“十一五”省重点图书

    水泥“十万”个为什么 ②

    熟料化学

    水泥化学

    林宗寿 编著

    武汉理工大学出版社

    武 汉 图书在版编目(CIP)数据

    水泥“十万”个为什么②· 熟料化学、水泥化学

    林宗寿编著.—武汉：武汉理工大学出版社，2006

    ISBN 7唱5629唱2389唱2

    Ⅰ. 水… Ⅱ. 林… Ⅲ.①水泥—基本知识

    ②水泥—化学—基本知识 ③熟料—化学—基本知识 Ⅳ. TQ172

    中国版本图书馆 CIP 数据核字(2005)第161342 号

    出版发行：武汉理工大学出版社(武汉市洪山区珞狮路122 号 邮编430070)

    http： www. techbook. com. cn

    E唱 maik：yangxuezh＠maik. whut. edu. cn

    经 销 者：各地新华书店

    印 刷 者：武汉理工大印刷厂

    开 本：787 ×960 116

    印 张：23.75

    字 数：450 千字

    版 次：2006 年7 月第1 版

    印 次：2006 年7 月第1 次印刷

    印 数：1—3000 册

    定 价：48.00 元

    凡购本书，如有缺页、倒页、脱页等印装质量问题，请向出版社发行部调换。

    本社购书热线电话：(027)87397097 87394412前

    言

    我国现代水泥工业历经半个多世纪的发展，取得了长足的进步，为人民居住

    环境的改善、社会经济的发展做出了很大的贡献。 但是，我们也应该认识到水泥

    工业在高速成长的过程中也有许多问题亟待解决。 主要表现为：与发达国家的

    水泥企业相比，普遍存在着企业规模小、能源消耗高、产品质量不稳定、经济效益

    差、从业人员技术素质偏低、企业管理粗放等问题。 目前，我国的水泥行业正处

    在控制总量、调整结构的时期，国家大力提倡采用高效能的新型干法水泥生产方

    式。 在这一背景下，水泥企业怎样去适应国家产业政策的调整、应对国内外市场

    的残酷竞争呢？ 毋庸置疑，最重要的是苦练内功，切实提高和稳定水泥产品的质

    量，降低水泥生产成本。

    在水泥生产过程中，岗位工人和生产管理人员经常会遇到一些疑难问题。

    这些问题，手册中查不到，教材中一般不涉及，查阅期刊既不方便，也未必具有针

    对性。 大家普遍反映缺少一套内容全面、简明实用、针对性强的水泥技术参考

    书。

    “传道、授业、解惑”，自古以来就是教师的天职。 作为一名高校教师，我常

    常为自己学识浅薄而感到愧疚。 每当面对提出问题的学生，面对水泥厂那些被

    种种疑难所困扰的技术人员和工人朋友，我就深感有一种义不容辞的责任。 为

    此，十几年前，我便开始搜集资料，潜心学习和整理国内外专家、学者的研究成

    果，特别是水泥厂生产过程中一些宝贵的实际经验，并结合自己在水泥科研、教

    学及水泥技术服务实践中的切身体会，集腋成裘，为实践这一责任奠定了基础。

    2000 年 4 月以来，我应邀在全国各地主讲了70 多场“水泥新技术讲座及疑

    难问题咨询会”，与会人员累计已过万人。 每次咨询会都至少安排一天时间与

    学员们进行互动式答疑解惑。 从他们渴望的目光里，我一次次地体悟“授之鱼，不如授之以渔”的道理。 同时，我也通过他们获得了大量第一手资料，从而更加

    坚定了我编写这套丛书的决心。

    枟水泥“十万”个为什么枠是一套供水泥行业管理人员、技术人员和岗位操作

    1工阅读和参考的系列工具书。 它涉及了水泥生产从原料破碎、粉磨、烘干、均化、输送、化验室、煅烧、环保到计量、包装等全过程中常见的问题及解决方法。 本书

    力求做到删繁就简、深入浅出、内容全面、突出实用，既有理论研究的浓缩和概

    括，又有实践工作经验的归纳与提升。 书中共有条目 3350 余条，已基本囊括了

    水泥生产和水泥研究工作中的多发问题、常见问题；对这些问题有理论、原理方

    面的阐述，又指出解决问题的途径，具有较强的指导性和可操作性。 由于本书编

    写着眼于解决实际问题，尽量地回避复杂的数学计算、高深的理论探讨，很好地

    解决了岗位操作工看得懂、用得上的问题。 同时，本书对水泥领域的最新技术和

    理论研究成果也进行了介绍，可作为专业院校、技校师生及水泥科研人员的参考

    书。

    在本书的编写过程中，得到了我妻子刘顺妮教授极大的鼓励和帮助，在此表

    示衷心的感谢。 同时，对提供宝贵经验和资料的众多专家、学者以及生产技术人

    员致以衷心的感谢!

