1、材料巖相分析第六章 硅酸鹽水泥 熟料的巖相分析,10-1 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成,一. A礦 阿里特（Alite） 是含有少量MgO、Al2O3和Fe2O3的硅酸三鈣（3CaOSiO2 ，簡寫為C3S ）固溶體。,純的硅酸三鈣屬于三斜晶系。硅酸鹽水泥熟料中的A礦晶體最常見的是單斜晶系，晶體外型為假六方片狀或板狀，有時出現(xiàn)短柱狀等，圖8-1-1、7-2、7-3（為幾何軸率）。,正常煅燒熟料中A礦晶體的大小約2030m，呈邊棱平直，六角板，柱狀的自形晶（圖9-3）。,A礦的顯微結(jié)構(gòu)還有：譬如包裹著其他晶體的包裹結(jié)構(gòu)（圖9-4，圖8-1-8）。,圖3 包晶結(jié)構(gòu)的阿里特晶體,圖4 阿里特包裹 f-C

2、aO、C3A結(jié)構(gòu) 1%硝酸酒精,圖9-5是慢冷熟料A礦分解，周圍環(huán)繞著析出的小顆粒C2S晶體的花環(huán)狀結(jié)構(gòu)。,圖12 花環(huán)狀結(jié)構(gòu)A礦和片狀C3A 蒸餾水 優(yōu)質(zhì)料,圖9-6是受酸性溶液浸蝕后形成的港灣狀結(jié)構(gòu)； 圖9-7是內(nèi)外成份不同出現(xiàn)的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，等等。,在反光顯微鏡下，用 1% 的 NH4Cl 水溶液浸蝕光片后A礦呈蘭色；用 1% 硝酸酒精浸蝕光片后，A礦呈棕色。,二. B礦 貝里特（Belite） 是含有某些金屬離子的硅酸二鈣（2CaOSiO2，簡寫為C2S ）固溶體，有多種晶型。工廠水泥熟料中的B礦大部分為型的，屬單斜晶系。,- C2S 一般呈圓粒狀，常具有兩組相互交叉的雙晶紋（圖7-4，圖

3、9-8，圖8-1-2）。,或一組平行的晶紋（圖7-5，圖9-9）。 前者在燒成溫度高并快速冷卻的優(yōu)質(zhì)熟料中出現(xiàn)，后者在燒成溫度較低而冷卻速度又較慢的熟料中出現(xiàn) 。,圖10 無定形具有平行晶紋貝里特 1%硝酸酒精溶液 優(yōu)質(zhì)料,因窯內(nèi)還原氣氛或其他工藝因素的影響，還會呈現(xiàn)手指狀（圖7-8，圖9-10），樹葉 狀（圖9-11），花蕾狀（圖7-6）和 腦狀（圖7-7，圖9-12）B礦。,圖8 梭狀貝里特 1%氯化銨溶液 優(yōu)質(zhì)料,因此，根據(jù)-C2S的形態(tài)和雙晶紋的變化，可以推斷窯內(nèi)的煅燒溫度及熱工制度。,當- C2S 轉(zhuǎn)變?yōu)? C2S 時，體積要增大10%左右，大量轉(zhuǎn)變時常會使熟料崩裂呈粉狀（圖7-9）

4、。,- C2S 在反光顯微鏡下，用 1NH4Cl 水溶液或 1% 硝酸酒精浸蝕光片后，都呈現(xiàn)棕色或棕黃色。,三. 黑色中間體 填充在A礦和B礦之間的鋁酸鹽相、鐵鋁酸鹽相和組成不定的玻璃相，總稱為中間體。中間體按反射率大小分為黑色中間體和白色中間體兩大類。,鋁酸鹽類礦物屬黑色中間體，主要有鋁酸三鈣（3CaOAl2O3 ，簡寫為 C3A ），屬于等軸晶系。當鋁氧率大（P1.6）而熟料又慢冷時，C3A晶體呈四方片狀或葉片狀（圖7-10，圖9-14，圖8-1-16）。,圖12 花環(huán)狀結(jié)構(gòu)A礦和片狀C3A 蒸餾水 優(yōu)質(zhì)料,快冷時則呈 點滴狀、點線狀和骨骼狀（圖7-11，圖9-15），也有呈針狀或纖維狀析

