实验一水泥熟料制备与分析

1、实验一 水泥熟料制备与分析一、实验目的水泥的质量主要取决于熟料的质量，而熟料的质量不仅与水泥生料的成分、均匀性有关，而且与煅烧的热工制度有关。因此，在水泥研究和生产中往往要通过实验来了解生料的易烧性和研究熟料的煅烧过程，为水泥生产提供依据。1. 进一步熟悉生料配料计算方法和生料均匀性细度的控制方法；2. 掌握实验室常用实验设备、仪器的使用方法；3. 掌握水泥烧成的实验方法、了解水泥熟料烧成过程；4. 了解水泥熟料的矿物组成、形态；5. 了解水泥熟料的岩相结构以及显微分析方法。二、实验原理在硅酸盐水泥熟料烧成过程中，合适的组成、细度和均匀的生料有利于固相反应的进行。生料制成大小合适、表观密度一致

2、的料段，保证加热时均匀一致。混合时将颗粒打散，手工拌和时，一边拌一边压。用搅拌机、球磨混合较好。物料加水后成形，如用锤击，模中部物料内空气不易排出，使料段两头致密，中间疏松。应用一定压力加压、并恒定一定时间保证料段密度均匀一致。硅酸盐水泥熟料高温煅烧过程是一个复杂的物理、化学反应过程，水泥生料在常温到高温的煅烧过程中，随着温度的升高，经过原料水分的蒸发、黏土矿物的脱水、碳酸盐分解、固相反应、物料开始出现液相和进行固液相反应。1. 矿物组成硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物：硅酸三钙，3CaO·SiO2，简写C3S，占50%60%，称阿利特（Alite）或A矿；硅酸二钙，2CaO

3、3;SiO2，简写C2S，占20%25%，称贝利特（Belite）或B矿；铝酸三钙，3CaO·Al2O3，简写C3A，占5%10%；铁相固溶体，通常以铁铝酸四钙表示，4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写C4AF，占1015%，称才利特（Celite）或C矿。2. 水泥熟料的形成过程1 / 7（1）水分蒸发： 自由水分随物料温度而逐渐蒸发，当温度升高至100150时，生料中自由水分全部被排除。 湿法生产中，料浆可达32%40%，故此干燥过程对产量、质量及热耗影响极大。 （2）黏土质原料脱水： 生料温度升至450时，高岭土脱去化学结合水。 在900950时，无定形物

4、质又转变为晶体，同时放出热量。 （3）碳酸盐分解： 碳酸钙与碳酸镁在600都开始分解，碳酸镁在750时分解即剧烈进行，而碳酸钙约在900时才快速分解。 MgCO3MgO+CO2CaCO3CaO+CO2（4）固相反应： 水泥熟料中的主要矿物在8001300时可以由固相物质相互反应而生成。 800900时，CaO与Al2O3、Fe2O3反应，生成CA、CF； 9001100时, 生成C12A7、C2F、C2S； 11001300时, 生成C3A、C4AF。 以上反应进行时放出一定热量，物料本身温度上升很快。 （5）硅酸三钙（C3S）的形成和烧成反应： 硅酸三钙要在液相中才能大量形成。当温度升高到近

5、1300时，C3A、C4AF、R2O等熔剂矿物变成液相，C2S与CaO溶解在高温液相中，互相反应生成C3S；C3S的生成速度与烧成温度和反应时间有关。其生成温度范围一般为13001450。 熟料烧成后，温度开始下降，C3S形成速度减慢直至液相凝固。 （6）熟料的冷却过程： 在冷却过程中，将有部分熔剂矿物形成晶体析出，另一部分来不及析晶而呈玻璃态存在。 C3S在1250时容易分解，所以要求在1300以下熟料要快冷，使C3S来不及分解，越过1250以后，C3S就比较稳定了。 C2S在<500时，由-C2S转变为-C2S，密度减少而使体积增大10%左右，从而使熟料块变成粉末状。粉化后的-C2S

6、与水反应时，几乎没有水硬性，因此在<500温度段时应急冷，使其来不及转化。3. 水泥熟料的岩相特征显微镜检验是进行水泥研究的一个不可缺少的方法。水泥熟料的显微镜检验提供人们关于孰料的想的种类、相的结构和相的分布情况。此外，通过测量和计算，还可对个别相的含量进行定量。A矿、B矿和中间相是普通硅酸盐水泥中的主要物相组成，次要成分主要是游离氧化钙和氧化镁。A矿在单偏光显微镜下为无色透明的棱柱状晶体，在反光显微镜下，用1%NH4Cl溶液侵蚀光片后，A矿呈兰色，用1%硝酸酒精侵蚀光片后，A矿呈棕色。图1-1和图1-2是反光显微镜观察到的A矿的形态。 图1-1 六角形板状和短柱状A矿晶体 图1-2

