淺析控制微量元素組分對熟料煅燒的影響

龐友良

【摘 要】 我國預(yù)分解窯水泥占到總產(chǎn)能的80%之多。出窯熟料的控制指標(biāo)大多數(shù)是fCaO、立升重。多數(shù)水泥廠將fCaO指標(biāo)控制在小于1.5%、立升重控制在1300g/l左右。而同樣的指標(biāo)，熟料的強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間可能相差巨大。28天強(qiáng)度有的可高達(dá)72Mpa，低的50MPa左右。立升重的指標(biāo)差別更大。大多數(shù)廠立升重1250g/l，也有不少廠立升重達(dá)到1400g/l，fCaO才能達(dá)到1.5%。筆者認(rèn)為是微量元素在其中起著重要的作用。

【關(guān)鍵詞】 微量元素 影響 煅燒

眾所周知，熟料強(qiáng)度主要來源于硅酸鹽礦物，而C3S又是硅酸鹽礦物強(qiáng)度的主要提供者。有數(shù)據(jù)表明，當(dāng)硅酸鹽礦物含量一定時(shí)，C3S含量占硅酸鹽礦物總量≥70%時(shí)，熟料28天抗壓強(qiáng)度可達(dá)到一年強(qiáng)度的80%，所以要提高熟料強(qiáng)度，就必須適當(dāng)同時(shí)提高熟料KH值和SM值，以此來提高熟料中硅酸鹽礦物總量及C3S的含量。而硅酸鹽礦物及C3S的形成并不是毫無條件的，它需要碳酸鈣在分解的同時(shí)，其分解產(chǎn)物CaO要與物料中的C2S、Fe2O3、Al2O3等通過質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散而進(jìn)行固相反應(yīng)。而固相反應(yīng)同樣要受到生料細(xì)度及均化程度、溫度和時(shí)間、原料性質(zhì)和礦化劑等主要因素的影響。在這里，溫度尤為重要。提高溫度，液相內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)動能增加，消弱了相互間作用力，因而降低了液相粘度。當(dāng)物料溫度升高到1250～1280℃時(shí)，即達(dá)到最低共熔溫度后，固相反應(yīng)形成的鋁酸鈣和鐵鋁酸鈣熔劑性礦物及氧化鎂、堿等熔融成液相。在高溫液相作用下，固相硅酸二鈣和氧化鈣都逐步溶解于液相中，硅酸二鈣吸收氧化鈣形成硅酸鹽水泥的主要礦物——硅酸三鈣。也就是說，熟料的燒結(jié)必須要有一定數(shù)量的液相，液相是硅酸三鈣形成的必要條件。在很大程度上，熟料的燒結(jié)取決于液相含量及其物理化學(xué)性質(zhì)。所以，控制液相出現(xiàn)的溫度、液相量、液相粘度、液相表面張力和氧化鈣、硅酸二鈣溶于液相的速率，并盡力改善它們的性質(zhì)至關(guān)重要。

林宗壽教授曾闡述[1]：KH值高，物料不易煅燒，所需的煅燒溫度高，最高溫度帶較長，相應(yīng)熔融帶縮短，易結(jié)細(xì)粒。硅酸率SM增加，燒成溫度增高，物料不易煅燒，易結(jié)細(xì)粒。鋁氧率IM增加，液相粘度增加，燒成溫度增高，物料熔融困難，C2S和CaO結(jié)合生成C3S困難。液相量與鋁氧率和溫度有一定的關(guān)系，當(dāng)IM=1.63時(shí)，有利于結(jié)粒。IM偏離1.63值愈大，對熟料結(jié)粒愈不利（增加時(shí)，熟料中鋁酸三鈣多，液相粘度大，物料難燒，水泥凝結(jié)快。但鋁率過低，雖然液相粘度小，液相中質(zhì)點(diǎn)易擴(kuò)散對硅酸三鈣形成有利，但燒結(jié)范圍窄，窯內(nèi)易結(jié)大塊，不利于窯的操作）。水泥工藝?yán)碚撘苍U述[2]：選擇IM值時(shí)要考慮與KH值相適應(yīng)。一般情況下，當(dāng)提高KH便應(yīng)降低IM，以降低液相出現(xiàn)的溫度和粘度，有助于C3S形成。一般熟料在燒成階段的液相量L=6.1F=20%～30%（F為熟料中Fe2O3的含量），窯內(nèi)液相量太少不易結(jié)粒，太多易結(jié)成致密的大塊熟料。研究表明，液相量在25%～28%時(shí)，對結(jié)粒最有利。對于預(yù)分解窯，可取IM=1.4～1.7。

