硫?qū)杷猁}水泥熟料燒成過(guò)程的影響規(guī)律分析

楊明

摘要：硅酸鹽水泥生產(chǎn)中，熟料燒成中的硫酸鹽是原料和燃料煤帶入，對(duì)于水泥熟料燒成具有一定影響?；诖耍恼吕肗a2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O純化學(xué)試劑為生產(chǎn)水泥的堿、氯、硫，通過(guò)制備樣品后，將樣品放置在050℃、1100℃、1250℃、1360℃溫度下燒成，分為4組進(jìn)行對(duì)比分析，表明硫?qū)杷猁}水泥液相初析溫度具有影響，需合理設(shè)置硫堿比，通過(guò)添加氯的方式緩解兩者反應(yīng)。

關(guān)鍵詞：硫;硅酸鹽水泥;熟料燒制;影響規(guī)律

前言：

能源有效利用作為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展必要解決的問(wèn)題，也是科研人員和政府關(guān)心熱點(diǎn)問(wèn)題，特別是材料的加工與生產(chǎn)，始終與應(yīng)用各種能源密不可分。而水泥作為常用材料，生產(chǎn)方法主要采取新型干法技術(shù)，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，充分利用自然寧愿與資源，減少有害物質(zhì)污染環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，在硅酸鹽水泥熟料燒成中，應(yīng)當(dāng)合理應(yīng)用高硫煤，明確硫?qū)杷猁}水泥燒成影響，以控制硫堿比例，促進(jìn)熟料礦物低溫形成。

1材料和方法

1.1材料

能夠降低水泥熟料液相初析溫度、液相粘度，增加液相量，構(gòu)成過(guò)渡相，促進(jìn)熟料礦物形成礦化作用。干法水泥生產(chǎn)中，應(yīng)用高硫煤易造成系統(tǒng)結(jié)皮堵塞，主要是由于氯、堿、硫三者循環(huán)富集，考慮硫和堿、率共混情況，配料選用純化學(xué)試劑，堿、氯、硫分別由Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O引入。

1.2制備樣品

稱取化學(xué)試劑后，將其放置在瑪瑙研缽中，研磨1h均勻混合，添加8%蒸餾水均勻攪拌，放入金屬模具，壓力25KN下壓制為厚0.5cm、直徑2cm，重為6g圓餅。圓餅放置在烘箱中，設(shè)置為105℃烘干1h，除去外在水分，后放在坩堝中放入硅鋁爐內(nèi)煅燒，手動(dòng)將室溫提升至400℃，以10℃/min的升溫速率提升至目標(biāo)溫度，分別為1050℃、1100℃、1250℃、1360℃，每個(gè)溫度下進(jìn)行恒溫煅燒2h，取出后自然冷卻至室溫，獲得水泥熟料，將其放入瑪瑙研缽研磨，觸手無(wú)顯著顆粒感即可，防治在干燥器內(nèi)等待測(cè)量。

1.3測(cè)試方法

將樣品配料分為4組，a組不添加Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O，b組添加CaSO4·2H2O，不添加Na2Co3、CaCl2，c組添加CaSO4·2H2O和Na2Co3，不添加CaCl2，d組添加Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O。

1.3.1 差熱分析

利用差熱電偶測(cè)定樣品與熱中性體加熱中溫差，熱差電偶的熱電偶分別插在被測(cè)樣品與熱中心體中，均勻加熱中，樣品無(wú)物理化學(xué)變化和熱效應(yīng)產(chǎn)生，表明熱中性體和樣品無(wú)溫差，相反，則會(huì)產(chǎn)生溫差電勢(shì)，通過(guò)溫差對(duì)溫度（或時(shí)間）作圖，即可獲得差熱曲線。實(shí)驗(yàn)中采取差熱分析，分析整體煅燒中熟料的物理化學(xué)變化，明確生料液相初析溫度，應(yīng)用設(shè)備為熱分析儀，參比物Al2O3，氣氛是空氣，升溫速度是10℃/min，溫度最高1500℃。

