硫對硅酸鹽水泥熟料燒成過程的影響規律分析

楊明

摘要：硅酸鹽水泥生產中，熟料燒成中的硫酸鹽是原料和燃料煤帶入，對于水泥熟料燒成具有一定影響。基于此，文章利用Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O純化學試劑為生產水泥的堿、氯、硫，通過制備樣品后，將樣品放置在050℃、1100℃、1250℃、1360℃溫度下燒成，分為4組進行對比分析，表明硫對硅酸鹽水泥液相初析溫度具有影響，需合理設置硫堿比，通過添加氯的方式緩解兩者反應。

關鍵詞：硫;硅酸鹽水泥;熟料燒制;影響規律

前言：

能源有效利用作為社會可持續發展必要解決的問題，也是科研人員和政府關心熱點問題，特別是材料的加工與生產，始終與應用各種能源密不可分。而水泥作為常用材料，生產方法主要采取新型干法技術，提高生產效率的同時，充分利用自然寧愿與資源，減少有害物質污染環境，實現可持續發展戰略。因此，在硅酸鹽水泥熟料燒成中，應當合理應用高硫煤，明確硫對硅酸鹽水泥燒成影響，以控制硫堿比例，促進熟料礦物低溫形成。

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，構成過渡相，促進熟料礦物形成礦化作用。干法水泥生產中，應用高硫煤易造成系統結皮堵塞，主要是由于氯、堿、硫三者循環富集，考慮硫和堿、率共混情況，配料選用純化學試劑，堿、氯、硫分別由Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O引入。

1.2制備樣品

稱取化學試劑后，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，設置為105℃烘干1h，除去外在水分，后放在坩堝中放入硅鋁爐內煅燒，手動將室溫提升至400℃，以10℃/min的升溫速率提升至目標溫度，分別為1050℃、1100℃、1250℃、1360℃，每個溫度下進行恒溫煅燒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，觸手無顯著顆粒感即可，防治在干燥器內等待測量。

1.3測試方法

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樣品與熱中心體中，均勻加熱中，樣品無物理化學變化和熱效應產生，表明熱中性體和樣品無溫差，相反，則會產生溫差電勢，通過溫差對溫度（或時間）作圖，即可獲得差熱曲線。實驗中采取差熱分析，分析整體煅燒中熟料的物理化學變化，明確生料液相初析溫度，應用設備為熱分析儀，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射線攝入結晶物質后，會產生衍射情況，特征值為衍射線的強度與方向，d值由于和晶胞大小、形狀相關，I/I0值和晶胞的數目、原子種類、位置相關，任何結晶物質衍生數據的I/I0值與d值均為晶體結構特征反映。所以，根據X射線衍射技術能夠獲得晶面兼具d值與I/I0值，鑒別結晶物質，分析樣品物相。實驗中采取X射線衍射分析，研究不同溫度熟料礦物組成，分析礦相轉變規律，應用設備為X射線衍射儀，靶材為Cu，工作電壓35KV、工作電流30mA，測量角度5-60°，轉速是10°/min。

2結果與分析

2.1外觀特征分析

根據熟料外觀而言，1100℃和1050℃時，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，d組添加少量氯可環節硫堿作用。

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℃下樣品外觀特征無較多差別。未加硫樣品產生嚴重粉化，加硫后改善粉化情況，且硫在氯、堿存在下遏制粉化現象。

2.2差熱分析結果

在800℃下，分解大量碳酸鹽，1070℃下產生不明顯放熱峰，水泥熟練中間形成部分C2S、氯酸鹽礦物及礦物;1250-1360℃范圍內，有第二個吸熱峰產生，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，1050-1100℃產生顯著放熱峰，表明硫、堿、氯加劇固相反應，促進了熟料燒成。

2.3X射線衍射結果

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

3結論與分析

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

通過分析可知，1050℃下，a組有不顯著放射峰，d組有顯著放射峰，是在硫、堿、氯調價下生成，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℃下出現吸熱峰，生成C2S、C2F，c組也在該溫度下生成礦物，轉化為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，其熔點較低，且C4A3S部分溶于液相，進而降低了整個系統共熔點，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，實際生產中，應用高硫煤燃料中，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。

參考文獻：

[1]李飛，楊雷.Mn～（4+）、Ni～（3+）、Co～（3+）、Cr～（3+）摻雜對硅酸鹽水泥熟料燒成作用的研究[J].中國建材科技，2020，29（06）：55-58.

[2]丁向群，趙欣悅，徐曉婉，房延鳳.礦物摻合料對硫鋁酸鹽水泥-普通硅酸鹽水泥復合體系性能的影響[J].新型建筑材料，2020，47（03）：40-44.

[3]劉開偉，程星星，孫道勝，王愛國，張高展.硫酸鈉溶液pH值對硅酸鹽水泥砂漿析鈣及侵蝕產物的影響[J].建筑材料學報，2019，22（02）：179-185.

[4]郭俊林，徐瑞豪.試論高硫煤對硅酸鹽水泥熟料燒成及顯微結構的影響[J].四川水泥，2017（10）：1.

[5]黃黎明，楊正宏，宋文娟，李好新.2CaSO_4·K_2SO_4復鹽對硅酸鹽水泥熟料燒成及水化的影響[J].硅酸鹽學報，2017，45（11）：1629-1634.