但是，上述的分析是基于純氧化物在實(shí)驗(yàn)室的熱力場中做出的理論曲線。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于各地區(qū)的原材料成分并非純正，煤的品種品質(zhì)差異較大，窯內(nèi)熱力場作階梯型分布。并當(dāng)其液相組分含有多種其它氧化物或雜質(zhì)時(shí)，將改變液相產(chǎn)生的溫度和改變液相的粘度。例如原燃料中MgO、SO3、Na2SO4或K2SO4的存在可使液相粘度降低，某些微量組分如氟化物、石膏等也可降低液相粘度。而為熟料提供Al2O3的粉煤灰恰恰就是一種含硫及鎂元素成分較高的混合物。

液相粘度直接影響硅酸三鈣的形成。粘度小，則粘滯阻力小，液相中質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散速度增加，有利于硅酸三鈣的形成和晶體尺寸發(fā)育成長，反之則使硅酸三鈣的形成困難。熟料液相粘度隨溫度和組成而變化。溫度高粘度降低。熟料鋁率增加，液相粘度增大。幾種元素共存的液相粘度值并非單元素值的疊加。MgO-R2O-SO3復(fù)合存在時(shí)，R2O含量增加，粘度值增加較大，不利于結(jié)粒。SO3含量增加，粘度值降低，但SO3的粘度值較R2O低的多，因此R2O、SO3均存在時(shí)，MgO含量增加，液相粘度值大大降低，有利于結(jié)粒。

硅酸鹽水泥熟料礦物組成的計(jì)算，是假設(shè)熟料平衡冷卻并生成C3S、C2S、C3A和C4AF四種純礦物，其計(jì)算結(jié)果與熟料真實(shí)礦物組成并不完全一致，有時(shí)甚至相差很大。從石灰飽和系數(shù)KH計(jì)算公式：

KH=

可以看出，式中的分子是形成硅酸鈣（C3S+C2S）的CaO含量，分母是理論上SiO2全部形成C3S所需的CaO含量。因此，石灰飽和系數(shù)KH的意義是——熟料中全部二氧化硅生成硅酸鈣（C3S+C2S）所需的CaO含量與全部二氧化硅理論上全部生成硅酸三鈣所需的CaO含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度。所以，從各種礦物的分配率來分析，KH數(shù)值相等的兩個(gè)熟料礦物，由于受固溶體、冷卻條件及堿和其它微量組分的影響，各礦物在強(qiáng)度上的增進(jìn)率可能不一樣，所以其后期強(qiáng)度也可能不同。

1 微量元素對熟料煅燒的影響

熟料強(qiáng)度除了決定于四種礦物的比例、礦物發(fā)育情況外，煅燒溫度起著決定性作用。所謂一份溫度，一份強(qiáng)度。當(dāng)微量元素增加時(shí)，會出現(xiàn)以下幾種情況。

