无机非金属材料工学--第三节 硅酸盐水泥熟料的煅烧

1、甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l一、熟料的形成过程熟料的形成过程l1、水分蒸发 l2、黏土矿物脱羟l3、碳酸盐分解 l4、固相反应 l5、熟料的烧结 l6、熟料冷却甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l T=100-150，脱分子水。包括吸附水和层间水。l生料中都有一定的自由水，生料中的自由生料中都有一定的自由水，生料中的自由水的含量因生产方法与窑型不同而异。水的含量因生产方法与窑型不同而异。甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 干法窑生料：含水量一般不超过1.0%；立窑和立波尔窑生料：需加水1214%成球；湿法生产的料浆：含水量30 40%lT=

2、400-600，黏土矿物脱羟基水。甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 高岭石类：脱水后为无定形产物，活性最好；蒙脱石类水云母类脱水后仍为晶体结构，活性差分类分类黏土矿物的化合水分类黏土矿物的化合水分类一种是以OH-离子状态存在于晶体结构中，称为结构水另一种是以分子状态吸附于晶层结构间，称为吸附水l（1）T=600-900，l（2）反应式：l CaCO3（）CaOCO2l MgCO3（）MgOCO2甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l a、可逆反应。因此，要保证温度和CO2分解，分解不易太大。l b、强吸热反应。 每千克CaCO3 900时需1658kJ热量才能 分

3、解l c、反应的起始温度较低。约600，分解速度慢。T=900。对分解加快。以后每增加50，速度加快一倍。甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 石灰石颗粒分解过程石灰石颗粒分解过程 甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l包括：la、传热（气流颗粒分解面）2个lb、分解，并CO2lc、传质，分解CO2向表面及大气中扩散，2个la、 石灰石结构、物性：致密、晶体粗大（大理石）分解反应困难，灰岩、泥灰岩分解容易。lb、生料细度：越细，越有利于分解。lc、 反应条件：7。 CO2快；促使CO2迅速扩散；ld、生料悬浮扩散程度：分散好，分解快l粘土成分，高岭土活动强，利于分解，

4、伊利石和蒙脱石活性差影响分解。le、粘土成分，高岭土活动强，利于分解，伊利石和蒙脱石活性差影响分解。 甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l（1）：反应过程：lT=800： CaOAl2O3CaOAl2O3 (CA)l CaO Fe2O3CaOFe2O3 (CF)l 2CaO SiO22 CaOSiO2 (C2S)lT=800-900： 7(CA)5 CaO12(C12A7)l (CF) CaO2 (C2F)lT=900-1100： 2 CaO Al2O3SiO2(C2AS)l12 CaO7 Al2O39 CaO7(C3A)l7(2CaOFe2O3)CaO12CaO7Al2O37

5、(C4AF)lT=1100-1200： 大量形成C3A、C4AF、C2S。甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 （2）反应特点：l 多级反应l 放热反应l（3）反应产物：l C2S、C3A、C4AF甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l a、生料细度和均匀性l b、T（温度）、t（时间）l c、原料性质（是含SiO2等CaCO3，晶体的存在会降低反应速度。l d、矿化剂：加入少量能使晶体生成速度加快，生料易烧的物质。甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l（1）反应过程： T=12501280，当物料温度升高到最低共熔温度后，C3A、C4AF、MgO、R2

6、O等熔融成液相。C2S、CaO逐步溶解于液相中， C2S吸收CaO形成C3S。 反应式： C2S+ CaO C3S 随着温度的升高和时间延长，液相量增加，液相粘度降低， C2S、CaO不断溶解、扩散， C3S晶核不断形成，并逐渐发育、长大，形成几十微米大小、发育良好的阿利特晶体。晶体不断重排、收缩、密实化，物料逐渐由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密的熟料。甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 C3S的形成熟料烧结甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 （2）C3S形成条件： 温度：温度：130014501300 液相量：液相量： 20%30% 时间：时间： 1020min

7、la、 最低共熔温度：两种或两种以上组分开始出现液相的温度。lb、液相量：越多，C3S越快，但过多易结块。l 计算公式：与Al2O3和Fe2O3含量有关。lc、 液相粘度：粘度小则有利于C3S形成。ld、液相的表面张力：T，张力愈小，愈有利于C3S形成。le、 CaO溶解于熟料液相的速率：CaO颗粒越小，溶解速度越快，反应越彻底。lf、 反应物存在的状态：颗粒越细，T梯度越大，对反应越有利。甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l含有凝固和相变两个过程，冷却的作用：l 提交熟料的质量：l C3S（1250）C2SfCaO 所以提交冷却速度，可降低fCaO。l 改善熟料的易磨性：快冷

8、晶体小易磨。l 回收余热 提高窑炉的热效率。l 有利于熟料的输送、储存和粉磨 T100。防止粉磨的时出现“假凝”现象。l冷却方式：冷却方式：l 急冷甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l当生料中含有石英或碱质时，需加矿化剂。 包括：l矿化剂种类 l矿化剂作用 甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 二、矿化剂与矿化作用二、矿化剂与矿化作用l1、氟化物：CaF2、NaF、Na2SiF6、CaSiF6、MgSiF6等。l2、硫酸盐：石膏、重晶石（BaSO4）等。l3、氯化物：CaCl2、NaCl等。l4、磷灰石、磷酸二氢钙。l5、工业废渣：铜矿渣、汰矿渣等。 甘肃能源化工职

9、业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l1、萤石：萤石是一种使用最广泛，效果最好的矿化剂。l 机理：CaF2H2O（高温）CaO2HFl 4HFSiO2（Q）=SiF42H2Ol 2HFCaCO3CaF2H2OCO2l 作用： 加速SiO2、CaCO3和钾长石分解。l 降低液相生成温度。l 加速C3S形成。 甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l2、硫酸盐：CaSO4CaOSO3 BaSO4BaOSO3l作用： SO3能降低液相粘度，增加液相量。l 利 于 C3S 形 成 ， 因 可 形 成2C2SCaSO4等中间过度化含物。甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l3、

10、萤石石膏复合矿化：l 效果更好，但有时会出现不正常凝结现象。l4、氯化物：与氟化物相似，但效果稍差。l5、磷灰石：与石膏相似，但太多会导致C3S分解。甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l（1）碱：K2ONa2Ol来源于原料。 l优点：能降低最低共熔温度，起助熔作用。l缺点：易形成K石膏水泥快凝、结块、起霜。局部膨胀裂开。同时，碱的出现会导致fCaO增多。l 通常（K2ONa2O）1%甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l来源于白云石。 l 优点：助熔、降低粘度、增加液相、改善水泥色泽。l 缺点：方镁石过多会影响水泥的安定性。l 熟料MgO5%甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l来源于磷灰石矿化剂。l含量极少。0.10.3%时，P2O5可与C2S固熔，但太高会导致C3S分解，可加入适量萤石以减小P2O5的不良影响。甘肃能源化工职业学院 新材料与土木工程系 张贞强 l来源于粘土。l粘土中，