    由于编者水平有限，书中纰漏在所难免，恳请广大读者和专家提出批评并不

    吝赐教，以便再版时修正。

    林宗寿

    2006 年1 月于武汉

    2目 录

    前言

    1 熟料化学

    1.1 何谓硅酸盐水泥熟料，如何分类，有何技术要求 3

    1.2 硅酸盐水泥熟料中四种主要矿物的特性 4

    1.3 硅酸三钙的性能特点 5

    1.4 阿利特包裹体的显微结构是什么样的 5

    1.5 阿里特具有什么样的显微特征 6

    1.6 硅酸二钙的性能特点 7

    1.7 贝利特具有什么样的显微特征 8

    1.8 铁铝酸四钙的性能特点 9

    1.9 铁铝酸盐水泥熟料显微结构有何特征 9

    1.10 铝酸三钙的性能特点 12

    1.11 什么是水泥熟料中的阿利特、贝利特、才利特 13

    1.12 正常熟料具有什么样的显微特征 13

    1.13 何谓熟料中的玻璃体 14

    1.14 何谓游离氧化钙，如何产生，有何危害 14

    1.15 熟料游离氧化钙具有什么样的显微特征 15

    1.16 熟料中方镁石有何危害 16

    1.17 方镁石具有什么样的显微特征 16

    1.18 率值含义、计算公式及对煅烧和质量的影响 17

    1.19 根据熟料的化学组成计算各率值的公式 18

    1.20 根据熟料的化学组成计算矿物组成的公式 181.21 硅率、铝率值的高低对立窑燃烧有何影响 18

    1.22 怎样理解石灰饱和系数的意义 19

    1.23 熟料组成如何选择 20

    1.24 石灰饱和系数公式中各个数字的来源依据 21

    1.25 为何新型干法窑入窑生料 KH 高于出磨生料 22

    1.26 我国新型干法熟料配方的发展过程 23

    1.27 水泥熟料烧成范围概念及定义 24

    1.28 硅酸盐水泥熟料实际烧成范围的概念及定义 26

    1.29 硅酸盐水泥熟料烧成范围的回归计算公式 27

    1.30 何谓立窑熟料产质量保证度，有何用处 28

    1.31 不同铝率的熟料，其岩相特征有何不同 30

    1.32 采用氟硫复合矿化剂时的 KH 公式 31

    1.33 为何说硅酸三钙是熟料优良品质的源泉 33

    1.34 高温下氟铝酸钙会发生什么样的反应 34

    1.35 掺氟硫矿化剂的熟料岩相结构有何特征 36

    1.36 掺复合矿化剂还原气氛烧成的熟料岩相结构有何特征 39

    1.37 氟化钙对熟料煅烧有何作用 42

    1.38 高硫煤加萤石能起复合矿化剂作用吗 43

    1.39 采用复合矿化剂应注意哪些问题 43

    1.40 矿化剂的作用机理如何 43

    1.41 硫铁矿和萤石复合矿化剂有何特点 44

    1.42 三氧化硫在熟料煅烧中的作用 44

    1.43 为何可用重晶石作矿化剂 45

    1.44 何谓矿化剂，矿化剂的作用及种类 46

    1.45 何谓复合矿化剂，有何作用 46

    1.46 萤石、石膏复合矿化剂有何作用 46

    1.47 原料含碱高的预分解窑使用复合矿化剂的经验 47

    1.48 氧化镁对熟料煅烧有何作用 49

    1.49 氧化镁对预分解窑熟料煅烧和质量有何影响 50

    1.50 氧化镁对熟料煅烧和水泥性能的影响，有何对策 51

    1.51 氧化钛对熟料煅烧有何作用 52

    1.52 氧化磷对熟料煅烧有何作用 52

    1.53 二氧化锰对水泥熟料性能有何影响 52

    1.54 锡离子对水泥熟料烧成有何作用 54

    1.55 碱含量与复合矿化剂中三氧化硫的配入量有何关系 56

    1.56 碱性化合物在旋窑内循环和存在与哪些因素有关 56

    2 水泥“十万”个为什么1.57 碱对熟料标号的影响及抑制措施 57

    1.58 碱、硫、氯在预分解窑系统中如何富集及危害 58

    1.59 碱对熟料煅烧和水泥性能的影响 58

    1.60 影响熟料煅烧过程中固相反应的因素 60

    1.61 影响碳酸钙分解反应的因素 60

    1.62 影响熟料烧成速度的因素 61

    1.63 液相对熟料形成有何影响，液相粘度和液相量的影响因素 61

    1.64 影响回转窑熟料结粒的因素有哪些 62

    1.65 影响硅酸三钙形成和熟料烧结的因素 64

    1.66 何谓固相反应，影响固相反应速度因素 65

    1.67 熟料煅烧过程的物理化学变化 66

    1.68 放热反应带物料化学反应有何特点 67

    1.69 熟料在各类回转窑内的煅烧进程 67

    1.70 窑内各带是如何进行传热的 69

    1.71 急冷熟料的岩相结构有何特征 70

    1.72 急烧熟料岩相结构有何特征 71

    1.73 慢冷熟料的岩相结构有何特征 72

    1.74 烧成温度低的熟料岩相结构有何特征 75

    1.75 烧成温度高的熟料岩相结构有何特征 75

    1.76 生料的化学成分对立窑煅烧及熟料质量的影响 76

    1.77 生料中石灰石较粗，熟料会出现什么样的岩相结构 77

    1.78 生料中石英粗粒对熟料显微结构有何影响 78

    1.79 生料成分不均，熟料有什么样的岩相特征 79

    1.80 熟料产生黄心料的原因，如何解决 80

    1.81 熟料的冷却速度对熟料质量有何影响 80

    1.82 露天存放对回转窑熟料质量有何影响 81

    1.83 熟料粉化的原因 82

    1.84 熟料各矿物对各龄期强度有何作用 83

    1.85 熟料冷却有何作用 84

    1.86 熟料的性能与显微结构有关吗 85

    1.87 熟料立升重与 f唱 CaO 含量的关系 86

    1.88 何为绿心料，如何产生 87

    1.89 何为析铁料，如何产生 87

    1.90 何谓生烧料，出现的原因及如何防止 88

    1.91 何谓熟料的粉化现象，产生原因及防止措施 89

    1.92 回转窑内熟料为什么能够结粒 90

    3 目 录1.93 回转窑产生黄心熟料有何危害 92

    1.94 回转窑常见还原熟料有几种 92

    1.95 如何解决熟料粉化问题 93

    1.96 配料设计的目的和基本原则是什么 93

    1.97 如何设计生料配料方案或熟料矿物组成 94

    1.98 何谓高铝配料方案，何谓高铁配料方案 96

    1.99 高铝水泥熟料显微结构有何特征 97

    1.100 高铁硅酸盐水泥熟料显微结构有何特征 101

    1.101 配料计算方法主要有哪几种 102

    1.102 举例说明水泥生料配料计算的方法 102

    1.103 为何预分解窑和湿法窑对配料方案的适应性不同 105

    1.104 为何熟料计算矿物组成与实际矿物组成有差异 107

    1.105 熟料生烧的原因 107

    1.106 如何计算熟料烧成温度下的液相量 108

    1.107 熟料烧失量为何会出现负值，如何处理 109

    1.108 立窑熟料烧失量高低说明了什么 109

    1.109 立窑熟料烧失量过大是何原因 110

    1.110 立窑熟料有时 KH 达 0.98 时还有粉化现象是何原因 111

    1.111 发现熟料生烧时应如何处理 112

    1.112 如何处理游离氧化钙含量高的熟料 112

    1.113 如何从工艺上减少熟料游离氧化钙含量及其危害 113

    1.114 熟料游离氧化钙含量与熟料易磨性有何关系 114

    1.115 熟料中游离氧化钙含量高的原因 114

    1.116 为何熟料有时升重低而游离氧化钙也低 115

    1.117 如何从外观上区分立窑熟料质量优劣 116

    1.118 如何根据熟料的外观质量判断窑内燃烧状况 117

    1.119 窑内气氛对熟料的显微结构特征有何影响 117

    1.120 如何根据熟料的外观状况来鉴别熟料的烧成质量 120

    1.121 怎样从回转窑熟料颜色判断其质量和烧成情况 120

    1.122 何谓料耗 122

    1.123 何谓密度、体积密度和相对密度 123

    1.124 何谓熟料热耗、煤耗和标准煤耗 124

    1.125 何谓熟料形成热及熟料理论热耗 124

    1.126 何谓熟料形成热效应 125

    1.127 为何矿渣能提高熟料产量，降低热耗 125

    1.128 配煤对立窑生产和熟料质量有何影响 126

    4 水泥“十万”个为什么1.129 立窑全黑生料为何能加速料球内的物理化学反应 126

    1.130 立窑使用劣质原燃料时应采取何措施 127

    1.131 立窑熟料结块大，强度就一定高吗 129

    1.132 立窑水泥厂如何提高产质量、降低消耗 129

    1.133 煤的挥发分高低对机立窑煅烧熟料的影响 130

    1.134 全黑生料燃烧有什么优缺点 130

    1.135 如何解决黑生料和熟料三率值对应关系较差的问题 131

    1.136 为何黑生料煅烧的熟料疏松多孔 131

    1.137 生料含煤量对立窑煅烧及熟料质量有何影响 132

    1.138 小料球为什么能缩短煅烧时间 132

    1.139 三氧化硫对预分解窑熟料强度的影响 133

    1.140 为何要控制熟料中氧化镁含量而不控制矿渣中氧化镁含量 134

    1.141 添加稀土贫矿对熟料的煅烧有何影响 134

    1.142 同样的配料方案为何冬季夏季强度变化很大 138

    1.143 夏季立窑熟料强度下降的原因及预防措施 138

    1.144 为何要限制熟料中的碱含量 139

    1.145 煤的灰分有何危害 140

    1.146 淋水或受潮对水泥熟料质量有何影响 140

    1.147 白色硅酸盐水泥熟料显微结构有何特征 143

    1.148 氯化钙对白水泥的白度和煅烧有何影响 145

    1.149 彩色硅酸盐水泥熟料的显微结构有何特征 146

    1.150 氟铝酸盐水泥熟料显微结构有何特征 147

    1.151 硫铝酸盐水泥生产中出现黄熟料是何原因，如何避免 149

    1.152 硫铝酸盐水泥熟料显微结构有何特征 151

    1.153 钾硅酸钙具有什么样的显微特征 152

    1.154 钠铝酸钙具有什么样的显微特征 153

    1.155 常见碱化合物的熔点和沸点是多少 154

    1.156 回转窑出窑熟料粒径与其性能有何关系 154

    1.157 矿渣水泥、铁矿石类试样烧失量为什么会出现负值 155

    1.158 为什么立窑熟料比旋窑熟料更容易出现速凝或慢凝现象 156

    1.159 煅烧温度对硫铝酸盐水泥熟料矿物组成及性能有何影响 156

    1.160 影响生料易烧性的主要因素 159

    2 水泥化学

    2.1 硅酸三钙如何进行水化 163

    5 目 录2.2 硅酸二钙和硅酸三钙水化 3d 差热曲线的各峰代表什么反应 165

    2.3 铝酸三钙如何进行水化 165

    2.4 硅酸盐水泥的硬化速度受哪几方面主要因素影响 166

    2.5 硅酸盐水泥如何进行水化 167

    2.6 硅酸盐水泥的硬化机理 168

    2.7 何谓水化、凝结、硬化、急凝、假凝和崩溃 169

    2.8 水泥的水化、凝结和硬化三者之间有何区别和联系 169

    2.9 水泥的水化热及影响因素 170

    2.10 水泥的水化速度及水化程度 170

    2.11 如何调节水泥的水化热 171

    2.12 水泥细度对水泥水化热有何影响 171

    2.13 水化硅酸钙显微结构有何特征 172

    2.14 水化硫铝酸钙相显微结构有何特征 173

    2.15 水化铝酸钙相显微结构有何特征 175

    2.16 水石榴石具有什么样的显微结构 176

    2.17 托勃莫来石的显微结构有何特征 176

    2.18 为何要规定初、终凝结时间，影响因素有哪些 177

    2.19 水化 3d 的粉煤灰水泥差热曲线各峰代表什么反应 178

    2.20 水化 3d 的高铝水泥差热曲线各峰代表什么反应 178

    2.21 水化 28d 普通水泥的差热曲线各峰代表什么反应 179

    2.22 避免假凝的措施 180

    2.23 何谓缓凝剂，最常用的缓凝剂是什么 180

    2.24 可用作水泥缓凝剂的工业石膏 181

    2.25 硬石膏为何能作水泥缓凝剂，用硬石膏作缓凝剂有何特点 182

    2.26 氟石膏如何形成，能作水泥的缓凝剂吗 183

    2.27 氟石膏和硬石膏有时为何会使混凝土出现急凝 183

    2.28 磷石膏如何形成，用作水泥缓凝剂时的注意事项 185

    2.29 磷石膏如何进行热处理，热处理后对水泥性能有何影响 185

    2.30 水泥为什么会产生慢凝现象 186

    2.31 为什么掺加萤石矿化剂水泥凝结偏快，甚至急凝 187

    2.32 何谓水泥净浆结粒，有何危害 188

    2.33 游离氧化钙对水泥凝结时间有何影响 189

    2.34 为什么水泥放置一段时间后凝结时间会产生变化 189

    2.35 如何调节水泥的水化速率和凝结时间 190

    2.36 铅锌尾矿作矿化剂对水泥凝结时间有何影响 191

    2.37 石膏的缓凝机理 193

    6 水泥“十万”个为什么2.38 水泥的假凝和快凝是何原因造成的 193

    2.39 亚硫酸钙对水泥性能有何影响 194

    2.40 熟料硫高时，水泥中是否可以不用再掺石膏 195

    2.41 水泥颗粒级配与水泥强度及其他性能的关系 198

    2.42 水泥颗粒分布是宽些好还是窄些好 199

    2.43 水泥强度与熟料强度相关性差的原因 200

    2.44 煅烧石膏对水泥性能有何影响 201

    2.45 掺复合矿化剂的水泥为什么有时 28d 抗折强度偏低 201

    2.46 出厂水泥强度高于出磨水泥强度是何原因 202

    2.47 为何季节交替时用户容易对水泥质量提出异议 202

    2.48 碱为何能提高水泥的早期强度 204

    2.49 矿渣水泥强度为何早期低而后期高 205

    2.50 如何提高矿渣水泥的早期强度 206

    2.51 影响水泥强度的主要因素 206

    2.52 水泥石中的孔如何分类 207

    2.53 水泥石中的水有几种形式存在 207

    2.54 水泥硬化过程中体积如何变化 208

    2.55 引起水泥安定性不良的主要因素有哪些 209

    2.56 何谓水泥的最佳石膏加入量，如何确定 209

    2.57 二水石膏经不同温度煅烧后，其溶解量有何变化 210

    2.58 温度对石膏形态有何影响 211

    2.59 石膏形态对油井水泥物理性能有何影响 212

    2.60 硬石膏对矿渣水泥质量有何影响 213

    2.61 硬石膏对自应力硫铝酸盐水泥稳定期有何影响 214

    2.62 影响硅酸盐水泥和普通水泥的最佳石膏加入量的因素 215

    2.63 不同性状的 f唱 CaO 对水泥安定性有和影响 216

    2.64 库内水泥结块的原因及预防措施 217

    2.65 复合矿化剂对水泥压蒸安定性的影响 218

    2.66 硅酸盐水泥浆体的体积变化有哪几种方式 219

    2.67 水泥熟料中少量的 f唱 CaO 对混凝土也有害吗 219

    2.68 水泥中三氧化硫过高时对水泥安定性的影响 220

    2.69 水泥中含有不安定的熟料粗粒有何危害 220

    2.70 为何提高水泥的粉磨细度可显著改善水泥的安定性 221

    2.71 混合材对水泥安定性有何影响 222

    2.72 不同混合材对水泥性能的影响有何不同 222

    2.73 水泥中加入细粉填料有何作用 225

    7 目 录2.74 掺混合材硅酸盐水泥性能特点 225

    2.75 粉煤灰对水泥性能有何影响 226

    2.76 粉煤灰混凝土主要有哪些用途 227

    2.77 粉煤灰为何可抑制大体积混凝土温度升高 228

    2.78 何谓粉煤灰火山灰活性指数，与胶凝效率系数有何关系 228

    2.79 何谓粉煤灰胶凝效率系数 230

    2.80 粉煤灰掺量对水泥标准稠度用水量有何影响 230

    2.81 粉煤灰细度对水泥标准稠度用水量有何影响 231

    2.82 粉煤灰掺量对水泥凝结时间有何影响 232

    2.83 粉煤灰细度对水泥凝结时间有何影响 233

    2.84 复合水泥在耐久性方面有何优势 234

    2.85 几种混合材混合使用有何效果 235

    2.86 决定矿渣水泥中三氧化硫适宜含量的主要因素是什么 236

    2.87 控制普通水泥中烧失量的措施 237

    2.88 粒化高炉矿渣对氧化钛的含量有何规定，为什么 237

    2.89 掺重晶石对铝酸盐水泥性能有何影响 238

    2.90 回转窑和立窑熟料能否搭配使用生产水泥 239

    2.91 碱对水泥的耐磨性有何影响 240

    2.92 磷渣水泥为何耐海水侵蚀能力较强 241

    2.93 石灰石和烧粘土作混合材对混凝土建筑性能有何影响 242

    2.94 使用磷渣作混合材料时应注意的几个问题 243

    2.95 使用磷矿渣作矿化剂或混合材对 P2 O5 含量有无要求 243

    2.96 钢渣粉磨细度对其活性有何影响 244

    2.97 磨细钢渣粉对水泥的凝结时间有何影响 245

    2.98 水泥中掺入铬渣对水泥性能有何影响 245

    2.99 水泥中掺入石灰石对水泥性能有何影响 247

    2.100 水泥中的氯离子有何危害 249

    2.101 作矿化剂用的氯化钙会不会造成钢筋锈蚀 250

    2.102 水泥中的三氧化硫会影响外加剂的适应性吗 252

    2.103 水泥28d 强度为什么会出现倒缩 253

    2.104 氯化物为何能提高水泥的早期强度 253

    2.105 改善水泥泌水性有何简易措施 254

    2.106 如何提高磷渣水泥抗海水侵蚀的能力 255

    2.107 如何提高水泥的抗蚀能力 255

    2.108 水泥起霜的原因和预防措施 256

    2.109 水泥为什么会受潮变质，已受潮的水泥如何使用 257

    8 水泥“十万”个为什么2.110 北方地区冬春季节水泥长期贮存对性能有何影响 257

    2.111 为何有的水泥施工后出现起砂和脱皮现象 262

    2.112 为什么矿渣和沸石搭配使用，有利于改善水泥的性能 263

    2.113 为什么经水淬的高炉矿渣活性高 263

    2.114 为什么矿渣水泥三氧化硫指标比一般水泥高 264

    2.115 为什么水泥中石灰石与矿渣双掺，比石灰石或矿渣单掺效果好 264

    2.116 用户怎样从水泥的颜色粗略鉴别水泥质量 265

    2.117 水泥的颜色受哪些因素影响 265

    2.118 为什么要重新认识水泥质量的评价体系 266

    2.119 差热分析与热重分析的基本原理是什么 267

    2.120 何谓附着水和结晶水 268

    2.121 环境对硅酸盐水泥破坏或侵蚀的类型 268

    2.122 造成混凝土破坏的原因有哪些 271

    2.123 灰砂砖中的水化硅酸钙显微结构有何特征 273

    2.124 什么是水泥的化学减缩，其影响因素有哪些 274

    2.125 什么是外加剂与水泥的适应性 275

    2.126 水泥方面有哪些因素影响外加剂的适应性 276

    2.127 水泥与外加剂的适应性与外加剂种类有关吗 280

    2.128 外加剂的复合使用可否改善与水泥的适应性 280

    2.129 外加剂与水泥不相适宜时，混凝土会出现什么情况 282

    2.130 复合外加剂各组分之间是否存在适应性问题 283

    2.131 环境条件会不会影响水泥与外加剂的适应性 283

    2.132 减水剂掺入方法对其使用效果有何影响 284

    2.133 混凝土外加剂如何分类 285

    2.134 何谓混凝土的抗冻性 286

    2.135 何谓水泥混凝土缓凝剂 286

    2.136 预拌混凝土产生超缓凝是何原因 286

    2.137 何谓水泥混凝土速凝剂 288

    2.138 何谓水泥混凝土引气剂 289

    2.139 常用的水泥混凝土早强剂及其性能 289

    2.140 混凝土减水剂作用机理及其种类 290

    2.141 混凝土使用减水剂有几种掺入方法 293

    2.142 混凝土中未水化水泥颗粒的显微结构 295

    2.143 哪些水泥可用于高温环境 296

    2.144 哪些水泥可用于强酸作用的环境 296

    2.145 哪些水泥可用于受硫酸盐作用的环境 296

    9 目 录2.146 哪些水泥可在淡水环境中使用 297

    2.147 哪些水泥适宜于大体积混凝土 297

    2.148 哪些水泥适宜于冬季施工 298

    2.149 哪些水泥适宜于要求快凝、快硬、早强的工程 298

    2.150 影响混凝土和易性的主要因素 299

    2.151 何谓混凝土拌合物的和易性，用何指标 301

    2.152 影响水泥标准稠度用水量的因素有哪些 302

    2.153 水泥标准稠度变化如何影响混凝土的用水量 304

    2.154 影响混凝土强度的因素 304

    2.155 水泥强度波动如何影响混凝土的强度 306

    2.156 影响混凝土干燥收缩的因素有哪些 307

    2.157 大体积水泥混凝土为什么容易产生裂缝 308

    2.158 什么是混凝土的宏观裂缝 311

    2.159 什么是混凝土的塑性收缩，其影响因素有哪些 312

    2.160 什么是混凝土的碳化收缩 314

    2.161 什么是混凝土的微观裂缝 315

    2.162 水泥混凝土发生体积变化的原因 316

    2.163 为什么粉煤灰可改善混凝土的化学稳定性 317

    2.164 如何避免混凝土预制板施工后出现裂缝 317

    2.165 混凝土的变形性能 319

    2.166 混凝土中掺外加料为何可减少混凝土开裂 320

    2.167 控制大体积混凝土温度裂缝可采取哪些技术措施 321

    2.168 配制大体积混凝土时，如何选择骨料 321

    2.169 如何改善边界约束和构造设计以减少大体积混凝土开裂 323

    2.170 如何选择水泥品种和减少用量防止混凝土开裂 325

    2.171 混凝土施工时采用二次振捣有何好处 326

    2.172 混凝土暑期施工对性能有何影响 327

    2.173 混凝土如何进行暑期施工 328

    2.174 如何控制混凝土的出机温度和浇筑温度 332

    2.175 为什么要加强大体积混凝土表面的保温和保湿 333

    2.176 三峡大坝中热水泥为何要特别控制碱和 MgO 333

    2.177 水泥浆体中钙矾石的膨胀行为有何特点 333

    2.178 水泥浆体中氧化镁的膨胀行为有何特点 334

    2.179 水泥在施工中出现泌水有何危害，是何原因 335

    2.180 何为高性能混凝土，使用高性能混凝土有何效益 336

    2.181 高性能混凝土对水泥质量有何要求，如何保证达到 337

    0 1 水泥“十万”个为什么2.182 高性能混凝土有何特性，应用前景如何 338

    2.183 何为混凝土的碱集料反应 339

    2.184 何谓混凝土的耐久性 340

    2.185 何谓混凝土的碳化 340

    2.186 立窑水泥与回转窑水泥在混凝土耐久性上有何差异 340

    2.187 提高混凝土耐久性的措施 343

    2.188 影响混凝土耐磨性的主要因素是什么 343

    2.189 什么是混凝土冬期施工，如何计算冬期施工期 344

    2.190 新浇混凝土受冻有何危害 345

    2.191 混凝土冬期施工有哪些方法 346

    2.192 混凝土冬期施工应注意哪些事项 350

    2.193 如何防止混凝土的早期冻害 352

    2.194 影响混凝土泌水的因素有哪些 352

    2.195 施工时，对水泥混凝土泌水性可采取哪些措施 353

    2.196 在什么情况下钢筋混凝土中不得掺氯盐 354

    2.197 立窑与回转窑水泥配制的混凝土施工及力学性能有何差异 354

    2.198 泵送混凝土的拌合物应具备哪些特征 357

    2.199 硅酸盐水泥在高温水热条件下水化硬化有何特征 357

    2.200 混凝土具有什么样的微观结构 358

    2.201 混凝土中氢氧化钙显微结构有何特征 358

    2.202 混凝土中水泥浆体和集料是如何粘结的 359

    参考文献 361

    1 1 目 录1 熟料化学1. 1 何谓硅酸盐水泥熟料，如何分类，有何技术要求

    硅酸盐水泥熟料，即国际上的波特兰水泥熟料(简称水泥熟料)，是一种由

    主要含 CaO、SiO2 、Ak2O3 、Fe2O3 的原料按适当配比磨成细粉烧至部分熔融，所得

    以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。

    按照硅酸盐水泥熟料的主要特性与用途可分为：通用、中等抗硫酸盐或中等

    水化热和高抗硫酸盐等类型。

    各类硅酸盐水泥熟料应符合表 1.1 和表 1.2 的相应化学要求。

    表1. 1 基本化学要求(质量百分比)

    f唱 CaO

    立窑 旋窑 MgO1)

    烧失量 不溶物 SO3

    2)

    C3 S + C2 S

    3)

    CaO SiO2

    ≤2.5 ≤1.5 ≤5.0 ≤1.5 ≤0.75 ≤1.0 ≥66 ≥2. 0

    1)当制成P· O型硅酸盐水泥样品的压蒸安定性合格时，允许到6.0%。

    2)也可以由买卖双方商定。

    3)C3 S、C2 S按下式计算：

    C3 S＝4.07C -7.60S-6.72A-1.43F -2.85SO3 -4.07f唱 CaO

    C2 S＝2.87S-0.75C3S

    式中C、S、A、F 分别代表熟料中CaO、SiO2、Ak2O3 、Fe2O3 的质量百分比。

    表1. 2 选择性化学要求

    类型 R2O C3A f唱 CaO C3 S

    低碱 ≤0.60 — — —

    中热或中抗 ≤0.60 ≤5.0 ≤1.0 <55. 0

    高抗 — ≤3.0 — <55. 0

    注：C3A 按下式计算：

    C3A＝2.65A-1.69F

    式中A、F 分别代表熟料中Ak2O3 、Fe2O3 的质量百分比。

    硅酸盐水泥熟料的物理性能按制成 GB 175 中的 P· I 型硅酸盐水泥的性能

    来表达。

    (1)凝结时间：初凝不得早于45min，终凝不得迟于 6.5h。

    (2)安定性：沸煮法合格。

    3 1 熟料化学(3)强度：各类硅酸盐水泥熟料的抗压强度不低于表 1.3 的规定。

    表1. 3 抗压强度

    熟料类别 标号 抗压强度(MPa)

    3d 28d

    通用、中抗硫酸盐

    625 35 62. 5

    525 30 52. 5

    425 25 42. 5

    中热、高抗硫酸盐

    625 26 62. 5

    525 22 52. 5

    425 — 42. 5

    (4)其他要求：不带有杂物，如耐火砖、垃圾、废铁、炉渣、石灰石、粘土等。

    1. 2 硅酸盐水泥熟料中四种主要矿物的特性

    主要矿物有：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙，其分子式分别缩

    写为：C3 S、C2 S、C3A、C4AF。

    (1)C3 S：水化快，早期强度高，它的强度绝对值和强度增进率均很高，其强

    度在28d 内可达到它1 年强度的70% ～80%，是决定熟料28d 强度的主要矿物，对水泥性能起主导作用。 由于其水化后产生较多的 Ca(OH)2 ，故水化热高，耐

    水性和抗硫酸盐侵蚀性能差。 熟料中 C3 S 并不是以纯硅酸三钙形式存在，而是

    含有少量其他氧化物，如 Ak2O3 、MgO 以及 FeO、R2O 形成的固溶体，通常将含有

    少量氧化物的硅酸三钙称为 A 矿，亦称阿里特。

    (2)C2 S：水化较慢，至 28d 龄期仅水化 20%左右，凝结硬化缓慢，早期强度

    低，但后期强度高，1 年后可赶上 A 矿。 增加比表面积可明显增加其早期强度，水化热较低，抗水性较好。 通常将含有少量其他氧化物的 C2 S 称为 B 矿，亦称

    贝里特。

    填充在 A 矿、B 矿之间的铝酸盐、铁铝酸盐，组成不稳定的玻璃体和含碱化

    合物等统称为中间相。 中间相在熟料煅烧过程中，开始熔融成液相，冷却时部分

    结晶，部分凝固成玻璃体。

    (3)C3A：水化迅速，放热多，凝结硬化也很快，其强度 3d 内就大部分发挥出

    4 水泥“十万”个为什么来，故早强高，但绝对值不高，且后期强度几乎不再增长，甚至倒缩。 干缩变形

    大，抗硫酸盐性能差。

    (4)C4AF：实际上熟料中的 C4AF 常常是以铁铝酸盐固溶体的形式存在，它

    的组成可以从 C6AF 到 C4AF 变至 C2 F，其成分接近于 C4AF；其水化速度介于

    C3A 和 C3 S 之间，但随后发展不如 C3 S，它的强度早期类似于 C3A，而后期还能

    不断增长，类似于 C2 S。 其抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较 C3A 低。

    1. 3 硅酸三钙的性能特点

    C3 S 是硅酸盐水泥熟料的主要矿物。 其含量通常为 50%左右，有时甚至高

    达60%以上。 纯 C3 S 只有在1250 ～2065℃温度范围内才稳定。 在2065℃以上，不一致熔融为 CaO 和液相；在 1250℃以下，分解为 C2 S 和 CaO，但反应很慢，故

    纯 C3 S 在室温可呈介稳状态存在。 C3 S 有三种晶系七种变型：

    R

    1070℃

    MⅢ

    1060℃

    MⅡ

    990℃

    MⅠ

    960℃

    TⅢ

    920℃

    TⅡ

    520℃

    TⅠ

    R 型为三方晶系，M 型为单斜晶系，T 型为三斜晶系，这些变型的晶体结构

    相近。 在硅酸盐水泥熟料中，通常不以纯的 C3 S 形式存在，总含有少量 MgO、Ak2O3 、Fe2O3 等，形成固溶体，称为阿利特(Akite)或 A 矿，阿利特通常为 M 型或

    R 型。

    纯 C3 S 为白色，密度为 3.14g cm3

    ，其晶体截面为六角形或棱柱形。 单斜晶

    系的阿利特单晶为假六方片状或板状。 在阿利特中常以 C2 S 和 CaO 的包裹体

    存在。

    C3 S 凝结时间正常，水化较快，放热较多，早期强度高且后期强度增进率较

    大。 28d 强度可达 1 年强度的 70% ～80%，其 28d 强度和 1 年强度在四种矿物

    中均最高。 但 C3 S 的水化热较高，抗水性较差。

    1. 4 阿利特包裹体的显微结构是什么样的

    如果水泥生料中含有较多的燧石等结晶二氧化硅(结晶的 α唱 石英)，由于结

    晶 SiO2 的活性差，与 CaO 反应慢，所形成的 C2 S 来不及再吸收液相中的 CaO，而

    被通过富钙液相作用较快形成的 C3 S 所包裹，阿利特中常常包裹有大量贝利特，5 1 熟料化学出现所谓阿利特包裹体结构，如图1.1 所示。

    图1. 1 阿利特包裹着贝利特的结构(反光)

    1. 5 阿里特具有什么样的显微特征

    在工业生产中，熟料中的硅酸三钙并不是纯的 C3 S，而是含有氧化镁和氧化

    铝等的固溶体，通常称为阿利特(Akite)或简称 A 矿。 A 矿是在煅烧过程中，当

    熟料有足够液相时形成的，因此一般常以自形晶出现。

    阿利特属单斜晶系，呈假六方的片状或板状，二轴晶，负光性，光轴角较小，2V ＝0°～5°。 单偏光镜下无色透明，折射率 Ng ＝1.722 ～1.724，Np ＝1.716 ～

    1.720，双折射率 Ng -Np ＝0.004 ～0.006。 一般认为，高温变体的双折射率大

    (Ng -Np ＝0.01)，活性高。 正交偏光镜下呈灰白或深灰干涉色，斜消光，正延

    性。 在反光镜下，呈灰色。 不易识别，但经 1%硝酸酒精溶液或 1%氯化铵水溶

    液适当浸蚀后，分别显示深棕色、蓝色，并具有清晰边界的六角板、柱状外形(如

    图1.2所示) 。

    6 水泥“十万”个为什么图1. 2 六角板状的阿里特及作为中间相的C3A和C4AF(反光)