（1）液相提前出現(xiàn)、輕則窯尾結(jié)大塊、結(jié)圈，重則結(jié)蛋；

（2）粘度低導(dǎo)致窯皮酥、脆，燒成溫度自然降低；

（3）液相量增多，燒成帶結(jié)大塊，煅燒溫度降低，熟料強(qiáng)度低。

硅酸鹽水泥熟料中，除四種主要組分（CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3）外，還有由原料、燃料帶入的其他組分（MgO、K2O、Na2O、SO3等），有時(shí)加入微量組分（F-、PO43-等）。這類組分?jǐn)?shù)量雖然不多，但是對熟料的煅燒和質(zhì)量有著十分重要的影響，一方面微量組分的存在可以降低最低共熔溫度，增加液相量，降低液相粘度，有利于熟料的煅燒和C3S的形成；另一方面含量太高時(shí)會影響新型干法回轉(zhuǎn)窯熟料的煅燒，同時(shí)影響熟料的質(zhì)量。表1即為某廠不同質(zhì)量的物料中檢測出的微量元素值，從中可以看出微量元素對熟料煅燒質(zhì)量影響巨大。endprint

2 微量元素對窯況及熟料質(zhì)量的影響原理

C3S的大量形成是在高溫液相出現(xiàn)（一般為1250～1280℃）之后，此時(shí)CaO和C2S在液相中的溶解是形成C3S的制約因素，因此液相出現(xiàn)的溫度、液相量、液相性質(zhì)也就制約著C3S的形成。在熟料的熔融液中，除了[SiO4]4-陰離子團(tuán)和Ca2+陽離子以外，還存在兩性元素Fe和Al，它們是熟料熔體的網(wǎng)絡(luò)形成體，它們在硅酸鹽熔融液中呈現(xiàn)出不同的形式，以保持高溫液相中酸堿平衡，從而導(dǎo)致液相的流動性大大增加，粘度下降。相反，當(dāng)某種微量組分加入后，引起[MeO4]5-增多，即粘度上升。由此可見，微量組分的性質(zhì)，是造成硅酸鹽熔融體粘度變化的主要原因。由于在硅酸鹽熔融體中氧是唯一的帶負(fù)電荷的離子，因此所有外加的微量組分對液相的粘度，可只須考慮其本身的電負(fù)性數(shù)值，即從該微量組分原子核外最外層電子的性質(zhì)來討論：對堿金屬及堿土金屬元素（即S電子元素），堿性越弱，電負(fù)性越強(qiáng)，說明該陽離子電場的場強(qiáng)越大，其離子電勢（z/r）也越大，則液相粘度越能降低。例如，K+和Na+離子雖能促使液相表面張力降低，但卻促使液相粘度升高。對P電子元素來講，由于P電子的多少決定了該元素的電負(fù)性大小，此時(shí)仍按上述原則考慮，所對應(yīng)液相粘度降低；對d電子元素，Me-O鍵越強(qiáng)，則越呈現(xiàn)出酸性性質(zhì)，導(dǎo)致液相中Al、Fe等元素以堿性Al3+和Fe3+離子形式存在，則越能減低液相粘度。但是，通常上述這些結(jié)果只適用于摻量不超過2%～3%。

3 堿性組份對煅燒及質(zhì)量的影響

水泥熟料中非揮發(fā)性組分如K2O、Na2O、MgO等，如含量過高，也會對熟料煅燒和質(zhì)量帶來一定的影響。熟料煅燒時(shí)，由于堿的新物相結(jié)晶化的緣故，堿的數(shù)量以及堿在水泥各物相中的定位便有其十分的重要性。MgO有一部分與熟料礦物結(jié)合成固溶體并溶于玻璃體中，當(dāng)熟料中含有少量的MgO時(shí)可以降低熟料的燒成溫度，增加液相量，降低液相粘度，對熟料燒成有利。硅酸鹽水泥熟料中，MgO的固溶量與溶解于玻璃體中的MgO量總計(jì)為2%左右，其余的MgO呈游離狀態(tài)，若以方鎂石存在，將會影響水泥安定性。