7、长柱状A矿晶体B矿在反光显微镜下一般呈圆粒状，用1%NH4Cl溶液或1%硝酸酒精溶液侵蚀光片后，呈棕色或棕黄色。当煅烧温度高于1400，冷却较快时，常形成具有两组相互交叉的双晶纹（图1-3），当煅烧温度低于1400，冷却较慢时，形成具一组平行的聚片双晶纹（图1-4），当煅烧温度低于1300时，B矿一般不具有双晶。如果冷却时固溶组分分离，会形成花蕾状B矿（图1-5）和脑状B矿（图1-6）。如图5-77所示的手指状、树叶状B矿存在于在还原气氛条件下煅烧的熟料或含硫量高的熟料中。 图1-3 交叉双晶B矿 图1-4 平行双晶B矿 图1-5 花蕾状B矿 图1-6 脑状B矿 图1-7 手指状、树叶状B矿硅

8、酸盐水泥熟料中的铝酸盐矿物主要是铝酸三钙（C3A），因其反射率小又被称为黑色中间相。在反光显微镜下，用1%NH4Cl溶液或1%硝酸酒精溶液侵蚀光片后，C3A呈暗色或灰色，用蒸馏水侵蚀光片后，C3A呈兰灰色。当水泥熟料的铝氧率大，熟料慢冷时，C3A晶体为四方片状或叶片状（图1-8），当冷却快时，则呈点滴状、点线状和骨骼状（图1-9）。 图1-8 四方片状C3A 图1-9 点滴状、骨骼状C3A硅酸盐水泥熟料中反射率大的铁铝酸盐又称为白色中间相，是一系列固溶体，通常用C4AF表示。C4AF在单偏光显微镜下为棕黑色至棕红色，多色性明显。图1-10和图1-11是水泥熟料中白色中间体的反光显微分析照片。

9、图1-10 水泥熟料中的白色中间相 图1-11 白色中间相中的C4AF析晶 三、实验原料石灰石、粘土和校正材料、硝酸、无水乙醇四、实验设备1. 秤2. 搅拌机和颚式破碎机3. 球磨机：500mm×500mm4. 量筒：50mm和100mm5. 成型模具： 45号钢制造6. 烘箱7. 牛角匙、搅拌棒等8. 高温炉：最高使用温度16009. 高铝质承烧器10. 坩埚钳、石棉手套等11. 砂纸，抛光机和电吹风等五、实验步骤1. 配料计算根据要制备的水泥熟料品种和性质等，选择熟料的率值。2. 原材料的粉磨用颚式破碎机破碎原料，后用500mm×500mm试验磨（每次可磨5k

10、g料）单独磨细，至0.080mm筛筛余（10±1）%的细度。3. 配料称量，混匀每组一个方案，称取所制备的生料量100g200g。按配料计算结果进行配料。把称好的生料放入研钵中用手混合，或置于混料机中进行混料。4. 加水成形和烘干称取一定质量的上述混均后并检验合格的生料放入搅拌器中，加入20%的水开机搅拌5min，将搅拌好的湿生料粉于自制的成型的压制模具中压制成形。要求每个试件的压制压力和质量尽量一致，试件两头和中间密度一致。将压制好的小试件放入烘箱中烘干。烘干后放入到塑料袋中并编号准备煅烧。5. 检查高温炉是否正常和煅烧水泥熟料需将试件放到高温炉中，从低温开始升温，直至所预定的最高温度（煅烧最高温度分别为1350、1400和1450），恒温1h后取出，防止-C2S转变为-C2S，从而使熟料块变成粉末状，应急冷（电扇吹冷）。观察熟料的色泽和外观即时记录。6. 将水泥熟料抛光后放在显微镜下观察如光面已风化变得模糊不清，则应重新抛光。用1%硝酸酒精溶液侵蚀23s，在显微镜下观察A矿（板状）和B矿（粒状）。六、数据记录与处理实验数据记录见表1-1表1-1 实验记录表试样名称测试人实验日期生料块尺寸升温速率