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煅烧温度对水泥熟料主要矿物形成的影响

作者: 发布时间:2019-11-10 18:16:08 阅读: 113 次

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煅烧温度对水泥熟料主要矿物形成的影响

 

摘要:在水泥熟料生产质量的控制领域,还要加强水泥烧制中的主要矿物的形成过程的研究,以便使水泥向着高强度和低负荷的方向发展。而煅烧温度将会对水泥熟料主要矿物形成产生一定的影响,因此本文通过开展实验对三种水泥熟料在三种煅烧温度下的岩相展开了分析,从而为关注这一话题的人们提供参考。

关键词:煅烧温度;水泥熟料;矿物形成;影响

 

引言:在水泥熟料煅烧的过程中,温度对水泥熟料的烧成质量产生的重要的影响。因为,煅烧温度不仅会对熟料中的矿物含量产生影响,同时也会影响矿物的晶体结构,所以会对水泥的强度和凝结时间等性能产生影响。因此,有必要对煅烧温度对水泥熟料主要矿物形成的影响展开研究,以便更好的进行水泥熟料煅烧过程的控制。

1实验条件

    研究煅烧温度对水泥熟料主要矿物形成的影响,可以选取三种水泥熟料作为试验原料,即低热水泥熟料、SP窑硅酸盐水泥熟料和NSP窑硅酸盐水泥熟料。在开展实验的过程中,可以分别在1350℃、1450℃和1500℃的温度下进行水泥熟料的煅烧,并且在水泥冷却后将其制作成样品进行分析。在分析过程中,可以将煅烧后的水泥熟料制成XRD实验样品,并且使用X射线衍射仪进行样品的衍射分析。而使用1%的硝酸酒精溶液进行熟料岩相试样的侵蚀,则可以利用金相显微镜进行水泥熟料主要矿物形貌及分布的观察。

2研究方法

2.1定性分析法

在对三种水泥熟料进行物相鉴定时,可以使用XRD分析软件。利用XRD定性分析法分析低热水泥熟料可以发现,该熟料中存在M1型C3S、β-C2S、M3型C3S和Brownmillerite矿物。随着煅烧温度的增加,铁相将产生结构变化。同时,在煅烧温度升高后,M1型C3S含量较低[1]。分析原因可以发现,随着温度的增高,该种小晶粒矿物生长缓慢,但是结晶度有所改善。而在温度达到1500℃时,C3S含量更高,但是结晶度却开始变差。

通过分析可以发现,在1350℃下烧成的SP窑硅酸盐水泥熟料存在M1型C3S、R型C3S、β-C2S和M3型C3S。其中,前三种物相的比较明显,后一种物相并不明显。在SP窑硅酸盐水泥熟料中,铁相为Brownmillerite矿物,并且含有铝酸盐矿物C12A7C3A。随着煅烧温度的升高,SP窑硅酸盐水泥熟料中的铁相矿物的峰在逐渐加强,而C3S的峰值较高,并且较为尖锐。分析原因可以发现,高温液有利于C3S的转化成核[2]。在煅烧温度不断升高的情况下,物相过饱和度将随之下降,从而导致晶核的成长速率受到限制。所以在高温情况下,水泥熟料中物相主要为M3型,低温则将得到M1型。

利用XRD定性分析法分析NSP窑硅酸盐水泥熟料可以发现,其中存在M1型C3S、R型C3S、β-C2S和M3型C3S。随着煅烧温度的升高,C3S的峰也随之增强,但是C3S由M1型向M3型转化的过程并不明显。此外,在1350℃,矿物C3A为正交晶系。在煅烧温度为1450℃时,该物相则变成为立方晶系。所以随着煅烧温度的增加,NSP窑硅酸盐水泥熟料的铝酸三钙将有正交晶系将发生转变,特征峰强度则随之下降。而无论在哪种煅烧温度下,熟料铁相均为正交晶系。

2.2定量分析法

    对三种水泥熟料物相进行定量分析时,可以使用XRD定量分析法,即使用Rietveld方法和Topas软件。相较于NSP窑硅酸盐水泥熟料,SP窑硅酸盐水泥熟料中C3S含量较少,C2S含量较多。随着煅烧温度的升高,其C3S含量缓慢增加,并且在1500℃时达到更大。从总矿物含量上来看,随着煅烧温度升高,SP窑硅酸盐水泥熟料将能达到98%以上。但无论在哪种煅烧温度下,NSP窑硅酸盐水泥熟料矿物总含量均能达到98%以上。相较于其他两种熟料,低热水泥熟料中C2S含量明显较高,随着温度的增加经历了先增加后减小的变化过程[3]。此外,低热水泥熟料总硅酸盐矿物含量较高,总矿物含量在1500℃下更大可以达到98.97%。