    1. 6 硅酸二钙的性能特点

    C2 S 在熟料中含量一般为 20%左右，是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一，在

    熟料中并不是以纯的形式存在，而是与少量 MgO、Ak2O3 、Fe2O3 、R2O 等氧化物形

    成固溶体，通常称为贝利特(Bekite)或 B 矿。 纯 C2 S 在 1450℃以下有下列多晶

    转变。

    在室温下，α、α′ H 、α′ L 、β等变型都是不稳定的，有转变成 γ型的趋势(H—

    高温型；L—低温型)。 在熟料中 α型和 α′ 型一般较少存在，在烧成温度较高、冷

    却较快的熟料中，由于固溶有少量 MgO、Ak2O3 、Fe2O3 等氧化物，可以 β型存在。

    通常所指的硅酸二钙或 B 矿即为 β型硅酸二钙。

    α型和 α′ 型 C2 S 强度较高，而 γ型 C2 S 几乎无水硬性。 在立窑生产中，若通

    风不良、还原气氛严重、烧成温度低、液相量不足、冷却较慢时，则硅酸二钙在低

    于500℃下，易由密度为 3.28g cm3

    的 β型转变为密度为 2.97g cm3

    的 γ型，体积膨胀10%而导致熟料粉化。 但若液相量多，可使溶剂矿物形成玻璃体，将 β

    型硅酸二钙晶体包围住，并采用迅速冷却方法使之越过 β型向 γ型转变温度而

    保留下来。

    α1425℃

    α′ H

    1160℃

    α′ L

    630 ～680℃

    β <500℃

    γ

    780 ～860℃

    7 1 熟料化学 纯硅酸二钙色洁白，当含有 Fe2O3 时呈棕黄色。 贝利特水化反应较慢，28d

    仅水化 20%左右。 凝结硬化缓慢，早期强度较低，但后期强度增长率较高，在 1

    年后可赶上阿利特。 贝利特的水化热较小，抗水性较好。

    1. 7 贝利特具有什么样的显微特征

    在实际生产的熟料中，硅酸二钙总是固溶有少量氧化铝、氧化铁、氧化镁或

    钾、钠等，通常以 β型的硅酸二钙存在，习惯上称为贝利特(Bekite)或简称 B 矿。

    由固相反应先期形成的 C2 S，在温度升高时，其边棱有部分溶入液相，因此，贝利

    特常以类圆形的半自形晶存在。

    贝利特为单斜晶系，二轴晶正光性晶体，光轴角中到大，2V ＝64°～68°。 在

    偏光显微镜下为无色到棕黄色，折射率 Ng ＝1.736，Nm ＝1.722，Np ＝1.717，双折

    射率 Ng -Np ＝0.019，较阿利特强，干涉色为一级黄色。 在反光镜下，贝利特亦

    呈灰色，轮廓不分明，只隐约可见。 但当用 1%硝酸酒精溶液或 1%氯化铵水溶

    液浸蚀后，即分别显示出黄褐色和浅棕色的类圆形颗粒，正常情况下，具有明显

    的交叉双晶纹(见图 1.3)。

    图1. 3 类圆形具有交叉晶纹贝利特及他形C3A和C4AF(反光)

    8 水泥“十万”个为什么1. 8 铁铝酸四钙的性能特点

    铁铝酸四钙在熟料中的潜在含量为 10% ～18%。 熟料中含铁相较复杂，有

    人认为是 C2 F唱 C3A3 F 连续固溶体中的一个成分，也有人认为是 C6A2 F唱 C6AF2 连

    续固溶体的一部分。 在一般硅酸盐水泥熟料中，其成分接近 C4AF，故多用 C4AF

    代表熟料中铁相的组成。 若熟料中 Ak2O3 Fe2O3 小于 0.64，则可生成具有一定

    水硬性的铁酸二钙。

    铁铝酸四钙的水化速度早期介于铝酸三钙和硅酸三钙之间，但随后的发展

    不如硅酸三钙。 早期强度类似于铝酸三钙，后期还能不断增长，类似硅酸二钙。

    抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较铝酸三钙低，但含 C4AF 高的熟料难

    磨。 在道路水泥和抗硫酸盐水泥中，铁铝酸四钙的含量高为好。

    1. 9 铁铝酸盐水泥熟料显微结构有何特征

    铁铝酸盐水泥熟料的主要矿物有铁铝酸钙 C2AxF1 -x ( x ＝0 ～0.67)、无水硫

    铝酸钙(C4A3珔 S) 、贝利特(C2 S)。 其中铁铝酸钙的含量可以在一个很大范围内

    (15% ～45%)波动。 煅烧温度在 1250℃时熟料中 C4A3珔 S、C4AF、C2 S 等主要矿

    物已经全部形成，直至 1400℃熟料矿物相没有什么变化。

    铁铝酸盐水泥熟料结粒松散，其矿物晶体细小，虽可在反光显微镜下，根据

    光片浸蚀后晶体的腐蚀情况加以鉴别，但各矿物形貌不易观察清楚，因此可采用

    电子显微镜来观察熟料的显微结构。

    铁铝酸盐水泥熟料中的铁相属于 C2AxF1 -x系列固溶体，有时写成 C4AF。 在

    CaO唱 Ak2O3唱 Fe2O3 相区内，铁铝酸钙的形成过程是：CF→C2 F→C4AF。 由于铁相

    基本上是通过固相反应产生的，颗粒间进行的是不平衡反应，因此会出现许多中

    间产物，同时还固溶较多的 S、Si、Ti 等杂质。 图 1.4 显示出铁铝酸盐水泥熟料

    中呈台阶状(花朵状)的 C4AF，晶体间被其他相隔开，这是由于在铁铝酸盐水泥

    熟料烧成过程中出现了少量液相，这一方面有利于 Ak

    3 +

    进入 C2 F 晶格形成铁铝

    酸盐相(C4AF)，另一方面液相熔蚀了原来的结晶相，出现台阶状的形貌。 如果

    铁相是由液相在一定的过冷度下析晶出来的，则可能形成如图 1.5 所示的长柱

    状晶体。 在与图 1.4 相同的熟料中还发现结晶完好的短柱状 C2 F 晶体

    9 1 熟料化学(图1.6)，这是固相反应的产物，周围未出现液相，同时可看出 C2 F 的结晶能力

    很强。

    图1. 4 铁铝酸盐水泥熟料中的台阶状C4AF形貌(SEM)

    图1. 5 铁铝酸盐水泥熟料中的长柱状铁相(SEM)

    图1.7 示出了铁铝酸盐水泥熟料中的 C4A3珔 S 形貌。 它与硫铝酸盐水泥熟料

    中的 C4A3珔 S 相似，由于也是固相反应形成的，结晶也很细小，呈三向等长的粒状

    多面体。 但铁铝酸盐水泥熟料中的 C4A3珔 S 往往固溶较多的 Fe 和 Si，尤其是 Fe，研究表明，几乎有 26% ～30%的 Ak 被 Fe 所取代。

    钙铝黄长石(C2AS)是熟料煅烧过程中的过渡相，它在850 ～1000℃时形成，以后随着温度的升高，石膏夺取 C2AS 中的 Ak 形成 C4A3珔 S 后逐渐消失。 但如果

    0 1 水泥“十万”个为什么图1. 6 铁铝酸盐水泥熟料中的短柱状C2F(SEM)

    图1. 7 铁铝酸盐水泥熟料中的粒状C4A3珔 S(SEM)

    CaO 过低，石膏量不足，不能满足生成 C4A3珔 S 所需的石膏量，且煅烧温度又不够

    高时，C2AS 的出现几乎不能避免。 此外由于铁铝酸盐水泥熟料的所有矿物均是

    固相反应产生的，反应未达平衡，在最终的熟料中仍存在 C2AS 是可能的。 图

    1.8显示出铁铝酸盐水泥熟料中的 C2AS 为边棱受到严重溶蚀的柱状晶体。 从

    能谱分析可知，它还固溶了一定量的 Fe。

    铁铝酸盐水泥熟料中 C2 S 呈卵粒状团聚生长，晶体尺寸很小(图 1.9)。

    1 1 1 熟料化学图1. 8 铁铝酸盐水泥熟料中的C2AS(SEM)

    图1. 9 铁铝酸盐水泥熟料中的卵粒状C2 S(SEM)

    1. 10 铝酸三钙的性能特点

    结晶完善的 C3A 呈立方体、八面体或十二面体，但在水泥熟料中其形状随

    冷却速率而异。 氧化铝含量高而慢冷的熟料，才可能结晶出完整的大晶体，一般

    则溶入玻璃相或呈不规则微晶析出。 C3A 在熟料中的潜在含量为 7% ～15%。

    2 1 水泥“十万”个为什么纯 C3A 为无色晶体，密度为3.04g cm3

    ，熔融温度为 1533℃。 反光镜下，快冷呈

    点滴状；慢冷呈矩形或柱形。 因反光能力差，呈暗灰色，故称黑色中间相。

    C3A 水化迅速，放热多，凝结很快，若不加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝、硬

    化快，强度3d 内就发挥出来，但绝对值不高，以后几乎不增长，甚至倒缩。 干缩

    变形大，抗硫酸盐性能差。

    1. 11 什么是水泥熟料中的阿利特、贝利特、才利特

    阿利特和贝利特是硅酸盐水泥熟料中的主要矿物。 阿利特又称 A 矿，是硅

    酸三钙中含有少量 MgO、Ak2O3 、Fe2O3 等的固溶体。 在 A 矿的组成中虽含有少

    量氧化物，但其组成仍接近于 C3 S。 贝利特又称 B 矿，是含有 Ak、Fe、K、Na、Ti、V

    和 Cr 等离子的硅酸二钙固溶体。 阿利特和贝利特的含量占水泥熟料的 75%左

    右。 在 19 世纪时堤湟波姆用偏光显微镜观察熟料的磨片时，把无色透明六角板

    状晶体矿物定名为阿利特；把淡黄色球状晶体矿物定名为贝利特；把介于阿利特

    和贝利特之间的红褐色物质定名为才利特(Cekite)，才利特又称 C 矿，是阿利特

    和贝利特之间的铁铝酸盐晶体，其组成接近于 C4AF。 除此之外还有菲利特( Fe唱

    kite)，即为 α唱 C2 S。

    1. 12 正常熟料具有什么样的显微特征

    如果生料成分控制适当，且粉磨至规定细度时，经过正常煅烧并在合理制度

    下冷却的硅酸盐水泥熟料，通常具有如图 1.10 所示的显微结构，其特征为矿物

    发育完善，阿利特和贝利特晶体轮廓清晰，分布均匀，彼此之间被约占总量 20%

    ～30%的中间相所隔开。 阿利特的含量约50% ～60%，大小在20 ～50μ m 之间，晶体边棱平直完整，几何轴比(长宽比)大，多数呈完整的六角板状、柱状。 贝利

    特约占 10% ～20%，为大小均匀、近乎圆形的颗粒，大都具有明显的交叉双晶

    纹，尺寸为30 ～40μ m。

    由于 C3A 和 C4AF 一般填充在阿利特和贝利特之间，以他形出现，故习称中

    间相。 又由于 C3A 的折射率远远小于 C4AF，反射力较 C4AF 弱得多，所以，在反

    光镜下相对较暗，故又称为黑色中间相，而 C4AF 则称为白色中间相。 白色中间

    3 1 1 熟料化学图1. 10 正常煅烧熟料(反光)

    相在反射光下亮度较大，黑色中间相为微细粒状或小片状。

    实践证明，具有上述显微结构特征的熟料，在掺加适量石膏磨细成为水泥

    后，经水化所得的强度(熟料强度)较高。 值得注意的是，生产工艺因素与熟料

    的显微结构有着密切的关系，生料制备情况、煅烧制度以及矿化剂的使用等等，都是使熟料显微结构产生明显变化的重要因素。

    1. 13 何谓熟料中的玻璃体

    熟料中的玻璃体是形状不规则的黑色杂物。 它是高温熔融的熟料，在快速

    冷却情况下，来不及结晶而变成玻璃体状的物质。 玻璃体中含有相当多的

    Ak2O3 和 Fe2O3 ，及少量的 CaO、SiO2 和 MgO。 熟料中玻璃体含量多时，可提高熟

    料质量，玻璃体质脆易磨，可提高水泥磨产量。

    1. 14 何谓游离氧化钙，如何产生，有何危害

    水泥熟料中未与酸性氧化物化合的氧化钙，一般都是以游离状态存在，它们

    通称为游离氧化钙，又称游离石灰，以 f唱 CaO 表示。

    熟料中的f唱 CaO由于来源不同，对熟料乃至水泥质量的影响也不同，现分述如下：

    4 1 水泥“十万”个为什么(1)欠烧 f唱 CaO：CaCO3 分解的 CaO 由于各种原因未经高温烧成而进入冷却

    带出窑，这种 f唱 CaO 多存在于生烧料球和黄粉之中，它们水化速度较快，虽然强

    度较低，但对熟料和水泥的安定性影响不大。

    (2)过烧状态的 f唱 CaO：又称一次 f唱 CaO，它们经过 1400℃以上高温的煅烧，结构变得异常致密，水化很慢，通常要在加水 3d 后，水化才比较明显，且水化生

    成 Ca(OH)2 时体积膨胀97.9%，在已硬化的水泥石内产生局部膨胀应力，降低

    抗折、抗拉强度，进而引起3d 以后的强度倒缩，严重时引起水泥制品开裂破坏。

    (3)二次 f唱 CaO：当冷却速度很慢或有水气作用时，熟料中 C3 S 在 1260℃以

    下会分解为 C2 S 和 CaO，这部分 f唱 CaO 水化很快，不影响水泥安定性，但会使熟

    料强度下降。

    无论哪一种 f唱 CaO，对熟料乃至水泥质量都有不利影响，因而枟水泥企业质

    量管理规程枠对熟料中的 f唱 CaO 含量作了限制。 回转窑一般控制在 1.5%以下，而立窑在 3.0%以下，因为立窑熟料的游离氧化物中有一部分没有经过高温死

    烧，破坏力较小。

    1. 15 熟料游离氧化钙具有什么样的显微特征

    熟料常含有少量的游离氧化钙，属等轴晶系，类圆形、颗粒状分散或者由数

    个颗粒团聚在一起分布于阿利特和贝利特之间。 偏光镜下无色，N ＝1.837。 在

    反射光下用蒸馏水浸蚀即呈彩色，见图1.11。

    图1. 11 类圆形游离氧化钙(反光)

    5 1 1 熟料化学1. 16 熟料中方镁石有何危害

    方镁石是指游离状态的 MgO 晶体。 MgO 由于与 SiO2 、Fe2O3 的化学亲和力

    很小，在熟料煅烧过程中一般不参与化学反应。 它以下列三种形式存在于熟料

    中：

    ①溶解于 C3A、C3 S 中形成固溶体；

    ②溶于玻璃体中；

    ③以游离状态的方镁石形式存在。

    据认为，前两种形式的 MgO 含量约为熟料的2%，它们对硬化水泥浆体无破

    坏作用。 以方镁石形式存在时，由于其水化速度很慢，要在 0.5 ～1 年后才明显

    开始水化，而且水化生成 Mg(OH)2 ，体积膨胀 148%，因此，也会导致安定性不

    良。 方镁石膨胀的严重程度与晶体尺寸、含量均有关系。 尺寸越大，含量越高，危害越大。 在生产中应尽量采取快冷措施，减小方镁石的晶体尺寸。

    1. 17 方镁石具有什么样的显微特征

    熟料中氧化镁除与熟料矿物构成固溶体或溶于玻璃相外，多余部分就以方

    镁石出现，其水化速率缓慢，因此方镁石含量过多时，将严重影响水泥的体积安

    定性。 当生料中 MgO 含量过高时，熟料中即可能出现成堆的方镁石(如图 1.12

    图1. 12 成堆方镁石(反光)

    6 1 水泥“十万”个为什么所示)。 方镁石属等轴晶系，呈立方体、八面体或粒状集合体。 折射率 N ＝

    1.736。 在反射光下，由于折射率较高、硬度大、突起高，不用浸蚀即能清晰察见。

    晶粒常为圆粒状、矩形、三角形或多角形等，在收缩光阑或微动镜筒时呈粉红色，并有黑边。

    1. 18 率值含义、计算公式及对煅烧和质量的影响

    (1)KH：称为石灰饱和系数，简称饱和比，它表示二氧化硅被氧化钙饱和形

    成硅酸三钙的程度。

    其计算公式：

    KH ＝CaO -1.65Ak2O3 -0.35Fe2O3 -0.70SO3

    2.8SiO2

    它表示水泥熟料中总的 CaO 含量减去它和酸性氧化物(Ak2O3 、Fe2O3 、SO3 )

    所需的 CaO，剩下的与 SiO2 化合的 CaO 含量，与理论上 SiO2 全部化合成 C3 S 所

    需的 CaO 的含量之比。

    从理论上分析，当 KH ＝0.667 时，熟料矿物只有 C2 S、C3A、C4AF，而无 C3 S；

    当 KH ＝1 时，熟料中 SiO2 全部形成 C3 S，则熟料中的矿物只有 C3 S、C3A、C4AF。

    实际生产中，KH 值一般控制在0.88 ～0.96 之间。 KH 值高，熟料中 C3 S 量

    多，虽对熟料质量有利，但物料难于煅烧，需要较高的煅烧温度和一定的烧成时

    间；否则，导致 f唱 CaO 增加反而使质量下降。 当 KH 偏低时，C3 S 少 C2 S 多，熟料

    早强低，且熟料易粉化。

    (2)SM：称为硅率或硅酸率，其计算公式：

    SM ＝ SiO2

    Ak2O3 +Fe2O3

    它不仅表示熟料中 SiO2 的含量与 Ak2O3 、Fe2O3 之和的质量比，也表示了熟

    料中硅酸盐矿物(C3 S +C2 S)与溶剂矿物(C3A +C4AF)的比值。 SM 过高，液相

    量太少，煅烧困难；SM 太低，液相量过多，容易使窑粘边、结圈、结大块，且熟料强

    度不高。

    (3)IM：称为铝率或铝氧率，又称铁率，其计算式为：

    IM ＝Ak2O3

    Fe2O3

    它表示熟料中 Ak2O3 和 Fe2O3 的质量之比，也决定了 C3A 和 C4AF 质量之

    7 1 1 熟料化学比。 IM 过低时，虽然液相粘度较小，对 C3 S 形成有利，但烧结范围变窄，窑内易

    结大块，不利于窑的操作。

    1. 19 根据熟料的化学组成计算各率值的公式

    石灰饱和系数 KH ＝CaO -1.65Ak2O3 -0.35Fe2O3 -0.7SO3

    2.80SiO2

    (IM≥0.64)

    KH ＝CaO -1.1Ak2O3 -0.7Fe2O3 -0.7SO3

    2.80SiO2

    (IM <0.64)