4 揮發(fā)性組份對煅燒質(zhì)量的影響

水泥熟料中經(jīng)常涉及的揮發(fā)性組分主要有氟、硫、氯等。其中，氟化鈣很早就被認(rèn)為是有效的礦化劑，它能提早液相出現(xiàn)的溫度。穆爾認(rèn)為在生料中加入1～3%螢石，能在較低溫度下促使CaO的化合而氟殘留于熟料中?？破仗m德等提出使用氟化鈣來試制“調(diào)凝水泥”。同氟化鈣類似的氯化鈣也具有良好的礦化作用，特別是B礦的形成。Будников研究在Ca-Si體系中加入4%石膏，C3S形成溫度可由1400～1500℃降至1350℃，并認(rèn)為石膏對含堿熟料的形成有利。氯含量可見于生料中、替代性燃料中、含氯廢棄物的燃燒中，或可見于低能態(tài)水泥的產(chǎn)物中。堿金屬的氯化物能夠氣化，并且富集在窯灰之中。當(dāng)在高堿含量和鋁含量的燃燒產(chǎn)物中，也會檢測到C11A7·CaCl2。若存在硫酸鹽，含氯的硫硅鈣石就會結(jié)晶。在水泥熟料的煅燒過程中，這些揮發(fā)性有害成分通過“內(nèi)循環(huán)”和“外循環(huán)”在系統(tǒng)中循環(huán)富集。由生料和燃料帶入系統(tǒng)中的堿、氯、硫在窯內(nèi)高溫帶揮發(fā)，隨窯氣至窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)，冷凝在溫度較低的生料表面，隨生料重新入窯，形成在預(yù)熱器和窯之間的循環(huán)富集，稱為“內(nèi)循環(huán)”。若冷凝在生料表面的堿、氯、硫等成分隨飛灰排除預(yù)熱器系統(tǒng)，在收塵器、生料磨等設(shè)備中被收集重新入窯，在窯系統(tǒng)和外部設(shè)備之間循環(huán)富集，稱為“外循環(huán)”。系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)富集的揮發(fā)性有害成分熔點(diǎn)較低，多組分共存時(shí)，最低共熔溫度可能下降到650℃-700℃，在系統(tǒng)650℃-700℃區(qū)域內(nèi)，均可能出現(xiàn)部分熔融物，粘結(jié)生料顆粒造成結(jié)皮和堵塞。

5 微量元素共同作用于熟料礦物

在熟料礦物的形成過程中，微量組分之間相互影響，共同作用于熟料礦物。Liu等研究了MgO對C3S和形成的影響，認(rèn)為在SO3存在下加入適量的MgO，可降低熟料燒成溫度，促進(jìn)這兩種熟料礦物的形成。Stan等的研究表明MgO與SO3影響C3S的晶型，并認(rèn)為M1比M2型的強(qiáng)度高10%左右。Masaki等指出對富含MgO和SO3的熟料經(jīng)重?zé)驝3S量增加，C2S量下降，中間相中的SiO2含量增加。熱處理提高了中間相的SiO2含量導(dǎo)致熟料C3S與C2S質(zhì)量之比上升，這個(gè)過程由SiO2和CaO的互擴(kuò)散控制。MgO和SO3降低了液相的粘度，加速了這種變化。Altan研究了CaF2與MgO對熟料燒成的影響，認(rèn)為MgO可降低熟料中f-CaO含量，在高飽和條件下可促進(jìn)CaO的吸收。

6 控制微量組份的適宜含量，促進(jìn)煅燒和提高質(zhì)量

微量組分在水泥熟料的燒成過程中起著非常重要的作用，如降低液相出現(xiàn)的溫度和液相的粘度，促進(jìn)CaO和C2S在液相中的溶解，有利于C3S的形成，進(jìn)而提高水泥的性能。但是，這些微量組分對熟料煅燒過程和熟料質(zhì)量的影響不是絕對的，并且不是單獨(dú)作用。當(dāng)含量超過一定范圍時(shí)，對熟料煅燒過程和熟料質(zhì)量有一定的影響。特別是在預(yù)分解窯生產(chǎn)中，當(dāng)生料及燃料中的堿、氯、硫等微量組分含量較高時(shí)，容易造成預(yù)熱器系統(tǒng)的結(jié)皮與堵塞，影響窯系統(tǒng)的均衡穩(wěn)定生產(chǎn)。因此，如何認(rèn)識和掌握這些微量組分的作用規(guī)律，控制熟料的最佳成分，保證水泥生產(chǎn)質(zhì)量，具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]林宗壽.影響回轉(zhuǎn)窯熟料結(jié)粒的因素有哪些[J].中國水泥網(wǎng)，2009-3-26.

