水泥熟料的高温烧成

水泥熟料的高温烧成

一、目的意义

水泥主要是由水泥熟料和部分混合材、少量石膏一起粉磨而成的。因此水泥的质量主要取决于水泥熟料的质量，而熟料的质量除水泥生料的质量（原料的配料、均匀性)的影响外，主要取决于煅烧设备和熟料的煅烧质量。因此在水泥研究与生产中往往通过实验来了解和研究熟料的煅烧过程，为优质、高产、低消耗提供依据。

本实验的目的： ①掌握实验室常用高温实验设备、仪器的使用方法； ②按照确定的配方和所用原料的化学成分进行配料计算； ③掌握水泥烧成实验方法，了解水泥熟料烧成过程； ④通过本实验，了解升温速率、保温时间、冷却制度对不同配料熟料煅烧的影响； ⑤通过本实验，进一步理解KH、IM、SM对水泥熟料煅烧及性能的影响，提高分析问题和解决问题的能力。 二、基本原理

硅酸盐水泥高温制备的实质，是使以一定化学组成经磨细、混合均匀的水泥生料在从常温到高温的煅烧过程中，随着温度的升高，经过原料水分蒸发、粘土矿物脱水、碳酸盐分解、固相反应等过程。当到达最低共熔温度（约1300℃）后，物料开始出现（主要由铝酸钙和铁铝酸钙组成）液相，进入熟料烧成阶段。随着温度继续升高，液相量增加，粘度降低，物料经过一系列物理、化学、物理化学的变化后，最终生成以硅酸盐矿物（C3S、C2S）为主的熟料。

在煅烧过程中出现液相后，贝里特（β-C2S）和游离石灰都开始溶于液相中，并以Ca+与SiO4-4的状态进行扩散。通过离子扩散与碰撞一部分Ca+与SiO4-4Ca+与SiO4-4参入贝里特的再结晶，

另一部分

则参与贝里特吸收游离石灰形成阿里特：

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在1300~1450℃的升温过程中，阿里特晶核形成、晶体长大，并伴随熟料结粒。阿里特的形成受游离石灰的溶解过程所控制。

在1450~1300℃的冷却过程中，阿里特晶体还将继续长大和完善。随着温度的降低，熟料相继进行液相的凝结与矿物的相变。因此，在冷却过程中要根据熟料的组成与性能的关系决定熟料的冷却制度。为了保证熟料的质量，多采用稳定剂和适当快冷的办法来防止阿里特的分解和β-C2S向γ-C2S的转变。 三、实验器材

①天平（感量0.001g）； ②高温电阻炉（最高温度≥1500℃）； ③球磨罐（或研钵）； ④成型模具； ⑤高铝匣钵、垫砂（刚玉砂）； ⑥坩埚钳、石棉手套、长钳、护目镜等。 四、实验步骤

1.试样制备 ①可采纯化学试剂，也可用已知化学成分的工业原料配料。 ②确定水泥的品种、熟料的组成和选用的原料。

CS(液）+CaO(液）?CS(固）③进行配料计算。求熟料的石灰饱和系数KH、硅率SM、铝氧率IM、计算原料配合比、液相量，液相量P，确定煅烧最高温度。

④将以配合的原料在研钵研磨，或置入球磨罐中充分混磨，直至全部通过0.080mm的方孔筛。 ⑤配方称好的粉料加入5%~7%的水，放入成型模具中，置于压力机机座上以30~35MPa的压力压制成块，压块厚度一般不大于25mm。 ⑥块试样在105~110℃下缓慢烘干。

2..水泥烧成实验 ①检查高温炉是否正常，并在高温炉中垫隔离垫料（刚玉砂等）。 ②将干燥试样置于高温匣钵中，试样与匣钵间以混合均匀的生料粉或煅烧过的Al2O3粉隔离。

③将匣钵放入高温炉中，以350~400℃/h的速度升温至1450℃左右，保温1~4h后停止供电。

水泥烧成温度和保温时间与水泥生料的组分、率值有关。一般工业原料配置的生料在1450℃左右时需保温1h左右。

④保温结束后，带上石棉手套和护目镜，用坩埚钳从电炉中拖出匣钵，稍冷后取出试样，立即用风扇吹风冷却（气温较低时在空气中冷却）；防止C3S的分解、β-C2S向γ-C2S的转变，并观察熟料的色泽等。

⑤将冷却至室温的熟料试块砸碎磨细，装在编号的样品袋中，置于干燥器内。 3.重烧

取一部分样品，用甘油-乙醇法测定游离氧化钙，以分析水泥熟料的煅烧程度。若游离氧化钙较高，需将熟料磨细后重烧。

在实验室研究中，为了使矿物充分合成，也需将第一次合成的产物磨细后，再按上述步骤进行第二次合成。

五、实验记录与数据处理

1.实验记录

将实验数据和观察情况记入表44-7中。 2.矿物合成分析

取一部分样品，用X射线衍射法或光学显微镜物相分析等方法测定矿物的合成情况。

表44-7 水泥烧成实验记录表 测试人 实验日期 保温时间/h 0~600 600~900 900~1200 1200以上 色泽 熔融态 密实性 熟料观察 KH SM ZM P KH-1 产率及液相量 分析

试样名称 加料方式 升温阶段/℃ 升温速率/(℃/h) 冷却制度