大顆粒水泥熟料的內(nèi)外層礦物分析

工業(yè)生產(chǎn)的水泥熟料顆粒尺寸分布在10~50mm，大小參差不齊。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，約60%的煤灰在分解爐均勻摻入生料；大顆粒熟料在回轉(zhuǎn)窯結(jié)粒成球時(shí)，約40%的煤灰不均勻沉落在熟料中，煤灰進(jìn)入不到中心，導(dǎo)致由外層到內(nèi)層的煤灰摻量逐漸減少，內(nèi)外層成分不一。由于熟料熱阻導(dǎo)致內(nèi)外層燒成溫度不同，中心溫度低于外層溫度。大顆粒熟料內(nèi)外層成分和煅燒溫度的不同導(dǎo)致各層礦物組成不同，致使水泥熟料內(nèi)外層強(qiáng)度不一。未見國內(nèi)外研究熟料不同層的化學(xué)成分、礦物組成以及晶體結(jié)構(gòu)區(qū)別的相關(guān)報(bào)道。硅酸三鈣（C3S）是硅酸鹽水泥熟料最重要的組成成分，C3S的含量越高，熟料的強(qiáng)度越高。C3S共有7種晶型，燒成溫度越高，強(qiáng)度也越高。C3S通常以M1型和M3型存在，M1型比M3型的抗壓強(qiáng)度高約10%。熟料中游離氧化鈣（f-CaO）含量的高低直接影響熟料安定性和強(qiáng)度等質(zhì)量指標(biāo)，若燒成溫度過低導(dǎo)致反應(yīng)不完全，未繼續(xù)參加反應(yīng)的f-CaO過多。本試驗(yàn)研究了直徑約為40mm的大顆粒熟料外、中、內(nèi)層的化學(xué)成分、礦物組成以及C3S晶體結(jié)構(gòu)，總結(jié)出大顆粒熟料礦物相各層的真實(shí)情況。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，提升煤灰沉落時(shí)的摻入均勻性，改善煅燒條件，增加小顆粒水泥熟料的比例或調(diào)整大顆粒水泥熟料生產(chǎn)時(shí)的煤灰摻量以及煅燒溫度對提升水泥熟料強(qiáng)度均有益處。

1、試驗(yàn)1.1原材料采用兩個(gè)水泥廠（JYGD、HYXN）生產(chǎn)線上直徑約40mm的大直徑熟料，如圖1。使用角磨機(jī)對熟料顏色差異明顯的外、中、內(nèi)層進(jìn)行分割，如圖2。兩廠熟料外、中、內(nèi)層顏色和礦物致密程度均有明顯的差異，外層呈灰黑色，致密度高，質(zhì)地堅(jiān)硬；中層為內(nèi)、外層的過渡段，顏色略微發(fā)黃，致密性比外層有降低，些許疏松；內(nèi)層整個(gè)顏色發(fā)黃，致密性極差，表面有零散白點(diǎn)分布。1.2主要試驗(yàn)儀器德國蔡司ULTRA-55型掃描電子顯微鏡，AxiosmAX型X射線熒光光譜儀，D/max-RB型X射線衍射儀。1.3試驗(yàn)方法將各層熟料破碎，選取一小方形薄片，表面鍍一層厚度約為5~10nm金，使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察樣品形貌。取熟料在瑪瑙研缽中磨細(xì)并通過200目（0.074mm）方孔篩，采用X射線熒光光譜儀（XRF）對各層熟料進(jìn)行化學(xué)分析。X射線衍射儀（XRD），掃描角度為10°~70°，進(jìn)行熟料礦物測定，Rietveld全譜擬合進(jìn)行定量分析。