[2]李堅(jiān)利.水泥工藝學(xué)[J].武漢工業(yè)大學(xué)出版社.endprint

2 微量元素對窯況及熟料質(zhì)量的影響原理

C3S的大量形成是在高溫液相出現(xiàn)（一般為1250～1280℃）之后，此時(shí)CaO和C2S在液相中的溶解是形成C3S的制約因素，因此液相出現(xiàn)的溫度、液相量、液相性質(zhì)也就制約著C3S的形成。在熟料的熔融液中，除了[SiO4]4-陰離子團(tuán)和Ca2+陽離子以外，還存在兩性元素Fe和Al，它們是熟料熔體的網(wǎng)絡(luò)形成體，它們在硅酸鹽熔融液中呈現(xiàn)出不同的形式，以保持高溫液相中酸堿平衡，從而導(dǎo)致液相的流動性大大增加，粘度下降。相反，當(dāng)某種微量組分加入后，引起[MeO4]5-增多，即粘度上升。由此可見，微量組分的性質(zhì)，是造成硅酸鹽熔融體粘度變化的主要原因。由于在硅酸鹽熔融體中氧是唯一的帶負(fù)電荷的離子，因此所有外加的微量組分對液相的粘度，可只須考慮其本身的電負(fù)性數(shù)值，即從該微量組分原子核外最外層電子的性質(zhì)來討論：對堿金屬及堿土金屬元素（即S電子元素），堿性越弱，電負(fù)性越強(qiáng)，說明該陽離子電場的場強(qiáng)越大，其離子電勢（z/r）也越大，則液相粘度越能降低。例如，K+和Na+離子雖能促使液相表面張力降低，但卻促使液相粘度升高。對P電子元素來講，由于P電子的多少決定了該元素的電負(fù)性大小，此時(shí)仍按上述原則考慮，所對應(yīng)液相粘度降低；對d電子元素，Me-O鍵越強(qiáng)，則越呈現(xiàn)出酸性性質(zhì)，導(dǎo)致液相中Al、Fe等元素以堿性Al3+和Fe3+離子形式存在，則越能減低液相粘度。但是，通常上述這些結(jié)果只適用于摻量不超過2%～3%。

3 堿性組份對煅燒及質(zhì)量的影響

水泥熟料中非揮發(fā)性組分如K2O、Na2O、MgO等，如含量過高，也會對熟料煅燒和質(zhì)量帶來一定的影響。熟料煅燒時(shí)，由于堿的新物相結(jié)晶化的緣故，堿的數(shù)量以及堿在水泥各物相中的定位便有其十分的重要性。MgO有一部分與熟料礦物結(jié)合成固溶體并溶于玻璃體中，當(dāng)熟料中含有少量的MgO時(shí)可以降低熟料的燒成溫度，增加液相量，降低液相粘度，對熟料燒成有利。硅酸鹽水泥熟料中，MgO的固溶量與溶解于玻璃體中的MgO量總計(jì)為2%左右，其余的MgO呈游離狀態(tài)，若以方鎂石存在，將會影響水泥安定性。