5、晶的（圖7-12）。 當熟料出燒成帶急冷時，C3A來不及析晶，則形成玻璃相物質(zhì)。,在反光顯微鏡下，用 1% NH4Cl 水溶液或 1% 硝酸酒精溶液浸蝕光片后，C3A呈暗色或灰色；用蒸餾水浸蝕光片后，C3A呈蘭灰色。,四. 白色中間體 主要是鐵鋁酸四鈣（4CaOAl2O3Fe2O3， 簡寫為C4AF），又稱為C礦（才利特），它是水泥熟料中間體中反射率較大，色澤淺的部分（圖7-14）。,當熟料鋁氧率較高（P1.38）而又快冷時，它以他形晶填充于A礦和B礦之間，或因來不及析晶而成玻璃相；當熟料的鋁氧率較低（P1.38）而又慢冷時，它可呈棱柱狀半自形晶出現(xiàn)（圖7-15，圖9-13，圖8-1-17）。

6、C4AF屬斜方晶系。,五. 游離氧化鈣 又稱游離石灰，常用 f CaO 表示 。 它是沒有與熟料中其它成份化合的氧化鈣，屬等軸晶系。,1. 一次游離氧化鈣：又稱殘存游離氧化鈣，是生料中殘留下來的氧化鈣，殘存的原因大致有以下幾種。, 生料細度沒有達到要求，石灰石（或混入的方解石）顆粒太粗，在煅燒過程中反應(yīng)不完全，這種殘留下來的氧化鈣在鏡下呈圓形或卵形，粒徑較大，而且成堆聚集形成礦巢型分布（圖7-16，圖9-16）。, 生料的飽和系數(shù)過高，硅酸率太低，在鏡下能見到未化合的游離氧化鈣以園粒狀分布于A礦和B礦之間，或包裹于A礦中間（7-17，圖7-18）。, 煅燒溫度過低，液相量少，粘度大，CaO沒有

7、被充分地吸收生成C3S，而呈游離狀態(tài)殘存下來。,2. 二次游離氧化鈣：又稱次生游離氧化鈣。 它是A礦中分解出來的CaO，大致有以下兩種。, 熟料在高溫下慢冷，A礦在1250 C左右停留的時間過長，將分解為B礦和游離氧化鈣，此時A礦邊緣往往出現(xiàn)許多小粒B礦，形成花環(huán)結(jié)構(gòu)A礦，同時出現(xiàn)一些極細小的游離氧化鈣溶入液相或聚集成團形成蠕蟲狀結(jié)構(gòu)（圖7-19，圖8-1-23）, 發(fā)生陽離子置換，F(xiàn)e2+ 離子進入A礦使A礦由不穩(wěn)定到分解，同時置換出游離氧化鈣，形成所謂蠕蟲狀結(jié)構(gòu)的B礦和 f-CaO。,在反光顯微鏡下，用蒸餾水浸蝕光片35秒鐘，游離氧化鈣呈現(xiàn)彩虹色，極易辨認。,圖14 游離氧化鈣礦巢 蒸餾水

8、 優(yōu)質(zhì)料,六. 方鎂石： 是單獨析晶的游離氧化鎂（MgO），屬等軸晶系。 方鎂石在反光顯微鏡下突起高，一般呈三角形或多角形小晶體，其表面略顯粉紅色。,圖16 粉紅色突起較高的方鎂石 1%氫氧化鉀溶液 優(yōu)質(zhì)料,當熟料中MgO的成份高達一定數(shù)量時，MgO便會從中間體中單獨析晶出來（圖7-20，圖8-1-14）。,七. 玻璃相：成份不定，含有多量的Al2O3和Fe2O3組分。 在偏光顯微鏡下玻璃相與結(jié)晶相不易識別，但在反射光下用10%KOH水溶液及1%硝酸酒精溶液腐蝕后，玻璃相呈暗黑色的包裹體。,八. 孔洞 是熟料中的氣相在冷卻過程中形成的，在視域中孔洞呈凹下去的圓形、三角形或不規(guī)則多角形等。由于光

