为CaO—SiO2—Al2O3系统的富硅部分相图,水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,24,硅酸盐水泥熟料由C2S、C 3S、C3A、C4AF四种矿物组成。

硅酸盐水泥熟料中的C2S、C3S、C3A、C4AF均以固溶体的形式存在 A矿——在硅酸盐水泥熟料中固溶了其它少量氧化物的C3S称为阿利特（Alite），又称为A矿； B矿——C2S固溶体称为贝利特（Belite），又称为B矿； C3A固溶体由于在反光显微镜下反光能力弱，一般称为黑色中间相水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,25,C矿——固溶了其它少量氧化物的C4AF称为才利特（Celite），又称为C矿 铁铝酸四钙C4AF——铁相固溶体：铁铝酸四钙，属斜方晶系，常呈棱柱状和圆粒状晶体密度为3770Kg／m3在偏光镜下，具有从浅褐到深褐的多色性，二轴晶，负光性，光轴角中等在反光镜下，由于反射能力强，虽亮白色，故在硅酸盐水泥熟料中又称白色中间相 铁铝酸四钙的水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之间，但随后的发展不如硅酸三钙它的早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断增长，类似于硅酸二钙铁铝酸四钙的抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好，水化热较铝酸三钙低水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,26,㈡铁铝酸四钙和铝酸三钙 在烧成中的作用,钙和铝酸三钙在燃烧过程中熔融成液相，可以促进硅酸三钙的顺利形成，这是它们的一个重要作用。

如果物料中熔剂矿物过少，易生烧，氧化钙不易被吸收完全，导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料质量，降低窑的产量，增加燃料消耗如果熔剂矿物过多，在立窑内易结大块，结炉瘤；在回转窑内易结大块，甚至结圈等 液相的粘度，随C3A／C4AF比而增减铁铝酸四钙多，液相粘度低，有利于液相中离子的扩散，促进硅酸三钙的形成；但铁铝酸四钙过多，易使烧结范围变窄，不利于窑的操作水泥工艺学矿物组成及配料部分 王忠制作04-03-18,27,1．硅酸盐水泥的 组成设计,硅酸盐水泥熟料中含有C3S、C2S、C3A、C4AF四种矿物，相应 的组成氧化物为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3 因为Fe 2O3含量较低(2~5％)，可以合并入Al2O3一并考虑，C4AF则相应计入C3A，这样可以用CaO—Al2O3—SiO2三元来表示硅酸。