4 揮發(fā)性組份對煅燒質(zhì)量的影響

水泥熟料中經(jīng)常涉及的揮發(fā)性組分主要有氟、硫、氯等。其中，氟化鈣很早就被認(rèn)為是有效的礦化劑，它能提早液相出現(xiàn)的溫度。穆爾認(rèn)為在生料中加入1～3%螢石，能在較低溫度下促使CaO的化合而氟殘留于熟料中。科普蘭德等提出使用氟化鈣來試制“調(diào)凝水泥”。同氟化鈣類似的氯化鈣也具有良好的礦化作用，特別是B礦的形成。Будников研究在Ca-Si體系中加入4%石膏，C3S形成溫度可由1400～1500℃降至1350℃，并認(rèn)為石膏對含堿熟料的形成有利。氯含量可見于生料中、替代性燃料中、含氯廢棄物的燃燒中，或可見于低能態(tài)水泥的產(chǎn)物中。堿金屬的氯化物能夠氣化，并且富集在窯灰之中。當(dāng)在高堿含量和鋁含量的燃燒產(chǎn)物中，也會檢測到C11A7·CaCl2。若存在硫酸鹽，含氯的硫硅鈣石就會結(jié)晶。在水泥熟料的煅燒過程中，這些揮發(fā)性有害成分通過“內(nèi)循環(huán)”和“外循環(huán)”在系統(tǒng)中循環(huán)富集。由生料和燃料帶入系統(tǒng)中的堿、氯、硫在窯內(nèi)高溫帶揮發(fā)，隨窯氣至窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)，冷凝在溫度較低的生料表面，隨生料重新入窯，形成在預(yù)熱器和窯之間的循環(huán)富集，稱為“內(nèi)循環(huán)”。若冷凝在生料表面的堿、氯、硫等成分隨飛灰排除預(yù)熱器系統(tǒng)，在收塵器、生料磨等設(shè)備中被收集重新入窯，在窯系統(tǒng)和外部設(shè)備之間循環(huán)富集，稱為“外循環(huán)”。系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)富集的揮發(fā)性有害成分熔點(diǎn)較低，多組分共存時(shí)，最低共熔溫度可能下降到650℃-700℃，在系統(tǒng)650℃-700℃區(qū)域內(nèi)，均可能出現(xiàn)部分熔融物，粘結(jié)生料顆粒造成結(jié)皮和堵塞。

5 微量元素共同作用于熟料礦物

在熟料礦物的形成過程中，微量組分之間相互影響，共同作用于熟料礦物。Liu等研究了MgO對C3S和形成的影響，認(rèn)為在SO3存在下加入適量的MgO，可降低熟料燒成溫度，促進(jìn)這兩種熟料礦物的形成。Stan等的研究表明MgO與SO3影響C3S的晶型，并認(rèn)為M1比M2型的強(qiáng)度高10%左右。Masaki等指出對富含MgO和SO3的熟料經(jīng)重?zé)驝3S量增加，C2S量下降，中間相中的SiO2含量增加。熱處理提高了中間相的SiO2含量導(dǎo)致熟料C3S與C2S質(zhì)量之比上升，這個(gè)過程由SiO2和CaO的互擴(kuò)散控制。MgO和SO3降低了液相的粘度，加速了這種變化。Altan研究了CaF2與MgO對熟料燒成的影響，認(rèn)為MgO可降低熟料中f-CaO含量，在高飽和條件下可促進(jìn)CaO的吸收。

6 控制微量組份的適宜含量，促進(jìn)煅燒和提高質(zhì)量

微量組分在水泥熟料的燒成過程中起著非常重要的作用，如降低液相出現(xiàn)的溫度和液相的粘度，促進(jìn)CaO和C2S在液相中的溶解，有利于C3S的形成，進(jìn)而提高水泥的性能。但是，這些微量組分對熟料煅燒過程和熟料質(zhì)量的影響不是絕對的，并且不是單獨(dú)作用。當(dāng)含量超過一定范圍時(shí)，對熟料煅燒過程和熟料質(zhì)量有一定的影響。特別是在預(yù)分解窯生產(chǎn)中，當(dāng)生料及燃料中的堿、氯、硫等微量組分含量較高時(shí)，容易造成預(yù)熱器系統(tǒng)的結(jié)皮與堵塞，影響窯系統(tǒng)的均衡穩(wěn)定生產(chǎn)。因此，如何認(rèn)識和掌握這些微量組分的作用規(guī)律，控制熟料的最佳成分，保證水泥生產(chǎn)質(zhì)量，具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]林宗壽.影響回轉(zhuǎn)窯熟料結(jié)粒的因素有哪些[J].中國水泥網(wǎng)，2009-3-26.

