第六章-硅酸鹽水泥熟料顯微結(jié)構(gòu)分析PPT課件

1、1 第七章 硅酸鹽水泥熟料的顯微結(jié)構(gòu)分析 1、硅酸鹽熟料巖相（顯微結(jié)構(gòu)）分析的作用 2、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成 3、硅酸鹽水泥熟料巖相分析樣品制備 4、硅酸鹽水泥熟料的巖相形態(tài) 4、硅酸鹽水泥熟料巖相形態(tài)的變化 2 一、熟料巖相分析的作用 n1、鑒定熟料礦物相組成、煅燒過(guò)程、均勻性； n2、直接觀察到各個(gè)礦相的形狀、尺寸以及其分布狀態(tài)，快 速判斷生產(chǎn)工藝過(guò)程中存在的問(wèn)題； n3、根據(jù)巖相分析對(duì)水泥性能和生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化： 提高熟料活性、減少水泥中的混合材用量； 優(yōu)化窯內(nèi)煅燒工藝制度，降低燒成熱耗； 改善熟料的易磨性，降低水泥生產(chǎn)的粉磨電耗； 分析鑒定水泥質(zhì)量存在的問(wèn)題 3 二、硅酸鹽水泥

2、熟料的礦物組成 硅酸鹽水泥熟料主要由以下四種礦物組成： n硅 酸 三 鈣 - 3CaO SiO2，可簡(jiǎn)寫(xiě)為C3S； n硅 酸 二 鈣 - 2CaO SiO2，可簡(jiǎn)寫(xiě)為C2S； n鋁 酸 三 鈣 - 3CaO Al2O3，可簡(jiǎn)寫(xiě)為C3A； n鐵相固溶體- 通常以鐵鋁酸四鈣4CaOAl2O3 Fe2O3作為其代 表式，可簡(jiǎn)寫(xiě)為C4AF； n玻璃體、方鎂石、游離氧化鈣 4 Figure 4-1. Modes of sample preparation: (1) single clinker, impregnated with epoxy resin, cut, and polished; (2) c

3、rushed clinker fragments, encapsulated and impregnated with epoxy, cut, and polished; (3) whole clinkers impregnated with epoxy and mounted on a thin film of epoxy on a glass microscope slide, cut and polished; (4) millimeter-size crushed clinkers, embedded in epoxy, ground, and polished; 三、硅酸鹽水泥熟料的

4、礦物組成 5 (5) cement, size graded by sedimentation in an alcohol-mineral spirits mixture in a glass vial, dried, impregnated with epoxy, cut, and polished; (6) drilled holes in an epoxy plug, filled individually with cement (a) extracted with a potassium hydroxide-sugar solution, (b) extracted with mal

5、eic acid, and unextractedthe plug has been cut and polished; (7) thin section of whole clinkers; section thickness is approximately 22 mm; (8) crushed clinker, 45- to 75- mm fraction, in Hyrax, for determination of the kiln parameters with the Ono Method. Scale divisions in mm. (S#A7094) 6 四、硅酸鹽水泥熟料

6、的巖相形態(tài) n從巖相分析的角度看，硅酸鹽水泥熟料是多礦物組成 的集合體。 n因此，水泥熟料實(shí)際上是一種多礦物組成的結(jié)晶細(xì)小 的人造巖石。 7 主要包括: nAlite（簡(jiǎn)稱阿利特或A礦）； nBelite（簡(jiǎn)稱貝利特或B礦）； n黑色中間相（C3A）； n白色中間相Celite（簡(jiǎn)稱才利特或C礦，C4AF）； n少量的游離氧化鈣（f-CaO）、方鎂石、玻璃相等。 8 1. A礦 （Alite） nA礦是含有少量MgO、Al2O3和Fe2O3的硅酸三鈣（C3S ） 固溶體。 n純的硅酸三鈣屬于三斜晶系； nA礦晶體最常見(jiàn)的是單斜晶系。晶體外形為假六方片狀六方片狀 或板狀，有時(shí)出現(xiàn)短柱狀或板狀，有

