水泥十万个为什么2：熟料化学水泥化学

前言

1 熟料化学

1．1 何谓硅酸盐水泥熟料，如何分类，有何技术要求3

1．2 硅酸盐水泥熟料中四种主要矿物的特性4

1．3 硅酸三钙的性能特点5

1．4 阿利特包裹体的显微结构是什么样的5

1．5 阿里特具有什么样的显微特征6

1．6 硅酸二钙的性能特点7

1．7 贝利特具有什么样的显微特征8

1．8 铁铝酸四钙的性能特点9

1．9 铁铝酸盐水泥熟料显微结构有何特征9

1．10 铝酸三钙的性能特点12

1．11 什么是水泥熟料中的阿利特、贝利特、才利特13

1．12 正常熟料具有什么样的显微特征13

1．13 何谓熟料中的玻璃体14

1．14 何谓游离氧化钙，如何产生，有何危害14

1．15 熟料游离氧化钙具有什么样的显微特征15

1．16 熟料中方镁石有何危害16

1．17 方镁石具有什么样的显微特征16

1．18 率值含义、计算公式及对煅烧和质量的影响17

1．19 根据熟料的化学组成计算各率值的公式18

1．20 根据熟料的化学组成计算矿物组成的公式18

1．21 硅率、铝率值的高低对立窑燃烧有何影响18

1．22 怎样理解石灰饱和系数的意义19

1．23 熟料组成如何选择20

1．24 石灰饱和系数公式中各个数字的来源依据21

1．25 为何新型干法窑入窑生料KH高于出磨生料22

1．26 我国新型干法熟料配方的发展过程23

1．27 水泥熟料烧成范围概念及定义24

1．28 硅酸盐水泥熟料实际烧成范围的概念及定义26

1．29 硅酸盐水泥熟料烧成范围的回归计算公式27

1．30 何谓立窑熟料产质量保证度，有何用处28

1．31 不同铝率的熟料，其岩相特征有何不同30

1．32 采用氟硫复合矿化剂时的K/．/公式31

1．33 为何说硅酸三钙是熟料优良品质的源泉33

1．34 高温下氟铝酸钙会发生什么样的反应34

1．35 掺氟硫矿化剂的熟料岩相结构有何特征36

1．36 掺复合矿化剂还原气氛烧成的熟料岩相结构有何特征39

1．37 氟化钙对熟料煅烧有何作用42

1．38 高硫煤加萤石能起复合矿化剂作用吗43

1．39 采用复合矿化剂应注意哪些问题43

1．40 矿化剂的作用机理如何43

1．41 硫铁矿和萤石复合矿化剂有何特点44

1．42 三氧化硫在熟料煅烧中的作用44

1．43 为何可用重晶石作矿化剂45

1．44 何谓矿化剂，矿化剂的作用及种类46

1．45 何谓复合矿化剂，有何作用46

1．46 萤石、石膏复合矿化剂有何作用46

1．47 原料含碱高的预分解窑使用复合矿化剂的经验47

1．48 氧化镁对熟料煅烧有何作用49

1．49 氧化镁对预分解窑熟料煅烧和质量有何影响50

1．50 氧化镁对熟料煅烧和水泥性能的影响，有何对策51

1．51 氧化钛对熟料煅烧有何作用52

1．52 氧化磷对熟料煅烧有何作用52

1．53 二氧化锰对水泥熟料性能有何影响52

1．54 锡离子对水泥熟料烧成有何作用54

1．55 碱含量与复合矿化剂中三氧化硫的配入量有何关系56

1．56 碱性化合物在旋窑内循环和存在与哪些因素有关56

1．57 碱对熟料标号的影响及抑制措施57

1．58 碱、硫、氯在预分解窑系统中如何富集及危害58

1．59 碱对熟料煅烧和水泥性能的影响58

1．60 影响熟料煅烧过程中固相反应的因素60

1．61 影响碳酸钙分解反应的因素60

1．62 影响熟料烧成速度的因素61

1．63 液相对熟料形成有何影响，液相粘度和液相量的影响因素61

1．64 影响回转窑熟料结粒的因素有哪些62

1．65 影响硅酸三钙形成和熟料烧结的因素64

1．66 何谓固相反应，影响固相反应速度因素65

1．67 熟料煅烧过程的物理化学变化66

1．68 放热反应带物料化学反应有何特点67

1．69 熟料在各类回转窑内的煅烧进程67

1．70 窑内各带是如何进行传热的69

1．71 急冷熟料的岩相结构有何特征70

1．72 急烧熟料岩相结构有何特征71

1．73 慢冷熟料的岩相结构有何特征72

1．74 烧成温度低的熟料岩相结构有何特征75

1．75 烧成温度高的熟料岩相结构有何特征75

1．76 生料的化学成分对立窑煅烧及熟料质量的影响76

1．77 生料中石灰石较粗，熟料会出现什么样的岩相结构77

1．78 生料中石英粗粒对熟料显微结构有何影响78

1．79 生料成分不均，熟料有什么样的岩相特征79

1．80 熟料产生黄心料的原因，如何解决80

1．81 熟料的冷却速度对熟料质量有何影响80

1．82 露天存放对回转窑熟料质量有何影响81

1．83 熟料粉化的原因82

1．84 熟料各矿物对各龄期强度有何作用83

1．85 熟料冷却有何作用84