[2]李堅(jiān)利.水泥工藝學(xué)[J].武漢工業(yè)大學(xué)出版社.endprint

2 微量元素對窯況及熟料質(zhì)量的影響原理

C3S的大量形成是在高溫液相出現(xiàn)（一般為1250～1280℃）之后，此時(shí)CaO和C2S在液相中的溶解是形成C3S的制約因素，因此液相出現(xiàn)的溫度、液相量、液相性質(zhì)也就制約著C3S的形成。在熟料的熔融液中，除了[SiO4]4-陰離子團(tuán)和Ca2+陽離子以外，還存在兩性元素Fe和Al，它們是熟料熔體的網(wǎng)絡(luò)形成體，它們在硅酸鹽熔融液中呈現(xiàn)出不同的形式，以保持高溫液相中酸堿平衡，從而導(dǎo)致液相的流動性大大增加，粘度下降。相反，當(dāng)某種微量組分加入后，引起[MeO4]5-增多，即粘度上升。由此可見，微量組分的性質(zhì)，是造成硅酸鹽熔融體粘度變化的主要原因。由于在硅酸鹽熔融體中氧是唯一的帶負(fù)電荷的離子，因此所有外加的微量組分對液相的粘度，可只須考慮其本身的電負(fù)性數(shù)值，即從該微量組分原子核外最外層電子的性質(zhì)來討論：對堿金屬及堿土金屬元素（即S電子元素），堿性越弱，電負(fù)性越強(qiáng)，說明該陽離子電場的場強(qiáng)越大，其離子電勢（z/r）也越大，則液相粘度越能降低。例如，K+和Na+離子雖能促使液相表面張力降低，但卻促使液相粘度升高。對P電子元素來講，由于P電子的多少決定了該元素的電負(fù)性大小，此時(shí)仍按上述原則考慮，所對應(yīng)液相粘度降低；對d電子元素，Me-O鍵越強(qiáng)，則越呈現(xiàn)出酸性性質(zhì)，導(dǎo)致液相中Al、Fe等元素以堿性Al3+和Fe3+離子形式存在，則越能減低液相粘度。但是，通常上述這些結(jié)果只適用于摻量不超過2%～3%。

3 堿性組份對煅燒及質(zhì)量的影響

水泥熟料中非揮發(fā)性組分如K2O、Na2O、MgO等，如含量過高，也會對熟料煅燒和質(zhì)量帶來一定的影響。熟料煅燒時(shí)，由于堿的新物相結(jié)晶化的緣故，堿的數(shù)量以及堿在水泥各物相中的定位便有其十分的重要性。MgO有一部分與熟料礦物結(jié)合成固溶體并溶于玻璃體中，當(dāng)熟料中含有少量的MgO時(shí)可以降低熟料的燒成溫度，增加液相量，降低液相粘度，對熟料燒成有利。硅酸鹽水泥熟料中，MgO的固溶量與溶解于玻璃體中的MgO量總計(jì)為2%左右，其余的MgO呈游離狀態(tài)，若以方鎂石存在，將會影響水泥安定性。

