大颗粒水泥熟料的内外层矿物分析.pdf
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1、-8-2023.No.100引言工 业 生 产 的 水 泥 熟 料 颗 粒 尺 寸 分 布 在1050 mm,大小参差不齐。实际生产时,约60%的煤灰在分解炉均匀掺入生料;大颗粒熟料在回转窑结粒成球时,约40%的煤灰不均匀沉落在熟料中,煤灰进入不到中心,导致由外层到内层的煤灰掺量逐渐减少,内外层成分不一。由于熟料热阻导致内外层烧成温度不同,中心温度低于外层温度。大颗粒熟料内外层成分和煅烧温度的不同导致各层矿物组成不同,致使水泥熟料内外层强度不一。未见国内外研究熟料不同层的化学成分、矿物组成以及晶体结构区别的相关报道。硅酸三钙(C3S)是硅酸盐水泥熟料最重要的组成成分,C3S的含量越高,熟料的强
2、度越高。C3S共有7种晶型,烧成温度越高,强度也越高。C3S通常以M1型和M3型存在,M1型比M3型的抗压强度高约10%1-5。熟料中游离氧化钙(f-CaO)含量的高低直接影响熟料安定性和强度等质量指标6,若烧成温度过低导致反应不完全,未继续参加反应的f-CaO过多。本试验研究了直径约为40 mm的大颗粒熟料外、中、内层的化学成分、矿物组成以及C3S晶体结构,总结出大颗粒熟料矿物相各层的真实情况。在实际生产过程中,提升煤灰沉落时的掺入均匀性,改善煅烧条件,增加小颗粒水泥熟料的比例或调整大颗粒水泥熟料生产时的煤灰掺量以及煅烧温度对提升水泥熟料强度均有益处。1试验1.1原材料采用两个水泥厂(JYG
3、D、HYXN)生产线上直径约40 mm的大直径熟料,如图1。使用角磨机对熟料颜色差异明显的外、中、内层进行分割,如图2。JYGD HYXN图1熟料整体图两厂熟料外、中、内层颜色和矿物致密程度均有大颗粒水泥熟料的内外层矿物分析饶德梅1,乔钰涵1,李文进2,齐砚勇1(1.西南科技大学材料与化学学院,四川绵阳621010;2.嘉华特种水泥股份有限公司,四川乐山614900)摘要:由于回转窑中煤灰沉落及熟料颗粒内外烧成温度不同,大颗粒熟料外、中、内层矿物相组成不同导致水泥熟料强度的差异值得我们研究。本文借助化学分析、XRD定量分析和SEM形貌分析研究生产线上直径约40 mm的同一大颗粒水泥熟料外、中、
4、内层化学成分、矿物组成和晶型结构。结果表明:从外层到内层的SiO2、C3S的含量逐渐降低,未和f-CaO反应的C2S含量增加;硅酸盐矿物总体含量降低。从外层到内层C3S-M1型向C3S-M3型和C3S-T型转变。关键词:大颗粒熟料;内外层;物相分析;晶型结构;XRDAbstract:Due to the differences of coal ash subsidence and internal and external firing temperatures of clinker particle in rotary kilns,the mineral phase composition
5、of the outer,middle and inner layer of the large particle clinker is different,resulting in the different strengths of the cement clinker.By means of chemical analysis,XRD quantitative analysis and SEM morphology analysis,the differences of chemical composition,mineral composition and crystal struct
6、ure of the outer,middle and inner layers of the same large particle cement clinker with diameter of about 40 mm were studied.The results showed that SiO2 content and C3S content decreased gradually from outer layer to inner layer.Meanwhile,the content of C2S that did not react with f-CaO increased,w
7、hile the overall content of silicate minerals decreased.From the outer layer to the inner layer,the C3S-M1 type gradually transformed into the C3S-M3 type and the C3S-T type.Key words:large particle clinker;outer and inner layer;phase analysis;crystal structure;XRDFirst authors address:School of Mat
8、erials and Chemistry,Southwest University of Science and Technology,Mianyang 621010,Sichuan,China中图分类号:TQ172.1文献标志码:A文章编号:1002-9877(2023)10-0008-05DOI:10.13739/11-1899/tq.2023.10.0022023.No.10-9-饶德梅,等:大颗粒水泥熟料的内外层矿物分析明显的差异,外层呈灰黑色,致密度高,质地坚硬;中层为内、外层的过渡段,颜色略微发黄,致密性比外层有降低,些许疏松;内层整个颜色发黄,致密性极差,表面有零散白点分布。JY
9、GD HYXN图2熟料分割图(从下上为外、中、内层)1.2主要试验仪器德国蔡司ULTRA-55型扫描电子显微镜,Axios mAX型X射线荧光光谱仪,D/max-RB型X射线衍射仪。1.3试验方法将各层熟料破碎,选取一小方形薄片,表面镀一层厚度约为510 nm金,使用扫描电子显微镜(SEM)观察样品形貌。取熟料在玛瑙研钵中磨细并通过200目(0.074 mm)方孔筛,采用X射线荧光光谱仪(XRF)对各层熟料进行化学分析。X射线衍射仪(XRD),扫描角度为1070,进行熟料矿物测定,Rietveld全谱拟合进行定量分析7。2结果与讨论2.1化学分析对JYGD和HYXN熟料进行化学分析,其主要化学
10、成分及率值见表1、表2。由表1、表2可得出:从外层到内层,SiO2含量逐渐降低,KH值逐渐升高。在实际生产过程中,水泥熟料从外层到内层煤灰掺量递减,导致从外层到内层SiO2含量逐渐降低,KH值逐渐升高。表1JYGD熟料主要化学成分及率值熟料化学成分/%率值SiO2Al2O3Fe2O3CaOTiO2MgOSO3K2ONa2OKHSMIM外层21.325.133.5763.350.391.610.770.940.1897.270.8982.451.43中层20.744.893.3962.350.381.600.821.410.1895.760.9142.51.42内层20.655.123.4863
11、.110.381.620.841.290.1996.680.9242.41.47表2HYXN熟料主要化学成分及率值熟料化学成分/%率值SiO2Al2O3Fe2O3CaOTiO2MgOSO3K2ONa2OKHSMIM外层21.775.363.3763.640.421.640.740.740.1897.860.8792.491.59中层21.475.143.3663.040.391.540.450.640.2196.240.8882.531.53内层21.175.433.5364.040.321.670.390.610.2197.370.9082.361.542.2XRD定量分析Rietveld全
12、谱拟合法是根据标度因子与参考强度比间的关系而推导出相的相对含量与标度因子间的关系8-9。Rietveld全谱拟合定量分析结果如表3、表4。JYGD和HYXN不同熟料矿物层的XRD谱线图对比分析分别见图3、图4。由表3、表4可见,内层C2S和f-CaO含量高于外层,C3S反之;C3S-M1外层含量高于内层。从外层到内层由于材料的热阻导致烧成温度递减,中心温度最低,不能充分进行化学反应,导致熟料中f-CaO残留多;C2S无法和f-CaO溶解于液相形成C3S,剩余f-CaO含量递增,生成C3S含量减少。表3JYGD熟料Rietveld全谱拟合分析(矿物质量分数)%熟料C3S-RC3S-M1C3S-M
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