7、時(shí)出現(xiàn)短柱狀等，圖8-1-1、7-2、7-3。 （為幾何軸率，為晶體長(zhǎng)度與寬度之比，一般為2）。 9 10 正常煅燒熟料中A礦晶 體的大小約20-30m，呈 邊棱平直，六角板，柱狀 的自形晶（圖9-3）。 11 nA礦晶體中?？砂l(fā)現(xiàn)包裹著其他晶體的包裹結(jié)構(gòu)（圖9-4， 圖8-1-8，圖3，圖4）。 12 圖3 包晶結(jié)構(gòu)的阿里特晶體 圖4 阿里特包裹f-CaO、C3A結(jié)構(gòu) 1%硝酸酒精 13 圖9-5是慢冷熟料A礦分解，周圍環(huán)繞著析出的小顆粒C2S晶 體的花環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 14 花環(huán)狀結(jié)構(gòu)A礦和片狀C3A 15 n圖9-6是受酸性溶液浸蝕后形成的港灣狀結(jié)構(gòu)； n圖9-7是內(nèi)外成份不同出現(xiàn)的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，

8、等等。 16 在反光顯微鏡下， n用 1% 的 NH4Cl 水溶液浸蝕光片后A礦呈蘭色； n用 1% 硝酸酒精浸蝕光片后，A礦呈棕色。 17 nEuhedral to subhedral, zoned, yellowish tan alite; dark, round belite with typical multidirectional lamellae; and a well-differentiated matrix of aluminate (C3A) and ferrite (C4AF). Small belite inclusions in alite. Epoxy-filled

9、 pore at bottom of photo. Coal-fired kiln, wet-process, 1000 tons/day, 38 MPa; coarse seashell feed (30% greater than 75 mm). nPolished section nNital etch 18 19 nUniform silicate distribution in polished clinker thin section showing angular, equant to elongated alite; round, clear belite with typic

10、al multidirectional lamellae; and a finely microcrystalline matrix of aluminate (C3A) and ferrite (C4AF). nplane-polarized light nSection thickness = 15 mm nSame field of view as previous photograph. Different shades of gray on silicates indicate different crystallographic orientations in partially

11、cross-polarized light. High maximum temperature, long burning time, slow heating rate, quick cooling, 42 MPa. Dry-process, coal- and cokefired kiln, 2145 tons/day. 20 nClinker thin section (approximately 15 mm thick) showing relatively large angular alite; smaller, round belite; and normal ferrite w

12、ith its short slender intersecting crystals, between which the aluminate occurs (not visible at this magnification). nTransmitted, plane-polarized light 21 nSame field of view as previous photograph except in partially crossed polars. Various interference colors due, in large part, to different crys

13、tallographic orientations. 22 nSame field as previous photograph but with reflected light and nital etch. Euhedral, brown alite; round belite with multidirectional lamellae; welldifferentiated matrix (almost invisible in the photograph). High maximum temperature, long burning time, slow heating rate

14、, quickly cooled. Coalfired, dry-process kiln, 2000 tons/day. 23 24 2、B礦（Belite） nB礦是含有FeO、MgO、 Fe2O3 、Al2O3、Mn2O3等微量組分的 硅酸二鈣（C2S ）固溶體，有多種晶型。 n工廠水泥熟料中的B礦大部分為型的，屬單斜晶系型的，屬單斜晶系。 n一般B礦呈圓粒狀圓粒狀，常具有兩組相互交叉的雙晶紋或一組平兩組相互交叉的雙晶紋或一組平 行的晶紋行的晶紋（ 圖7-4，圖9-8，圖8-1-2，圖7-5，圖9-9） n因窯內(nèi)還原氣氛或其他工藝因素的影響，還會(huì)呈現(xiàn)手指狀 （圖7-8，圖9-10），樹(shù)葉