1.3.2X射線衍射分析

X射線攝入結(jié)晶物質(zhì)后，會(huì)產(chǎn)生衍射情況，特征值為衍射線的強(qiáng)度與方向，d值由于和晶胞大小、形狀相關(guān)，I/I0值和晶胞的數(shù)目、原子種類(lèi)、位置相關(guān)，任何結(jié)晶物質(zhì)衍生數(shù)據(jù)的I/I0值與d值均為晶體結(jié)構(gòu)特征反映。所以，根據(jù)X射線衍射技術(shù)能夠獲得晶面兼具d值與I/I0值，鑒別結(jié)晶物質(zhì)，分析樣品物相。實(shí)驗(yàn)中采取X射線衍射分析，研究不同溫度熟料礦物組成，分析礦相轉(zhuǎn)變規(guī)律，應(yīng)用設(shè)備為X射線衍射儀，靶材為Cu，工作電壓35KV、工作電流30mA，測(cè)量角度5-60°，轉(zhuǎn)速是10°/min。

2結(jié)果與分析

2.1外觀特征分析

根據(jù)熟料外觀而言，1100℃和1050℃時(shí)，煅燒熟料餅仍為塊狀，1250℃下熟料煅燒a組樣品疏松，完全粉化，b組部分粉化，c組則出現(xiàn)較多液相，d組少量液相，粘附在坩堝壁上，表明不加硫生料a相較于加硫b組更易粉化，c組加硫、堿易使得液相提前出現(xiàn)，d組添加少量氯可環(huán)節(jié)硫堿作用。

在1360℃下，熟料煅燒a組疏松，完全粉化，b組部分粉化，c組則出現(xiàn)較多液相，d組少量液相，粘附在坩堝壁上，和1250℃下樣品外觀特征無(wú)較多差別。未加硫樣品產(chǎn)生嚴(yán)重粉化，加硫后改善粉化情況，且硫在氯、堿存在下遏制粉化現(xiàn)象。

2.2差熱分析結(jié)果

在800℃下，分解大量碳酸鹽，1070℃下產(chǎn)生不明顯放熱峰，水泥熟練中間形成部分C2S、氯酸鹽礦物及礦物;1250-1360℃范圍內(nèi)，有第二個(gè)吸熱峰產(chǎn)生，表明逐漸形成液相，且形成液相量逐漸增多。為添加硫、堿、氯情況下，生料液相前難以看到放熱峰，表明物料氧化物反應(yīng)較慢，形成熟料礦物速度慢，添加硫、堿、氯后使得氧化物激烈反應(yīng)，1050-1100℃產(chǎn)生顯著放熱峰，表明硫、堿、氯加劇固相反應(yīng)，促進(jìn)了熟料燒成。

2.3X射線衍射結(jié)果

在1050℃煅燒溫度下，樣品生成了C2F和C2S，加硫后產(chǎn)生新CA2礦相，減弱了C2S衍射峰，c組與d組中CA2消失，出現(xiàn)含硫礦相C4A3S衍射峰，表明CA2消和CaO、Al2O、CaSO4產(chǎn)生反應(yīng)，生成C4A3S，增強(qiáng)了C2F衍射峰，增加C2S含量，表明1050℃下，單獨(dú)添加硫能夠促進(jìn)礦物溶劑形成。而在溫度升高下，至1100℃，主要礦物和1050℃無(wú)顯著差別，繼續(xù)提高溫度至1250℃，未交流礦物生成C2S、C2F，其他加硫則生成C4A3S、C3S衍射峰，增強(qiáng)C3S衍射峰，表明部分固溶與分解，溫度為1360℃時(shí)，礦物主要是C3S、C2AS、C3A、C4AF，促進(jìn)生成C2AS有害礦物。

3結(jié)論與分析

在硅酸鹽水泥熟料燒成中，根據(jù)上述討論，為便于分析，硫在1050-1360℃下生成礦物列表見(jiàn)表1。

通過(guò)分析可知，1050℃下，a組有不顯著放射峰，d組有顯著放射峰，是在硫、堿、氯調(diào)價(jià)下生成，降低形成C4A3S溫度，增加C2S、C2F生成量，放出大量熱。b組在1070℃和1090℃下出現(xiàn)吸熱峰，生成C2S、C2F，c組也在該溫度下生成礦物，轉(zhuǎn)化為C4A3S，三者放出大量熱量。b組液相初析溫度相較于a組有所降低，在該溫度下主要生成大量C2AS，其熔點(diǎn)較低，且C4A3S部分溶于液相，進(jìn)而降低了整個(gè)系統(tǒng)共熔點(diǎn)，c組最低的液相初析溫度，在于分解C4A3S放出SO3，添加堿形成固溶體與含堿礦物。因此，實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用高硫煤燃料中，需考慮硫堿作用降低液相初析溫度，合理控制硫堿比，添加氯可緩解兩者影響。

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