9、線漫反射的原因，孔洞部分顯得較為黯淡，當提升或下降鏡筒時，孔洞大小也隨之變化。,孔洞在鏡下呈現(xiàn)的顏色主要決定于光片拋光粉的顏色。煅燒正常的熟料中的孔洞大小為80100m，呈圓形，而且分布較均勻。,10-2 熟料巖相結(jié)構(gòu)類型與強度的關(guān)系,一. 熟料礦物形態(tài)特征的描述 見表7-1，水泥熟料常見礦物形態(tài)。,除表以外，還常用下列幾種礦物集合體形態(tài)的術(shù)語。 1. 礦巢：是一種礦物的不規(guī)則堆聚，且在礦物顆粒間有明顯界線。, B礦巢：由原料中粗粒長石、石英或礦渣形成，粗大的B礦幾乎緊緊連在一起，見圖9-26 ，圖8-1-12, 游離氧化鈣礦巢：是由粗粒石灰石在煅燒中CaO沒有被完全吸收形成的，圖7-22，圖

10、9-21。,當生料中有粗粒白云石時，還會形成方鎂石與游離氧化鈣的等粒結(jié)構(gòu)礦巢，見圖7-23，圖9-27 。,2. 共析晶體： 固溶體的組分在一定溫度下分離出來，同時析出形成幾種獨立的晶體。如析出的二次B礦小粒（圖7-47）。,3. 孔隙率 鏡下的孔隙率是指孔洞的面積S孔與 熟料礦物的總面積S礦之比（S孔/S礦100%）。煅燒良好的熟料孔隙率一般在25%30%，立升重為1450 g/L 左右。,二. 熟料的巖相結(jié)構(gòu)構(gòu)造類型 1.構(gòu)造類型：礦物集合體、玻璃體及孔洞的之間的排列、充填方式。 塊狀構(gòu)造：熟料中礦物大小相似、排布均勻、孔洞較少、形狀規(guī)則，正常煅燒的熟料有此構(gòu)造。, 多孔構(gòu)造：鏡下孔洞較多

11、、孔徑較大，部分正常煅燒的多孔狀熟料及欠燒熟料有此構(gòu)造。 層狀構(gòu)造：熟料中分層，各層礦物的組成、顆粒大小不同。旋窯中的圈料、窯皮料及輕燒、急燒熟料有此構(gòu)造。,2. 結(jié)構(gòu)類型：礦物結(jié)晶程度，顆粒大小形 狀及其相互間的關(guān)系。, 均齊結(jié)構(gòu)：A礦和B礦清晰，結(jié)晶大小均齊，分布均勻，彼此被20%30%的中間體隔開。A礦晶形完整、邊棱整齊光潔、包裹物少，大小在30 m左右，數(shù)量約為50%60% 。B礦晶體園度較好，有清晰的雙晶紋，含量約20%30% ?？锥摧^少，大小在80m左右。這是正常煅燒的優(yōu)質(zhì)熟料巖相結(jié)構(gòu)，圖7-24，圖9-25，見表7-2 。, 斑狀結(jié)構(gòu)： A礦和B礦清晰，但大小不均齊，分布不均勻。

