【正文】 51999 《水泥工廠設(shè)計規(guī)范》n 硅酸率（SM）：3~4；n 鋁氧率（IM）：1~3；n 氧化鎂（MgO）含量小于1%~3%；n K2O+Na2O含量小于4%；n 三氧化硫含量小于2%；n %。（2）煤矸石、粉煤灰：n 煤矸石是采煤時廢棄的含煤量較低的黑色廢石，經(jīng)煅燒后呈粉紅色；n 粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤鍋爐排出的粉狀煤渣； n 煤矸石和粉煤灰的化學(xué)成分很相似，與粘土相比SiO2偏低，Al2O3偏高。利用廢棄物作硅鋁質(zhì)原料n 赤泥n 煤矸石n 城市污泥n 油頁巖渣n 粉煤灰（1）赤泥： n 燒結(jié)法煉鋁過程中排出的漿狀粉體廢渣； n 。n 礦物成分：石英、長石、云母、方解石、其他巖石碎屑。頁巖n 頁巖是粘土受地殼壓力膠結(jié)而成的粘土巖，層理明顯，顏色不定。n 化學(xué)成分：氧化硅、氧化鋁 SM：~； IM：~n 密度：~（2）粘土化學(xué)成分、雜質(zhì)限制及各項工藝性能1）粘土化學(xué)成分要求： n SM：，IM：，對應(yīng)的SiO2含量為55～72%； n SM過高（），可能含粗砂過多，不易粉磨，從而對煅燒不利； n SM過低（），意味著SiO2含量偏低，主要礦物為高嶺石，不利于配料，需要添加難磨難燒的硅質(zhì)校正原料。隨風(fēng)化程度的不同，其內(nèi)的礦物種類也各有差異，粘粒含量也不同。二 、硅鋁質(zhì)原料（一）硅鋁質(zhì)原料種類 n 天然的硅鋁質(zhì)原料包括： 黃土、粘土、頁巖、泥灰?guī)r、粉砂巖及河泥等 n 其中，黃土與粘土用得最廣。 n 有害雜質(zhì) （1）% （2）含堿量：＜% （3）三氧化硫含量小于1%（4）fSiO2含量小于6%（石英質(zhì)）%（燧石質(zhì)）；（5）%。 n 在中國，大部分地區(qū)的水泥廠使用的鈣質(zhì)原料主要是石灰?guī)r和泥灰?guī)r，只有河南、陜西、四川等地有儲量不大的白堊；在浙江、湖南、海南島等地有一定儲量的貝殼類原料。n 解：C3S/C2S=(3KH2)/[(1KH)] =(3)/[()]=所以，C3S占硅酸鹽礦物（C3S+C2S）的百分比為C3S/(C3S+C2S)100%=(1+)100% =%第三章 硅酸鹽水泥的原燃料及配料第一節(jié) 原料一 、 石灰質(zhì)（鈣質(zhì)）原料（一）石灰石原料品種 n 天然石灰石原料主要品種有：石灰石、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等。 (Al2O3+Fe2O3) n CaO=S(SiO2+Al2O3+Fe2O3) n 設(shè)水泥熟料氧化物組成總和為S S=CaO+SiO2+Al2O3+Fe2O3，將各氧化物組成與率值之間的關(guān)系代入KH可推導(dǎo)出上述計算公式， S的值為98左右例1: 已知熟料化學(xué)成分如表所示，試求熟料的礦物組成。IM+] n Al2O3=IM180。KH+1) 180。 n 在比較理想的情況下，X射線衍射法分析結(jié)果的可能誤差為：C3S：25%，C2S：59%，C3A：%，C4AF：%。另外，對玻璃體的分析比較困難。即可得到不同礦物所占百分比。（三）熟料礦物組成的實測n 實測的方法通常有光學(xué)顯微鏡定量方法、X射線定量分析方法、紅外光譜定量分析方法等。n （3）假定上述四種礦物的組成與分子式完全吻合，實際上并不是如此，往往形成固溶體，尤其是鐵相固溶體的成分變化更大。