4 揮發(fā)性組份對煅燒質(zhì)量的影響

水泥熟料中經(jīng)常涉及的揮發(fā)性組分主要有氟、硫、氯等。其中，氟化鈣很早就被認(rèn)為是有效的礦化劑，它能提早液相出現(xiàn)的溫度。穆爾認(rèn)為在生料中加入1～3%螢石，能在較低溫度下促使CaO的化合而氟殘留于熟料中。科普蘭德等提出使用氟化鈣來試制“調(diào)凝水泥”。同氟化鈣類似的氯化鈣也具有良好的礦化作用，特別是B礦的形成。Будников研究在Ca-Si體系中加入4%石膏，C3S形成溫度可由1400～1500℃降至1350℃，并認(rèn)為石膏對含堿熟料的形成有利。氯含量可見于生料中、替代性燃料中、含氯廢棄物的燃燒中，或可見于低能態(tài)水泥的產(chǎn)物中。堿金屬的氯化物能夠氣化，并且富集在窯灰之中。當(dāng)在高堿含量和鋁含量的燃燒產(chǎn)物中，也會檢測到C11A7·CaCl2。若存在硫酸鹽，含氯的硫硅鈣石就會結(jié)晶。在水泥熟料的煅燒過程中，這些揮發(fā)性有害成分通過“內(nèi)循環(huán)”和“外循環(huán)”在系統(tǒng)中循環(huán)富集。由生料和燃料帶入系統(tǒng)中的堿、氯、硫在窯內(nèi)高溫帶揮發(fā)，隨窯氣至窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)，冷凝在溫度較低的生料表面，隨生料重新入窯，形成在預(yù)熱器和窯之間的循環(huán)富集，稱為“內(nèi)循環(huán)”。若冷凝在生料表面的堿、氯、硫等成分隨飛灰排除預(yù)熱器系統(tǒng)，在收塵器、生料磨等設(shè)備中被收集重新入窯，在窯系統(tǒng)和外部設(shè)備之間循環(huán)富集，稱為“外循環(huán)”。系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)富集的揮發(fā)性有害成分熔點(diǎn)較低，多組分共存時(shí)，最低共熔溫度可能下降到650℃-700℃，在系統(tǒng)650℃-700℃區(qū)域內(nèi)，均可能出現(xiàn)部分熔融物，粘結(jié)生料顆粒造成結(jié)皮和堵塞。

5 微量元素共同作用于熟料礦物

在熟料礦物的形成過程中，微量組分之間相互影響，共同作用于熟料礦物。Liu等研究了MgO對C3S和形成的影響，認(rèn)為在SO3存在下加入適量的MgO，可降低熟料燒成溫度，促進(jìn)這兩種熟料礦物的形成。Stan等的研究表明MgO與SO3影響C3S的晶型，并認(rèn)為M1比M2型的強(qiáng)度高10%左右。Masaki等指出對富含MgO和SO3的熟料經(jīng)重?zé)驝3S量增加，C2S量下降，中間相中的SiO2含量增加。熱處理提高了中間相的SiO2含量導(dǎo)致熟料C3S與C2S質(zhì)量之比上升，這個(gè)過程由SiO2和CaO的互擴(kuò)散控制。MgO和SO3降低了液相的粘度，加速了這種變化。Altan研究了CaF2與MgO對熟料燒成的影響，認(rèn)為MgO可降低熟料中f-CaO含量，在高飽和條件下可促進(jìn)CaO的吸收。

6 控制微量組份的適宜含量，促進(jìn)煅燒和提高質(zhì)量

微量組分在水泥熟料的燒成過程中起著非常重要的作用，如降低液相出現(xiàn)的溫度和液相的粘度，促進(jìn)CaO和C2S在液相中的溶解，有利于C3S的形成，進(jìn)而提高水泥的性能。但是，這些微量組分對熟料煅燒過程和熟料質(zhì)量的影響不是絕對的，并且不是單獨(dú)作用。當(dāng)含量超過一定范圍時(shí)，對熟料煅燒過程和熟料質(zhì)量有一定的影響。特別是在預(yù)分解窯生產(chǎn)中，當(dāng)生料及燃料中的堿、氯、硫等微量組分含量較高時(shí)，容易造成預(yù)熱器系統(tǒng)的結(jié)皮與堵塞，影響窯系統(tǒng)的均衡穩(wěn)定生產(chǎn)。因此，如何認(rèn)識和掌握這些微量組分的作用規(guī)律，控制熟料的最佳成分，保證水泥生產(chǎn)質(zhì)量，具有十分重要的意義。

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