硫對硅酸鹽水泥熟料燒成過程的影響規(guī)律研究

姚鵬

摘 要：硫在熟料的燒成過程中會產生一定的影響，本文對硫在熟料鍛燒過程中的作用規(guī)律進行了分析，以更好的控制硫堿之間的比例，促進熟料礦物的低溫形成， 大大降低熟料燒成的熱耗。

關鍵詞：硫；水泥熟料；實驗；影響規(guī)律

1 硫在熟料鍛燒過程中的作用規(guī)律

1.1 原料

SO3可以降低液相初析溫度和液相粘度、增加液相量、形成過渡相，具有加快熟料礦物形成的礦化作用。對干法水泥生產分析和研究，知道了造成系統(tǒng)結皮堵塞的原因是由于硫、堿、氯的循環(huán)富集。干法水泥生產中硫在結皮堵塞的現(xiàn)象中承擔何種作用，如何讓會對水泥熟料液相初析溫度影響較大，進行實驗配料設計時采用分析純化學試劑，硫、氯、堿由CaSO4·2H2O、二氯化鈣和NaCO3引入。

1.2 樣品制備

稱取化學試劑研磨，均勻混合，加上約8%的蒸餾水進行攪拌，施加一定壓力壓制成圓餅狀，放烘箱烘干后放增禍內加入硅鋁爐中鍛燒，從室溫升到400℃后以每分10℃的速率進行升溫，分別升高到1050℃、1100℃、1310℃和1360℃，并在各溫度進行恒溫鍛燒2小時，取出自然冷卻進行研磨， 直到精細無顆粒。

1.3 出爐試樣特征分析

分成四種生料試樣，1樣不加硫，2樣加硫，3樣加硫堿， 4樣加硫堿氯。從煅燒熟料外觀看，前兩個溫度鍛燒的熟料餅基本上還是塊狀， 1310℃鍛燒熟料疏松，1樣完全粉化，2樣部分粉化，3樣液相較多， 4樣液相極少；1360℃鍛燒的熟料1樣完全粉化，2樣部分粉化，3樣液相最多， 4樣液相較多。這幾種狀態(tài)表明不加硫的生料1比加硫的生料2更容易粉化，加硫堿3樣容易提前出現(xiàn)液相，加硫堿氯的4樣緩解了硫堿的作用。未加硫的試樣嚴重粉化說明生成Y—C2S較多，單獨加入硫時粉化現(xiàn)象有所改善，硫堿或氯可以遏制粉化現(xiàn)象。

1.4 測試方法

（1）差熱分析（DTA）。該方法是通過差熱電偶對熱中性體與被測試樣在加熱過程中的溫差進行測定。加熱過程中如果試樣不發(fā)生物理化學變化，不產生熱效應，試樣與熱中性體無溫差，差熱電偶兩端熱電勢抵消；如果試樣產生物理化學變化并發(fā)生熱效應，試樣與熱中性體有溫差，差熱電偶就會有溫差電勢產生。試樣與熱中性體間的溫差用時間和溫度制成圖得到差熱曲線（DTA）。試樣無熱效應表示溫差為零，差熱曲線呈水平線。當產生熱效應曲線會出現(xiàn)轉折有峰或谷出現(xiàn)。曲線轉折的時間表示物理化學變化的開始時間，峰或谷表示試樣變化最劇烈的溫度，如果熱效應越大，峰或谷就會越高，面積也會越大。

（2）X射線衍射分析。如果X射線射入結晶物質會出現(xiàn)衍射現(xiàn)象，表現(xiàn)為衍射線的方向和強度兩個特征。因為晶面間距d值與晶胞的形狀和大小關系密切， 相對強度I/I0值與晶胞中的原子種類、數目及位置聯(lián)系密切，依據射線衍射技術得到的d值和I/I0值，可以對對應的結晶物質進行鑒別和物相分析。