    硅率 SM ＝ SiO2

    Ak2O3 +Fe2O3

    铝率 IM ＝Ak2O3

    Fe2O3

    1. 20 根据熟料的化学组成计算矿物组成的公式

    硅酸三钙(C3 S) ＝3.80SiO2 (KH -2)

    ＝4.07CaO -7.60SiO2 -6.72Ak2O3 -1.43Fe2O3

    硅酸二钙(C2 S) ＝8.60SiO2 (1 -KH)

    ＝8.60SiO2 +5.07Ak2O3 +1.07Fe2O3 -3.07CaO

    铝酸三钙(C3A) ＝2.65(Ak2O3 -0.64Fe2O3 )

    铁铝酸四钙(C4AF) ＝3.04Fe2O3 (IM≥0.64 时)

    ＝4.77Ak2O3 (IM <0.64 时)

    铁酸二钙(C2 F) ＝1.70(Fe2O3 -1.57Ak2O3 )

    硫酸钙(CaSO4 ) ＝1.70SO3

    1. 21 硅率、铝率值的高低对立窑煅烧有何影响

    硅率过高，煅烧时由于液相量显著减少，不利于离子的移动和扩散，使煅烧

    8 1 水泥“十万”个为什么发生困难，特别是当 CaO 含量低，C2 S 含量多时，熟料易于粉化。 硅率过低，则熟

    料中硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，而且由于液相过多，易出现结大块，结炉

    瘤、结圈等，影响窑的正常操作。

    铝率的高低，在一定程度上反映了水泥煅烧过程中高温液相的粘度。 铝率

    高，熟料中 C3A 多，相应的 C4AF 减少，则液相粘度大，物料难烧，铝率过低，液相

    粘度较小，液相中质点易于扩散，对 C3 S 形成有利，但这样会使烧结范围变窄，窑

    内易结大块，不利于窑的正常操作。 所以，各厂家在选择 SM、IM 时，都要根据具

    体情况，以保证窑的正常煅烧，提高熟料质量。

    1. 22 怎样理解石灰饱和系数的意义

    正确理解石灰饱和系数(也称饱和比)的意义是设计最佳熟料配料方案，提

    高熟料产质量的基础，也是每一个水泥工艺人员都必须掌握的最基本的知识之

    一。

    在熟料4 个主要氧化物中，CaO 为碱性氧化物，其余三个为酸性氧化物。 两

    者相互化合形成 C3 S、C2 S、C3A、C4AF 四个主要熟料矿物。 不难理解，CaO 含量

    一旦超过所有酸性氧化物的需求，必然以游离氧化钙形态存在，含量高时将引起

    水泥安定性不良，造成危害。 因此，从理论上说，存在一个极限石灰含量。 古特

    曼与杰耳认为，熟料中酸性氧化物形成碱性最高的矿物为 C3 S、C3A、C4AF，从而

    提出了他们的石灰理论极限含量的观点。 为便于计算，将 C4AF 改写成“ C3A”

    和“CF”，令此“C3A”与 C3A 相加，则每1%酸性氧化物所需石灰含量分别为：

    1%Ak2O3 所需 CaO ＝ 3 ×CaO 摩尔质量

    Ak2O3 摩尔质量 ＝ 3 ×56.08

    101.96

    ＝1.65

    1%Fe2O3 所需 CaO ＝CaO 摩尔质量

    Fe2O3 摩尔质量 ＝56.08

    169.70

    ＝0.35

    1%SiO2 形成 C3 S 所需 CaO ＝ 3 ×CaO 摩尔质量

    SiO2 摩尔质量 ＝ 3 ×56.08

    60.09

    ＝2.8

    由每 1%酸性氧化物所需石灰量乘以相应的酸性氧化物含量，就可得到石

    灰理论极限含量计算式：

    CaO ＝2.80SiO2 +1.65Ak2O3 +0.35Fe2O3 (1)

    金德和容克认为，在实际生产中，Ak2O3 和 Fe2O3 始终为 CaO 所饱和，唯独

    SiO2 可能不完全饱和生成 C3 S，而存在一部分 C2 S。 否则，熟料就会出现游离氧

    9 1 1 熟料化学化钙。 因此应在 SiO2 之前加一石灰饱和系数 KH。 故：

    CaO ＝KH ×2.80SiO2 +1.65Ak2O3 +0.35Fe2O3 (2)

    将上式改写成：

    KH ＝CaO -1.65Ak2O3 -0.35Fe2O3

    2.80SiO2

    (3)

    因此，石灰饱和系数 KH 是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙(C3 S +C2 S)所需

    的氧化钙含量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比

    值，也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。

    当 KH ＝0.667 时，熟料中只有 C2 S、C3A 和 C4AF 而无 C3 S。 当 KH ＝1 时，熟

    料中无 C2 S 而只有 C3 S、C3A 和 C4AF。 KH 实际上表示了熟料中 C3 S 与 C2 S 百

    分含量的比例。 KH 越大，则硅酸盐矿物中的 C3 S 的比例越高，熟料强度越好，故

    提高 KH 有利于提高水泥质量。 但 KH 过高，熟料煅烧困难，必须延长煅烧时间，否则会出现 f唱 CaO，同时窑的产量低，热耗高，窑衬工作条件恶化。

    1. 23 熟料组成如何选择

    熟料三率值可表示熟料中各氧化物之间的关系，也决定熟料矿物组成之间

    的关系，因此用它们可以对熟料质量进行评价和分析。 所谓合理配料方案，就是

    表现在熟料矿物成分的选择上，即对熟料 KH、SM、IM 三个率值的确定，为获得

    优质熟料应从以下几个方面考虑：

    (1)水泥品种

    为满足不同品种水泥的要求，应选择不同的矿物组成，如生产快硬硅酸盐水

    泥，需要较高的早期强度，则应适当提高熟料中硅酸三钙和铝酸三钙的含量。 低

    热水泥则要求水化热低，配料时必须降低 C3 S 和 C3A 的含量，相应提高 C2 S 和

    C4AF 的含量。

    (2)原料品质和生料易烧性

    原料的化学成分与工艺性能，往往对熟料组成的选择有较大影响。 如石灰

    石含燧石量、粘土中含砂量多，则要适当降低 KH 或 SM 来适应原料的实际情况。

    生料易烧性好，可以选择较高石灰饱和系数、高硅率、高铝率(或低铝率)的配料

    方案。 反之，只能配低一些。

    (3)燃料质量

    燃料品质对熟料三率值的选择也有较大影响，立窑生产中，配煤有着配热与

    0 2 水泥“十万”个为什么配料的双重作用。 如煤质差，灰分大，一般来讲，应相应降低熟料 KH 值。

    (4)KH 值的选择

    工艺、设备条件较好，生料均匀性较好，使用矿化剂，看火操作水平较高，这

    时应提高 KH 值，随着 KH 值的增大，C3 S 含量增加，熟料强度就会提高。 总之，应结合工厂各方面条件，在煅烧条件允许的情况下，适当地提高熟料的 KH 值。

    (5)选择 SM 值要与 KH 值相适应，一般应避免以下倾向：

    ①KH 值高，SM 值也偏高。 这时熔剂矿物含量必然少，吸收 f唱 CaO 的反应不

    完全，熟料不易烧结，且 f唱 CaO 高。

    ②SM 值高，KH 值低。 熟料烧成温度虽不需要太高，但 C2 S 含量高而易造

    成熟料粉化，熟料强度低。

    ③KH 值低，SM 值也偏低。 熟料煅烧温度不需要很高，但熔剂矿物(C3A 和

    C4AF)的总量较高，以致液相量较多，易产生结窑；虽然 KH 值低，熟料易烧，但

    由于窑温不能太高，熟料易结大块不易烧透，f唱 CaO 还是较高，因而熟料质量差，因此，一般不用此方案。

    (6)铝率 IM 值的选择

    在选择 IM 值时，也要考虑与 KH 值相适应。 一般情况下，当提高 KH 值时，要相应地降低 IM 值，即提高 C4AF 的含量，以降低液相出现的温度和粘度，有助

    于 C3 S 的形成。 选择高铝或高铁配料方案，应根据本厂原、燃材料的特点及工艺

    设备、操作水平以及用户对水泥性能的要求等各方面情况，综合分析决定，并采

    取相应的配套工艺技术措施。

    1. 24 石灰饱和系数公式中各个数字的来源依据

    我国目前采用石灰饱和系数(KH)的公式：

    KH ＝CaO -1.65Ak2O3 -0.35Fe2O3

    2.80SiO2

    这个石灰饱和系数 KH 公式是建立在熟料中酸性氧化物形成碱性最高的矿

    物，即硅酸三钙(C3 S)、铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)为理论基础而推导

    出来的，从而提出了各酸性氧化物的石灰理论极限含量，为了便于计算，将铁铝

    酸四钙(C4AF)假设为由铝酸三钙和铁酸一钙(CF)相加而组成铁铝酸四钙。

    故每 1%质量的 Ak2O3 形成 C3A 所需的 CaO 量为：

    1 2 1 熟料化学CaO ＝ 3 ×CaO 相对分子质量

    Ak2O3 相对分子质量 ＝ 3 ×56.08

    101.96

    ＝1.65

    每 1%质量的 Fe2O3 形成 CF 所需的 CaO 量为：

    CaO ＝CaO 相对分子质量

    Fe2O3 相对分子质量 ＝56.08

    159.70

    ＝0.35

    每 1%质量的 SiO2 形成 C3 S 所需的 CaO 量为：

    CaO ＝ 3 ×CaO 相对分子质量

    SiO2 相对分子质量 ＝ 3 ×56.08

    60.09

    ＝2.80

    以上便是石灰饱和系数(KH)公式中各个系数来源的依据。

    1. 25 为何新型干法窑入窑生料KH 高于出磨生料

    通常老式干法中空回转窑的入窑生料饱和系数(KH入窑 )要低于出磨生料饱

    和系数(KH出磨 )，但对于新型干法窑却与之相反。 某 2000t d 新型干法窑生产

    中，KH入窑比 KH出磨高0.01 ～0.03，个别时段甚至高出 0.05 ～0.06。 表 1.4 是某

    厂 5 年统计3.66 万个生料样品的分析结果。

    表1. 4 5 年生产统计平均结果

    试样率值 出磨生料 入窑生料 差值

    KH 1.031 1.065 -0.034

    SM 2.89 2.85 0.04

    IM 1.50 1.58 -0.08

    从表 1.4 中可以看出，出磨生料成为入窑生料后 KH、IM 有所增加，SM 有所

    下降。 按常理生料出磨后，后续流程又没有再加入石灰石，饱和比显然不应该上

    升才对，为什么 KH 变高了呢？ 这主要是因为新型干法窑的悬浮预热器内风速

    很大，由一级筒进入预热器的生料粉在下落过程中与上升气流混合呈悬浮状态。

    由于生料粉本身存在粒级分布，根据斯托克斯沉降理论，粗粒级物料沉降，细粒

    级物料上升，部分细粒级物料被风带走，生料粉在此必然出现离析现象。 由于组

    成生料的各种原料的易磨性不同，所以在生料粉的颗粒分布中，细颗粒级部分通

    常富含钙、铝质材料，而粗颗粒级部分通常富含硅、铁质材料。

    在老式干法中空回转窑生产工艺中窑尾排风量远远小于新型干法窑的排风

    量，入料管直接将生料粉加到窑尾，这种不同于新型干法窑的工艺设置决定了生

    2 2 水泥“十万”个为什么料粉不存在悬浮作用，沉降离析现象可忽略。 收尘灰由饱和比较低的煤灰和飞

    扬的生料粉组成，所以往往收尘灰饱和比低于入窑生料饱和比，因此，入窑生料

    的饱和比也就低于出磨生料的饱和比。 但在新型干法窑生产中，因为新型干法

    窑生产需要强大的风力使物料悬浮，风的离析作用相应地在喂料系统和除尘系

    统之间形成循环的封闭料环，致使窑灰的饱和比大大高于出磨生料的饱和比。

    所以，由于这部分高饱和比窑灰的掺入增加了入窑生料的饱和比，使得新型干法

    窑入窑生料饱和比高于出磨生料饱和比。

    1. 26 我国新型干法熟料配方的发展过程

    在水泥生产工艺过程中，熟料矿物成分优化设计不仅直接决定了水泥熟料

    的矿物组成，进而决定了熟料和水泥产品的品质。 同时对于水泥生产全过程，特

    别是作为熟料煅烧装备水泥窑的生产效率、能源消耗、耐火材料寿命、安全稳定

    运转、环境保护条件以及生产成本和经济效益等各种技术经济指标，都有着重大

    的影响。

    熟料矿物成分设计，即熟料化学成分或熟料配料方案设计，必须考虑到许多

    复杂因素，诸如：原料、燃料条件，粉磨条件，配料设备及控制条件，物料均化条

    件，熟料煅烧及冷却条件以及对水泥产品品质的要求等等。 最优的配料方案设

    计，可以获得品质优良的熟料，取得优质、高效、低耗、安全稳定生产的满意效果。

    否则必然事倍功半，引起生产紊乱，难以获得良好的经济效益。 因此，国内外水

    泥生产企业对于配料方案的优化设计都是十分重视的。

    长期以来，中国水泥企业在生产实践中，对于配料方案的设计积累了丰富的

    经验。 针对过去中国大中型水泥企业大多为湿法、老式干法和半干法生产的特

    点，采用“高铁、高饱和比、低硅酸率”(KH 一般为0.90 ～0.92，SM 为 2.0 ±0.1，IM 为 1.2 ±0.1)的配料方案，并在生产中取得了较好的效果，熟料标号一般可

    达 580 ～650 号。

    20 世纪 70 年代，预分解窑的崛起及与之相配套的各种新工艺、新技术、新

    装备的相继问世，使水泥熟料煅烧条件及技术控制条件发生了重大变化。 为了

    适应这种新的情况，国外水泥企业对预分解窑的配料方案也进行了不断的摸索

    研究，并优选出“高硅酸率、高铝氧率、中石灰饱和比” (一般 KH 为 0.87 ±0.02，SM 为2.5 ±0.1，IM 为1.6 ±0.1)的配料方案。

    20 世纪80 年代中后期，随着“我国四种预分解窑型分析研究与改进”项目

    3 2 1 熟料化学的进行，对分解窑熟料成分优化设计问题也作为研究的重点课题之一进行专门

    研究。 通过理论分析、实验室试验以及对 JD唱 NSF、NG唱 MFC、LZ唱 SLC 及 JX唱 RSP

    型四种预分解窑生产中熟料质量的统计分析，并同相关的湿法窑熟料成分及质

    量进行对比，得出了“预分解窑生产的熟料质量完全可以同湿法生产的熟料质

    量相媲美，甚至可以超过湿法生产的熟料质量”的研究结论。 并针对中国当时

    的预分解窑的工艺设备、管理等状况，提出了预分解窑熟料率值采用“高硅酸

    率、高铝氧率、中石灰饱和比”的建议。 对其一般建议范围是：KH ＝0.86 ～0.88，SM ＝2.4 ～2.6，IM ＝1.5 ～1.6。 不同生产线可根据所用燃料、原料性能及煅烧

    特点、管理操作水平等因素，加以适当选定。

    20 世纪90 年代中期以来，新型干法生产过程更加广泛地应用高新技术，在

    生产全过程特别是预分解窑筒唱 管唱 炉唱 窑唱 机等各个子系统都有很大改进。 目前，中国大型预分解窑生产线已达到国际水平，因此，完全有能力生产质量更优的熟

    料和水泥。 中国加入“WTO”以及实施同 ISO 标准相接轨的新的水泥检验方法

    和标准后，对熟料质量要求更进一步提高。 鉴于上述研究与主观能力、客观需

    要，中国预分解窑熟料优化设计宜采用“三高”方案，一般建议熟料率值范围：KH

    ＝0.88 ～0.92；SM ＝2.5 ～2.8；IM ＝1.6 ～1.8。 大型预分解窑生产线生产的熟

    料 C3 S +C2 S 含量应力争达到75%以上，C3 S 含量达 65%以上，以满足高性能混

    凝土生产的需求。

    1. 27 水泥熟料烧成范围概念及定义

    图1. 13 立窑窑内温度场示意图

    立窑在煅烧时，由于卸料运动边部物料

    与窑体之间存在间隙，通风阻力小，边风大，边风带走的热量也多，加上窑壁散热比较大，因此立窑窑内煅烧温度场不均匀，中心温度

    较高，边缘温度较低，如图1.13 所示。

    由于中心温度比较高，为了不引起结大

    块，配煤量就不能太高，而边部温度较低，为

    了不导致熟料生烧，应该多加煤，这是一对矛

    盾。

    欲消除立窑温度场不均匀给熟料煅烧带来的危害，可以采用许多方法。 如

    4 2 水泥“十万”个为什么采用差热煅烧法，配两种不同含煤量的生料，即边部料和中部料，但在实际生产

    中难以操作，经常把料搞混，或者边部含煤量高的料很容易滚到中部，造成更大

    的温度不均匀。 还有可以采用加强窑体保温的措施，减少温度场不均匀，但也不

    能从根本上消除温度场不均匀的缺点。

    如果能找到这样的一个生料配料方案，这种生料在高温下不结大块，但在低

    温下也能烧成，那么这种生料配料方案就最适应立窑煅烧。 这就是为什么要引

    入熟料烧成范围概念的理由。

    (1)烧成范围的下限温度

    由实验可知，无论何种生料，如图 1.14 所示，随着煅烧温度的升高，熟料

    f唱 CaO含量会不断下降。 如果立窑边部低温部位游离氧化钙能达到 4%，那么立

    窑中间高温区游离氧化钙必定小于 4%，甚至可达到 1%以下，整个窑面游离氧

    化钙平均值为 2%左右。 考虑到目前绝大多数立窑水泥厂的熟料 f唱 CaO 含量均

    在 2% ～4%之间，因此，将熟料中 f唱 CaO 含量下降到 4%时的温度作为熟料烧成

    范围的下限温度。

    (2)烧成范围的上限温度

    如图 1.15 所示，将生料煅烧到不同温度，研究其收缩率、熔化率情况发现，都是连续变化过程，没有一个突变过程。 但叠合生料片是否粘结却有明显的突

    变过程，温度如果没达到粘结温度，生料片不会粘结，但如果一达到粘结温度，就

    马上粘结，突变性明显，终点易于判断。 所以，以叠合生料片全部牢固粘结时的

    温度为烧成范围的上限温度。

    图1. 14 熟料f唱 CaO含量与煅烧温度的关系 图1. 15 熟料易熔性参数与煅烧温度的关系

    (3)烧成范围的定义

    综合以上实验，得到如下的熟料烧成范围定义：在生料制备和煅烧条件一定

    的情况下，熟料 f唱 CaO 含量随着温度的升高逐渐降低。 从 f唱 CaO 含量降到 4%时

    的温度到熟料出现结大块时的温度范围称为烧成范围。 其中，以叠合生料片全

    部牢固粘结为熟料结大块的标志。

    5 2 1 熟料化学熟料烧成范围越大，越适应于立窑煅烧，根据烧成范围理论可选择立窑的最

    佳配料方案并解决生产中的许多实际问题。

    1. 28 硅酸盐水泥熟料实际烧成范围的概念及定义

    如图 1.16 所示，在立窑的高温带，可以肯定窑内最低温度低于烧成范围的

    下限温度，因为无论哪台立窑，均可从该窑熟料中找出一粒 f唱 CaO 大于 4%的熟

    料。 根据窑内最高温度与熟料上限温度的关系，可以将窑内温度场情况分为两

    种，一种是窑内最高温度高于或等于熟料上限温度，另一种是窑内最高温度小于

    熟料上限温度。 从而将立窑高温带分成结块区、正常区和生烧区，或储备区、正

    常区和生烧区。 显然，正常区越大，熟料将越好烧，质量将越好。 所以，把正常区

    的大小定义为实际烧成范围 Tar。

    Ta r ＝ Tm -Tb ＝Tr 当 Tch≥Tm 时

    Tch -Tb 当 Tch
    图1. 16 实际烧成范围数学模型

    Tch—窑内最高温度；Tdh—窑内最低温度；

    Tm—上限温度；Tb—下限温度

    显然，实际烧成范围不仅与熟料成分有关，还与窑内最高温度大小有关。 影

    响窑内最高温度除了含煤量大小外，还与窑体结构、煤质品位、煅烧操作等因素

    有关。 因此，实际烧成范围也就将熟料三个率值、SO3 、CaF2 、窑体结构、煤质品

    位、煅烧操作等许多因素归结为一个参数，只要对比一下实际烧成范围大小，就

    可判断哪个生料好烧，哪个生料不好烧，见表1.5。

    6 2 水泥“十万”个为什么表1. 5 几个典型配料方案的烧成范围

    方案 KH SM IM CaF2 SO3

    Tb

    (℃)