15、狀（圖9-11），花蕾狀（圖7-6）和 腦狀（圖7-7，圖9-12）B礦。 25 B礦顯微結(jié)構(gòu)礦顯微結(jié)構(gòu) B礦群 手指狀、樹(shù)葉狀B礦 26 B礦礦巢及發(fā)育不完整的A、B礦 B礦礦巢及發(fā)育不完整的A礦 具有爪狀結(jié)構(gòu)的具有爪狀結(jié)構(gòu)的B礦和麻面、礦和麻面、 形狀不規(guī)則的形狀不規(guī)則的B礦礦巢礦礦巢 具有交叉雙晶紋的B礦礦巢 27 Crushed clinker in refractive-index oil showing large, clear to pale yellow, round belite (arrow) with typical internal cross lamellae. Mo

16、derately high maximum temperature, long burning time, slow heating rate, quickly cooled. Dry-process kiln with flash calciner, 5000 tons/day. plane-polarized light 28 當(dāng)燒成溫度高于1400并急冷時(shí)，可見(jiàn)相互交叉的細(xì)密相互交叉的細(xì)密 雙晶紋雙晶紋，見(jiàn)圖9-8； 當(dāng)溫度度在1400以上，但冷卻較慢時(shí)，雙晶紋變得粗雙晶紋變得粗 短，見(jiàn)圖8-1-2 ； 當(dāng)溫度低于1400（約1350）時(shí)，冷卻速度又慢，會(huì) 出現(xiàn)平行雙晶紋平行雙晶紋，見(jiàn)圖

17、7-5，圖9-9。 當(dāng)煅燒溫度低于1300時(shí)，晶體一般不具有雙晶雙晶。 29 30 31 32 33 34 35 n根據(jù)根據(jù)-C2S的形態(tài)和雙晶的形態(tài)和雙晶 的變化，可以推斷窯內(nèi)的的變化，可以推斷窯內(nèi)的 煅燒溫度及熱工制度。煅燒溫度及熱工制度。 n當(dāng)- C2S 轉(zhuǎn)變?yōu)? C2S 時(shí)， 體積要增大10%左右，大 量轉(zhuǎn)變時(shí)常會(huì)使熟料崩裂 呈粉狀（圖7-9）。 36 - C2S 在反光顯微鏡下， n用 1NH4Cl 水溶液或 1% 硝酸酒精浸蝕光片后，都呈現(xiàn)棕 色或棕黃色。 37 nPolished section nNital etch 38 nRagged belite crystals and

18、 belite coating on alite, one of which is twinned. Note abundant dotlike impurities in alite. Coarsely crystalline matrix with gray aluminate and relatively bright ferrite. Slowly cooled clinker. nPolished section nNital on KOH etch 39 nSlowly cooled kiln buildup from the transition zone containing,

19、 for the most part, polysynthetically twinned belite (Type II, Insley) in lower left and slightly splintery gamma belite (upper right) in matrix of coarsely microcrystalline ferrite and aluminate. nThin section nCrossed polars Polished section Nital etch 40 Zoned euhedral to subhedral alite; ragged,

20、 round, internally disorganized belite; welldifferentiated matrix; and round pore (upper center) with peripheral alkali sulfate. Coal- and coke-fired, dryprocess kiln, 900 tons/day. High maximum temperature, moderately long burning time, slow heating rate, slow to moderately slow cooling rate. (S#A6

21、649) Polished section Nital etch Field dimensions = 0.21x0.21 mm Ragged belite from very slow cooling. Extension of “fingers” into matrix. Note dotlike impurities. Kiln coating. Coal-fired, dry-process kiln, 2350 tons/day. (S#A6650) Thin section Transmitted, plane-polarized light Field dimensions =

22、0.21x0.21 mm 41 nClear belite ring around central pore formed by silica mobilization during sintering of coarse quartz in feed. (S#A6655) nThin section nThickness = approximately 20 mm nField dimensions = 0.53x0.53 mm 42 nDendritic belite in ferrite-rich matrix of clinker containing fragments of ref

23、ractory brick (not shown). Brightly reflecting ferrite in plane-polarized light is unusually pleochroic, suggesting compositional change from refractory brick consumption. nPolished section nNital etch 43 3、中間體 n中間體是水泥中介于A礦和B礦之間物質(zhì)的總稱，其中有結(jié)晶 相和玻璃相。 n中間體按反射率大小分為黑色中間體和白色中間體兩大類。 44 （1）黑色中間體 n黑色中間體是反射率低的一