3实验结果及分析

3.1低热水泥熟料实验结果分析

    分析不同温度下的低热水泥熟料岩相可以发现,相较于普通硅熟料,低热熟料中含有的C3S较少,含有的C2S较多。在未经煅烧之前,低热熟料中的C2S处在大小不同的状态,并且存有一定量的橄榄石化B矿。此时,熟料中的C3S尚未得到完全发育,同时熟料中存有少量氧化钙。在1450℃下进行水泥熟料烧成,熟料中的B矿大小仍然不均匀,但是明显有所长大。同时,其白色中间体得到了增加,黑色中间相则开始减少。在1500℃下进行水泥烧成,B矿大小将进一步增大,并且逐渐变得大小均匀和边棱清晰。此时,B矿将出现明显特征,即拥有细且长的交叉双晶纹。因此,从实验结果来看,提高煅烧温度有利于低热水泥熟料的烧结,可以降低水泥熟料的孔隙率。相较于未烧时的状态,1500℃下再次烧成的低热水泥熟料将拥有大小和分布都比较均匀的孔洞,并且孔洞较小。

3.2 SP窑硅酸盐水泥熟料实验结果分析

    分析不同煅烧温度下的SP窑硅酸盐水泥熟料岩相可以发现,在煅烧温度为1350℃时,水泥熟料的A矿得到了良好发育。此时,A矿的尺寸较大,只有少量A矿尺寸稍小,但是边棱清晰。而在中间体分布较多的位置,B矿分布较少。在1450℃下,得到再次烧成的SP窑硅酸盐水泥熟料的A矿体积明显增大,并且生成了具有较大长径的板状A矿。但与此同时,其也出现了A矿大小不均匀的情况[4]。观察B矿可以发现,其中间相明显增多,并且开始有双晶纹,孔洞则有所减小。在1500℃下,再次烧成的水泥熟料A矿得到良好发育,出现了柱状A矿。同时,B矿表面出现了细长双晶条纹,而这是典型的水泥高温煅烧结果。

3.3 NSP窑硅酸盐水泥熟料实验结果分析

    分析不同煅烧温度下的NSP窑硅酸盐水泥熟料岩相可以发现,在1350℃下,水泥熟料的C3S大小不同,并且存在连生相,边棱也不够清晰。此时,一些较大的C3S出现了溶蚀现象,形状为柱状。而水泥熟料中的C2S较少,存在一些孔洞,并且中间相较少。在1450℃下,水泥熟料中的C3S边棱逐渐清晰,尺寸变得均匀,但大小无明显变化。同时,熟料中C2S开始变大,铝相也逐渐增多。在1500℃下,水泥熟料中的C3S发育完全,有板状和柱状,且形状均匀整齐[5]。而C2S中间相明显增多,出现细长交叉双晶纹,出现了水泥熟料高温煅烧的明显特征,并且拥有良好矿物形貌。

结论:总而言之,通过使用XRD定性分析和定量分析方法分析煅烧温度对水泥熟料主要矿物形成的影响可以发现,虽然不同的水泥熟料拥有不同的岩相结构,但是在不同煅烧温度下矿物都出现了不同程度的晶型转变。所以,还要做好煅烧温度的控制,以便有效控制水泥烧成质量。

参考文献:

[1]范兴广杨玉飞黄启飞. 水泥窑共处置含Cr废物中Cr在不同温度下的形态转化[J].环境科学研究201403:272-278.

[2]滕英跃赵畅乔举.废弃混凝土对水泥熟料煅烧过程矿物形成的影响[J].混凝土201409:86-90.

[3]周娟吕淑珍肖正.煅烧制度对固硫灰制备的铁铝酸盐水泥性能的影响[J].粉煤灰综合利用201406:26-29.

[4]王传运张亚忠周宁生.煅烧温度对微孔钙长石轻质料性能的影响[J].耐火材料201502:106-109.

[5]魏丽颖赵松海刘松辉.制备条件对熟料中MgO形态分布的影响[J].武汉理工大学学报201310:27-32.