矿化剂对熟料煅烧和质量的影响.docx

一、氟化钙
富含CaF2的萤石是广泛使用的一种矿化剂。在熟料煅烧过程中，氟化钙可加速碳酸钙的分解，破坏SiO2晶格，增加其反应活性，促进固相反应。
当原料中有长石等含碱矿物(如钾长石)时，加入萤石能降低它们的分解温度，加速它们的分解和挥发。CaF2在1000~1200℃时还能促使C3A分解成C12A7和CaO，使析出的CaO与C2S结合成C3S，增加A矿的含量，这在烧Al2O3含量高的生料时(如生产白水泥)，影响较明显。
氟化钙可显著降低液相出现的温度和熟料烧成温度，加入0.6%~1.2%的CaF2，可降低烧成温度50~100℃，扩大了烧成温度范围，相当于延长了烧成带的长度，增加物料的反应时间。此外，氟化钙还可降低液相黏度，有利于液相中质点的扩散，加速硅酸三钙的形成。
近来研究表明，加入氟化钙，能使硅酸三钙在低于1200℃的温度下形成，硅酸盐水泥熟料可在 1350℃左右烧成，其熟料组成中含有C3S、C2S、C11A7·CaF2、C4AF 等矿物，有时也可生成C3A矿物，熟料质量良好，安定性合格。也可以使熟料在1400℃以上温度烧成，获得普通矿物组成的水泥熟料，
掺氟化钙矿化剂时，熟料应急冷，以防止C3S分解而影响强度。
二、硫
原料粘土或页岩中含有少量硫，燃料中带入的硫通常较原料中多，在氧化气氛中，含硫化合物最终都被氧化成为SO3，并分布在熟料、热气以及飞灰中。硫对熟料形成有强化作用：SO3能降低液相黏度，增加液相数量，可以形成2C2S·CaSO4及无水硫铝酸钙4CaO·3Al2O3·SO3(简写为C4A3S)。2C2S·CaSO4为中间过渡化合物，它于1050℃左右开始形成，于1300℃左右分解为a-C2S和CaSO4。硫还对B矿有一定的稳定作用。
C4A3S是一种早强矿物，因而，在水泥熟料中含有适当数量的无水硫铝酸钙有利于早期强度。
加入SO3能降低液相出现温度，并能使液相黏度和表面张力降低，所以，SO3能明显地促进阿利特晶体的生长过程，有利于生长大晶体颗粒，但含硫酸盐的阿利特晶体的水硬性较弱，因此，单独使用硫化物作为矿化剂时必须注意这一点。
三萤石、石膏复合矿化剂
两种或两种以上的矿化剂一起使用时，称为复合矿化剂，最常用的是氟化钙(萤石)和石膏复合矿化剂。
掺加萤石、石膏复合矿化剂，熟料的形成过程比较复杂，影响因较多，如与料组成(KH高低，IM大小等)、C(CaF2)/C(SO3)比值、烧成温度高低等均有关系。不同条件生成的熟料矿物并不完全相同。氟硫复合矿化剂的加入，大约在900~950℃开始形成3C2S·3CaSO4·CaF2，随温度升高，物料出现较大的液相量。氟硫复合矿化剂可使A矿的形成温度降低150~200℃，促进了阿利特的形成。
掺氟硫复合矿化剂的硅酸盐水泥熟料，多采用高饱和系数、低硅率和高铝率配料方案若仅从有利于熟料矿物的形成来考虑，氟硫复合矿化剂的石膏掺量，以熟料中(SO3)=1.0%~1.5%为宜；萤石的掺量，以熟料中C(CaF2)=0.4%~0.8%为宜；氟硫比[C(CaF2)/C(SO3)]以0.35~0.6为宜。若从保护环境来考虑，氟硫的含量宜严格控制。
还值得注意的是，掺氟硫复合矿化剂的熟料，有时会出现闪凝、有时慢凝的不正常结现象。一般饱和系数偏低、煅烧温度偏低、窑内出现还原气氛、铝率偏高时，易出现闪凝现象。当煅烧温度过高、铝率偏低、饱和系数偏高、MgO和CaF2含量偏高时，会出现慢凝现象。另外还要注意氟硫复合矿化剂对窑衬的腐蚀和对大气的污染。
四、碱