1．86 熟料的性能与显微结构有关吗85

1．87 熟料立升重与f．CaO含量的关系86

1．88 何为绿心料，如何产生87

1．89 何为析铁料，如何产生87

1．90 何谓生烧料，出现的原因及如何防止88

1．91 何谓熟料的粉化现象，产生原因及防止措施89

1．92 回转窑内熟料为什么能够结粒90

1．93 回转窑产生黄心熟料有何危害92

1．94 回转窑常见还原熟料有几种92

1．95 如何解决熟料粉化问题93

1．96 配料设计的目的和基本原则是什么93

1．97 如何设计生料配料方案或熟料矿物组成94

1．98 何谓高铝配料方案，何谓高铁配料方案96

1．99 高铝水泥熟料显微结构有何特征97

1．100 高铁硅酸盐水泥熟料显微结构有何特征101

1．101 配料计算方法主要有哪几种102

1．102 举例说明水泥生料配料计算的方法102，

1．103 为何预分解窑和湿法窑对配料方案的适应性不同105

1．104 为何熟料计算矿物组成与实际矿物组成有差异107

1．105 熟料生烧的原因107

1．106 如何计算熟料烧成温度下的液相量108

1．107 熟料烧失量为何会出现负值，如何处理109

1．108 立窑熟料烧失量高低说明了什么109

1．109 立窑熟料烧失量过大是何原因110

1．110 立窑熟料有时KH达0．98时还有粉化现象是何原因111

1．111 发现熟料生烧时应如何处理112

1．112 如何处理游离氧化钙含量高的熟料112

1．113 如何从工艺上减少熟料游离氧化钙含量及其危害113

1．114 熟料游离氧化钙含量与熟料易磨性有何关系114

1．115 熟料中游离氧化钙含量高的原因114

1．116 为何熟料有时升重低而游离氧化钙也低115

1．117 如何从外观上区分立窑熟料质量优劣116

1．118 如何根据熟料的外观质量判断窑内燃烧状况117

1．119 窑内气氛对熟料的显微结构特征有何影响117

1．120 如何根据熟料的外观状况来鉴别熟料的烧成质量120

1．121 怎样从回转窑熟料颜色判断其质量和烧成情况120

1．122 何谓料耗122

1．123 何谓密度、体积密度和相对密度123

1．124 何谓熟料热耗、煤耗和标准煤耗124

1．125 何谓熟料形成热及熟料理论热耗124

1．126 何谓熟料形成热效应125

1．127 为何矿渣能提高熟料产量，降低热耗125

1．128 配煤对立窑生产和熟料质量有何影响126

……

2 水泥化学

参考文献

插图：

“水泥十万个为什么”丛书是一套供水泥行业管理人员、技术人员和岗位操作工阅读和参考的系列工具书。它涉及了水泥生产从原料破碎、粉磨、烘干、均化、输送、化验室、煅烧、环保到计量、包装等全过程中常见的问题及解决方法。本书力求做到删繁就简、深入浅出、内容全面、突出实用，既有理论研究的浓缩和概括，又有实践工作经验的归纳与提升。书中共有条目3350余条，已基本囊括了水泥生产和水泥研究工作中的多发问题、常见问题；对这些问题有理论、原理方面的阐述，又指出解决问题的途径，具有较强的指导性和可操作性。由于本书编写着眼于解决实际问题，尽量地回避复杂的数学计算、高深的理论探讨，很好地解决了岗位操作工看得懂、用得上的问题。同时，本书对水泥领域的最新技术和理论研究成果也进行了介绍，可作为专业院校、技校师生及水泥科研人员的参考书

本书为“水泥十万个为什么”系列之二

林宗寿，福建福鼎人，1957年生，1981年12月毕业于同济大学，1985年6月武汉工业大学研究生毕业，1990年从日本东京工业大学进修回国。现任武汉理工大学教授、博士生导师；第九、十届全国人大代表；全国“五一”劳动奖章获得者，享受国务院特殊津贴专家；香港华润水泥控股公司及华新水泥股份有限公司独立董事，武汉亿胜科技有限公司董事长兼总经理，林州市亿胜红旗渠水泥有限公司董事长。

主要从事水泥化学及工艺过程研究共获得专利18项，计算机软件版权5项，发表论文100余篇，主编《无机非金属材料工学》教材一部获得湖北省科技进步一等奖两项及国家自然资源综合利用优秀成果奖等多项奖励。

我国现代水泥工业历经半个多世纪的发展，取得了长足的进步，为人民居住环境的改善、社会经济的发展做出了很大的贡献。但是，我们也应该认识到水泥工业在高速成长的过程中也有许多问题亟待解决。主要表现为：与发达国家的水泥企业相比，普遍存在着企业规模小、能源消耗高、产品质量不稳定、经济效益差、从业人员技术素质偏低、企业管理粗放等问题。目前，我国的水泥行业正处在控制总量、调整结构的时期，国家大力提倡采用高效能的新型千法水泥生产方式。在这一背景下，水泥企业怎样去适应国家产业政策的调整、应对国内外市场的残酷竞争呢？毋庸置疑，最重要的是苦练内功，切实提高和稳定水泥产品的质量，降低水泥生产成本。

