水泥熟料微觀結(jié)構(gòu)的顯微鏡觀察

水泥熟料微觀結(jié)構(gòu)的顯微鏡觀察

水泥原料的微觀結(jié)構(gòu)是其在顯微鏡下的形狀，其主要變化是由材料和工藝因素引起的。也就是熟料微觀結(jié)構(gòu)與原材料和工藝因素密切相關(guān),并從本質(zhì)上影響著熟料的性能。這樣,水泥熟料的微觀結(jié)構(gòu)不僅記錄了礦物的形成和生長的全過程,也反映了全過程的工藝因素,以及因工藝因素不同而變化了的水泥熟料諸多物性。1.充填料的組成生料在窯內(nèi)經(jīng)過干燥、預(yù)熱、分解、燒成及冷卻等階段形成熟料。硅酸鹽水泥熟料主要由硅酸三鈣(C3S)、硅酸鹽二鈣(C2S)、鋁酸三鈣(C3A)、鐵鋁酸四鈣(C4AF)等礦物所組成。生料通常是用石灰石、黏土及少量鐵礦石等按適當(dāng)?shù)谋壤渲贫伞Ｊ沂闹饕M成是碳酸鈣(CaCO3)和少量的碳酸鎂(MgCO3),黏土的主要礦物是高嶺石(SiO2·2Al2O3·2H2O)及蒙脫石(Al,Mg)2[(OH)2|Si4O10](Na,Ca)x*nH2O等,鐵礦石的主要組成是氧化鐵(Fe2O3)。硅酸鹽水泥熟料形成的過程,實(shí)際上是石灰石、黏土、鐵礦石等主要原料經(jīng)過加熱發(fā)生一系列物理化學(xué)變化形成C3A、C4AF、C2S和C3S等礦物的過程,不論窯型的變化如何,其過程是不變的。2.熟料燒結(jié)情況應(yīng)注意做到水泥熟料是以石灰石和粘土等作為原料在部份熔融狀態(tài)下燒成的,通過固液相反應(yīng)形成礦物。因此它的成分是不均一的,是多種礦物的集合體。我們用肉眼觀察熟料,從外觀可以看到顆粒大小、形狀、表面狀態(tài)、色澤等,把熟料顆粒打碎,還可看到內(nèi)部的致密程度等。從這些我們就可初步推斷熟料燒成的情況如何。而用顯微鏡觀察熟料實(shí)際上是肉眼觀察的延伸,會(huì)得到更多的信息,從而作出更為科學(xué)的推斷。在光學(xué)顯微鏡下觀察熟料,可以看到20~60μm的呈六角板狀的阿利特相、20~30μm的呈圓形并具特定雙晶條紋的貝利特相、填充于阿利特和貝利特晶體之間的黑色鋁酸三鈣相以及白色中間物鐵固溶體相。3.成熟料的制備水泥原料雖經(jīng)過優(yōu)化組合,化學(xué)成分的控制,粉磨均化,并在較佳狀態(tài)下燒成熟料。但在顯微鏡下觀察熟料,看到的并不是比例不變、均勻分布的顯微結(jié)構(gòu)。3.1熟料的均勻性生料細(xì)度控制比較重要,特別是0.2mm篩子篩余控制,一般小于1.5%,生料中顆粒較粗的部分,SiO2含量多。而顆粒較細(xì)部分,CaO含多。當(dāng)生料的均勻性不好,其中又存在200μm粗粒的不均齊原料時(shí),熟料的燒成反應(yīng)是不會(huì)順利的。粗顆粒的存在常使熟料中出現(xiàn)同種物相的礦巢結(jié)構(gòu)。但晶粒界限線明顯。有較多的貝利特和游離氧化鈣及方鎂石礦巢,3.2顯微結(jié)構(gòu)的變化高溫熟料的冷卻速度直接影響到礦物的結(jié)晶狀態(tài),關(guān)系到水泥熟料的性能。高溫熟料經(jīng)過快速冷卻,把阿利特、貝利特高溫型變體在常溫下予以穩(wěn)定,?？炖涫炝系娘@微結(jié)構(gòu)大體是:(1)阿利特結(jié)晶細(xì)小,一般在15um~40um,,邊角平直。(2)貝利特出現(xiàn)交叉雙晶紋。(3)中間相出現(xiàn)較多的玻璃質(zhì)或點(diǎn)滴狀黑色中間相,⑷游離氧化鈣偏少。慢冷熟料的顯微結(jié)構(gòu)大體是(1)阿里特較大,形狀不規(guī)則,有邊角鈍化現(xiàn)象或港灣狀,有時(shí)存在分解現(xiàn)像,析出二次游離氧化鈣和貝利特,圍繞在阿利特周圍,呈花環(huán)結(jié)構(gòu)。3.3雙亞合物巖相結(jié)構(gòu)風(fēng)煤料匹配、窯速的快慢等某些因素,會(huì)對(duì)熟料的煅燒溫度和煅燒時(shí)間產(chǎn)生影響,熟料易出現(xiàn)過燒、欠燒和急燒幾類狀況。(1)熟料燒成溫度過高,或在燒成帶停留時(shí)間過長的熟料稱為過燒熟料,巖相結(jié)構(gòu)是阿利特晶體大,游離氧化鈣和孔洞較少。