水泥熟料中的碱主要是指钾和钠这两种元素(以R表示)，其主要来源于原料。粘土和石灰石中的长石、云母等杂质是含碱的铝酸盐。在以煤作燃料时，也有少量碱。物料在煅烧过程中，苛性碱、氯碱首先挥发，碱的碳酸盐和硫酸盐次之，而存在于长石、云母、伊利石中的碱要在较高的温度下才挥发。挥发的碱随窑内烟气向窑低温区域运动时，一部分会凝结在温度较低的生料上，另一部分随废气排走。对于预热器窑，通常会在预热器内就冷，然后又和生料一起进入窑内，温度升高时又挥发，这样就产生了碱循环。当碱循环富集到一定程度就会引起氯化碱和硫酸碱等化合物黏附在预热器锥体部分或卸料溜子，形成结皮，严重时会出现堵塞现象，影响正常生产，因此原料含碱量高时对带旋风预热器的窑采取旁路放风排碱是办法之一。
微量的碱能降低共熔温度，降低熟料烧成温度，增加液相量，起助熔作用，对熟料性能并不造成多少危害。但碱含量高时会出现煅烧困难，同时碱和熟料矿物反应生成含碱矿物和固溶体KC23S12和NC8A3，这将使C3S难以形成，增加游离氧化钙含量，影响熟料强度。
熟料中硫的存在，由于生成碱的硫化物，硫碱比在一定范围内，可以缓和碱的不利影响。水泥中含碱量高，由于碱易生成钾石膏(K2SO4·CaSO4·H2O)，使水泥库结块，造成水泥快凝。碱还能使混凝土表面起霜(白斑)。水泥中的碱在一定条件下能和活性集料发生“碱-集料反应”，产生局部膨胀，引起构筑物变形开裂。
生产低热水泥用于水工建筑时其碱含量应小于0.6%。对于旋风预热器窑和预分解窑，还有硫碱比的问题。
五、氧化镁
石灰石中常含有一定数量的碳酸镁，分解出的氧化镁参与熟料的煅烧过程，一部分与熟料矿物结合成固溶体，一部分溶于玻璃相中，还有的可能以游离状态存在。少量氧化镁能降低熟料的烧成温度，增加液相数量，降低液相黏度，有利于熟料的烧成，可起助熔作用。氧化镁还能改善水泥色泽。少量氧化镁与C4AF形成固溶体，能使C4AF从棕色变为橄榄绿色，从而使水泥的颜色变为墨绿色。在硅酸盐水泥熟料中，氧化镁在熟料矿物中的固溶量可达约2%，多余的氧化镁急冷成玻璃相或呈现游离状态以方镁石结晶存在，若化镁含量过大，会影响水泥的安定性。
六、氧化磷
熟料中氧化磷的含量一般甚少，当原料中含有磷(P2O5)，例如采用磷石灰或用含磷化合物作矿化剂时，可带入少量磷。当熟料中氧化磷(P2O5)含量在0.1%~0.3%时，可以提高熟料强度。但含P2O5高的熟料会导致C3S分解，每增加1%的P2O5，将会减少9.9%的C3S，增加10.9%的C2S，当P2O5含量达7%左右时，熟料中C3S含量将会减少到零。因此，当使用含磷较高的原料时，应注意适当减少熟料中氧化钙含量，以免游离氧化钙过高。由于这种熟料料C(C3S)/C(C2S)的比值较低，因而强度发展较慢。当磷灰石含有氟时，可以减少C3S的分解，同时使液相生成温度降低，所以当原料中含磷时，可加入萤石以抵消部分P2O5的不良影响。
七、氧化钛
粘土原料中含有少量的氧化钛(TiO2)，一般熟料中氧化钛含量不超过0.3%，当熟料中含有少量的氧化钛(0.5%~1.0%)，由于它能与各种水泥熟料矿物形成固溶体，特别是对 β-C2S起稳定作用，可提高水泥强度。但含量过多，TiO2与CaO反应生成没有水硬性的钙钛矿(CaO·TiO2)等，消耗了 CaO，减少了熟料中A矿的含量，从而影响水泥强度。因此，氧化钛在熟料中的含量应小于1%。
八、氧化钨
部分铁质原料会含有少量的氧化钨。当熟料中的氧化钨大于0.1%时，对熟料的矿物形成有不利的影响；但其含量在0.001%~0.08%范围内可改善生料的易烧性，有利于熟料矿物的形成，可提高早期强度。