不同化合材料作為白水泥生料添加劑的比對(duì)性試驗(yàn)研究

【摘要】降低熟料燒成熱耗和提高水泥白度是白水泥生產(chǎn)中的兩個(gè)重要課題。白色硅酸鹽水泥熟料由于含鐵量低、液相量少、煅燒困難，燒成溫度高達(dá)1550～1600℃。為了改善熟料的燒成過(guò)程，近年來(lái)在使用添加劑方面已開(kāi)展了大量的研究，然而，大多數(shù)添加劑雖能改善熟料燒成過(guò)程，卻對(duì)水泥白度的提高作用甚微，甚至有些添加劑會(huì)使水泥白度降低。目前一般在白水泥生料中引入0.2%～0.4%的CaF2以改善熟料的燒成。本文通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在白水泥生料中分別摻CaCl2、CaF2探索其對(duì)熟料燒成和白度的影響，論證CaCl2作為白水泥生產(chǎn)的添加劑的可行性。

【關(guān)鍵詞】白水泥；添加劑

1、原料、試驗(yàn)方法和測(cè)試方法

1.1原料

試驗(yàn)用的主要原料方解石和白泥系白沙洲特種水泥廠的工業(yè)原料，其成分見(jiàn)表1。添加劑用的CaCl2、CaF2系干燥后的分析純化學(xué)試劑。

1.2試驗(yàn)方法

原料在實(shí)驗(yàn)?zāi)?nèi)粉磨至0.08mm方孔篩篩余不超過(guò)10%，按適當(dāng)配比配成生料，在混料機(jī)上混勻，加適量蒸餾水以壓力60MPa壓成Φ20mm×15mm的試餅，以400℃/min的升溫速率加熱，在硅鉬爐中煅燒，并分別在不同燒成溫度下保溫45min，所得熟料均用水急冷至室溫，烘干、磨細(xì)至0.08mm方孔篩篩余為4%。分別進(jìn)行fCaO、白度測(cè)定和X射線衍射分析測(cè)試。

1.3測(cè)試方法

熟料中游離氧化鈣用甘油—無(wú)水乙醇法測(cè)定，白度用BDJ-D型數(shù)字顯示式白度計(jì)測(cè)量，熟料礦物用XRD鑒定。

2、結(jié)果與討論

2.1試驗(yàn)結(jié)果

確定白水泥生料石灰飽和系數(shù)KH=0.90，計(jì)算方解石和白泥的配比為80.3∶19.7。氯化鈣添加量分別為0.5%、1%、2%、3%；氟化鈣添加量分別為0.2%、0.4%、0.6%。各組試樣經(jīng)煅燒后測(cè)定的游離氧化鈣和白度值見(jiàn)表2。

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，白水泥生料引入CaCl2后，熟料的燒成過(guò)程得到改善，游離氧化鈣降低，未摻添加劑的0號(hào)試樣在1500℃煅燒后fCaO為5.32%，而摻加0.5%、1%、2%CaCl2的試樣A0.5、A1、A2在相同條件下所得熟料游離氧化鈣分別是4.20%、0%、3.4%，以摻加1%CaCl2試樣fCaO最低，說(shuō)明其礦化作用最為顯著。摻加CaF2后，熟料fCaO也有一定程度的降低，但降低的幅度沒(méi)有摻加CaCl2明顯，在白水泥生料中摻加0.2%～0.4%CaF2礦化作用最佳。

更為重要的是，試驗(yàn)數(shù)據(jù)還表明，CaCl2的引入能夠有效改善熟料的白度，特別是當(dāng)CaCl2摻量為1%時(shí)，熟料白度有較大的提高。白水泥生料中摻入CaF2亦能提高水泥熟料的白度，摻量為0.6%時(shí)白度增加顯著，但熟料中游離氧化鈣卻較高。