1.5 實驗結果分析

（1）差熱結果分析。通過實驗結果分析， 800℃左右吸熱峰碳酸鹽開始大量分解，1050℃左右出現(xiàn)放熱峰，水泥熟料的中間礦物、鋁酸鹽礦物及部分C2S開始形成；1300℃-1370℃出現(xiàn)第二個明顯的吸熱峰，液相形成并不斷增多。通過曲線變化形狀可以看出，在未加硫、硫堿和硫堿氯時（1樣生料）出現(xiàn)液相前沒有明顯的放熱峰，表明各種氧化物反應和熟料礦物的形成速度較慢；加硫、硫堿和硫堿氯的（2樣3樣和4樣），各種氧化物反應劇烈，1050℃-1100℃放熱峰明顯，說明加入硫、硫堿和硫堿氯后固相反應加速，有利于熟料的燒成。通過實驗數據進行分析，首先分析固相反應溫度，硫加入堿或堿氯時生料活性提高，固相反應加速。硫單獨作用固相反應溫度升高33℃，堿存在時固相反應溫度升高32℃，堿氯存在時固相反應溫度升高4℃，表明氯對緩解硫堿的影響有一定作用，便于低溫形成熟料礦物。其次分析液相初析溫度，加入硫液相初析溫度降低4℃，液相大量出現(xiàn)的溫度降低10℃；在堿存在時液相初析溫度降低52℃，液相大量出現(xiàn)的溫度降低66℃；在堿氯存在時液相初析溫度降低16℃，液相大量出現(xiàn)的溫度降低65℃。由此說明水泥生料在鍛燒時， 液相初析溫度降低并不是硫單獨的作用，而是與堿氯共同作用，加速溶劑礦物或低熔點礦物生成，液相快速大量出現(xiàn)，在加上其他因素綜合導致出現(xiàn)結皮堵塞現(xiàn)象。

（2）作用規(guī)律分析。通過實驗數據可以看出，溫度升高有利于熟料燒成，但硫在不同條件下作用不同， 在1050-1310℃，1試樣主要生成礦物C2S和C2F， 1360℃左右礦物組成發(fā)生變化生成C3S和C2AS；1050℃～1100℃，加硫2試樣主要生成礦物C2S和C2F，出現(xiàn)新礦相CA2， 1310℃產生新物相C3S， 1360℃產生新物相C2AS；1050-1100℃，堿存在的加硫3試樣主要生成礦物C2S和C2F， CA2轉化為C4A3S，1310℃開始出現(xiàn)C3S，1360℃時C4A3S發(fā)生分解或形成固溶體；堿氯存在時的加硫4試樣，1050℃～1100℃，主要生成礦物C2S和C2F，部分硫轉化為C4A3S，1300℃開始形成C3S，1360℃時C4A3S發(fā)生分解或形成固溶體，出現(xiàn)新物相C3A和C4AF。 根據實驗判斷1060℃左右1樣出現(xiàn)不明顯的放熱峰，是因為C2S和C2F生成后的放熱，4樣明顯的放熱峰是因為硫在堿氯條件下降低了C4A3S形成的溫度，再加上C2S和C2F的生成，三者釋放大量熱量；2樣1070℃附近小吸熱峰出現(xiàn)是因為硫酸鈣分解吸收了熱量；1090℃左右2樣和3樣出現(xiàn)明顯放熱峰，是因為2樣和3樣大量C2S和C2F生成后的放熱，并且2樣CA2增大了生成量，3樣CA2轉化為C4A3S，都會釋放大量熱量。另外，從液相初析溫度上分析，2樣液相初析溫度比l樣降低是因為生成大量的C2AS，其熔點很低，且部分C4A3S融于液相，導致共熔點降低；3樣液相初析溫度最低是因為C4A3S分解釋放 S03，加入堿形成含堿礦物和固溶體；4樣液相初析溫度降低是因為C3A和C4AF分解融于液相。

2 結語

通過實驗分析，可以簡單的總結硫在堿氯條件下對水泥熟料燒成過程中的作用規(guī)律，先將碳酸鈣的晶格破壞使其活化提高分解速度，降低分解時間，加快氧化鈣釋放速率， 激發(fā)生料活性， 加快反應速度。同時，C4A3S的形成溫度、液相初析溫度和粘度大大降低，有利于溶劑礦物的形成和C2S和CaO的快速溶解和擴散，最終形成大量C3S，有利于熟料礦物的低溫形成， 使熟料燒成的熱耗大大降低。

參考文獻：

[1] 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.

[2] 滕英躍，趙暢，劉全生，宋銀敏，智科端，馬奇?zhèn)?褐煤中礦物質對水泥熟料燒成過程的影響[J].硅酸鹽通報，2014（2）：236～242.

[3] 馬保國，柯凱，李相國，胡貞武，余曼麗.V_2O_5摻雜對硅酸鹽水泥熟料燒成及礦物結構的影響[J].硅酸鹽學報，2017（5）：588～592.

[4] 侯貴華，沈曉冬，許仲梓.高硅酸三鈣硅酸鹽水泥熟料組成及性能的研究[J].硅酸鹽學報，2014（1）：85～89.