SO3對計算結(jié)果的評價計算結(jié)果與實際情況往往存在一定的差別 ，主要原因在于： n （1）水泥熟料中的礦物假定只有C3S、C2S、C3A、C4AF、CaSO4，而實際上除了上述礦物之外還有其他一些礦物，如游離氧化鈣、玻璃體等。Fe2O3）n C4AF=180。n 設(shè)水泥熟料的礦物組成為C3S、C2S、C3A、C4AF、CaSO4，則每個熟料礦物的化學(xué)成分可計算得到，如下表所示：由上表可以得到以下關(guān)系式：n CaO=++ ++n SiO2=+ n Al2O3=+ n Fe2O3= n SO3=由熟料化學(xué)組成計算礦物組成解方程組，可以得到以下計算式： n C3S=– SiO2– Al2O3– Fe2O3– SO3n C2S= SiO2– C3S n C3A=180。 n C3A的場合只要將總的Al2O3中扣除形成C4AF所消耗的Al2O3，剩下的Al2O3再乘上適宜的系數(shù)（C3A與Al2O3之間的比例系數(shù)）便可得到其計算式。SO3上述方法的推導(dǎo)過程如下：n C3S和C2S的計算公式的推導(dǎo)過程與上述礦物組成與率值之間關(guān)系的推導(dǎo)過程完全一樣，在中途將KH代入關(guān)系式，并整理成C3S和C2S的表達式，即可。Fe2O3） n C4AF=180。SiO2 n C3A=180。SiO2 n C2S=180。（3180。 n （3）水泥廠日常生產(chǎn)中需要知道熟料礦物組成。四、熟料礦物組成的計算 （一） 水泥熟料礦物組成計算意義 n （1）熟料礦物組成與水泥性能之間存在一定相關(guān)性，了解礦物組成有助于指導(dǎo)生產(chǎn)，預(yù)見生產(chǎn)水泥的性能。這就反過來說明，提出硅率的概念同時利用硅率來控制水泥熟料的成分和生產(chǎn)在理論上是合理的。 n 相反，SM高，體系液相量少，熟料就難以燒成； n 游離氧化鈣難以充分吸收轉(zhuǎn)化成阿利特，熟料燒結(jié)也難，嚴(yán)重時可能還會引起熟料的粉化現(xiàn)象。所以，在一定范圍內(nèi)， SM低，體系液相多，熟料易于燒成。三、硅率n （一）硅率：水泥熟料中SiO2與Al2OFe2O3含量之和的比值，用SM表示，有時也用n表示， n （二）計算式如下： SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3) n （三）一般控制范圍為： SM：～ 特殊品種硅酸鹽水泥，硅率的取值會超出上述范圍。但是鋁率高的生料燒結(jié)范圍寬，有利于窯的操作控制。 n 鋁率高，熟料中C3A含量就高，C4AF含量就少。 n 特殊品種硅酸鹽水泥，鋁率的取值會超出上述范圍。 Cs（2）n 解方程組（1）（2）便可得到Cs和Sc、與C3S、C2S之間的關(guān)系。 Sc （1） C2S=Cs+Sc–C3S= 180。C2/Mc= 180。在上述條件下，就可以得到C3S、C2S與Cs和Sc之間的關(guān)系如下：n C1=2Mc180。（五）石灰飽和系數(shù)與熟料礦物組成之間的關(guān)系n KH=（C3S+）/（C3S+）n 推導(dǎo)過程如下： 設(shè)熟料中用于形成C3S和C2S的CaO為Cs，用于形成C3S和C2S的SiO2為Sc，則有： KH=Cs/ n 又假定熟料形成過程中先是Sc與部分Cs反應(yīng)形成C2S，此時所消耗的CaO為C1，而剩余的CaO（C2）再與先前形成的C2S作用形成C3S?！ā 當(dāng)KH=2/3～，熟料礦物組成為：C3S、C2S、C3A、C4AF。 n 于是，定義石灰飽和系數(shù)0＜KH＜1，便可得實際氧化鈣的量應(yīng)為： CaO=++n 變換后可得石灰飽和系數(shù)的計算公式如下： KH=()/（IM≥）（三）石灰飽和系數(shù)KH與熟料礦物組成之間的關(guān)系n 當(dāng)KH=，熟料礦物組成為：C3S、C3A、C4AF，沒有C2S。