2.2討論和解釋

2.2.1CaCl2的最佳摻量

圖1和圖2分別描繪了CaCl2摻量不同時(shí)白水泥生料在1500℃煅燒后所得熟料的fCaO和白度值。從圖中曲線可以看出，在CaCl2摻量少于1%時(shí)，隨著CaCl2摻量增加，熟料fCaO和白度分別降低和提高。而當(dāng)CaCl2摻量大于1%以后，隨CaCl2摻量增加，熟料fCaO和白度卻又分別增加和降低，因此在白水泥生料中摻入1%CaCl2具有最佳的礦化、增白效果。

2.2.2熟料XRD分析

圖3分別為摻入0.5%、1%、2%CaCl2生料試樣所得熟料的XRD圖譜，從圖中可以看出，摻入CaCl2后熟料的礦物組成與傳統(tǒng)的白水泥熟料礦物組成相同，主要礦物為C3S、C2S、C3A。圖中顯示摻加1%CaCl2，試樣C3S特征峰（D=1.76）比其它兩者強(qiáng)，說(shuō)明C3S形成數(shù)量多。

2.3試驗(yàn)規(guī)律解釋

2.3.1熟料fCaO與CaCl2摻量變化規(guī)律

生料中引入CaCl2在625～635℃形成一定量的低共熔物，促使CaCO3在750～820℃分解，形成氯硅酸鈣或硅方解石，然后通過(guò)兩個(gè)過(guò)渡相的分解或不一致熔融，進(jìn)一步吸收f(shuō)CaO，促進(jìn)C3S的形成。因此白水泥生料中摻入CaCl2會(huì)降低熟料中fCaO數(shù)量，且隨摻量增加，礦化作用增大，fCaO降低愈多。但是，摻入CaCl2的生料在高溫下會(huì)發(fā)生下面兩個(gè)反應(yīng)：

CaCl2+H2O→HCl↑+CaO （1）

CaCl2+Fe2O3→FeCl3↑+CaO （2）

以上兩個(gè)反應(yīng)都釋放出CaO產(chǎn)物，顯然，CaCl2摻量增加，其分解的數(shù)量也會(huì)增加，反應(yīng)釋放出的CaO數(shù)量同時(shí)增加。綜合以上兩種效果，就可以得出摻入CaCl2后熟料中fCaO量與CaCl2摻量的變化規(guī)律，如圖1所示。當(dāng)CaCl2在生料中摻量為1%時(shí)，熟料中fCaO降到最低。

2.3.2熟料白度隨CaCl2摻量變化規(guī)律

國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究結(jié)果表明：隨著水泥熟料中C3S含量增加，水泥的白度提高，反之則下降。在白水泥生料中引入CaCl2改善了熟料的燒成過(guò)程，促進(jìn)熟料礦物C3S的形成，C3S的生成數(shù)量增加。同時(shí)從（2）式可以看出，由于FeCl3的揮發(fā)可減少熟料中著色氧化物Fe2O3的數(shù)量。這兩個(gè)因素都會(huì)提高熟料的白度。但是當(dāng)CaCl2摻量過(guò)多時(shí)，勢(shì)必導(dǎo)致更多的CaCl2分解。由于CaCl2+H2O→HCl+CaO是吸熱反應(yīng)，并由此降低了物料溫度，從而影響了C3S的形成，導(dǎo)致C3S的形成數(shù)量降低，不利于熟料白度的提高。因此，在白水泥生料中摻入CaCl2后，其C3S形成數(shù)量在摻量為1%時(shí)達(dá)到最高（這可以從圖3 XRD圖譜中D=1.76衍射峰峰強(qiáng)對(duì)比中得到證實(shí)），同時(shí)熟料白度也提高。

3、結(jié)論

（1）CaCl2是白水泥生產(chǎn)的有效礦化劑和增白劑，最佳摻量為1%，其熟料的燒成溫度為1450～1500℃，比傳統(tǒng)工藝降低100℃左右。熟料的fCaO和白度分別大幅度降低和提高。

（2）單摻CaCl2無(wú)論是促進(jìn)熟料燒成還是提高熟料白度都優(yōu)于單摻CaF2。采用普通工業(yè)原料生產(chǎn)白水泥，摻入1%的CaCl2作礦化劑，可以生產(chǎn)白度在84%以上的優(yōu)質(zhì)白水泥。