    Tm

    (℃)

    Tr

    (℃)

    Tar(℃)

    Tch ＝

    1500

    Tch ＝

    1550

    Tch ＝

    1600

    1 0.97 1.85 1.30 0.8 2.5 1294 1548 254 206 254 254

    2 0.97 1.85 1.30 1360 1536 176 140 175 175

    3 0.92 2.20 1.30 0.8 2.5 1305 1559 254 195 245 254

    4 0.92 2.20 1.30 1381 1557 176 119 169 176

    5 0.89 1.85 1.30 0.8 1.5 1282 1497 216 216 216 216

    6 0.89 1.85 1.30 1.5 1301 1550 249 199 249 249

    7 0.90 2.7 1.7 0.8 2.5 1316 1617 301 184 234 284

    8 0.90 2.7 1.7 1419 1573 154 81 131 154

    从表 1.5 中可见，在上限温度较高的情况下，提高窑温，实际烧成范围变大，有利于煅烧和提高熟料质量。 加复合矿化剂通常可显著提高熟料的烧成范围，但加复合矿化剂后，熟料的配料方案必须调整，采用高 KH、低 SM 或中 KH、高

    SM 方案。 如采用低 KH、低 SM 方案，加萤石矿化剂非但不能改善煅烧，反而降

    低熟料烧成范围，影响熟料烧成，给窑的操作带来困难。 采用高硅、高铝方案，虽

    然表观烧成范围较大，但在较低温度场下(窑内最高温度小于 1550℃)实际烧成

    范围不大，必须提高窑内温度场才可达到较大的实际烧成范围，因此，采用高硅、高铝方案必须采用高温煅烧。

    1. 29 硅酸盐水泥熟料烧成范围的回归计算公式

    下限温度(℃)：

    Tb ＝( -34.56SM +98.02KH +23.45IM +1.88CaF2 -13.38SO3 +124.34)SM

    +( -2865.58KH -28.76IM +17.67CaF2 -16.47SO3 +5594.78)KH

    +( -43.5IM -2.35CaF2 -10.27SO3 +123.17)IM

    +( -3.61CaF2 +6.38SO3 -47.4)CaF2

    +( -2.2SO3 +38.31)SO3 -1764.6

    7 2 1 熟料化学上限温度(℃)：

    Tm ＝( -57.56SM -541.77KH +31.25IM +17.5CaF2 +14.52SO3 +781.58)SM

    +( -6321.87KH +52.1IM +114.52CaF2 +190.3SO3 +13089.38)KH

    +(66.94IM +15.63CaF2 +23.41SO3 -334.45)IM

    +(19.08CaF2 -13.17SO3 -216.64)CaF2

    -(18.55SO3 +167.89)SO3 -5308.77

    烧成范围(℃)：

    Tr ＝( -23SM -639.79KH +7.8IM +15.62CaF2 +27.9SO3 +657.24)SM

    +( -3456.29KH +80.86IM +96.85CaF2 +206.77SO3 +7494.6)KH

    +(110.44IM +17.98CaF2 +33.68SO3 -457.62)IM

    +(22.69CaF2 -19.55SO3 -169.24)CaF2

    -(16.35SO3 +206.2)SO3 -3544.17

    以上公式适用范围：KH ＝0.86 ～1.0，SM ＝1.6 ～2.7，IM ＝0.9 ～1.7，SO3 ＝

    0 ～3.0%，CaF2 ＝0 ～2.0%。

    1. 30 何谓立窑熟料产质量保证度，有何用处

    通常立窑熟料实际烧成范围越大窑越好烧，但具有相同实际烧成范围的熟

    料不一定具有相同的矿物组成，特别是硅酸三钙含量不一定相同，熟料强度也不

    一定相同。 因此，为了兼顾熟料的产量和质量，也就是说要寻找窑好烧、熟料强

    度又高的配料方案，必须进一步引进立窑熟料产质量保证度概念，用 BZ 表示，其计算式如下：

    BZ ＝50

    Ta r

    280

    +C3 S实

    58

    ＝50

    Ta r

    280

    +C3 S -4.07f唱 CaO -2.85SO3

    58

    ＝0.179Tar + 0.862SM(11.4KH -7.6)(IM +1)∑ (2.8KH +1)(IM +1) SM +2.65IM +1.35

    -3.509f唱 CaO -2.457SO3

    式中：Tar———熟料实际烧成范围，℃，可由熟料实际烧成范围计算公式计算而

    得；

    KH———熟料的饱和比；

    SM———熟料的硅率；

    8 2 水泥“十万”个为什么IM———熟料的铝率；

    ∑———熟料中四个主要氧化物含量总和，%；

    f唱 CaO———熟料的游离氧化钙含量，%；

    SO3———熟料的三氧化硫含量，%。

    立窑熟料产质量保证度实际上是兼顾了熟料煅烧性能和熟料质量两个方面

    的一个综合指标。 是判断一个配料方案好坏的依据，产质量保证度高，熟料质量

    好，产量也高。 理想的产质量保证度是 100，通常能达到 90 就算是比较好的。

    实际生产中，只要通过对比两个配料方案的产质量保证度，就可轻易地判断哪个

    配料方案好，哪个配料方案差。 原来要判断一个配料方案的好坏，只能根据工艺

    员的经验判断。 产质量保证度概念的提出，使得通过计算就可轻易地判断一个

    配料方案的好坏，也为计算机寻找最佳配料方案提供了一个计算数学模型。 因

    此，在立窑水泥厂产质量保证度可以作为一个寻找最佳配料方案的工具。 几个

    典型配料方案的产质量保证度数据见表1.6 所示。

    表1. 6 几个典型配料方案的产质量保证度

    方案 KH SM IM

    CaF2

    (%)

    SO3

    (%)

    f唱 CaO

    (%)

    C3 S

    (%)

    产质量保证度

    Tch ＝

    1500℃

    Tch ＝

    1550℃

    Tch ＝

    1600℃

    1 0.97 1.85 1.20 0.80 2.50 2.50 58.57 81.2 89.6 89. 6

    2 0.99 1.85 1.20 0.80 2.50 3.50 58.19 80.5 89.4 90. 1

    3 0.99 1.85 1.20 0.80 2.00 4.00 56.16 78.2 87.1 89. 4

    4 0.92 2.20 1.20 0.80 2.50 2.50 51.27 73.1 82.1 83. 3

    5 0.90 2.40 1.20 0.80 2.50 3.00 46.12 68.8 77.8 79. 5

    6 0.90 2.70 1.70 0.80 2.50 4.00 42.79 64.7 73.6 80. 1

    7 0.90 2.70 1.70 1.50 2.50 3.00 46.86 70.0 79.8 81. 7

    8 0.89 1.80 1.20 0.80 2.50 1.80 45.40 69.2 69.2 69. 2

    9 0.89 1.90 1.20 0.80 2.50 2.00 45.28 70.8 70.8 70. 8

    10 0.89 2.00 1.20 0.80 2.50 2.20 45.10 72.2 72.2 72. 2

    由表 1.6 计算结果，可得到如下几个结论：

    (1)在中低煅烧温度场下( Tch ＝1500 ～1550℃)，1 号方案产质量保证度最

    高，2 号方案次之。 在高温下，2 号方案最佳，1 号方案次之。

    (2)随着煅烧温度的提高，通常产质量保证度提高，有利于提高熟料的产质量。

    9 2 1 熟料化学(3)采用高硅方案，通常需要较高的煅烧温度，如 5 号和 6 号方案；或者需

    要增加萤石的掺量，如 7 号方案。

    (4)采用低饱和比、低硅方案，通常产质量保证度较低，如 8、9、10 号方案。

    (5)采用高饱和比、低硅方案，无论高温还是低温，均具有较高的产质量保

    证度，如 1 号方案。

    (6)在有萤石矿化剂的条件下，适当增加熟料三氧化硫含量，可增加熟料的

    产质量保证度，如 2 号与 3 号对比。

    1. 31 不同铝率的熟料，其岩相特征有何不同

    铝率不同，熟料的显微结构会起相当大的变化。 例如在 IM >1.38 时的慢

    冷熟料中，由于原始组成点落在 CaO唱 SiO2唱 Ak2O3唱 Fe2O3 四元相图中的 T2唱 C3 S唱

    C2 S唱 C3A 四面体内，根据析晶路线可知，C3A 应比 C4AF 先期从液相析出，所以可

    结晶成比较完整的大晶体，在反光镜下即呈带棱角片状的黑色中间相(图

    1.17)。 如氧化铁含量较高，即当 IM <1.38 时，原始组成点落在 T2唱 C3 S唱 C2 S唱

    C4AF 四面体内，则 C4AF 应先析出，并可发育为如图 1.18 所示的棱柱状晶体。

    当 IM 接近 1.38 时，则 C3A 和 C4AF 同时析出，呈现如图 1.19 所示的黑、白中间

    相镶嵌结构。

    图1. 17 慢冷熟料(IM＝2.91)中带棱角片状的C3A(反光)

    0 3 水泥“十万”个为什么图1. 18 慢冷熟料(IM＝1.17)中棱柱状C4AF(反光)

    图1. 19 IM＝1.40 时C3A、C4AF 共析所形成的镶嵌结构(反光)

    1. 32 采用氟硫复合矿化剂时的KH 公式

    生料掺有氟、硫复合矿化剂煅烧时，除生成阿利特、贝利特和铁铝酸盐外，有

    时还存在氟铝酸盐和无水硫铝酸盐等矿物，因此通常所用的 KH 值和矿物组成

    计算公式有时显得不是很适用，可以加以修正。 现将国内高等院校、科研单位所

    推荐的 KH 值计算公式及适用条件列出如下：

    1 3 1 熟料化学(1)常用公式

    KH ＝CaO -1.65Ak2O3 -0.35Fe2O3 -0.70SO3 -f唱 CaO

    2.8SiO2

    使用条件：采用复合矿化剂后，仍采取高温煅烧，因此氟铝酸钙和无水硫铝

    酸钙已全部或绝大部分分解，熟料的矿物组成为 C3 S、C2 S、C3A、C4AF、CaSO4 ，但

    没有考虑固溶体、微量元素及玻璃体对矿物组成的影响。 如低温煅烧，熟料中新

    增 C11A7 · CaF2 和3CaO· 3Ak2O3 · CaSO4 而不存在或很少 C3A 相，虽然使用上

    式不符合熟料的实际情况，但大多数水泥企业仍然使用上式控制生产。

    (2)南京化工学院提出的公式

    KH ＝CaO -0.86Ak2O3 -0.85Fe2O3 -1.19f唱 SO3 +0.49SO3 -f唱 CaO

    2.8SiO2

    式中：f唱 SO3———熟料中游离 SO3 。

    使用条件是采用低温煅烧，假定生产的矿物相为 C3 S、C2 S、C4AF、C11 A7 ·

    CaF2 和 3CaO· 3Ak2O3 · CaSO4 ，但该式是根据熟料全分析来计算的，考虑了

    f唱 SO3的影响，因此，必须用专门仪器测定熟料的 f唱 SO3 ，而且，如果熟料煅烧温度

    较高，造成 C11A7 · CaF2 和 3CaO· 3Ak2O3 · CaSO4 分解，该公式就不大适用。

    (3)当采用低温煅烧，CaF2 含量较低，且全部化合成 C11A7 · CaF2 ，同济大学

    提出的公式

    KH ＝CaO -0.55Ak2O3 -1.05Fe2O3 -0.70f唱 SO3 +0.87SO3 -f唱 CaO

    2.8SiO2

    (4)武汉工业大学提出的公式

    KH ＝ 1

    2.8SiO2

    C - 0.86 +0.23q

    1 +0.42q

    A - 0.85 +0.44q

    1 +0.42q

    F -0.7SO3 -f唱 CaO

    式中 q ＝SO3 CaF2 。

    使用条件是低温煅烧，熟料中 Ak2O3 形成三个含铝矿物(即 C4AF、C11 A7 ·

    CaF2 和 3CaO· 3Ak2O3 · CaSO4 )，公式在推导过程中，假设 SO3 形成 3CaO·

    3Ak2O3 · CaSO4 的能力与 CaF2 形成 C11A7 · CaF2 的能力相等。

    比较上述 4 个公式，公式(1)计算的 KH 值最小，公式(2)计算的 KH 值最

    大，当考虑 f唱 SO3 时，随着 f唱 SO3 含量的增加，公式(2)计算值逐步接近公式(3)

    和公式(4)计算值。

    2 3 水泥“十万”个为什么1. 33 为何说硅酸三钙是熟料优良品质的源泉

    硅酸盐水泥熟料最主要的矿物就是硅酸三钙(C3 S)即阿利特(Akite)矿物

    (含有杂质的 C3 S 固溶体)。 在中国传统干法、湿法窑生产中一般为 46% ～

    55%，预分解窑一般为 48% ～58%，而欧洲国家则要求在 60%以上。

    对于熟料中的四种矿物强度发展，鲍格(Boguek)发表其研究结果，示于图

    1.20。 从图 1.20 可见：C3 S 对水泥早、中、后期的强度都有着决定性的贡献。 其

    研究结论，至今仍为众多学者赞赏。 德国亦曾研究过石灰饱和系数对熟料相对

    强度的影响，结果示于图1.21。

    图1. 20 纯C3 S、β唱 C2 S、C3A和C4AF

    净浆抗压强度的发展

    图1. 21 KH 对相对强度的影响

    过去有的学者对提高 C3 S 含量存有疑虑，一是担心 C3 S 含量增加，窑的热工

    系统难以承受；二是单位熟料热耗增加及 CO2 排放量增大。 但是，随着预分解

    窑的发展和高新技术的应用，这些顾虑随之消失。

    由于预分解窑系统筒唱 管唱 炉唱 窑唱 机的优化改进和新型耐火、耐热、隔热材料

    的应用，预分解窑完全有能力煅烧高硅酸盐矿物及高阿利特矿物含量的熟料。

    C3 S 含量增高，提高了熟料质量，可相对减少混凝土工程中的水泥用量，相

    应地又减少了能源消耗。

    C3 S 含量增高，相对 C2 S 含量降低，由于 C2 S 难磨，又相应降低了水泥粉磨

    电耗等。

    3 3 1 熟料化学因此，优化熟料矿物设计中要充分吸取国内外先进经验，努力提高熟料矿物

    成分中 C3 S 含量到 60% ～65%，以满足现代化建设对工程质量的需求。

    1. 34 高温下氟铝酸钙会发生什么样的反应

    用 CaF2 作为矿化剂煅烧硅酸盐水泥熟料时，在低温煅烧的熟料中，铝酸盐

    相通常为 C11A7 · CaF2 ，而在高温煅烧的熟料中，则为 C3A。 对此，许多人认为：

    C11A7 · CaF2 的形成能力较 C3A 强，在熟料煅烧过程中，首先形成 C11 A7 · CaF2 ，但是，C11A7 · CaF2 在高温下不稳定，当温度超过 1350℃或 1400℃时，将分解为

    C3A。 但实际上，在大于1350℃的高温下，Ak2O3 、Fe2O3 都进入了液相，根本不存

    在 C3A 固体结晶相。 C11A7 · CaF2 是晶体，如果分解，应该有一个固定的分解温

    度，而在实际生产中，温度大于 1350℃后 C11 A7 · CaF2 逐渐消失，到达 1400℃后

    基本上看不到 C11A7 · CaF2 的存在。 对于 C11 A7 · CaF2 在高温下是分解还是溶

    解，这个问题值得研究。

    周宗辉用化学试剂 CaCO3 、Ak2O3 和 CaF2 ，按 11∶7∶1 摩尔比配合、混匀、磨

    细，分为三个试样，分别加热到1300℃、1400℃和1450℃，恒温1h，然后出炉在空

    气中冷却到室温，得到试样 珔 F、F1 和 F2 ，用 Rigaku X 射线衍射仪进行分析，结果

    如图1.22。 从图可知，三个试样的 XRD 图谱一致，都只有 C11 A7 · CaF2 的衍射

    峰，这说明，C11 A7 · CaF2 加热到 1400℃和 1450℃，能够稳定存在，并不发生分

    解。 因此，认为 C11A7 · CaF2 在 1350℃或 1400℃以上，将分解为 C3A 的观点值

    得商榷。

    按熟料率值 KH ＝0.92、SM ＝1.80、IM ＝1.70 配料，外掺 1.5% CaF2 (占生

    料质量百分数)，磨细至过 200 目筛，取出三份，分别加热到 1300℃、1400℃和

    1450℃，恒温 1h，出炉冷却后，进行 XRD 分析，结果见图 1.23。 由图可知，1300℃下煅烧的试样 C1 中的铝酸盐相只有 C11A7 · CaF2 ，没有 C3A；当温度升高