在水泥生产过程中，岗位工人和生产管理人员经常会遇到一些疑难问题。这些问题，手册中查不到，教材中一般不涉及，查阅期刊既不方便，也未必具有针对性。大家普遍反映缺少一套内容全面、简明实用、针对性强的水泥技术参考书。

“传道、授业、解惑”，自古以来就是教师的天职。作为一名高校教师，我常常为自己学识浅薄而感到愧疚。每当面对提出问题的学生，面对水泥厂那些被种种疑难所困扰的技术人员和工人朋友，我就深感有一种义不容辞的责任。为此，十几年前，我便开始搜集资料，潜心学习和整理国内外专家、学者的研究成果，特别是水泥厂生产过程中一些宝贵的实际经验，并结合自己在水泥科研、教学及水泥技术服务实践中的切身体会，集腋成裘，为实践这一责任奠定了基础。

2000年4月以来，我应邀在全国各地主讲了70多场“水泥新技术讲座及疑难问题咨询会”，与会人员累计已过万人。每次咨询会都至少安排一天时间与学员们进行互动式答疑解惑。从他们渴望的目光里，我一次次地体悟“授之鱼，不如授之以渔”的道理。同时，我也通过他们获得了大量第一手资料，从而更加坚定了我编写这套丛书的决心。2100433B

前言

1　水泥与熟料化学

1.1　水泥简史

1.2　水泥是怎么来的

1.3　中国水泥工业发展史上的第一次

1.4　库尔的石灰标准值KSt如何得来

1.5　李和派克石灰饱和系数LSF如何得来

1.6　熟料中游离氧化钙含量过低有何不利之处

1.7　为何要正确认识熟料中游离氧化钙含量的影响

1.8　如何设计预分解窑熟料的配料方案

1.9　预分解窑煅烧劣质煤时应采用什么样的配料方案

1.l0　新型干法窑对生料中的有害物质含量有何要求

1.ll　何为水泥混凝土的塑性收缩裂缝

1.l2　何为水泥混凝土的自身收缩

1.13　何为水泥混凝土的温度收缩

硅酸盐水泥熟料中的主要化学成分是CaO，SiO₂，A1₂O₃，Fe₂O₃四种氧化物，其总和通常占熟料总量的95%以上。此外，还含有少量的其他氧化物，如MgO，SO₃，Na₂O，K₂O，TiO₂，P₂O₅等，它们的总量通常占熟料的5%以下。当用萤石或其他金属尾矿作矿化剂生产硅酸盐水泥熟料时，熟料中还会有少量的CaF₂或其他微量金属元素。在实际生产中，硅酸盐水泥熟料中主要氧化物含量的波动范围一般为：CaO是62%～67%，SiO₂是20%～24%，Al₂O₃是4%～7%，，Fe₂O₃是2．5%～6%。在某些特定生产条件下，由于原料及生产工艺过程的差异，硅酸盐水泥熟料的各主要氧化物含量也有可能略为偏离上述范围，甚至由于某些生产所用的原料、燃料带入的MgO，SO₃等含量较高，致使有的硅酸盐水泥熟料中的次要氧化物含量总和有可能高于5%。

硅酸盐水泥的主要化学成分：氧化钙CaO，二氧化硅SiO2，三氧化二铁Fe2O3，三氧化二铝Al2O3。

硅酸盐水泥的主要矿物：硅酸三钙（3CaO·SiO2，简式C3S），硅酸二钙（2CaO·SiO2，简式C2S），铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简式C3A），铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简式C4AF）。

水泥化学反应

水泥的凝结和硬化：

（1）3CaO·SiO2 H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶） Ca（OH）2；

（2）2CaO·SiO2 H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶） Ca（OH）2；

（3）3CaO·Al2O3 6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O（水化铝酸钙，不稳定）；

3CaO·Al2O3 3CaSO4·2 H2O 26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（钙矾石，三硫型水化铝酸钙）；

3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O 2〔3CaO·Al2O3〕 4 H2O→3〔3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O〕（单硫型水化铝酸钙）；

（4）4CaO·Al2O3·Fe2O3 7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O CaO·Fe2O3·H2O。

水泥速凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。高温使得石膏中结晶水脱水，变成浆状体，从而失去调节凝结时间的能力。假凝现象与很多因素有关，一般认为主要是由于水泥粉磨时磨内温度较高，使二水石膏脱水成半水石膏的缘故。当水泥拌水后，半水石膏迅速与水反应为二水石膏，形成针状结晶网状结构，从而引起浆体固化。另外，某些含碱较高的水泥，硫酸钾与二水石膏生成钾石膏迅速长大，也会造成假凝。假凝与快凝不同，前者放热量甚微，且经剧烈搅拌后浆体可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度无不利影响。