硫对硅酸盐水泥熟料烧成过程的影响规律分析

杨明

摘要：硅酸盐水泥生产中，熟料烧成中的硫酸盐是原料和燃料煤带入，对于水泥熟料烧成具有一定影响。基于此，文章利用Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O纯化学试剂为生产水泥的碱、氯、硫，通过制备样品后，将样品放置在050℃、1100℃、1250℃、1360℃温度下烧成，分为4组进行对比分析，表明硫对硅酸盐水泥液相初析温度具有影响，需合理设置硫碱比，通过添加氯的方式缓解两者反应。

关键词：硫;硅酸盐水泥;熟料烧制;影响规律

前言：

能源有效利用作为社会可持续发展必要解决的问题，也是科研人员和政府关心热点问题，特别是材料的加工与生产，始终与应用各种能源密不可分。而水泥作为常用材料，生产方法主要采取新型干法技术，提高生产效率的同时，充分利用自然宁愿与资源，减少有害物质污染环境，实现可持续发展战略。因此，在硅酸盐水泥熟料烧成中，应当合理应用高硫煤，明确硫对硅酸盐水泥烧成影响，以控制硫碱比例，促进熟料矿物低温形成。

1材料和方法

1.1材料

能够降低水泥熟料液相初析温度、液相粘度，增加液相量，构成过渡相，促进熟料矿物形成矿化作用。干法水泥生产中，应用高硫煤易造成系统结皮堵塞，主要是由于氯、碱、硫三者循环富集，考虑硫和碱、率共混情况，配料选用纯化学试剂，碱、氯、硫分别由Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O引入。

1.2制备样品

称取化学试剂后，将其放置在玛瑙研钵中，研磨1h均匀混合，添加8%蒸馏水均匀搅拌，放入金属模具，压力25KN下压制为厚0.5cm、直径2cm，重为6g圆饼。圆饼放置在烘箱中，设置为105℃烘干1h，除去外在水分，后放在坩埚中放入硅铝炉内煅烧，手动将室温提升至400℃，以10℃/min的升温速率提升至目标温度，分别为1050℃、1100℃、1250℃、1360℃，每个温度下进行恒温煅烧2h，取出后自然冷却至室温，获得水泥熟料，将其放入玛瑙研钵研磨，触手无显著颗粒感即可，防治在干燥器内等待测量。

1.3测试方法

将样品配料分为4组，a组不添加Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O，b组添加CaSO4·2H2O，不添加Na2Co3、CaCl2，c组添加CaSO4·2H2O和Na2Co3，不添加CaCl2，d组添加Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O。

1.3.1 差热分析

利用差热电偶测定样品与热中性体加热中温差，热差电偶的热电偶分别插在被测样品与热中心体中，均匀加热中，样品无物理化学变化和热效应产生，表明热中性体和样品无温差，相反，则会产生温差电势，通过温差对温度（或时间）作图，即可获得差热曲线。实验中采取差热分析，分析整体煅烧中熟料的物理化学变化，明确生料液相初析温度，应用设备为热分析仪，参比物Al2O3，气氛是空气，升温速度是10℃/min，温度最高1500℃。

1.3.2X射线衍射分析

X射线摄入结晶物质后，会产生衍射情况，特征值为衍射线的强度与方向，d值由于和晶胞大小、形状相关，I/I0值和晶胞的数目、原子种类、位置相关，任何结晶物质衍生数据的I/I0值与d值均为晶体结构特征反映。所以，根据X射线衍射技术能够获得晶面兼具d值与I/I0值，鉴别结晶物质，分析样品物相。实验中采取X射线衍射分析，研究不同温度熟料矿物组成，分析矿相转变规律，应用设备为X射线衍射仪，靶材为Cu，工作电压35KV、工作电流30mA，测量角度5-60°，转速是10°/min。

2结果与分析

2.1外观特征分析

根据熟料外观而言，1100℃和1050℃时，煅烧熟料饼仍为块状，1250℃下熟料煅烧a组样品疏松，完全粉化，b组部分粉化，c组则出现较多液相，d组少量液相，粘附在坩埚壁上，表明不加硫生料a相较于加硫b组更易粉化，c组加硫、碱易使得液相提前出现，d组添加少量氯可环节硫碱作用。

在1360℃下，熟料煅烧a组疏松，完全粉化，b组部分粉化，c组则出现较多液相，d组少量液相，粘附在坩埚壁上，和1250℃下样品外观特征无较多差别。未加硫样品产生严重粉化，加硫后改善粉化情况，且硫在氯、碱存在下遏制粉化现象。

2.2差热分析结果

在800℃下，分解大量碳酸盐，1070℃下产生不明显放热峰，水泥熟练中间形成部分C2S、氯酸盐矿物及矿物;1250-1360℃范围内，有第二个吸热峰产生，表明逐渐形成液相，且形成液相量逐渐增多。为添加硫、碱、氯情况下，生料液相前难以看到放热峰，表明物料氧化物反应较慢，形成熟料矿物速度慢，添加硫、碱、氯后使得氧化物激烈反应，1050-1100℃产生显著放热峰，表明硫、碱、氯加剧固相反应，促进了熟料烧成。

2.3X射线衍射结果

在1050℃煅烧温度下，样品生成了C2F和C2S，加硫后产生新CA2矿相，减弱了C2S衍射峰，c组与d组中CA2消失，出现含硫矿相C4A3S衍射峰，表明CA2消和CaO、Al2O、CaSO4产生反应，生成C4A3S，增强了C2F衍射峰，增加C2S含量，表明1050℃下，单独添加硫能够促进矿物溶剂形成。而在温度升高下，至1100℃，主要矿物和1050℃无显著差别，继续提高温度至1250℃，未交流矿物生成C2S、C2F，其他加硫则生成C4A3S、C3S衍射峰，增强C3S衍射峰，表明部分固溶与分解，温度为1360℃时，矿物主要是C3S、C2AS、C3A、C4AF，促进生成C2AS有害矿物。

3结论与分析

在硅酸盐水泥熟料烧成中，根据上述讨论，为便于分析，硫在1050-1360℃下生成矿物列表见表1。

通过分析可知，1050℃下，a组有不显著放射峰，d组有显著放射峰，是在硫、碱、氯调价下生成，降低形成C4A3S温度，增加C2S、C2F生成量，放出大量热。b组在1070℃和1090℃下出现吸热峰，生成C2S、C2F，c组也在该温度下生成矿物，转化为C4A3S，三者放出大量热量。b组液相初析温度相较于a组有所降低，在该温度下主要生成大量C2AS，其熔点较低，且C4A3S部分溶于液相，进而降低了整个系统共熔点，c组最低的液相初析温度，在于分解C4A3S放出SO3，添加碱形成固溶体与含碱矿物。因此，实际生产中，应用高硫煤燃料中，需考虑硫碱作用降低液相初析温度，合理控制硫碱比，添加氯可缓解两者影响。

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