n CCF=MCaO/MFe2O3=n CaOmax=++n 實際情況：并不是所有的酸性氧化物都會按預(yù)期目標(biāo)全部與氧化鈣反應(yīng)生成最高堿度的熟料礦物。n CC3A=3 180。（二）石灰飽和系數(shù)KH的公式推導(dǎo)n 假設(shè)：熟料體系中酸性氧化物形成最高堿性礦物應(yīng)該是：C3S、C3A、C4AF（計算時C4AF分解為C3A+CF） n 則每1%的酸性氧化物反應(yīng)生成上述最高堿性礦物熟料礦物所需的CaO分別可以計算如下：n CC3S=3 180。 n 所以，石灰飽和系數(shù)是一個具有明確物理意義的參數(shù)。第二節(jié) 熟料的率值n 目前中國水泥生產(chǎn)中普遍采用的率值為石灰飽和系數(shù)KH，硅率SM，和鋁率IM n 一、石灰飽和系數(shù)KH n （一）石灰飽和系數(shù)KH的含義 n 水泥熟料中所有氧化硅反應(yīng)生成硅酸鹽礦物（C3S+C2S）所需的氧化鈣的量與所有氧化硅反應(yīng)后全部形成C3S所需的氧化鈣的量的比值。阿利特的含量約50％~60％，大小在20~50μm之間，晶體邊棱平直完整，幾何軸比(長寬比)大，多數(shù)呈完整的六角板狀、柱狀。 n 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硅酸鹽水泥中MgO含量不得超過5%，只有當(dāng)壓蒸安定性試驗合格時才可以放寬到6%。晶體尺寸小危害性小，晶體尺寸大危害性大。所以，由方鎂石引起的水泥安定性的檢驗需要更強化的條件，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用壓蒸法檢驗。n 方鎂石的水化速度比游離氧化鈣更慢，在常溫下需要幾個月甚至一年以后才開始與水發(fā)生反應(yīng)。晶體尺寸隨冷卻速度而變?！?。 n 只有超過這個固溶極限時，多余的氧化鎂才有可能以方鎂石的形式出現(xiàn)，并且對水泥安定性產(chǎn)生危害。根據(jù)水泥廠質(zhì)量管理規(guī)范規(guī)定，%以下，%。由此對水泥硬化體產(chǎn)生潛在破壞作用，表現(xiàn)為抗折強度下降，2天強度倒縮，水泥石變形、開裂甚至破壞等安定性不良。而水泥的硬化時間一般不超過24小時。 n 游離氧化鈣晶體結(jié)構(gòu)致密、尺寸大，水化速度極其緩慢。對水泥安定性造成實質(zhì)性危害的主要是第一種情況所指的游離氧化鈣或氧化鎂。 n 氧化鎂也有類似的情況。如，配料不當(dāng)，生料成分不均或生料細度不夠，原料中有粗粒方解石和燧石等，煅燒制度不當(dāng)（溫度偏低、燒成帶物料停留時間不足等），冷卻速度慢等。四、游離氧化鈣和方鎂石 n 熟料煅燒過程中未與酸性氧化物結(jié)合形成水泥礦物的、以單獨的結(jié)晶形態(tài)存在于水泥熟料中的CaO和MgO，稱為游離氧化鈣和方鎂石。較多的玻璃體能夠包裹更多的fCaO和fMgO，有利于改善水泥的安定性。 n 在硅酸鹽水泥熟料中玻璃體的主要成分為Al2OFe2O3和CaO，也有少量的MgO和堿（Na2O和K2O）等。玻璃體及含堿化合物n 在硅酸鹽水泥熟料煅燒過程中熔融液相只有在足夠慢的冷卻速度下才能全部結(jié)晶析出。有研究數(shù)據(jù)表明，鐵相固溶體的水硬活性與其A/F比有一定的關(guān)系。 n C4AF具有較好的抗沖擊性、抗硫酸鹽侵蝕性能和較低的水化熱。