24、類，通常是鋁酸鹽類礦物鋁酸鹽類礦物。 n主要有鋁酸三鈣（ C3A ）、七鋁酸十二鈣（ C12A 7）、氟鋁 酸鈣等，屬于等軸晶系。 45 當(dāng)鋁氧率高，并在緩慢冷卻的條件下，C3A晶體呈四方片狀晶體呈四方片狀 或葉片狀（圖7-10，圖9-14，圖8-1-16）。 當(dāng)鋁氧率低，冷卻速度快時(shí)， C3A晶體則呈點(diǎn)滴狀、點(diǎn)線狀晶體則呈點(diǎn)滴狀、點(diǎn)線狀 和骨骼狀和骨骼狀（圖7-11，圖9-15），也有呈針狀或纖維狀析晶的 （圖7-12）。 當(dāng)熟料燒成帶急冷時(shí)，C3A來(lái)不及析晶，形成玻璃相物質(zhì)來(lái)不及析晶，形成玻璃相物質(zhì)。 46 47 48 49 在反光顯微鏡下， n用 1% NH4Cl 水溶液或 1% 硝酸酒

25、精溶液浸蝕光片后， C3A呈暗色或灰色； n用蒸餾水浸蝕光片后，C3A呈蘭灰色。 50 （2）白色中間體 n主要是鐵鋁酸四鈣（C4AF），又稱為C礦，它是水泥熟料中 間體中反射率較大，色澤淺的部分（圖7-14）。 n C4AF屬斜方晶系 n當(dāng)熟料鋁氧率較高（P1.38）而又快冷時(shí)，以他形晶填充于 A礦和B礦之間，或因來(lái)不及析晶而成玻璃相； n當(dāng)熟料的鋁氧率較低（P1.38）而又慢冷時(shí)，它可呈棱柱狀 半自形晶出現(xiàn)（圖7-15，圖9-13，圖8-1-17）。 51 52 53 nThin, typical lath-form crystals of ferrite and extremely fi

26、nely microcrystalline crevicefilling aluminate (C3A). Clear, angular alite crystals stacked on the basal pinacoid (001). Coal- and cokefired, semidry-process kiln, 1850 tons/day. High maximum temperature, long burning time, slow heating rate, quick to moderately quick cooling, 44 MPa. nUltrathin sec

27、tion. Thickness = approximately 10 mm nTransmitted, plane-polarized light Same field of view as previous photograph but in partially cross polars. Note relatively high interference colors of some ferrite crystals. 54 4、游離氧化鈣 n 又稱游離石灰，常用 f-CaO 表示 。 n 它是沒(méi)有與熟料中其它成份化合的氧化鈣，屬等軸晶系。 n 按成因可分為一次游離氧化鈣和二次游離氧化鈣

28、f-CaO 55 A A礦與游離鈣礦與游離鈣 游離鈣游離鈣 56 （1）一次游離氧化鈣 又稱殘存游離氧化鈣，是生料中殘留下來(lái)的氧化鈣，殘 存的原因大致有以下幾種。 生料細(xì)度沒(méi)有達(dá)到要求，石灰石（或混入的方解石）顆 粒太粗，在煅燒過(guò)程中反應(yīng)不完全，這種殘留下來(lái)的氧化 鈣在鏡下呈圓形或卵形，粒徑較大，而且成堆聚集形成礦圓形或卵形，粒徑較大，而且成堆聚集形成礦 巢型分布巢型分布（圖7-16，圖9-16）。 57 58 生料的飽和系數(shù)過(guò)高，硅酸率太低，在鏡下能見(jiàn)到未化 合的游離氧化鈣以圓粒狀分布于A礦和B礦之間，或包裹于 A礦中間（7-17，圖7-18）。 煅燒溫度過(guò)低，液相量少，粘度大，CaO沒(méi)有被