    到 1350℃和 1450℃时，C11A7 · CaF2 消失，生成 C3A。 那么，这一实验结果是否

    说明熟料中的 C11A7 · CaF2 在1350℃以上发生分解呢？ 大家知道，熟料煅烧过

    程中，低温下生成的 C11A7 · CaF2 、C4AF 等，在较高温度下，将熔为液相，并发生

    一系列化学与物理变化，然后，在降温冷却过程中，再从液相中重新析出晶体。

    一些研究资料指出，一般的含氟水泥熟料中的 CaF2 约有 70% ～80%存在于硅

    酸盐相中，且主要固溶在 C3 S 中。 这说明 C3 S 通过液相形成时，从液相中吸收了

    4 3 水泥“十万”个为什么图1. 22 试样 珔 F、F1 和F2 的XRD图谱

    大量的氟，当冷却结晶时，由于冷却速率较快，使固溶在 C3 S 中的氟来不及扩散

    出来，再加上加热过程中的挥发损失，使用于 C11 A7 · CaF2 析晶的 CaF2 量显著

    减少，这样在冷却结晶时，就不会再析出 C11 A7 · CaF2 或生成量很少，而其中的

    CaO 和 Ak2O3 将重新组合，从而析出 C3A，而并不是氟铝酸钙发生分解。 为了证

    实这一点，将原试样中的 CaF2 掺量由 1.5%提高到6.0%(考虑到 CaF2 固溶、挥

    发后，还有剩余量)，加热到 1450℃，恒温 1h，冷却后进行 XRD 分析，结果见图

    1.23。 从图 1.23 可见，此熟料试样中的铝酸盐相仍为 C11 A7 · CaF2 ，而没有

    C3A，这证明了上述观点是合理的。

    综上所述，在实际生产中 C11A7 · CaF2 加热到1350℃后逐渐消失，不是由于

    C11A7 · CaF2 的分解造成，而是 C11A7 · CaF2 产生了溶解，进入高温液相，离解成

    了各种离子，然后 F

    -

    大量地固溶到硅酸盐矿物中，在熟料冷却时，由于液相中

    F

    -

    量很少，所以不能重新结晶形成 C11A7 · CaF2 。 因此，在高温煅烧的含氟硅酸

    盐水泥熟料中，不存在 C11 A7 · CaF2 再结晶。 若生料中 CaF2 掺量较高(如

    6.0%)，除了在矿物中的固溶及挥发损失外，尚有剩余，这时，煅烧温度虽高达

    1450℃，熟料中仍存在 C11A7 · CaF2 。

    5 3 1 熟料化学图1. 23 熟料试样的XRD图谱

    C1—1300℃ ×1h，CaF21.5%；C2—1350℃ ×1h，CaF21.5%；

    C3—1450℃ ×1h，CaF21.5%；C4—1450℃ ×1h，CaF26.0%

    1. 35 掺氟硫矿化剂的熟料岩相结构有何特征

    水泥生产中使用最多的矿化剂是氟化钙(CaF2 )、硫酸钙(CaSO4 )复合矿化

    剂。 图 1.24(a)为掺加氟硫矿化剂熟料的显微结构，其中阿利特的数量和轴比

    大于2 的晶粒比一般不掺矿化剂熟料的要多，晶体尺寸较细小，发育良好。 熟料

    中贝利特的数量相应减少，较易出现手指状、梭状或平行晶纹等。 熟料的矿物组

    成主要仍为硅酸盐相(C3 S、C2 S)，但由于矿化剂的加入，尚可形成无水硫铝酸钙

    (3CaO· 3Ak2O3 · CaSO4 )或氟铝酸钙(11CaO· 7Ak2O3 · CaF2 )或两者同时存

    6 3 水泥“十万”个为什么图1. 24 掺氟硫复合矿化剂熟料(反光)

    在，依掺量和 CaF2 SO3 之比而定，故中间相较为复杂。 此外，还易出现中间相二

    次析晶现象。

    无水硫铝酸钙和氟铝酸钙均为等轴晶系，其折射率分别为 N ＝1.565 ～

    7 3 1 熟料化学1.568和 N ＝1.605 ～1.609，均比 C3A(N ＝1.710)小得多，所以在未经浸蚀前比

    C3A 暗些，当用蒸馏水短暂浸蚀后，则 C3A 呈蓝、棕色，而 3CaO· 3Ak2O3 · CaSO4

    和 11CaO· 7Ak2O3 · CaF2 只轻微被浸蚀，故可借此与 C3A 区别。

    随着矿化剂种类和掺量的不同，熟料的显微结构又会有较大的差异。 图

    1.24(a)、(b)、(c)为 CaF2 掺量不变，SO3 增加时的一组显微照片，其中晶体形

    貌从完整逐渐变得不完整，阿利特由发育良好，大多边棱平直的板、柱状逐渐变

    化到花环状、溶蚀状为主，且包裹体增多。 贝利特则从类圆形过渡到手指状、梭

    状等。

    图1.25(a)、(b)、(c)为 SO3 固定、CaF2 掺量变化的另一组显微照片，其中

    阿利特的数量随着 CaF2 掺入量的提高而不断增加，晶体尺寸逐渐变小，边棱趋

    于平直，轴比变大。 在图1.25( c)中可见大多为发育完整、轴比大于2、尺寸适中

    的板状和柱状晶体，其数量可超过 60%，这些阿利特的存在有助于水泥活性的

    提高。

    8 3 水泥“十万”个为什么图1. 25 掺氟硫复合矿化剂熟料(反光)

    1. 36 掺复合矿化剂还原气氛烧成的熟料岩相结构有何

    特征

    在还原气氛下烧成的掺加复合矿化剂的熟料中，可出现一些不同的显微结

    构特征。 例如在白心料中形成了一般还原熟料中未见过的硫化钙(CaS)和硫化

    亚铁(FeS)晶体。 前者为等轴晶系，N ＝2.137，呈熔蚀骨架状或树枝状(图1.26，图1. 26 熔蚀骨架状硫化钙晶体(反光)

    图 1.27)，反射能力介于白色中间相和金属铁之间；后者系六方晶系，反射率为

    9 3 1 熟料化学图1. 27 熔蚀树枝状硫化钙晶体(反光)

    37%(橙色)，与硫化钙相似，但大多为似圆形或腰圆形单独颗粒作分散分布(图

    1.28)。

    图1. 28 圆形或腰圆形较暗的硫化铁与圆形较亮的金属铁(反光)

    其次，由于硫化亚铁和金属铁的形成，使 C4AF 形成量减少。 这时有较多的

    Ak2O3 参与形成硫铝酸钙或氟铝酸钙，使黑色中间相明显增加，多余的 CaO 即可

    进一步反应生成 C3 S。 所以阿利特增多、贝利特减少是此种熟料显微结构的另

    一个特征。

    特别是当慢冷时，在矿化剂及 FeO 的作用下，于较低温度下形成的阿利特，更易获得足够的时间和合适的环境发育成长为完善粗大的晶体，晶体边棱平直，0 4 水泥“十万”个为什么没有花环状结构现象(图 1.29)。 贝利特数量极少，甚至不易发现。 另一方面，图1. 29 粗大阿利特(反光)

    在还原气氛和矿化剂的作用下，不但液相数量增加，而且会溶入较多的 SiO2 ，这

    时液相粘度相对增高，当过冷度较大时，在冷却过程中就会析出针状阿利特晶体

    (图1.30)，或呈放射状定向生长的集晶形貌(图1.31)。

    图1. 30 针状的阿利特晶体(反光)

    1 4 1 熟料化学图1. 31 放射状定向生长针状的阿利特晶体(反光)

    1. 37 氟化钙对熟料煅烧有何作用

    萤石(CaF2 )是使用最广泛、效果最好的一种矿化剂。 在熟料煅烧过程中，氟离子可破坏各原料组分的晶格，提高生料的活性，促进碳酸盐的分解过程，加

    速固相反应。

    当原料中有长石等含碱矿物(如钾长石)时，加入萤石能降低它们的分解温

    度，加速它们的分解和挥发。 CaF2 在 1000 ～1200℃时还能促使 C3A 分解成

    C12A7和 CaO，使析出的 CaO 与 C2 S 结合成 C3 S，增加 A 矿的含量，这在煅烧

    Ak2O3 含量高的生料时(如生产白水泥)，影响较明显。

    氟化钙可显著降低液相出现的温度和熟料烧成温度。 加入 0.6% ～1.2%

    CaF2 ，可降低烧成温度 50 ～100℃，扩大了烧成温度范围，相当于延长了烧成带

    的长度，增加物料的反应时间。 此外，氟化钙还可降低液相粘度，有利于液相中

    质点的扩散，加速硅酸三钙的形成。 在立窑中，由于扩大了熟料的烧成范围，极

    大地降低了立窑内温度场不均匀的危害，使立窑内生烧区减少，正常区扩大，提

    高了熟料产量和质量。

    近来的研究表明，加入氟化钙，能使硅酸三钙在低于 1200℃的温度下形成，硅酸盐水泥熟料可在 1350℃左右烧成。 其熟料组成中含有 C3 S、C2 S、C11 A7 ·

    CaF2 、C4AF 等矿物，有时也可生成 C3A 矿物，熟料质量良好，安定性合格。 也可

    2 4 水泥“十万”个为什么以使熟料在 1400℃以上温度烧成，获得普通矿物组成的水泥熟料。

    1. 38 高硫煤加萤石能起复合矿化剂作用吗

    高硫煤在燃烧过程中，煤所含硫化物(一般为无机硫 FeS 及部分有机硫)发

    生分解，生成硫酸盐(CaSO4 、K2 SO4 、Na2 SO4 )和硫化物气体。 所生成 CaSO4 则是

    石膏。 这种石膏与生料中加入的萤石组合成萤石和石膏复合矿化剂，同样具有

    复合矿化作用。

    1. 39 采用复合矿化剂应注意哪些问题

    (1)选择合理的矿化剂掺入量和恰当的氟硫比。 严格控制萤石和石膏的粒

    度，以提高喂料的准确性与均匀性。

    (2)注意提高生料的均匀性和铁含量的合格率，从而防止煅烧时的液相不

    均现象发生，稳定窑的热工制度。

    (3)采用加强立窑中部通风、增加通风面积的新型塔式机立窑，减少还原气

    氛。

    (4)采用复合矿化剂后，生料的易烧性大大改善。 因此，KH 可适当提高，使

    熟料中的硅酸盐矿物含量增加，达到提高熟料强度的目的。 但不能盲目地提高

    KH，以降低 f唱 CaO 含量。

    1. 40 矿化剂的作用机理如何

    不同的矿化剂其作用机理也不尽相同，但总的来说，在水泥生料中引入矿化

    剂后，在烧成过程中能起到如下作用：

    (1)破坏水泥生料中反应物的结晶格子，提高它们的化学活性，加速其固相

    反应。

    (2)在同样的烧成温度下，特别是较低煅烧温度下，掺入矿化剂的水泥物料

    其液相量要大于未掺矿化剂的液相量，因而有利于水泥熟料矿物的低温形成。

    3 4 1 熟料化学(3)可降低水泥物料液相形成温度，产生低温共溶物。 同时可使液相粘度

    降低，有利于硅酸二钙(C2 S)与游离氧化钙(f唱 CaO)反应生成硅酸三钙(C3 S)。

    (4)加入矿化剂可显著扩大熟料的烧成范围，改善熟料煅烧性能，促进熟料

    的煅烧。

    1. 41 硫铁矿和萤石复合矿化剂有何特点

    硫铁矿又称黄铁矿( FeS2 )。 采用它代替石膏再加萤石可以作煅烧硅酸盐

    熟料的复合矿化剂。 并且，采用硫铁矿比石膏要好。

    其一，掺硫铁矿的生料在煅烧过程中，硫铁矿在 400 ～600℃时生成硫酸钙，这种新生态的硫酸钙，比自然界中的石膏有较高的反应活性，有利于熟料的煅

    烧。

    其二，硫铁矿的主要成分是 FeS2 ，因此，加入硫铁矿既可提供 S，又可提供

    铁，从而减少配料中铁矿的用量。

    采用硫铁矿和萤石作煅烧硅酸盐水泥熟料的复合矿化剂的工厂，均收到了

    加快碳酸钙的分解速度，加快固相反应速度，降低出现液相温度和烧成温度，加

    快 A 矿生成速度，增加 A 矿含量的良好效果。 同时，在燃烧较差的情况下，仍可

    烧制出较好的熟料。

    在采用黄铁矿(硫铁矿)作复合矿化剂时特别要注意加强窑内通风。 因为

    氧气不足时容易造成还原气氛，形成 CaS 和 FeS，使熟料强度降低，另外，由于

    FeS2 的分解温度低，操作过程中要保持一定的湿料层厚度，以避免硫过多地损

    失，底火控制也要稍深些，以利于提高硫铁矿的转化率和转化速度。

    1. 42 三氧化硫在熟料煅烧中的作用

    粘土原料或页岩中含有少量硫，燃料中带入的硫通常较原料中多。 在氧化

    气氛中，含硫化合物最终都被氧化成为 SO3 ，并分布在熟料、废气及飞灰中。 硫

    对熟料形成有强化作用：SO3 能降低液相粘度，增加液相数量，有利于 C3 S 形成。

    可以形成 2C2 S· CaSO4 及无水硫铝酸钙 4CaO· 3Ak2O3 · SO3 (简写为 C4A3 )。

    2C2 S· CaSO4 为中间过渡化合物，它于 1050℃左右开始形成，于 1300℃左右分

    4 4 水泥“十万”个为什么解为 α′唱 C2 S 和 CaSO4 。

    C4A3 大约在 950℃形成，在 1350℃仍然保持稳定，在接近 1400℃时，C4A3

    开始分解为铝酸钙、氧化钙和三氧化硫，于 1400℃以上时大量分解。 C4A3 是一

    种早强矿物，因而在水泥熟料中含有适当数量的无水硫铝酸钙是有利的。

    加入 SO3 能降低液相出现温度，并能使液相粘度和表面张力降低。 因此，SO3

    能明显地促进阿利特晶体的生长过程，有利于长成大颗粒晶体。 但含硫酸盐的阿

    利特晶体的水硬性较弱，因此，单独使用硫化物作矿化剂时必须注意这一点。

    1. 43 为何可用重晶石作矿化剂

    重晶石的化学组成是：BaO 65.70%，SO3 34.3%，常含 SrO 和 CaO。 重晶石

    的晶体结构中，Ba

    2 +

    处于 7 个 SO2 -

    4 之间而为它们当中的 12 个 O2 -

    所包围，Ba

    2 +

    的配位数是12。 而 O2 -

    则与1 个 S

    6 +

    和3 个 Ba

    2 +

    接触，氧的配位数为4。 重晶石

    常以良好的单晶体出现，一般为板状或厚板状、粗柱状，而集合体为块状、粒状、结核状、钟乳状，颜色常为无色或白色，有时呈黄、褐、淡红等色，玻璃光泽，硬度

    3 ～3.5，性脆，相对密度 4.5 左右。 重晶石常为热液成因，常见于中、低温热液金

    属矿脉中与硫化物共生，或者以单独的重晶石脉出现。 萤石也是中、低温热液成

    因的，故有时重晶石和萤石在同一矿脉中出现。 例如五峰县水泥厂采用的重晶

    石尾矿，其中 BaSO4 50%以上，CaF2 15% ～35%之间。

    采用重晶石作矿化剂，具有以下好处：

    (1)重晶石中的 BaO 可以与 SiO2 生成 3BaO· SiO2 、2BaO· SiO2 ，与 Ak2O3

    生成3BaO· Ak2O3 和 BaO· Ak2O3 ，这些矿物均具有胶凝性质，并且有些矿物水

    化反应相当激烈。

    (2)重晶石中 SO3 与 CaF2 起复合矿化的作用，降低液相出现温度，促进 C3 S

    的形成，提高熟料强度。

    (3)Ca

    2 +

    与 Ba

    2 +

    的晶体尺寸、电性质接近，所以硅酸盐、铝酸盐和铁铝酸盐

    中的 Ba

    2 +

    可以类质同象地置换 Ca

    2 +

    ，Ba

    2 +

    进入熟料矿物中会产生较多的晶体缺

    陷，加之 Ba

    2 +

    对水是亲和的，因此水化加快，增加 A 矿的活性。

    (4)熟料中的 Ak2O3 形成富铝的铁铝酸盐矿物(C5A2 F)，它在水化时，处在

    高浓度的 Ca(OH)2 介质中，呈 C唱 S唱 H 棒状纤维晶体，因而提高水泥石强度。

    据研究表明，五峰县水泥厂所用重晶石尾矿，其适宜的掺入量为 0.9% ～

    5 4 1 熟料化学2.7%，以 BaO 计则为0.4% ～1.2%。 熟料石灰饱和系数取0.94 ～1.0。 这种熟

    料可在 1350℃以上烧成，并且熟料疏松多孔，易磨性好。

    1. 44 何谓矿化剂，矿化剂的作用及种类

    矿化剂是指在实验矿物学和硅酸盐生产工艺中，为了加速各种结晶化合物

    的形成而外加的少量添加剂。 对于硅酸盐水泥熟料来说，矿化剂的主要作用是

    促进硅酸三钙(C3 S)的形成。

    在水泥工业中，常用的矿化剂有：萤石( CaF2 )、石膏( CaSO4 )、氟硅酸钠

    (Na2 SiF6 )、重晶石(BaSO4 )和某些工业废渣(如铜矿渣、钛矿渣、磷石膏和氟石

    膏等)。

    1. 45 何谓复合矿化剂，有何作用

    在水泥生产中，可单独使用一种矿化剂，也可将两种(或两种以上)矿化剂

    配合使用。 这种由两种(或两种以上)矿物组成的矿化剂称为“复合矿化剂”。

    实践证明，使用复合矿化剂效果更好。 它不仅可以改善生料的易烧性，加快

    碳酸钙的分解，降低烧成温度，而且可以降低液相的粘度，有利于 CaO 的吸收，降低 f唱 CaO 的含量，促进矿物晶体的生长，使熟料具有较高的强度。

    复合矿化剂的种类较多，目前应用最为普遍的是萤石 +石膏复合矿化剂。

    1. 46 萤石、石膏复合矿化剂有何作用

    两种或两种以上的矿化剂一起使用时，称为复合矿化剂，最常用的是氟化钙

    (萤石)和石膏复合矿化剂。

    熟料的形成过程比较复杂，影响因素较多，与熟料组成( KH 高低，IM 大小

    等)、CaF2 SO3 比值、烧成温度高低等均有关系。 不同条件生成的熟料矿物并不

    完全相同。 加入氟硫复合矿化剂时，大约在 900 ～950℃形成 3C2 S· 3CaSO4 ·

    CaF2 ，当该四元过渡相在 1150℃左右消失的同时，物料内出现较大的液相量。

    6 4 水泥“十万”个为什么氟硫复合矿化剂的加入能显著降低熟料烧成时液相出现的温度，降低液相的粘

    度，从而使阿利特的形成温度降低了150 ～200℃，促进了阿利特的形成。

    萤石、石膏复合矿化剂可显著扩大熟料的烧成范围，因此，特别适用于煅烧

    温度场不均匀的立窑。 由于扩大了熟料的烧成范围，极大地降低了立窑内温度

    场不均匀的危害，使立窑内生烧区大大减少，正常区大大扩大，显著提高熟料产

    量和质量。

    试验表明，掺氟硫复合矿化剂后，硅酸盐水泥熟料可以在 1300 ～1350℃的

    较低温度下烧成，阿利特含量高，熟料中游离氧化钙含量低，还可形成 C4A3 和

    C11A7 · CaF2 ，或者两者之一的早强矿物，因而熟料早期强度高。 如果煅烧温度

    超过1400℃，虽然早强矿物 C4A3 和 C11A7 · CaF2 分解，但形成的阿利特数量多，而且晶体发育良好，也同样可获得高质量的水泥熟料，其最终强度还高于低温烧