C4AF 巖相特征：n 偏光鏡：呈現(xiàn)淺褐色到深褐色的多色性，二軸負光，Ng(Li)=、Nm(Li)=、Np(Li)=、 NgNp= n 反光鏡：反光能力強，反光鏡下呈亮白色，故稱白色中間相。 n 一般認(rèn)為，C4AF組成變化在C8A3F～C2F之間，也有人認(rèn)為它變化在C6A2F～C6AF2之間。 n 密度：C3A水硬特性：n 水化速度快，水化放熱大而集中，凝結(jié)很快，摻加二水石膏后凝結(jié)正常； n 硬化體強度發(fā)展快，3天內(nèi)基本完成強度發(fā)展，強度絕對值并不大，后期強度增長不多，甚至?xí)l(fā)生倒縮； n 干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。 n 在實際生產(chǎn)的熟料中出現(xiàn)的C3A晶體多為立方或斜方晶系，幾乎沒有單斜晶系。 n C3A的基本屬性：C3A屬等軸晶系，呈立方體外形，與其他礦物一樣也可固溶各種外來離子。鋁酸鈣（C3A ）n 與硅酸鹽水泥有關(guān)的鋁酸鈣主要有C3A、C12A7兩種。 n 中間相主要包括：鋁酸鹽、鐵酸鹽、以及組成不定的玻璃體，和含堿化合物。三、中間相n 熟料中填充于硅酸鹽相（阿利特和貝利特）之間的物相稱為中間相。利用貝利特的這一特點，可以制造大壩水泥，應(yīng)用于大體積工程和水蝕嚴(yán)重的工程中。 n 有報導(dǎo)指出，用CaCl2作熔劑燒制的貝利特也比普通的硅酸鹽水泥熟料中的貝利特活性高，水化速度大2倍，強度高1倍。不同方法合成的b C2S：n 經(jīng)水熱合成后再在低溫下煅燒得到的bC2S比普通高溫煅燒的水泥熟料中的貝利特具有更高的水化活性，稱之為活性bC2S。 n 貝利特的密度：貝利特的水硬活性：n 與阿利特相比，貝利特水化速度慢，早期強度低，但后期強度能持續(xù)增長。折射率：Ng=、Nm=、Np=、NgNp= n 正交偏光下：灰色干涉色n 正常熟料中的貝利特呈現(xiàn)雙晶紋，而燒成溫度低，冷卻速度慢的熟料呈現(xiàn)平行雙晶紋。貝利特的巖相特征：n 單斜晶系，外形呈棱柱狀或板狀（自形），熟料中的貝利特一般呈圓粒狀（它形）。多見為bC2S。例如，固溶K2O可穩(wěn)定aC2S，固溶Na2O可穩(wěn)定a’C2S。 n 將熟料中固溶有各種不同外來雜質(zhì)離子的b型C2S稱作貝利特（Belite），簡稱B礦。 n 水泥生產(chǎn)中熟料冷卻采取急冷，目的之一就是為了避免b型向g型轉(zhuǎn)變的發(fā)生。二、硅酸二鈣n C2S在熟料中的含量大約18%左右； n C2S的多晶轉(zhuǎn)變：純的C2S在低于1450℃的溫度下，經(jīng)歷以下多晶轉(zhuǎn)變： n不同晶型C2S之間的性質(zhì)差別：n 不同晶型的C2S之間以g 型性質(zhì)差別最大，具體表現(xiàn)為密度偏小，水硬性能喪失。C3S單礦物的合成與水泥生產(chǎn)：n 在純固相CaOSiO2反應(yīng)體系中，C3S的合成溫度將高達1800℃； n 1650℃下加熱1小時，C3S基本形成，游離氧化鈣為1%左右； n 而1450℃下加熱1小時，只有少量C3S形成，殘留大量游離氧化鈣；n 當(dāng)有液相參與時情況就不同，1250℃～1450℃下，通過C2S在液相中吸收CaO便可以較快地形成C3S。 n 含1%Al2O3以及等當(dāng)量的MgO的阿利特比純的C3S的早期強度高得多。 n 28天強度可達一年強度的7080%，為四種主要礦物中28d強度最高的礦物。n 阿利特的密度：～如果水泥生料中含有較多的隧石等結(jié)晶二氧化硅（結(jié)晶的α石英），由于結(jié)晶SiO2的活性差，與CaO反應(yīng)慢，所形成的C2S來不及再吸收液相中的CaO，而被