12、 A礦邊棱不光潔，已有部分分解和溶蝕現(xiàn)象。 B礦園度不好，有時還能見到大堆的f-CaO礦巢。見圖7-25，圖9-37，再見表7-3。, 多孔結(jié)構(gòu)：A礦晶體發(fā)育不良，顆粒細小，邊棱有嚴重的分解和溶蝕現(xiàn)象，體內(nèi)有包裹物。 B礦晶形不規(guī)則。中間體數(shù)量少?？紫堵矢哌_50%60%。鏡下常見到大堆的 f-CaO礦巢。這是配方不良，煅燒不足熟料的巖相結(jié)構(gòu)，見圖7-26，表7-4。,三. 熟料巖相結(jié)構(gòu)類型與強度的關(guān)系 一級熟料：巖相特征為均齊結(jié)構(gòu)，圖7-27，圖9-25，見表7-8 。,2. 二級熟料：巖相 結(jié)構(gòu)基本上與斑狀結(jié)構(gòu)接近。A礦和B礦清晰，但大小不均齊，分布不均勻。 A礦邊棱不光潔，體內(nèi)有包裹物。

13、B礦園度不好，含量多，可達30%以上。中間體少，分布不均。游離氧化鈣較高，有時能見到 f-CaO礦巢?？紫堵时纫患壥炝细?，且大而不規(guī)則。圖7-28，見表7-9 。,3. 三級熟料：巖相 結(jié)構(gòu)類似于多孔結(jié)構(gòu)。 A礦晶體發(fā)育不良，顆粒細小，10m以下的占多數(shù)，含量較少； B礦晶形不規(guī)則，含量增加到30%40%，成堆分布；中間體數(shù)量少，礦物間相互接觸；游離氧化鈣呈礦巢型分布；孔洞多而大（孔徑達100200 m ，孔隙率高達50%60%），見圖7-29 。,熟料巖相結(jié)構(gòu)與強度的關(guān)系總是遵循下列規(guī)律變化：強度由高到低，熟料礦物巖相結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律為： A礦形態(tài)由規(guī)則的長柱狀、板狀依次到不規(guī)則狀； A礦大小

14、由均齊到不均齊，晶體尺寸依次變小，并至細晶成堆；, A礦和B礦之間分布依次由均勻變?yōu)椴痪鶆颍?B礦是圓形且具清晰的二組雙晶紋，依次到小圓粒無雙晶紋，手指狀，樹枝狀； B礦數(shù)量由少到多，由均勻到成堆分布； 中間相含量逐漸減少；, 黑色中間體由點滴狀、點線狀、骨骼狀依次到葉片狀、板狀； 白色中間體的反射率由高到低； 游離氧化鈣的數(shù)量依次遞增，由少量到小堆，直到形成fCaO礦巢； 孔洞由少到多，由圓形到不規(guī)則，分布由均勻到不均勻，孔隙率由小到大。,10-3 原料對熟料巖相結(jié)構(gòu)的影響,主要原料有：石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料、硅質(zhì)原料及鐵質(zhì)原料等。,一. 石灰質(zhì)原料 石灰?guī)r用得最多，其主要礦物成分為方解石，

15、其次有白云石、方鎂石、石英、燧石等，它們的光學性質(zhì)見表7-13。,1. 方解石尺寸大小的影響 獲得熟料中的CaO。制水泥用的石灰?guī)r，以隱晶質(zhì)的最好，其中方解石晶體尺寸在1m左右，見圖9-19，圖8-1-5。易磨性好，比表面積小，料間固相反應(yīng)好，好煅燒，熟料強度高。,經(jīng)過變質(zhì)作用的石灰?guī)r，方解石晶體尺寸可以增大10到幾十倍，而且石灰?guī)r的結(jié)構(gòu)堅硬致密，顆粒間結(jié)合力增強，易磨性差。易磨性差的石灰?guī)r往往在生料中留下粗顆粒的石灰石，是形成游離氧化鈣礦巢的主要原因。見圖9-20，圖8-1-6，圖9-21。,2. 石灰?guī)r成分和性質(zhì)的影響 石灰?guī)r的白云巖化，方鎂石析晶嚴重，嚴重影響水泥的安定性，圖8-1-7。