但是由于發(fā)育完整的粗大的阿利特水化活性低,熟料強(qiáng)度低于正常熟料。(2)燒成溫度低或者停留時(shí)間短的熟料稱為欠燒熟料,其巖相結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為液相偏少,晶體發(fā)育不良,尺寸偏小,阿利特偏小邊角不平直;貝利特形狀不規(guī)則,表面無交叉雙晶紋,并有大量礦巢;游離氧化鈣偏多,孔洞較多。(3)燒成溫度偏高但是停留時(shí)間不足,在猛火急燒的情況下燒成的熟料稱為急燒熟料,巖相結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為,阿利特大小不均齊,貝利特交叉雙晶紋不明顯,游離氧化鈣偏多。4.微結(jié)構(gòu)對(duì)熟料質(zhì)量的影響熟料的顯微結(jié)構(gòu)因工藝因素的不同而有多種變化。根據(jù)顯微結(jié)構(gòu)與熟料質(zhì)量的對(duì)比觀察,可判明不同質(zhì)量的熟料在顯微結(jié)構(gòu)上的特征,以及產(chǎn)生于外部的工藝因素。這樣熟料強(qiáng)度的發(fā)展等物性,可以根據(jù)顯微結(jié)構(gòu)來推測。4.1貝利特晶體的穩(wěn)定性因窯內(nèi)燒成狀況不同阿利特和貝利特的大小會(huì)有顯著變化。當(dāng)原料喂入量過多,窯內(nèi)溫度會(huì)有所下降,由此使阿利特和貝利特晶體變小。相反為之利特和貝利特晶體就會(huì)變大。為此,長時(shí)間的保持較高的窯溫,阿利特、貝利特生長的就快,在1450℃以上時(shí),保持30min生成了90~100μm的大型的阿利特。這樣,熟料中阿利特和貝利特的大小,因窯內(nèi)的溫度分布和被燒物料的移動(dòng)速度而變化敏銳。阿利特的大小即結(jié)晶速度與升溫速度相對(duì)應(yīng)。貝利特的大小標(biāo)志著在高溫下結(jié)晶的生長,它與高溫保持的時(shí)間相對(duì)應(yīng),4.2阿利特在高溫下固溶量的特性一般在高溫下燒成的熟料,阿利特具有高雙折射率,而在低溫下燒成的阿利特則具有低雙折射率。雙折射率值的大小因固溶量的多少而不同。在高溫下生成的阿利特,大多固溶有適量的MgO等雜質(zhì)。高雙折射率相含有多量MgO成為單斜晶系高溫相MⅢ,而低雙折射率相是含MgO量不多的單斜晶系低溫相MⅠ。因此,阿利特的雙折射率因固溶了雜質(zhì)與高溫相的穩(wěn)定化相對(duì)應(yīng),固溶量與生成溫度相對(duì)應(yīng)。所以,利用阿利特雙折射率的測定,就可以判明熟料的燒成溫度。4.3貝利特粒子貝利特在高溫下是六方晶系的α相,被冷卻則轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈骄档摩痢?。在轉(zhuǎn)變溫度的范圍內(nèi)被緩慢冷卻時(shí),α相全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣痢嗟耐瑫r(shí),引起固溶雜質(zhì)的出溶作用。使貝利特粒子黃濁。而借助黃濁的程度可判定冷卻的速度。如此,利用阿利特,貝利特晶體的大小、因含適量的高溫穩(wěn)定相水化活性大、阿利特的雙折射率、貝利特的色調(diào)等,可以推測水泥熟料的28天抗壓強(qiáng)度。同時(shí)利用上述評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)于水泥窯作業(yè)條件的最佳化以及提高熟料質(zhì)量及其穩(wěn)定化有著極大的現(xiàn)實(shí)意義。4.4熟料的檢驗(yàn)結(jié)果熟料的質(zhì)量,其中28天的水化強(qiáng)度是最重要的指標(biāo)。由于時(shí)效關(guān)系,28天強(qiáng)度的檢驗(yàn)結(jié)果只起到質(zhì)量確認(rèn)作用,對(duì)于時(shí)刻變化的水泥熟料品位,窯的燒成狀態(tài),其起不到檢驗(yàn)結(jié)果的作用。因此,利用顯微鏡觀察水泥熟料的礦物形態(tài),進(jìn)行28天強(qiáng)度的推斷是