29、充分地 吸收生成C3S，而呈游離狀態(tài)殘存下來(lái)。 59 （2）二次游離氧化鈣： 又稱次生游離氧化鈣。它是A礦中分解出來(lái)的CaO，大致 有以下兩種。 熟料在高溫下慢冷，A礦在1250 左右停留的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)， 將分解為B礦和游離氧化鈣，此時(shí)A礦邊緣往往出現(xiàn)許多小粒礦邊緣往往出現(xiàn)許多小粒 B礦，形成花環(huán)結(jié)構(gòu)礦，形成花環(huán)結(jié)構(gòu)A礦礦，同時(shí)出現(xiàn)一些極細(xì)小的游離氧化鈣 溶入液相或聚集成團(tuán)形成蠕蟲(chóng)狀結(jié)構(gòu)（圖8-1-23） 60 61 發(fā)生陽(yáng)離子置換，F(xiàn)e2+ 離子進(jìn)入A礦使A礦由不穩(wěn)定 到分解，同時(shí)置換出游離氧化鈣，形成所謂蠕蟲(chóng)狀結(jié)構(gòu) 的B礦和 f-CaO。 在反光顯微鏡下，用蒸餾水浸蝕光片35秒鐘，游離氧 化鈣

30、呈現(xiàn)彩虹色，極易辨認(rèn)。 62 nMulticolored, round free lime crystals in aluminate-rich matrix (dull gray) from coarse marl particle. Estimated C3A = 14% to 18%. Anhedral to subhedral, tan to bluish red alite. High maximum temperature, long burning time, moderately slow heating rate, moderately fast cooling rate,

31、40 MPa. Coal-fired, dry-process kiln, 1600 tons/day. nPolished section nNital etch 63 nFree-lime nest colored by water etch in polished section. Chemical analysis gave clinker free-lime value of 2.69%. High maximum temperature, moderately long burning time, moderately slow heating rate, moderately s

32、lowly cooled, 31 MPa. Gas-fired, dry-process kiln, 3000 tons/day. 64 5、方鎂石 n是單獨(dú)析晶的游離氧化鎂（MgO），屬等軸晶系。 n方鎂石在反光顯微鏡下突起高，一般呈三角形或多角形小 晶體，其表面略顯粉紅色。 n當(dāng)熟料中MgO的成份高達(dá)一定數(shù)量時(shí)，MgO便會(huì)從中間體 中單獨(dú)析晶出來(lái)（圖7-20，圖8-1-14）。 65 66 高鎂熟料中形成的游離氧化鎂不規(guī)則多角形的方鎂石 67 6、玻璃相 n成份不定，含有多量的Al2O3和Fe2O3組分。 n在偏光顯微鏡下玻璃相與結(jié)晶相不易識(shí)別，但在反射 光下用10%KOH水溶液及1%硝酸

33、酒精溶液腐蝕后，玻 璃相呈暗黑色的包裹體。 68 7、孔洞 n是熟料中的氣相在冷卻過(guò)程中形成的； n反光顯微鏡下可見(jiàn)，在視域中孔洞呈凹下去的圓形、三角 形或不規(guī)則多角形等。由于光線漫反射的原因，孔洞部分 顯得較為黯淡，當(dāng)提升或下降鏡筒時(shí)，孔洞大小也隨之變 化。 n孔洞在鏡下呈現(xiàn)的顏色主要決定于光片拋光粉的顏色。 n煅燒正常的熟料中的孔洞大小為煅燒正常的熟料中的孔洞大小為80100m，呈圓形，而，呈圓形，而 且分布較均勻。且分布較均勻。 69 四、硅酸鹽水泥熟料巖相形態(tài)的變化熟料巖相形態(tài)的變化 n1、熟料礦物形態(tài)特征的描述 見(jiàn)表7-1，水泥熟料常見(jiàn)礦物形態(tài)。 70 71 72 73 74 75

