硫对硅酸盐水泥熟料烧成过程的影响规律研究

姚鹏

摘 要：硫在熟料的烧成过程中会产生一定的影响，本文对硫在熟料锻烧过程中的作用规律进行了分析，以更好的控制硫碱之间的比例，促进熟料矿物的低温形成， 大大降低熟料烧成的热耗。

关键词：硫；水泥熟料；实验；影响规律

1 硫在熟料锻烧过程中的作用规律

1.1 原料

SO3可以降低液相初析温度和液相粘度、增加液相量、形成过渡相，具有加快熟料矿物形成的矿化作用。对干法水泥生产分析和研究，知道了造成系统结皮堵塞的原因是由于硫、碱、氯的循环富集。干法水泥生产中硫在结皮堵塞的现象中承担何种作用，如何让会对水泥熟料液相初析温度影响较大，进行实验配料设计时采用分析纯化学试剂，硫、氯、碱由CaSO4·2H2O、二氯化钙和NaCO3引入。

1.2 样品制备

称取化学试剂研磨，均匀混合，加上约8%的蒸馏水进行搅拌，施加一定压力压制成圆饼状，放烘箱烘干后放增祸内加入硅铝炉中锻烧，从室温升到400℃后以每分10℃的速率进行升温，分别升高到1050℃、1100℃、1310℃和1360℃，并在各温度进行恒温锻烧2小时，取出自然冷却进行研磨， 直到精细无颗粒。

1.3 出炉试样特征分析

分成四种生料试样，1样不加硫，2样加硫，3样加硫碱， 4样加硫碱氯。从煅烧熟料外观看，前两个温度锻烧的熟料饼基本上还是块状， 1310℃锻烧熟料疏松，1样完全粉化，2样部分粉化，3样液相较多， 4样液相极少；1360℃锻烧的熟料1样完全粉化，2样部分粉化，3样液相最多， 4样液相较多。这几种状态表明不加硫的生料1比加硫的生料2更容易粉化，加硫碱3样容易提前出现液相，加硫碱氯的4样缓解了硫碱的作用。未加硫的试样严重粉化说明生成Y—C2S较多，单独加入硫时粉化现象有所改善，硫碱或氯可以遏制粉化现象。

1.4 测试方法

（1）差热分析（DTA）。该方法是通过差热电偶对热中性体与被测试样在加热过程中的温差进行测定。加热过程中如果试样不发生物理化学变化，不产生热效应，试样与热中性体无温差，差热电偶两端热电势抵消；如果试样产生物理化学变化并发生热效应，试样与热中性体有温差，差热电偶就会有温差电势产生。试样与热中性体间的温差用时间和温度制成图得到差热曲线（DTA）。试样无热效应表示温差为零，差热曲线呈水平线。当产生热效应曲线会出现转折有峰或谷出现。曲线转折的时间表示物理化学变化的开始时间，峰或谷表示试样变化最剧烈的温度，如果热效应越大，峰或谷就会越高，面积也会越大。

（2）X射线衍射分析。如果X射线射入结晶物质会出现衍射现象，表现为衍射线的方向和强度两个特征。因为晶面间距d值与晶胞的形状和大小关系密切， 相对强度I/I0值与晶胞中的原子种类、数目及位置联系密切，依据射线衍射技术得到的d值和I/I0值，可以对对应的结晶物质进行鉴别和物相分析。

1.5 实验结果分析

（1）差热结果分析。通过实验结果分析， 800℃左右吸热峰碳酸盐开始大量分解，1050℃左右出现放热峰，水泥熟料的中间矿物、铝酸盐矿物及部分C2S开始形成；1300℃-1370℃出现第二个明显的吸热峰，液相形成并不断增多。通过曲线变化形状可以看出，在未加硫、硫碱和硫碱氯时（1样生料）出现液相前没有明显的放热峰，表明各种氧化物反应和熟料矿物的形成速度较慢；加硫、硫碱和硫碱氯的（2样3样和4样），各种氧化物反应剧烈，1050℃-1100℃放热峰明显，说明加入硫、硫碱和硫碱氯后固相反应加速，有利于熟料的烧成。通过实验数据进行分析，首先分析固相反应温度，硫加入碱或碱氯时生料活性提高，固相反应加速。硫单独作用固相反应温度升高33℃，碱存在时固相反应温度升高32℃，碱氯存在时固相反应温度升高4℃，表明氯对缓解硫碱的影响有一定作用，便于低温形成熟料矿物。其次分析液相初析温度，加入硫液相初析温度降低4℃，液相大量出现的温度降低10℃；在碱存在时液相初析温度降低52℃，液相大量出现的温度降低66℃；在碱氯存在时液相初析温度降低16℃，液相大量出现的温度降低65℃。由此说明水泥生料在锻烧时， 液相初析温度降低并不是硫单独的作用，而是与碱氯共同作用，加速溶剂矿物或低熔点矿物生成，液相快速大量出现，在加上其他因素综合导致出现结皮堵塞现象。

（2）作用规律分析。通过实验数据可以看出，温度升高有利于熟料烧成，但硫在不同条件下作用不同， 在1050-1310℃，1试样主要生成矿物C2S和C2F， 1360℃左右矿物组成发生变化生成C3S和C2AS；1050℃～1100℃，加硫2试样主要生成矿物C2S和C2F，出现新矿相CA2， 1310℃产生新物相C3S， 1360℃产生新物相C2AS；1050-1100℃，碱存在的加硫3试样主要生成矿物C2S和C2F， CA2转化为C4A3S，1310℃开始出现C3S，1360℃时C4A3S发生分解或形成固溶体；碱氯存在时的加硫4试样，1050℃～1100℃，主要生成矿物C2S和C2F，部分硫转化为C4A3S，1300℃开始形成C3S，1360℃时C4A3S发生分解或形成固溶体，出现新物相C3A和C4AF。 根据实验判断1060℃左右1样出现不明显的放热峰，是因为C2S和C2F生成后的放热，4样明显的放热峰是因为硫在碱氯条件下降低了C4A3S形成的温度，再加上C2S和C2F的生成，三者释放大量热量；2样1070℃附近小吸热峰出现是因为硫酸钙分解吸收了热量；1090℃左右2样和3样出现明显放热峰，是因为2样和3样大量C2S和C2F生成后的放热，并且2样CA2增大了生成量，3样CA2转化为C4A3S，都会释放大量热量。另外，从液相初析温度上分析，2样液相初析温度比l样降低是因为生成大量的C2AS，其熔点很低，且部分C4A3S融于液相，导致共熔点降低；3样液相初析温度最低是因为C4A3S分解释放 S03，加入碱形成含碱矿物和固溶体；4样液相初析温度降低是因为C3A和C4AF分解融于液相。

2 结语

通过实验分析，可以简单的总结硫在碱氯条件下对水泥熟料烧成过程中的作用规律，先将碳酸钙的晶格破坏使其活化提高分解速度，降低分解时间，加快氧化钙释放速率， 激发生料活性， 加快反应速度。同时，C4A3S的形成温度、液相初析温度和粘度大大降低，有利于溶剂矿物的形成和C2S和CaO的快速溶解和扩散，最终形成大量C3S，有利于熟料矿物的低温形成， 使熟料烧成的热耗大大降低。

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