2、結(jié)果與討論2.1化學(xué)分析對JYGD和HYXN熟料進(jìn)行化學(xué)分析，其主要化學(xué)成分及率值見表1、表2。由表1、表2可得出：從外層到內(nèi)層，SiO2含量逐漸降低，KH值逐漸升高。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，水泥熟料從外層到內(nèi)層煤灰摻量遞減，導(dǎo)致從外層到內(nèi)層SiO2含量逐漸降低，KH值逐漸升高。2.2XRD定量分析Rietveld全譜擬合法是根據(jù)標(biāo)度因子與參考強(qiáng)度比間的關(guān)系而推導(dǎo)出相的相對含量與標(biāo)度因子間的關(guān)系。Rietveld全譜擬合定量分析結(jié)果如表3、表4。JYGD和HYXN不同熟料礦物層的XRD譜線圖對比分析分別見圖3、圖4。由表3、表4可見，內(nèi)層C2S和f-CaO含量高于外層，C3S反之；C3S-M1外層含量高于內(nèi)層。從外層到內(nèi)層由于材料的熱阻導(dǎo)致燒成溫度遞減，中心溫度最低，不能充分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致熟料中f-CaO殘留多；C2S無法和f-CaO溶解于液相形成C3S，剩余f-CaO含量遞增，生成C3S含量減少。由圖3、圖4可見，C3S峰值強(qiáng)度外層明顯高于中層、內(nèi)層且其峰形狹窄尖銳，說明從外層到內(nèi)層C3S的含量明顯降低。從外層到內(nèi)層C2S特征峰在d=2.783（2θ=32.053）強(qiáng)度逐漸遞增，且峰數(shù)增加，判斷C2S含量增加。f-CaO特征峰d=2.405?9（2θ=37.346）峰值強(qiáng)度明顯增加，中、內(nèi)層f-CaO含量大于外層含量，內(nèi)層熟料煅燒效果最差。2.3C3S晶型分析Taylor指出，在2θ=31°~33°和51°~53°特征XRD譜中根據(jù)衍射峰的分叉?zhèn)€數(shù)可以判斷出C3S晶型。JYGD和HYXN不同熟料層的C3S晶型分析見圖5、圖6。JYGD熟料外層C3S多為M1型，中層C3S為M1+M3型，內(nèi)層C3S主要為M3+T型。HYXN熟料外、中層C3S多為M1+M3型，內(nèi)層多數(shù)C3S為M3型和T型。如圖5所示，a圖在2θ=31°~33°有一高一低的尖銳雙峰，對應(yīng)晶面為（009）、（224），在（224）旁邊有一個(gè)小肩峰，對應(yīng)晶面為（404）；在51°~53°有一高一低雙峰，對應(yīng)晶面為（620），（040）；判斷a圖中晶型為M1型。b、c圖在2θ=29°~33°和51°~53°均呈多峰趨勢，且2θ=51°~53°雙峰持平，判斷其M3型C3S增加。在圖6中，a、b圖在2θ=31°~33°有一高一低的尖銳雙峰，對應(yīng)晶面為（009）、（224），在（224）旁邊有一個(gè)小肩峰，對應(yīng)晶面為（404），在2θ=51°~53°有明顯雙峰，但呈多峰趨勢；判斷晶型為M1+M3型。c圖在2θ=31°~33°呈多峰趨勢，對應(yīng)晶面為（009）、（404）、（224），且（224）尖峰強(qiáng)度高于（404），2θ=51°~53°呈多峰趨勢，判斷其C3S為M3+T型。2.4形貌分析JYGD、HYXN的熟料礦物SEM分析分別見圖7、圖8。由圖7、圖8可見，JYGD和HYXN的外層六邊形C3S居多，A礦晶型完整，包裹體少，無分解和裂紋現(xiàn)象，和C2S邊界清晰；中層C2S增加，C3S出現(xiàn)少量裂紋；內(nèi)層B礦礦巢增加，大量C2S形成，且礦物冗雜成團(tuán)，邊界不清晰。

3、結(jié)論（1）生料在回轉(zhuǎn)窯結(jié)粒成球時(shí)由于煤灰沉落，外、中、內(nèi)層包裹的煤灰含量不同是影響其化學(xué)成分不同的主要原因，其外層SiO2明顯高于中內(nèi)層，導(dǎo)致KH值從外層到內(nèi)層升高。（2）在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)由于熟料從外層到內(nèi)層存在熱阻，其煅燒溫度遞減；內(nèi)層分解形成過程差，C2S無法和f-CaO溶解于液相形成C3S，未參與化學(xué)反應(yīng)的C2S和f-CaO殘留多