34、2、幾種礦物集合體形態(tài)的術(shù)語(yǔ) （1）礦巢： 是一種礦物的不規(guī)則堆聚，且在礦物顆粒間有明顯界線。 B礦巢礦巢：由原料中粗粒長(zhǎng)石、石英或礦渣形成，粗大的B 礦幾乎緊緊連在一起，見(jiàn)圖9-26 ，圖8-1-12。 游離氧化鈣礦巢游離氧化鈣礦巢：是由粗粒石灰石在煅燒中CaO沒(méi)有被完 全吸收形成的，圖7-22，圖9-21。 當(dāng)生料中有粗粒白云石時(shí)，還會(huì)形成方鎂石與游離氧化鈣 的等粒結(jié)構(gòu)礦巢，見(jiàn)圖7-23，圖9-27 76 77 78 79 由于煤粉顆粒較粗及煤灰不均勻沉降形成的 包裹液相的B礦礦巢結(jié)構(gòu) 80 保留石灰石粗顆粒外形的游離鈣礦巢 由粗顆粒石英在熟料結(jié)構(gòu)形成的粗大 的B礦礦巢 81 （2） 共析

35、晶體： n固溶體的組分在一定條件下分離出來(lái)，形成幾種獨(dú)立的晶體。 n如析出的二次B礦小粒（圖7-47）。 82 （3）孔隙率 n鏡下的孔隙率是指孔洞的面積S孔與熟料礦物的總面積S礦 之比（S孔/S礦100%）。 n煅燒良好的熟料孔隙率一般在25%30%，容重為1450 g/L 左右。 83 3、硅酸鹽水泥熟料的巖相結(jié)構(gòu)類型 構(gòu)造類型：構(gòu)造類型： n是指礦物集合體、玻璃體及孔洞的之間的排列、充填方式。 塊狀構(gòu)造：熟料中礦物大小相似、排布均勻、孔洞較少、 形狀規(guī)則，正常煅燒的熟料有此構(gòu)造。 多孔構(gòu)造：鏡下孔洞較多、孔徑較大，部分正常煅燒的多 孔狀熟料及欠燒熟料有此構(gòu)造。 層狀構(gòu)造：熟料中分層，各層

36、礦物的組成、顆粒大小不同。 旋窯中的圈料、窯皮料及輕燒、急燒熟料有此構(gòu)造。 84 結(jié)構(gòu)類型 n是指礦物結(jié)晶程度，顆粒大小、形狀及其相互間的關(guān)系。是指礦物結(jié)晶程度，顆粒大小、形狀及其相互間的關(guān)系。 均齊結(jié)構(gòu)均齊結(jié)構(gòu)： A礦和B礦清晰，結(jié)晶大小均齊，分布均勻，彼此被20%30%的 中間體隔開(kāi)。 A礦晶形完整、邊棱整齊光潔、包裹物少，含量約50%60% 。 B礦晶體圓度較好，有清晰的雙晶紋，含量約20%30% 。 孔洞較少，形狀規(guī)則，大小在80m左右。 這是正常煅燒的優(yōu)質(zhì)熟料巖相結(jié)構(gòu)，圖7-24，圖9-25，見(jiàn)表7-2 。 85 86 斑狀結(jié)構(gòu)： A礦和B礦結(jié)晶清晰，但大小不均齊，分布不均勻。 A礦

37、邊棱不光潔，已有部分分解和溶蝕現(xiàn)象。 B礦圓度不好，有時(shí)還能見(jiàn)到大堆的f-CaO礦巢。 這種熟料的巖相結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7-25，圖9-37，見(jiàn)表7-3。 87 88 多孔結(jié)構(gòu)： A礦晶體發(fā)育不良，顆粒細(xì)小，邊棱不光潔，有嚴(yán)重的分解和 溶蝕現(xiàn)象，體內(nèi)有包裹物。 B礦晶形不規(guī)則，無(wú)雙晶紋，含量多，分布不均。 中間體數(shù)量少。孔隙率高達(dá)50%60%。 鏡下常見(jiàn)到大堆的 f-CaO礦巢。 這是配方不良，煅燒不足的巖相結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖7-26，表7-4。 89 90 nExtremely heterogeneous clinker containing large concentrations of loosely packed yellow-amber belite and alite with a wide range of crystal sizes and, like the belite, a nonuniform distribution. Free lime is abundant (dark, round crystals). Sandy, silica-rich raw feed with co