16、,周圍SiO2與方解石發(fā)生置換反應(yīng)，形成高SiO2礦物，特別是燧石結(jié)核，易磨性差，熟料中A礦數(shù)量減少，包裹物多（圖9-22）。,二. 粘土質(zhì)原料 獲得熟料中所需的SiO2和Al2O3 。粘土也是熟料中堿金屬氧化物（K2O、Na2O） 的主要來源 ，易生成高堿的鈉鋁酸鈣（Na2O8CaO3Al2O3）（NC8A3）和鉀硅酸鈣（K2O23CaO12SiO2）（KC23S12）。圖9-23，圖9-24，圖8-1-9，圖8-1-10。,圖17 樹枝狀 K C23S12 晶體,圖17 樹枝狀 K C23S12 晶體,三. 硅質(zhì)原料 當粘土中含較多的石英或者用石英砂作原料校正時，石英含量達10%以上的生料

17、將會出現(xiàn)竄料難燒現(xiàn)象，若石英的含量從2.5降低到1.5，熟料產(chǎn)量就可提高10%以上。石英的粒度愈大，熟料抗壓強度降低的百分率亦就愈多，粗粒石英會出現(xiàn)B類礦巢（圖9-26，圖8-1-11）。,10-4 生產(chǎn)工藝條件對熟料巖相結(jié)構(gòu)的影響,一. 配料率值的影響 石灰飽和系數(shù)KH：表示SiO2被CaO的飽和程度，亦表示了C3S與C2S的相對量。KH高則A礦多，KH低則B礦多。,在巖相分析時可根據(jù)鏡下實測的C3S和C2S數(shù)量來計算KH值，公式：,還可根據(jù)A礦中的包裹體成分來判斷KH的大?。篕H 0.90 時，一般A礦包裹物常為C2S（圖7-30，圖8-1-8）。,KH 0.90時，則A礦包裹物常見 fC

18、aO；當KH0.90時，則A礦包裹體中兩者都可能存在（圖7-31）。,硅酸率n：表示硅酸鹽礦物（C3SC2S）與溶劑礦物（C3AC4AF）的相對含量。n高則煅燒過程中會出現(xiàn)液相量不足，熟料燒成困難；n低則因硅酸鹽礦物太少而使水泥強度降低，兩種不同n的熟料巖相結(jié)構(gòu)見圖7-32。,在巖相分析時，可用測定熟料主要礦物的百分含量來計算硅酸率 還可以熟料中間體的數(shù)量來估計硅酸率。,鋁率（鐵率）P：表示熔劑礦物C3A與C4AF的相對含量。P高則煅燒時液相粘度大，P低則粘度小。巖相分析時可用實測的C3A和C4AF的含量計算P：,當P 1.38時，C4AF以白色菱柱狀半自形晶出現(xiàn)，而C3A以他形充填與C4AF

19、中間（圖8-1-17，圖9-13）。,當P 1.38時，C3A以灰色四方片狀、條帶狀或半自形晶出現(xiàn)，而C4AF以他形填隙于C3A中間（圖8-1-16，圖9-14）。,當P1.38時，C3A和C4AF均以半自形或他形晶出現(xiàn)并互相填隙（圖9-15 ，圖7-33 ，圖8-1-22）。,二. 生料細度和均化的影響 1.細度：若入窯生料的顆粒以小于100m為主時，容易燒出顯微結(jié)構(gòu)均勻的熟料（圖9-25）。,當有粗粒原料混入時，生料局部失去均勻性，窯里反應(yīng)就不完全 ，如大粒石灰石易形成fCaO礦巢（圖8-1-13，圖9-21）。,粗粒長石、石英會形成B礦巢（圖9-26，圖8-1-12，8-1-11）；粗粒