    成的熟料。

    掺氟硫复合矿化剂的硅酸盐水泥熟料，多采用高饱和系数、低硅率和高铝率

    配料方案。 其石膏掺量，以熟料中含 SO3 1.5% ～2.5%为宜；萤石的掺量，以熟

    料中 CaF2 含量0.6% ～1.2%为宜，氟硫比(CaF2 SO3 )以 0.35 ～0.6 为宜。

    值得注意的是，掺氟硫复合矿化剂的熟料，有时会出现闪凝，有时会出现慢

    凝的不正常凝结现象。 一般饱和系数偏低、煅烧温度偏低、窑内出现还原气氛、铝率偏高时，易出现闪凝现象。 当煅烧温度过高、铝率偏低、饱和比偏高、MgO

    和 CaF2 含量偏高时，会出现慢凝现象。 另外，还要注意氟硫复合矿化剂对窑衬

    的腐蚀和对大气的污染。

    1. 47 原料含碱高的预分解窑使用复合矿化剂的经验

    某厂 矱3m ×48m 700t d 带四级预热器的 RSP 窑外分解窑系统因原材料中

    含碱量高，使得熟料中碱高达 1.5% ～2.0%；造成预热器频繁结皮堵塞，窑亦频

    繁结蛋、结圈、长厚窑皮，严重影响了回转窑的运转率，系统始终不能达标达产。

    由于碱含量高，熟料 28d 抗压强度徘徊在 53MPa 左右，严重影响了企业的经济

    效益。 为此，徐启苍等试用复合矿化剂低温煅烧硅酸盐水泥熟料，取得了意想不

    到的效果。

    (1)配料设计

    采用三高配料方案，即 KH：0.91 ～0.94、SM：2.5 ～2.7、IM：1.5 ～1.7。 实际

    操作中，选用萤石、石膏作复合矿化剂，熟料中碱含量在 1.5% ～2.0%时，控制

    7 4 1 熟料化学熟料中 F

    -

    含量为0.2% ～0.3%，设计 F

    -

    SO3 为0.23 ～0.35，实际生产中，熟料

    Fe2O3 <3.30%，否则，回转窑易结大蛋、长厚窑皮。 SM 也要适当，过高易造成飞

    砂，窑内发浑，影响看火操作，也影响熟料质量；过低，容易结圈、结蛋，还会引起

    预热器结皮堵塞。 KH 值的控制必须得当，低于 0.90 时，料子不耐火，过早形成

    液相，容易引起窑内结大蛋滚不出来；而过高的 KH 值容易造成熟料中 f唱 CaO 偏

    高，当 KH 值高于0.96 时，f唱 CaO 高达 3.0%以上，影响熟料安定性。 当 IM 值超

    过1.7 时，容易长厚窑皮和长窑皮；低于 1.3 时，窑皮经常性垮落而造成窜黄料

    和红窑事故，窑况难以稳定，且熟料强度亦偏低。

    (2)看火操作

    在窑外分解窑上使用复合矿化剂，新砌耐火砖时，先按规定程序烘窑，接着

    进行点火操作，当窑温度升到 750℃，一级筒出口温度达200℃以上时，开启高温

    风机，然后进行分解炉的点火操作，约 10min，一级筒出口温度达到 300℃以上，这时即可进行投料(一般为正常投料量的 40%)，即转入挂窑皮操作。 在此期

    间，喷煤管由里向外拉，直至拉到窑口；8h 左右，投料量即可达到正常投料量的

    80%，一般在 2 个班左右便可达到正常投料量，转入正常生产，挂窑皮操作与正

    常生产基本相同。

    在实际生产中，预分解窑系统温度较未使用复合矿化剂时约低 100℃，窑尾

    温度控制在 850 ～950℃，分解炉混合室出口温度为 820 ～870℃，系统负压较原

    来变化不大。 使用复合矿化剂后明显感受是液相形成温度低，窑速必须快，并且

    快转率要高。 在试生产期间，曾因掉窑皮窜料急打慢车，造成窑内结圈而影响生

    产。 采用冷热交替法进行处理，用了 6h 多处理掉了结圈，转入正常生产。 还因

    窑速慢，窑尾温度控制不当造成窑内频繁结蛋，最大直径达 1.6m，一般连续卸出

    2 ～5 个蛋，其中一次连续卸出5 个大蛋，造成篦冷机负荷过大拉不动，停机处理

    3h，其余均未出现停窑现象。 针对结蛋现象，采取降低窑尾温度、提高窑速的办

    法，把窑尾温度控制在 850 ～900℃，窑速提高到 3.2r min 后，很少出现结蛋现

    象，即便有也只是些不规则的小蛋(直径都小于 0.4m，估计是掉窑皮引起的)，不会影响生产，窑内结圈和长厚窑皮现象亦未再出现。

    正常生产期间，窑皮不断长和掉，保持动态平衡。 但有时因其他方面的原因

    会造成大量掉窑皮，使窑皮后的物料直接窜入烧成带，引起窜黄料，传统的操作

    方法是顶烧，急打慢车。 而使用复合矿化剂后，由于液相量多，且形成液相温度

    低，这时如果急打慢车，会使过渡带来的料子在烧成带形成过多液相，并由于窑

    速减慢，这部分物料就会粘附到原来的窑皮上，形成厚窑皮，从而影响窑的正常

    运行。 该厂的处理方法是：减料 50%、窑速只减 10%、窑前加 10%的煤顶烧、窑

    8 4 水泥“十万”个为什么尾减50%的煤。 一般情况下，这股料只有五六分钟便过去。 按窑 50t h 投料计

    算，顶多只有四五吨黄料窜出，隔离放置或外放便可以了，经过半个多小时的调

    整，便可恢复正常。

    保持篦冷机内料层厚度为 500 ～700mm，二次风温 950 ～1050℃，采用大窑

    头罩抽取三次风温达 750 ～850℃，分解炉用煤量与窑头用煤比例为 6040，窑系

    统运转正常，高温风机 800r min，基本未出现预热器结皮堵塞现象，为防止水平

    管道和窑尾缩口结皮堵塞，一般每班对水平管道和窑尾缩口清理一次。 自使用

    复合矿化剂以来，除一次因预热器浇注料脱落造成三级筒堵塞停窑外，从未出现

    因结皮堵塞预热器而造成停窑的事故。

    (3)使用效果

    采用复合矿化剂技术，在熟料中碱含量(1.5% ～2.0%)不变的情况下，一

    是解决了因原料中碱含量高预热器结皮堵塞、回转窑结圈及结蛋的工艺难题，提

    高了窑的快转率；二是熟料 28d 抗压强度由原来的 53MPa 提高到 58MPa (按

    GB 177—85方法检验)，克服了高碱熟料后期强度低的技术难题；三是回转窑达

    到设计能力，实现 72h 连续运转达标生产，共生产熟料 2158t，3 个月连续生产熟

    料 49200t，实现季度达产；四是窑皮质量好，相对平整均匀，易于操作控制，生料

    易烧性好，熟料升重平均在 1400g L 左右，f唱 CaO 平均值在 0.8%左右，合格率达

    90%以上；五是煤耗降低幅度大，熟料热耗只有 3553kJ kg，较原来降低 630kJ

    kg。

    1. 48 氧化镁对熟料煅烧有何作用

    石灰石中常含有一定数量的碳酸镁，分解出的氧化镁参与熟料的煅烧过程。

    一部分与熟料矿物结合成固溶体，一部分溶于玻璃相中。 少量氧化镁能降低熟

    料的烧成温度，增加液相数量，降低液相粘度，有利于熟料的烧成，可起助熔作

    用。 氧化镁还能改善水泥色泽。 少量氧化镁与 C4AF 形成固溶体，能使 C4AF 从

    棕色变为橄榄绿色，从而使水泥的颜色变为墨绿色。 在硅酸盐水泥熟料中，氧化

    镁的溶解量可达 2%，多余的氧化镁以方镁石存在，呈游离状态，因此，氧化镁含

    量过大时，会影响水泥的安定性。

    9 4 1 熟料化学1. 49 氧化镁对预分解窑熟料煅烧和质量有何影响

    MgO 可使熟料液相出现的温度降低并作为助熔剂增加总的液相含量，例如

    对 C唱 S唱 A唱 F 四元系统，其最低共熔点为 1338℃，但加入 MgO 后，低共熔温度要降

    至1301℃，且使1450℃的液相粘度从0.16Pa· s 降至0.13Pa· s 左右，表面张力

    也大大降低。 对立窑而言，由于煅烧温度低，少量 MgO 的存在是有益的，因为它

    使液相出现的温度降低，液相量增加而粘度降低，这有利于 A 矿形成。 但在预

    分解窑中，由于烧成温度很高，MgO 的作用就变成有害了，因为它与预分解窑要

    求液相量低且粘度高的情况相反，所以 MgO 会使预分解窑熟料质量和产量降

    低。

    德国水泥研究结果表明，随 MgO 含量增加，熟料强度下降(见图 1.32)。 我

    国某水泥厂熟料强度对 MgO 含量作图也显示了同样的倾向(见图 1.33)，因此

    必须重视 MgO 的影响。

    图1. 32 水泥28d抗压强度

    与MgO含量的关系

    图1. 33 熟料强度与MgO含量的关系

    通常认为，MgO 造成熟料强度和产量下降的主要原因有两个，其一是 MgO

    使熟料液相量增加，粘度下降，虽使熟料易烧性改善，但窑容易结圈，物料带的高

    度增加，窑的扭矩增加，因而操作工只好人为减少用煤量，降低烧成温度，从而使

    窑的热力强度下降，熟料的产量和质量下降。 其二是由于 MgO 降低了熟料出现

    液相的温度，使得熟料低温液相量增加，在窑的烧成带前面的过渡带就出现了大

    量的液相量，使得熟料提前结粒，这些结粒的熟料到达烧成带后，由于热量从颗

    粒表面传到内部需要一定时间，再加上预分解窑物料运动速度快，往往来不及就

    0 5 水泥“十万”个为什么出窑，造成熟料烧不透，f唱 CaO 增加，为降低 f唱 CaO 含量，只能降低窑的转速，延长

    煅烧时间，所以，MgO 含量太高熟料的产量和质量都会受到影响。

    MgO 含量高，熟料烧成温度低，反映在其岩相结构上，A 矿轮廓不清，虽早

    期强度较高，但 28d 强度偏低。 另一原因是大量低粘度液相本身对 A 矿有熔蚀

    作用，较多 MgO 存在时，C3 S 晶体边缘轮廓变得模糊不清。 MgO 的作用可视为

    与 Fe2O3 相似，故克服 MgO 的有害作用应提高 SM 和 IM，即减少 Fe2O3 含量，由

    此抵消 MgO 使液相量增加和降低液相粘度的不利影响。

    1. 50 氧化镁对熟料煅烧和水泥性能的影响，有何对策

    由于 MgO 与 SiO2 、Ak2O3 、Fe2O3 的化学亲和力很小，在熟料煅烧过程中一般

    不参加化学反应，熟料中的 MgO 大部分以游离状态存在。 MgO 多是以碳酸镁

    (MgCO3 )形式由原料带进来的，而碳酸镁的分解温度比碳酸钙的还低(低 200℃

    左右)，因此在烧成水泥熟料的温度下(1450℃)使 MgO 比 CaO 达到更为“死烧”

    的程度。 其余部分与熟料矿物(主要是 C4AF、C3 S)形成固溶体以及成为玻璃

    体。 当熟料中的 MgO 含量较低时(如含2% ～3%)，可起到矿化剂的作用，降低

    液相出现的温度及液相粘度，促使高温化学反应的进行，还可使还原气氛煅烧的

    熟料中 FeO 含量降低，从而改善和提高熟料质量。 同时 MgO 还可改善水泥的色

    泽，少量 MgO 与 C4AF 形成固溶体，能使 C4AF 从棕色变为橄榄绿色，从而使水

    泥的颜色变为绿黑色。

    MgO 在熟料中以什么状态存在和在各相中的分布情况取决于 MgO 总数量、熟料的组成以及熟料的冷却速度。 石灰石中 MgO 过高，将导致熟料中结晶 MgO

    含量增加，这种方镁石晶体水化速度非常慢，甚至 1 ～2 年时间内还不能完全水

    化，等到水泥石硬化后才水化，水化后体积膨胀从而引起水泥石(混凝土构件)

    产生裂纹甚至破坏，故国家标准对熟料中 MgO 含量作了限制。

    如果石灰质原料 MgO 含量超过 3%，应采取下列措施：

    ①加强矿山控制，定期进行 MgO 普查，绘制矿山 MgO 含量分布图，高镁区

    和低镁区同时开采，严格按比例搭配使用。

    ②加强生熟料的均化措施。

    ③提高配料中的 Fe2O3 含量，促使更多的 MgO 与铁铝酸盐形成固溶体，从

    而减少结晶 MgO 的含量。

    ④煅烧时采用快速冷却，使 MgO 溶于玻璃体中和结晶 MgO 颗粒变小。

    1 5 1 熟料化学1. 51 氧化钛对熟料煅烧有何作用

    粘土原料中含有少量的氧化钛( TiO2 )，一般熟料中氧化钛含量不超过

    0.3%。 当熟料中含有少量的氧化钛(0.5% ～1.0%)，由于它能与各种水泥熟

    料矿物形成固溶体，特别是对 β唱 C2 S 起稳定作用，可提高熟料的质量。 但含量过

    多，则因与氧化钙反应生成不具水硬性的钙钛矿( CaO· TiO2 )等，消耗了氧化

    钙，减少了熟料中的阿利特含量，从而影响水泥强度。 因此，氧化钛在熟料中的

    含量应小于 1%。

    1. 52 氧化磷对熟料煅烧有何作用

    熟料中氧化磷的含量一般极少。 采用磷灰石或用含磷化合物作矿化剂时，可带入少量磷。 当熟料中氧化磷(P2O5 )含量在0.1% ～0.3%时，可以提高熟料

    强度，但 P2O5 含量超过此范围会导致 C3 S 分解，每增加 1%的 P2O5 ，将会减少

    9.9%的 C3 S，增加10.9%的 C2 S。 当 P2O5 含量达 7%左右时，熟料中 C3 S 含量

    将会减少到零。 因此，当用含磷原料时，应注意适当减少原料中氧化钙含量，以

    免游离氧化钙过高。 由于这种熟料 C3 S C2 S 的比值较低，因而强度发展较慢。

    当磷灰石含有氟时，可以减少 C3 S 的分解，同时使液相生成温度降低，所以，当原

    料中含磷时，可加入萤石以抵消部分 P2O5 的不良影响。

    1. 53 二氧化锰对水泥熟料性能有何影响

    一些地方粘土中的含锰量较高，使用这种粘土生产硅酸盐水泥，必须考虑到

    锰对熟料的煅烧及性能的影响，生料中锰的适宜含量是多少及应该采取什么样

    的工艺措施等问题都是生产出优质熟料所必须解决的问题。

    利用工业原料进行配料，生料的 KH ＝0.95、SM ＝2.0、IM ＝1.26，在生料中

    外掺不同量的 MnO2 (化学试剂)及 CaF2 (化学试剂)，将配好的生料置于瓷罐中

    混合6h，然后压制成 矱35mm ×5mm 的试饼，置于电炉中，温度分别为 1320℃、1350℃、1380℃、1400℃及 1430℃，保温时间为 40min，熟料出炉后在空气中急

    2 5 水泥“十万”个为什么冷。 将熟料试样外掺 7.0%的二水石膏(二水石膏中 SO3 含量为36.0%)置于振

    动磨内粉磨至比表面积 320 ±5m2

    kg，用20mm ×20mm ×20mm 小试模作净浆强

    度试验。

    结果表明，掺 MnO2 熟料的抗压强度均比不掺 MnO2 的试样低，MnO2 掺量

    越大，强度下降越多，煅烧温度越低，影响越明显，此结果与 f唱 CaO 测定结果相

    符，主要是 C3 S 不易形成，f唱 CaO 的含量多之故。 当煅烧温度高于 1380℃时，其

    强度下降得较少，28d 强度则更为接近。 掺量只有 0.5%的试样，当煅烧温度高

    于 1380℃时，其强度基本上不下降，甚至比不掺的试样略高。 既掺 MnO2 又掺

    CaF2 的试样，在低于1380℃的煅烧温度下，其早期及后期强度较低，当温度高于

    1380℃时，其强度则较接近于只掺 CaF2 的试样。 这个结果与 f唱 CaO 测定结果也

    是相吻合的。 可见在 MnO2 存在的情况下，当煅烧温度较低时，CaF2 的助熔及矿

    化作用不明显。

    由强度测定结果还可知道，当煅烧温度高于1380℃时，尽管掺 MnO2 熟料的

    强度一般都低于不掺 MnO2 熟料，但当 MnO2 <2.0%时，其强度下降并不明显，一般都小于 10%，特别是 28d 强度，都在 5.0%以内，因此，只要控制 MnO2 <

