原料的重要性

原料的重要性

普通水泥熟料所含的礦物相很復雜，主要由4種礦物相表達，見表1。白水泥成分中的鐵含量較低，則C4AF含量也低。抗硫酸鹽水泥熟料中，僅含有少量易與硫作用生成鈣礬石的C3A（表2）。熟料中的堿硫化合物主要由硫酸鈣、硫酸鉀、硫酸鈉等化合物組成。這些堿硫化合物有的組成復合化物，存在于窯料中。

除了上述4種主要礦物相外，熟料內還存在方鎂石（MgO）和游離石灰（fCaO）等化合物。人們習慣于用C表達CaO、S表達SiO2、F表達Fe2O3、A表達Al2O3。熟料成分性能如下：

C3S是主要提供熟料強度的礦物，與水反應生成鈣硅水化合物，以提供檢測所需的28d強度。

C2S也提供熟料的強度，但強度發展慢于C3S。

C3A與水和硫反應速度較快，需加石膏以減緩反應速度。

C4AF反應速度很快，但反應時會在水化合物表面生成保護層以阻止進一步水化來延緩反應。

堿硫化合物通常由于其高堿性，反應速度快，加速早期強度發展。為此必須限制堿含量，以避免堿與硅反應形成有害的堿骨料反應。

氧化鎂和游離石灰的量若超過5%，在水化反應時，易使混凝土產生安定性問題。

熟料中的C3S、C2S晶體是在高溫下，在C3A和C4AF和堿硫化合物組成的熔融物內，CaO和SiO2反應物相互作用生成的。通常熟料內有超過20%的熔融物時，上述反應物才能完成結合，其余的80%為熟料強度所需的礦物。

1 分析方法

水泥、熟料質量評估時，需要確切的熟料主要組成。用顯微鏡或X-ray衍射以測得晶體的比例數，從而計算出各種礦物的含量。然而，一些沒有X-ray衍射裝置的企業，則通過測定熟料的化學成分，用鮑格計算公式來計算四種主要礦物的數量。

白水泥熟料中所含的鋁鐵化合物數量低，其熔融物含量低，雖然煅燒溫度高，所含的CaO能形成熔融物，但其數量較低，難于使熟料中的礦化物結合。

煅燒熟料一般使用三率值，分別為石灰飽和系數LSF、硅酸率SR和鋁氧率AF。

2 原料化學成分

原料成分必須滿足所制造的水泥水化所得熟料的強度，在水化時不迅速凝結，使強度得以控制。

可以制造水泥熟料的原料品種見表3。

按鮑格計算方法，LSF、SR和AF率值主要由四種氧化物組成，而實際上，原料中的氧化物含量遠不止四種，表4和表5為制造水泥原料的主要成分和次要成分。

從表3來看，石灰石1和3的氧化鈣含量差別較大，意味著在配料時，石灰石3的使用量超過石灰石1。事實上，若石灰石3成分穩定，在制造水泥熟料時可能無需摻加其他成分，就能生產所需熟料。石灰石3原料中堿含量為0.8%，由此生產的熟料為1.2%，難于滿足市場對低堿水泥的需求。若采用此原料生產低堿水泥，則需用含堿低的石灰石來減少生料中的堿含量，原料費用相應增加。

表1 熟料主要相特點

表2 不同水泥熟料的相成分，%

表3 不同原料的氧化物

表4 不同石灰石的化學成分，%

表5 硅鋁質原料化學成分，%

圖1 較低LSF值的細小C3S圓形的熟料，白色晶體為C4AF，灰色為C3A

圖2 較高LSF值粗顆粒帶有的C3S晶體熟料

3 熟料

熟料主要包括4種氧化物，生產熟料所需的原料成分必須滿足所生產熟料所需的比例。在水泥窯內煅燒熟料時，當窯料溫度超過800℃時，CaCO3分解，生成CaO，所生成的CaO和SiO2作用，生成C2S。與此同時，在1400℃時氧化鋁、氧化鐵和CaO及堿硫化合物生成C3A和C4AF熔融物，C2S與CaO結合生成C3S，直至冷卻。

CaO與SiO2按比例生成C3S，在煅燒熟料時，若窯料中CaO過多，或者燒成帶太短，且溫度不夠難于使礦物結合，則CaO會出現剩余，以fCaO形式存在于熟料內。

若C3S含量所需的CaO不夠，則生成較高比例的C2S，若窯料中熔融體數量不足，在燒成帶內CaO不可能與SiO2結合，可以通過提高燒成帶溫度來提高熔融物數量，以加速CaO與SiO2的結合。在較高溫度下，生成過燒的C3S礦物，和水反應時速率低，其強度發展較慢。

在熟料煅燒過程中，人們往往認為C3S含量越多，熟料強度越高。若熟料中熔融體數量較少，C2S和fCaO結合困難。此時必須通過提高溫度對礦物進行強燒或者延長煅燒熟料的結合時間，上述工況下雖然生成較高含量的C3S礦物，但在水化時，此類礦物強度發展較慢而產生負效應。

圖1和圖2是同一臺窯使用相同原料所生成的熟料巖相圖。圖2的石灰飽和系數LSF較高，為減少fCaO，則耗能高些，所生成的C3S晶體較大，粗顆粒C3S晶體抵消了較高C3S含量所增加的水化強度。圖2中的C3A和C4AF較細，表明冷卻速率高，C3S外形的棱角較明顯，SO3揮發量增加。

選用合適的原料來保證生產的熟料質量。若原料質量不理想，所生產的熟料質量必然受到一定程度的影響。

鋁硅質原料的粘土和頁巖成分表達CaO時，不表示其礦物成分，也不表達SO3的數值，只用氧化鈣的含量，如粘土5中的氧化鈣含量為8.1%，一般認為可以用來作碳酸鈣配料用，實際上粘土5中CaO成分為硫酸鈣，不能用作原料配料。

陳友德編譯自

No.2/2014 InternationalCement Review

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（肖磊供稿）