20、白云石會形成方鎂石和 f -CaO的等粒狀礦巢（圖9-27，圖8-1-14）。,2. 均化：生料均化不好，在巖相結(jié)構(gòu)上可見到熟料礦物嚴重分布不均（圖7-34，圖8-1-15，圖9-28），且晶體大小不一，中間體分布亦不均勻。,三.煅燒溫度和時間的影響 普通熟料的燒成都有一個溫度范圍和一個時間范圍，正常煅燒熟料的反應(yīng)過程為：物料溫度升達1300以上時，熔劑礦物熔融成液相，C2S（固相反應(yīng)生成）和CaO溶入液相內(nèi)，相互反應(yīng)生長C3S。,溫度升高到1450左右時，生成的C3S晶格中再溶入較多的鋁酸鹽、鐵鋁酸鹽和MgO，形成固溶體，當熟料再次下降到1300時，燒成可以說是完成了，此過程（物料在燒成帶）

21、約1015分鐘。此熟料為正常熟料。,如果生產(chǎn)工藝中的某一個或幾個環(huán)節(jié)控制不當，就會出現(xiàn)欠燒、輕燒、急燒及過燒等煅燒不正常的熟料。,1.欠燒熟料：燒成溫度不足，物料還沒有燒結(jié)。欠燒熟料在1300左右燒成的。它的巖相特征是：A礦極少，呈無定形，晶體細小，約在 510 m 間，大多數(shù)礦物為C2S ，中間體少。熟料中孔洞大而多，形態(tài)不規(guī)則（圖7-35，圖9-36，圖8-120）。,2. 輕燒熟料：熟料的中心部分出現(xiàn)欠燒而外觀為正常煅燒熟料。它的巖相特征是：熟料有明顯的分層構(gòu)造，料球中心部分A礦少，B礦多，中間體少，游離氧化鈣高；外層A礦多，晶體發(fā)育好，中間體豐富（圖7-36）。,3.急燒熟料：溫度偏高

22、，燒成時間不足的熟料。急燒熟料與輕燒熟料在巖相上有共同的特征：里層部分A礦形狀不夠完整，晶體大小懸殊，大者100m以上，小的不到10 m（圖9-37，圖8-1-21）；B礦呈圓形或不規(guī)則的手指狀、交叉晶紋不明顯，A礦和B礦分布不均勻，fCaO較多。,4. 過燒熟料：燒成溫度過高或在燒成帶停留時間過長的熟料。其巖相特征是：A礦晶體粗大，有些可達幾百微米，常呈板狀或長柱狀，幾何軸比較大（圖9-35，圖8-1-19），有熔融和分解現(xiàn)象。游離CaO較少，孔隙率低。,四. 冷卻制度的影響 熟料出燒成帶后即進入冷卻帶，熟料質(zhì)量與冷卻速度亦有極大的關(guān)系，在保證熟料煅燒正常條件下，水泥生產(chǎn)中總是設(shè)法加速熟料的

23、冷卻，因急冷有以下幾個明顯的優(yōu)點：, 急冷可以避免A礦分解和C2S轉(zhuǎn)化為C2S。 急冷可以避免C3A析晶呈板狀或片狀大晶體，而降低水泥的抗硫酸性能。 可以避免高MgO熟料中方鎂石的析晶，而影響水泥的安定性。 急冷使熟料球產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而提高熟料的易磨性。,急冷熟料的巖相特征： A礦晶體發(fā)育良好，晶體邊棱整齊光潔（圖7-37）； B礦呈圓形，有二組細而密的雙晶紋（圖8-1-2）, C3A析晶呈點滴狀、點線狀、樹枝狀（圖8-1-22） 白色中間體細小難辨認 。,慢冷熟料巖相特征： A礦晶體形狀不規(guī)則，邊棱圓鈍（圖8-1-28a），形成港灣狀及花環(huán)狀結(jié)構(gòu)（圖8-1-24，圖7-38），有時還可見到A礦的分解現(xiàn)象（圖8-1-23）。, B礦形狀不規(guī)則，雙晶紋