原料的重要性

原料的重要性

普通水泥熟料所含的矿物相很复杂，主要由4种矿物相表达，见表1。白水泥成分中的铁含量较低，则C4AF含量也低。抗硫酸盐水泥熟料中，仅含有少量易与硫作用生成钙矾石的C3A（表2）。熟料中的碱硫化合物主要由硫酸钙、硫酸钾、硫酸钠等化合物组成。这些碱硫化合物有的组成复合化物，存在于窑料中。

除了上述4种主要矿物相外，熟料内还存在方镁石（MgO）和游离石灰（fCaO）等化合物。人们习惯于用C表达CaO、S表达SiO2、F表达Fe2O3、A表达Al2O3。熟料成分性能如下：

C3S是主要提供熟料强度的矿物，与水反应生成钙硅水化合物，以提供检测所需的28d强度。

C2S也提供熟料的强度，但强度发展慢于C3S。

C3A与水和硫反应速度较快，需加石膏以减缓反应速度。

C4AF反应速度很快，但反应时会在水化合物表面生成保护层以阻止进一步水化来延缓反应。

碱硫化合物通常由于其高碱性，反应速度快，加速早期强度发展。为此必须限制碱含量，以避免碱与硅反应形成有害的碱骨料反应。

氧化镁和游离石灰的量若超过5%，在水化反应时，易使混凝土产生安定性问题。

熟料中的C3S、C2S晶体是在高温下，在C3A和C4AF和碱硫化合物组成的熔融物内，CaO和SiO2反应物相互作用生成的。通常熟料内有超过20%的熔融物时，上述反应物才能完成结合，其余的80%为熟料强度所需的矿物。

1 分析方法

水泥、熟料质量评估时，需要确切的熟料主要组成。用显微镜或X-ray衍射以测得晶体的比例数，从而计算出各种矿物的含量。然而，一些没有X-ray衍射装置的企业，则通过测定熟料的化学成分，用鲍格计算公式来计算四种主要矿物的数量。

白水泥熟料中所含的铝铁化合物数量低，其熔融物含量低，虽然煅烧温度高，所含的CaO能形成熔融物，但其数量较低，难于使熟料中的矿化物结合。

煅烧熟料一般使用三率值，分别为石灰饱和系数LSF、硅酸率SR和铝氧率AF。

2 原料化学成分

原料成分必须满足所制造的水泥水化所得熟料的强度，在水化时不迅速凝结，使强度得以控制。

可以制造水泥熟料的原料品种见表3。

按鲍格计算方法，LSF、SR和AF率值主要由四种氧化物组成，而实际上，原料中的氧化物含量远不止四种，表4和表5为制造水泥原料的主要成分和次要成分。

从表3来看，石灰石1和3的氧化钙含量差别较大，意味着在配料时，石灰石3的使用量超过石灰石1。事实上，若石灰石3成分稳定，在制造水泥熟料时可能无需掺加其他成分，就能生产所需熟料。石灰石3原料中碱含量为0.8%，由此生产的熟料为1.2%，难于满足市场对低碱水泥的需求。若采用此原料生产低碱水泥，则需用含碱低的石灰石来减少生料中的碱含量，原料费用相应增加。

表1 熟料主要相特点

表2 不同水泥熟料的相成分，%

表3 不同原料的氧化物

表4 不同石灰石的化学成分，%

表5 硅铝质原料化学成分，%

图1 较低LSF值的细小C3S圆形的熟料，白色晶体为C4AF，灰色为C3A

图2 较高LSF值粗颗粒带有的C3S晶体熟料

3 熟料

熟料主要包括4种氧化物，生产熟料所需的原料成分必须满足所生产熟料所需的比例。在水泥窑内煅烧熟料时，当窑料温度超过800℃时，CaCO3分解，生成CaO，所生成的CaO和SiO2作用，生成C2S。与此同时，在1400℃时氧化铝、氧化铁和CaO及碱硫化合物生成C3A和C4AF熔融物，C2S与CaO结合生成C3S，直至冷却。

CaO与SiO2按比例生成C3S，在煅烧熟料时，若窑料中CaO过多，或者烧成带太短，且温度不够难于使矿物结合，则CaO会出现剩余，以fCaO形式存在于熟料内。

若C3S含量所需的CaO不够，则生成较高比例的C2S，若窑料中熔融体数量不足，在烧成带内CaO不可能与SiO2结合，可以通过提高烧成带温度来提高熔融物数量，以加速CaO与SiO2的结合。在较高温度下，生成过烧的C3S矿物，和水反应时速率低，其强度发展较慢。

在熟料煅烧过程中，人们往往认为C3S含量越多，熟料强度越高。若熟料中熔融体数量较少，C2S和fCaO结合困难。此时必须通过提高温度对矿物进行强烧或者延长煅烧熟料的结合时间，上述工况下虽然生成较高含量的C3S矿物，但在水化时，此类矿物强度发展较慢而产生负效应。

图1和图2是同一台窑使用相同原料所生成的熟料岩相图。图2的石灰饱和系数LSF较高，为减少fCaO，则耗能高些，所生成的C3S晶体较大，粗颗粒C3S晶体抵消了较高C3S含量所增加的水化强度。图2中的C3A和C4AF较细，表明冷却速率高，C3S外形的棱角较明显，SO3挥发量增加。

选用合适的原料来保证生产的熟料质量。若原料质量不理想，所生产的熟料质量必然受到一定程度的影响。

铝硅质原料的粘土和页岩成分表达CaO时，不表示其矿物成分，也不表达SO3的数值，只用氧化钙的含量，如粘土5中的氧化钙含量为8.1%，一般认为可以用来作碳酸钙配料用，实际上粘土5中CaO成分为硫酸钙，不能用作原料配料。

陈友德编译自

No.2/2014 InternationalCement Review

中材装备集团多项成果获评全国建材行业技术革新奖

近日，由中国建筑材料联合会和中国机冶建材工会全国委员会共同组织的2013年度“晶牛微晶杯”全国建材行业技术革新奖结果已正式公布。集团所属单位共有6个项目获奖。上饶中材“料槽底板轧制成型专机生产线”项目获得技艺工法类一等奖；天津重机“深孔钻镗设备”、“收尘器喷吹管激光制孔”项目及唐山重机“齿轮齿根成形铣刀”项目获得技艺工法类二等奖；上饶中材“链轮齿圈分割专用锯床”项目获得技艺工法类三等奖。淄博重机“N-6000 O-SEPA高效选粉机”项目获得技术开发类三等奖。2013年度“晶牛微晶杯”全国建材行业技术革新奖项共162个，其中技术改造类：二等奖9项、三等奖22项；技术开发类：一等奖15项、二等奖29项、三等奖46项；技艺工法类：一等奖4项、二等奖14项、三等奖23项。

（肖磊供稿）