试论高硫煤对硅酸盐水泥熟料烧成及显微结构的影响

郭俊林 徐瑞豪

(河南省豫鹤同力水泥有限公司， 河南 鹤壁 458000)

Cement production 水泥生产

试论高硫煤对硅酸盐水泥熟料烧成及显微结构的影响

郭俊林 徐瑞豪

(河南省豫鹤同力水泥有限公司， 河南 鹤壁 458000)

近年来，我国环境保护战略在逐步推进，日益严重的环境污染问题严重阻碍了这一战略的发展进程，高硫煤作为煤炭资源的一种,在工业生产中被广泛应用，硫成分对硅酸盐水泥熟料质量具有重要影响。本文对此展开分析,能够提高高硫煤利用率，能够提高高硫煤在工业生产中的应用价值。

高硫煤；硅酸盐水泥；熟料烧成；矿物结构

0 前言

我国针对高硫煤在水泥生产中的研究经验不够丰富，并且在这一方面的报道较少，合理控制硫含量能够提升熟料质量以及利用率，这对矿相结构优化具有积极作用。有针对性的为其制定熟料烧成方案有利于优化熟料性能，探究影响规律，从中可见，本文对此展开分析现实意义明显。

1 高硫煤对硅酸盐水泥熟料烧成的影响

1.1 实验内容和方法

选取南桐煤矿（1#）、长阳煤矿（2#）、永川烟煤（3#）和湖南桑植煤矿（4#）四种，所取煤样进行粉碎处理、烘箱烘干，最后放置在干燥器内，化学成份分析如下表所示。

表1 煤的工业分析及全硫分析（wt%）

表2 煤灰的化学成分（wt%）

实验配料方案为高铝率、高硅率和中饱和比，方案具体应用的过程中应降低中饱和比，适度提高高铝率和高硅率，本实验中所选熟料高铝率值为1.5，高硅率值为2.4，中饱和比值为0.88。针对水泥熟料样品应用的煅烧温度分别为1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃。不同温度下试样均呈饼状，其中后三种温度试样颜色由灰褐色变为灰黑色，并且温度升高的同时，体积状态和形状也会相应发生变化。对此常用六种方法对其进行测试，主要有熟料岩相结构分析、水泥熟料化学成分分析、固硫效率、水泥生料液相温度明确、X射线衍射分析、微区成分分析[1]。

1.2 实验结果和分析

高温显微镜：硅酸盐在925℃左右主要发生碳酸钙分解反应，随着二氧化碳气体的增多，质点运动形式主要为热运动，并且转移法则由高向低，同时，粒子会向空隙方向转移；硅酸盐在1000℃左右主要发生固相反应，并形成C2S、C2F、CA、C3A、CF、C12A7、C4AF等矿物；1255℃左右主要出现液相现象；1500℃之后，试样样品逐渐熔化、塌陷。

易烧性分析：硅酸盐水泥熟料被高硫煤煅烧时，所产生的固相反应易被游离氧化钙（f-CaO）吸收，同时，硫含量越高（＞5.2%）易烧性效果会相应降低。

熟料化学结果分析：熟料三氧化硫与游离氧化钙、硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙间的关系表示如下，三氧化硫小于0.8%时，其与游离氧化钙呈成比例相关，易烧性影响较大；三氧化硫增加时，硅酸三钙明显减少，碳酸二钙明显增加；熟料三氧化硫煅烧时，铝酸三钙量会相应减少；熟料三氧化硫与铁铝酸四钙间的关系并无具体规律可寻[2]。

2 高硫煤对硅酸盐水泥熟料烧成及显微结构的作用

2.1 实验内容与方法

从上述介绍中可知，熟料烧成受高硫煤硫含量影响显著，本实验选取湖北长阳煤矿为原料，分析不同添加剂对熟料煅烧的影响。按照不同比例配置三组生料，生料配置组一MgO分别为0.9%、1.8%、2.4%、2.8%和3.8%。生料配置组二添加0.8（0.6%K2O+0.3%Na2O）,生料配置组三添加1.7%（1.3%K2O+0.5%Na2O）的R2O。其中组一煅烧温度分别为 1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃，组二和组三煅烧温度为1350℃。组一熟料在不同温度条件下煅烧呈块状，颜色由棕色变为黑色，并且颜色随温度增高而加深，二组和三组煅烧温度达1350℃时，熟料形状为块状，同样颜色会随温度升高而加深。

测试方法：游离氧化钙常用甘油乙醇法对其进行测试，测试电压为35kV，电流为28mA，应用高性能生金相显微镜进行岩相结构分析，其中，硫元素、镁元素通过SEM-EDS法对其进行分布测定。

2.2 MgO对含硫熟料烧成的作用

易烧性分析：将组一氧化镁含量试样在1300℃下煅烧一个半小时后的熟料进行游离氧化钙测试，以此为易烧性的判断依据。从显示结果可知，湖北长阳高硫煤中加入适量氧化镁对其煅烧，当煅烧温度低于1250℃时，生料易烧性改善效果不明显，煅烧温度升高时，游离氧化钙含量会相应降低，大体来讲，氧化镁含量在3.5%时，生料易烧性良好。

熟料XRD测试分析：氧化镁适量添加后，生料易烧性会被改善，同时，还能促进物质转化，制约三氧化硫的不利影响，从实验可知，氧化镁含量应控制在4.5%以下。

熟料岩相结构分析：保持煅烧温度为1350℃，1.8%和3.8%氧化镁试样进行岩相实验对比分析，分析结果显示，氧化镁添加后，岩相结构能够得到有效性改善，并且氧化镁含量与岩相结构成正比例相关。

2.3 R2O对含硫熟料烧成的作用

熟料XRD测试分析：煅烧温度控制在1350℃，煅烧时间为一小时，对组二和组三进行XRD测试分析，生料易烧性受R2O含量影响较小，R2O与三氧化硫发生反应后会产生C3S、C4AF，单独掺加R2O能够在一定程度上优化易烧性能，但整体效果不够明显，同时，不利于削弱硫的消极作用。

熟料烧成条件：煅烧温度在 1400℃左右，并且会出现大量液相量，C3S也会相应形成，液相黏度会有效降低。熟料内含有较多三氧化硫时，适当添加碱或者氧化镁，能够相应降低液相黏度，加快 C3S结晶速度，缩短结晶时间。其中氧化镁能够加快核化过程，促进C3S形成。此外，岩相结构温度在1350℃时，应用高硫煤对其进行熟料煅烧，适量加入氧化镁能够有效降低硫的阻碍作用，合理优化C3S结构，并且矿晶体尺寸能够调整到适合范围。

3 结论

综上所述，高硫煤作为水泥生产的主要资源，以往对此展开的研究较少，并且高硫煤对硅酸盐水泥熟料烧成及显微结构影响方面的研究也相对较少，本文针对这一影响展开有效性分析，有利于提高高硫煤在水泥生产中的利用率，有利于促进水泥生产活动顺利完成。除此之外，还应不断提升测试手段，优化参与测试设备的性能，对其展开深入探究，以此优化熟料的使用性能，充分发挥添加剂在熟料性能方面的优化作用。

[1]何顺爱,凌红军,朱晓燕. 生料细度对硅酸盐水泥熟料烧成的影响[J]. 水泥工程,2012,05:23-26.

[2]龙志强,王振林. 阴离子掺杂对硅酸盐水泥熟料烧成的影响[N]. 重庆理工大学学报(自然科学),2014,08:44-49.

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1007-6344（2017）10-0001-01