硅酸盐水泥熟料的矿物学研究

侯玉梅

（山西西山华通水泥有限公司，山西 太原 030205）

1 硅酸盐水泥熟料概述

硅酸盐水泥熟料是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后在水泥窑中煅烧而成的。水泥熟料按用途和特性分为：通用水泥熟料、低碱水泥熟料、中抗硫酸盐水泥熟料、高抗硫酸盐水泥熟料、中热水泥熟料和低热水泥熟料。

1.1 组成

硅酸盐水泥熟料主要有CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3四种氧化物组成，在熟料中占95%，另5%为其他氧化物，如MgO、SO3等。

水泥熟料经高温煅烧后，CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3四种氧化物不是以单独的氧化物存在，而是以两种或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体。

硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物：硅酸三钙，3 CaO·SiO2，简写C3S，占50～60%，称阿利特（Alite） 或A矿；硅酸二钙，2 CaO·SiO2，简写C2S,占20～25%，称贝利特（Belite） 或B 矿；铝酸三钙，3CaO·Al2O3，简写C3A,占5～10%；铁相固溶体，通常以铁铝酸四钙表示，4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写C4AF,占10～15%，称才利特（Celite） 或C 矿。

1.2 熟料的化学组成

硅酸盐水泥熟料中的主要化学成分是CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3四种氧化物，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或其它微量金属元素。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%。

2 水泥熟料的矿物成分

对所取样品分别制成光片，在偏/反两用研究型显微镜下进行分析。首先滴加蒸馏水侵蚀光片观察游离CaO 的形态、分布及百分含量，再滴加1%氯化铵溶液侵蚀后观察A矿、B 矿等矿物的镜下特征。水泥熟料的矿物组成及体积百分含量列于表1。

从表中可看出，三个生产线上的水泥熟料的矿物组成主要包括C3S、C2S、C4AF、C3A，还有少量的方镁石、金属硫化物和游离氧化钙。经与《硅酸盐岩相学》中一级熟料矿物组成含量比较，差别不大，中间体含量也同上述化学分析的硅酸率值对应，经初步分析，水泥熟料性能较为复合标准，但仍需对另一重要反映指标-矿物特征进行分析研究。

3 矿物特征分析

3.1 一线水泥熟料矿物特征分析

对一线水泥熟料矿物进行外观分析，能得出以下结论，熟料呈现灰色或灰黑色，按照切面将求样品进行截开，并没有出现黄心现象，内部质地坚硬，外部比较疏松。取样制片在显微镜下进行观察，能发现硅酸盐水泥熟料整体结构均匀，而且结构呈现块状分布。溶蚀现象明显，相应的气孔分布均匀，但存在众多不规则的小气孔，同时具有不规则的形态。

对一线水泥熟料矿物进行矿物分析，可得出以下结论，矿物当中含有少量的氧化钙，金属硫化物呈现点状分布在白色中间体中，同时受溶蚀形成菱角状，可判断出对水泥熟料在窑内停留太长的时间，同时具有短而粗的交叉双晶纹，由此可判断烧成温度较高。

3.2 二线水泥熟料特征分析

熟料外观整体呈灰黑色，沿切面将球团状样品截开，样品熟料的核部无黄心现象。镜下特征同一线熟料相似，结构较均匀，呈均齐结构。硅酸盐矿物晶体整体发育较完整，大小较均齐，边棱较光洁，局部晶体有轻微的熔蚀现象。气孔分布较均匀，气孔率高于一线，约30～35%。

其中A 矿多呈粒状、长柱状，粒径大小较均齐，一般为10μm～35μm，边棱较为光洁，局部有熔蚀现象。分布较均匀，少量中含有B 矿和游离氧化钙。B 矿比一线集中分布程度高，多呈圆粒状，粒径一般为25μm～50μm。气孔处发现有少量粒径较大B 矿，部分存在于A 矿中，含有少量的边毛状B 矿，如图1、2。C4AF 分布较均匀，多呈他形或不定形分布于A 矿或B 矿晶粒间，呈乳白色。C3A 呈他形粒状或片状分布于白色中间体中。方镁石（MgO） 比一线较多，多呈浑圆粒状或他形晶，主要分布于A、B 矿中。

图1

图2

从显微结构上看A 矿局部呈受溶蚀的棱角状，说明可能是熟料在窑内停留时间长、冷却速度慢。A 矿中含有少量B 矿说明可能冷却速度较慢导致A 矿分解包围B 矿。B 矿含量较一线多，且集中分布程度高，可能是由于物料掺入局部不均匀所致；部分B 矿呈边毛状也说明冷却速度缓慢。黑色中间体呈他形粒状或片状也说明冷却缓慢所致。

3.3 三线水泥熟料特征分析。

对三线水泥熟料矿物进行外观分析，可得出以下结论，熟料呈现灰色或灰黑色，按照切面将求样品进行截开，具有轻微的黄心现象。取样制片在显微镜下进行观察，可发现硅酸盐水泥熟料整体结构均匀，并且结构呈现块状分布。溶蚀现象比较明显，相应的气孔分布不均匀，但存在众多大小不一、不规则的小气孔。

4 结语

总之，水泥的生产是一个高能耗的过程，同时又排出许多污染物及工业废弃物。若生产的水泥性能不合格，必然引发资源的过渡浪费。硅酸盐水泥的生产工艺是“两磨一烧”，这其中作为水泥的重要组成部分，水泥熟料的性能对水泥的影响至关重要。