    2.0%并保证有足够的煅烧温度(大于 1400℃)，仍然可以生产出优质水泥。

    由 XRD 分析可知，外掺 MnO2 会导致熟料矿物的组成发生变化，随着 MnO2

    外掺量的增加，铁相明显增多，C3A 含量减少，C3 S 的含量也略有减少。 MnO2 外

    掺量增多，煅烧温度也要相应提高，否则会导致 β唱 C2 S 转化为 γ唱 C2 S，使熟料粉

    化，强度下降。

    导致含锰熟料强度下降的原因有几方面：

    (1)外掺 MnO2 使熟料的矿物组成发生变化。 按理论计算，外掺 MnO2

    (Mn2O3 主要取代 Fe2O3 生成 C4AM)使熟料率值发生了变化，KH、SM、IM 值均

    有所减小，C3 S 和 C3A 的含量相对减少，铁相(C4AF 及 C4AM)的含量相对增多。

    从 XRD 分析也得到同样的结论。 C3 S 和 C3A 的减少使熟料的强度下降，特别是

    早期强度。

    (2)过多的 MnO2 对 C3 S 晶体发育不利，D. Knofek 等的研究结果也表明，随

    着 MnO2 的增多，C3 S 由三斜晶系的 T 型向单斜晶系的 M 型转变，C3 S 的强度随

    MnO2 的掺入而下降。

    (3)外掺 MnO2 使得液相大量出现的温度升高，在同样的煅烧温度下，含锰

    熟料的 f唱 CaO 含量增多，导致 C3 S 减少，熟料的强度下降。

    (4)外掺 MnO2 使铁相含量增多，但铁相的强度随 MnO2 的增多而降低，从

    而导致熟料强度下降。

    3 5 1 熟料化学1. 54 锡离子对水泥熟料烧成有何作用

    (1)SnO2 含量对水泥熟料烧成的影响

    据祝名伟等实验结果，在其他条件不变的情况下，水泥生料中随着 SnO2 含

    量的增加，1350℃煅烧的熟料中 f唱 CaO 含量不断下降，C3 S 的理论形成率持续上

    图1. 34 SnO2 含量与C3 S形成率

    和游离氧化钙的关系

    升，说明 SnO2 对降低熟料中的 f唱 CaO 有显著

    作用。 另外还发现， SnO2 含量为 0.2% ～

    0.6%的区间为 f唱 CaO、C3 S 的理论形成率变

    化缓慢的区域，在 SnO2 含量为 0 ～0.2%和

    0.6% ～3.0%的区间内 f唱 CaO 下降、C3 S 的

    理论形成率上升最快，但变化的原因却大不

    相同。 图 1.34 是 SnO2 含量与熟料中 f唱 CaO

    含量及 C3 S 理论形成率的关系曲线。

    熟料的 XRD 分析结果表明，在 SnO2 含

    量为 0 ～0.6%范围内， 1350℃烧成、保温

    30min 的熟料中，随着 SnO2 含量的增加 C3 S

    的特征峰持续增强，表明少量的 SnO2 可以促进 C3 S 的形成。 但随着 SnO2 含量

    的进一步提高，C3 S 的衍射峰强度不断下降，这与前面用 f唱 CaO 换算出的 C3 S 含

    量上升结果不一致。 这是由于熟料中 Sn

    4 +

    与 Ca

    2 +

    反应生成了新的矿物，夺取了

    与硅反应生成 C3 S 的钙资源，导致 C3 S 含量下降。 含 SnO2 3.0%的熟料的 XRD

    图谱显示存在锡酸钙(2CaO· SnO2 )的特征峰。 因此，可以得出生料中 SnO2 的

    最佳含量为 0.2% ～0.6%。

    (2)SnO2 对熟料烧成温度的影响

    图1.35 是不同 SnO2 含量下熟料中 f唱 CaO、C3 S 理论形成率与温度的关系曲

    线，其中图1.35(a)是熟料的 f唱 CaO 对比曲线，图 1.35( b)是 C3 S 形成率的对比

    曲线。 图 1.35 显示，随着温度的升高(1200 ～1350℃)，两种试样的 f唱 CaO 都迅

    速减少，C3 S 形成率不断升高，但含 SnO2 0.4%的试样 1350 ～1400℃区间内

    f唱 CaO含量已经很低且不再下降，C3 S 形成率曲线成一水平直线，表明温度继续

    升高，C3 S 含量不再增长，1350℃熟料已基本烧成；不加 SnO2 的试样在 1350 ～

    1400℃ f唱 CaO 相对较高且还在下降，C3 S 形成率相对较低且未到达峰值，其烧成

    4 5 水泥“十万”个为什么温度为 1400℃左右。 以上分析说明加入适量 SnO2 可以降低硅酸盐水泥熟料的

    烧成温度。

    图1. 35 不同SnO2 掺量下熟料f唱 CaO和C3 S形成率与烧成温度的关系

    图1. 36 SnO2 含量与C3A、C4AF 的

    XRD衍射峰积分强度关系

    (3)SnO2 的固溶行为

    图 1.36 是不同 SnO2 掺量的熟料中

    C3A 和 C4AF 的 XRD 衍射峰积分强度对比

    曲线。 可以看出，随着 SnO2 掺量的增加，C3A 的 XRD 特征峰强度( d0 ＝2.69 闭 A， 闭 A ＝

    0.1nm)持续增强，表明在此范围内，SnO2

    的掺入有利于熟料中 C3A 矿物的形成；同

    时，SnO2 掺量增加，C3A 的 d 值也逐渐增

    大 ( 2.6935 闭 A → 2.6948 闭 A → 2.6961 闭 A →

    2.6980 闭 A)，而熟料中的其他矿物的晶胞参

    数并没有发生显著变化，表明 Sn

    4 +

    固溶在

    C3A 中。 SnO2 掺入后 C3A 的 d 值增大可

    以这样解释：Sn

    4 +

    固溶进入 C3A 晶格，由于

    Sn

    4 +

    的离子半径(71pm)大于六配位 Ak

    3 +

    的离子半径(54pm)， Sn

    4 +

    取代 Ak

    3 +

    形成

    C3Ak1 -x Snx 固溶体造成铝氧八面体晶格膨

    胀变形，晶胞变大，d 值增加。

    (4)SnO2 对 C3 S 矿物形成的影响

    岩相分析显示：含适量 SnO2 的熟料中 C3 S 晶粒粗大，晶界清楚，晶面清晰，5 5 1 熟料化学分布均匀，发育良好，且晶体表面分布着一些缺陷，有利于提高 C3 S 晶体的水化

    活性。 含 3.0% SnO2 的熟料中液相含量很高，发现有些晶体被部分熔蚀，表明

    SnO2 的掺入有利于增加熟料的液相量。

    综上所述，含锡的工业废渣作为外加剂应用于水泥工业，一方面可以改善水

    泥品质降低生产成本，另一方面可以妥善处理工业含锡废渣、保护生态环境，具

    有良好的应用开发前景。 关于锡在熟料烧成过程的挥发及其在尾气中的含量、SnO2 在水泥中固封后的溶解度问题，有待于进一步的研究。

    1. 55 碱含量与复合矿化剂中三氧化硫的配入量有何关系

    复合矿化剂中的 CaF2 和 SO3 的配入量是以氟硫比控制的，但是氟硫比对每

    个厂来说，都有与之相适应的最佳值。 其部分原因是与各厂原料碱含量不同有

    关，当然还与Ak2O3 的含量有关，K2O 和Na2O 与SO3 结合生成 K2 SO4 、Na2 SO4 的

    能力很强，并且形成温度低，因此 SO3 首先与之化合，按 T. 纽凯克尔方法计算含

    碱相得出：只有当 R2O SO3 (摩尔比) >1 时，碱才可能进入其他相组成中，也就

    是说，1mok R2O 要消耗1mok SO3 ，所以，SO3 配入量在配料计算时应考虑与碱化

    合的量。 在原料中碱含量高时，应适当降低氟硫比。

    1. 56 碱性化合物在旋窑内循环和存在与哪些因素有关

    (1)碱性物质的挥发量随烧成带温度上升和停留时间的增大而加大。

    (2)随碱循环的反复进行，挥发率将下降。

    (3)原料中 SO3 增加，以及废气中 SO2 的增加，可减少碱的挥发量。

    (4)原料、气体中的 Ck

    -

    和废气中水分的增加，可使碱的挥发量增加，特别是

    Ck

    -

    可使循环碱的挥发增加。

    (5)碱化合物的挥发顺序为：①碱的氯化物，②碱的碳酸盐，③碱的硫酸盐。

    冷却时的顺序相反，难于挥发的易进入熟料中；易于挥发的易引起结皮和堵塞。

    (6)在循环的碱化合物中 K2O 比 Na2O 的比例大。 挥发的碱中 81% ～97%

    的 K2O 在预热器中凝聚，而 Na2O 则以较低的 3% ～19%比例凝聚。

    (7)由于在预热器系统中 K2O 的冷凝率高，而 Na2O 的冷凝率较低，因而预

    6 5 水泥“十万”个为什么热器废气中带出的含碱、硫、氯等有害成分相当低，因此，窑灰重新回窑产生的外

    循环，对生产影响不大。

    (8)当碱和 SO3 的当量为1 时，烧成带的挥发率最低。

    (9)在循环物质中 Ck

    -

    的比例非常高，通常应控制生料中 Ck

    -

    ≤0.015%。

    如果 Ck

    -

    ＝0.015% ～0.020%时，有时也可正常煅烧。 但是，当 Ck

    -

    含量 >

    0.015%时，就应论证旁路放风的必要性。

    1. 57 碱对熟料标号的影响及抑制措施

    提高熟料的后期强度，是利用高碱原料生产硅酸盐水泥熟料所必需解决的

    技术问题之一。 R2O 对熟料 28d 抗压强度的不利影响是阻碍熟料标号提高的主

    要原因之一，这种不利影响随 KH 值的提高而加剧。 随着 R2O 含量的提高而适

    当降低 KH 值的控制指标，在一定程度上可以抑制这种不利影响。 此外，随着碱

    含量的增加，标准稠度需水量增加，凝结时间缩短甚至急凝。

    R2O 对熟料标号的影响：

    (1)某厂熟料中 R2O 平均含量为 1.3%左右，早期强度高是高碱熟料的显

    著特点，3d 抗折和抗压强度平均值分别达到 6.2MPa 和 34.7MPa，但由于后期增

    进率低，28d 抗折和抗压强度平均值分别只有 8.3MPa 和 55.9MPa，从而影响了

    熟料标号的提高。

    (2)熟料28d 抗压强度随 R2O 含量的提高而降低，28d 抗折强度也有这种

    趋势，但不如抗压强度明显。

    (3)熟料 f唱 CaO 含量随 R2O 含量的提高而递增。

    (4)统计大量的生产数据表明：当 KH 值从0.853 提高到0.885 时，28d 抗压

    强度从 59.0MPa 降至 56.4MPa，熟料标号从 601 号降至 575 号；当 KH 值从

    0.885提高到 0.908 时，熟料标号从 575 号降至 540 号。

    为提高熟料标号，该厂从 1988 年元月份起将熟料 KH 值控制指标由 0.890

    ±0.02 降至0.870 ±0.02，1988 年熟料 R2O 平均含量为 1.26%，KH 值平均为

    0.877，28d 抗压强度为57.7MPa，熟料平均标号为 588 号，与 1986 年、1987 年两

    年相比，熟料 KH 值降低 0.0122，熟料平均标号提高 26 号；而熟料 3d 强度仍能

    达到生产 525R 甚至 625R 硅酸盐水泥的要求。

    7 5 1 熟料化学1. 58 碱、硫、氯在预分解窑系统中如何富集及危害

    在预分解窑的生产中，由于碱在预热器系统的重新凝聚，熟料中的碱含量往

    往高于其他类型的回转窑。 当生料及燃料中的碱、硫、氯等有害成分含量较高

    时，还容易造成预热器系统的粘结及堵塞，影响窑系统的均衡稳定生产，所以更

    应特别重视。 这也就是 NSP 窑旁路放风技术发展的原因。

    在预分解窑系统中，碱、硫、氯等循环、富集是伴随着两个过程而发生，一个

    叫做“内循环”，另一个叫做“外循环” 。 所谓内循环，是指碱、硫、氯在窑内高温

    带从生料及燃料中挥发，到达窑系统最低两级预热器(例如四级旋风预热器的

    第四级及第三级旋风筒)较低温度区域时，随即冷凝在温度较低的生料上，它们

    随着生料沉积一起进入窑内，形成一个在预热器和窑之间的循环和富集过程。

    而外循环则是指凝聚在生料中的碱、硫、氯等成分，随未被预热器收集的生料一

    起排出预热器系统，当这部分粉尘在收尘器、增湿塔及生料磨、烘干机系统中

    (当预热器废气作为烘干介质被生料磨、烘干机系统利用时)被收集重新入窑

    时，在预热器与这些设备之间所存在的循环过程。 由于这个循环过程是在窑外

    单独进行，故称之为外循环。 如果将收尘设备中收集的窑灰丢弃，外循环则基本

    消除。 但是，由于在预热器系统中 K2O 的冷凝率高达81% ～97%，而 Na2O 的冷

    凝率较低，因而预热器废气中带出的含碱、硫、氯等有害成分相当低，因此，窑灰

    重新回窑产生的外循环，对生产影响不大。

    1. 59 碱对熟料煅烧和水泥性能的影响

    水泥熟料中的碱主要是指钾和钠这两种元素(以 R 表示)，它们主要来源于

    原料。 粘土和石灰石中的长石、云母等杂质都是含碱的铝酸盐。 在用煤作燃料

    时，也会带入少量碱。 物料在煅烧过程中，苛性碱、氯碱首先挥发，碱的碳酸盐和

    硫酸盐次之，而存在于长石、云母、伊利石中的碱要在较高的温度下才能挥发。

    挥发的碱只有少量排入大气，其余部分随窑内烟气向窑低温区域运动时，会凝结

    在温度较低的生料上。 对预热器窑，通常在最低二级预热器内就冷凝，然后又和

    生料一起进入窑内，温度升高时又挥发，这样就产生了碱循环。 当碱循环富集到

    一定程度时，就会引起氯化碱(RCk)和硫酸碱(R2 SO4 )等化合物粘附在最低二级

    8 5 水泥“十万”个为什么预热器锥体部分或卸料溜子上，形成结皮，严重时会出现堵塞现象，影响正常生

    产。 因此，原料含碱量高时，对带旋风预热器的窑应采取旁路放风排碱。

    含碱氧化物能降低熟料液相出现的温度和降低液相的粘度，起矿化剂的作

    用。 当含碱量较少时，它可促使 C2 S 吸收 CaO 生成 C3 S，而降低 f唱 CaO。 但含碱

    量高时，对熟料煅烧不利。

    ①由于 K2O 和 Na2O 的碱性比 CaO 的碱性强，当熟料中含硫量少时，碱主要

    取代 CaO 而与 C2 S 和 C3A 起反应生成 KC23 S12和 NaC8A3 ，从而阻止 C2 S 吸收

    CaO，并促使 C3 S、C3A 分解，析出 f唱 CaO，使熟料 f唱 CaO 增加。

    ②当熟料中存在含硫化合物时，碱与硫化合生成碱的硫酸盐，它可以独立的

    稳定相存在于熟料中，亦可以钾唱 钠硫酸盐固溶体的形式(Na2O· 3K2 SO4 )存在，可以缓和碱的不利影响。 当 SO3 不足时，剩下的碱的氧化物反应生成钾硅酸钙

    与钠铝酸钙，从而破坏熟料主要矿物 C3 S、C2 S、C3A 的形成，并产生二次f唱 CaO，使熟料质量大为降低。

    ③生料含有的云母和长石，分解时需要较高的温度，因而煅烧中要延长生料

    的分解时间，从而压缩物料的烧成带，给煅烧操作带来困难。

    ④在立窑煅烧过程中，碱所稳定的 C2 S 容易在还原气氛下发生 β→γ型转

    变。

    碱对水泥性能的影响可表现在：

    ①水泥中碱溶出快，能增加液相的碱度，可加速水化速度及激发水泥中混合

    材的活性，从而提高水泥的早期强度。

    ②熟料含碱量较高时，会使水泥发生快凝、结块及需水量增加，其原因是水

    泥水化时产生的 KOH 和 NaOH 会消耗石膏，从而破坏石膏的缓凝作用。

    ③水泥中的碱能与活性骨料发生碱骨料反应，产生局部膨胀，引起构筑物开

    裂变形，甚至崩溃。

    ④水泥中含碱量高，由于碱易生成钾石膏(K2 SO4 · CaSO4 · H2O)，使水泥

    库结块和造成水泥快凝。 碱还能使混凝土表面起霜(白斑)。

    通常，熟料碱含量以 Na2O 计应小于 1.3%；生产低热水泥用于水工建筑时，应小于 0.6%；对旋风预热器窑和预分解窑，生料中碱含量(K2O +Na2O)应小于

    1%。 为了尽量提高碱的挥发率，在生产中要提高煅烧温度，延长煅烧时间，降低

    生料细度，以及在生料中加入有利于煅烧和促使碱挥发的氟化物。

    9 5 1 熟料化学1. 60 影响熟料煅烧过程中固相反应的因素

    ①生料细度与均匀程度。 生料细度细、均匀性好，愈能加快固相反应速度的

    进行。

    ②原料的物理性质。 原料中含有石英砂愈多，固相反应速度愈慢。

    ③温度愈高，固相反应速度愈快。

    ④反应过程中如有水蒸气，液相的存在或掺入矿化剂均有利于固相反应的

    进行。

    1. 61 影响碳酸钙分解反应的因素

    (1)石灰石的结构和物理性质

    结构致密、质点排列整齐、结晶粗大、晶体缺陷少的石灰石，质地坚硬，分解

    反应困难，如大理石等。 质地松软的白垩和内含其他组分较多的泥灰岩，则分解

    所需的活化能较低，分解反应容易进行。

    (2)生料细度

    生料细度细，颗粒均匀，粗粒少，生料的比表面积增加，使传热和传质速度加

    快，有利于分解反应。

    (3)反应条件

    提高反应温度，分解反应的速度加快，同时促使 CO2 扩散速度加快；加强通

    风，及时地排出反应生成的 CO2 气体，也可加速分解反应。

    (4)生料悬浮分散程度

    在新型干法生产时，生料粉在预热器和分解炉内的悬浮分散性好，则可增加

    传热面积，减少传质阻力，提高分解速度。

    (5)粘土质组分的性质

    如粘土质原料的主导矿物是活性大的高岭土，由于其容易和分解产物 CaO

    直接进行固相反应生成低钙矿物，可加速 CaCO3 的分解反应。 反之，如果粘土

    的主导矿物是活性差的蒙脱石和伊利石，则要影响 CaCO3 分解的速度，由结晶

    SiO2 组成的石英砂的反应活性最低。

    0 6 水泥“十万”个为什么1. 62 影响熟料烧成速度的因素

    (1)生料的细度和均匀性

    生料愈细，则其颗粒尺寸愈小，比表面积愈大，各组分之间的接触面积愈大，同时表面的质点自由能亦大，使反应和扩散能力增强，因此反应速度愈快。 但

    是，当生料磨细到一定程度后，如继续再细磨，则对固相反应的速度增加不明显，而磨机产量却会大大降低，粉磨电耗剧增。 因此，必须综合平衡，优化控制生料

    细度。 生料的均匀性好，即生料内各组分混合均匀，可以增加各组分之间的接

    触，所以能加速熟料烧成速度。

    (2)温度和时间

    当温度较低时，固体的化学活性低，质点的扩散和迁移速度很慢，因此固相

    反应通常需要在较高的温度下进行。 提高反应温度，可加速固相反应，提高熟料

    烧成速度。 由于固相反应时离子的扩散和迁移需要时间，所以，必须保证一定的

    时间才能使固相反应进行完全，使熟料得以烧成。

    (3)原料性质

    当原料中含有结晶 SiO2 (如燧石、石英砂等)和结晶方解石时，由于破坏其

     ......