1、無(wú)機(jī)非金屬材料生產(chǎn)過(guò)程的共性和個(gè)性，典型的生產(chǎn)過(guò)程，2. 1水泥，2無(wú)機(jī)非金屬材料的主要品種論，不同種類的水泥主要取決于熟料礦物的性質(zhì)。 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成，(1)主要礦物：硅酸三鈣：3CaO SiO2，C3S5060%硅酸二鈣：2CaO SiO2，C2S20%鋁酸三鈣：3CaO Al2O3，簡(jiǎn)稱C3A 1 .硅酸三鈣C3S、純C3S僅在20651250的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定。 隨著溫度的降低，C3S在不同溫度存在多晶轉(zhuǎn)變。 硅酸三鈣能固溶少量其他氧化物，影響其反應(yīng)能力和晶型。 硅酸三鈣加水調(diào)制后，初凝45min，終凝12h。 水化得快。 硅酸三鈣能產(chǎn)生高強(qiáng)度，且強(qiáng)度發(fā)展較快，早期強(qiáng)度高，強(qiáng)度

2、增進(jìn)率大，28d強(qiáng)度可達(dá)一年強(qiáng)度的70 80%。 硅酸三鈣水熱高，耐水性差。 硅酸三鈣固溶體的結(jié)晶尺寸和發(fā)育程度影響其反應(yīng)能力。 2.1.1水泥熟料礦物的性質(zhì)，硅酸三鈣的合成：在CaOSiO2二元體系中：1800，數(shù)分鐘1650，1 h，C3S基本形，游離CaO 1左右； 1450，1 h，只生成少量C3S。 硅酸三鈣單礦物在1450合成時(shí)需要反復(fù)多次粉磨再燃燒。 如果存在足夠的焊劑(液相)，C2S就能夠在液相中吸收CaO，比較迅速地形成硅酸三鈣。 a礦在硅酸鹽水泥熟料中固溶其他少量氧化物的C3S也稱為阿利特(Alite )，在反射顯微鏡下為黑色多邊形粒子，2 .硅酸二鈣C2S，純C2S為14

3、50下，進(jìn)行了以下多晶轉(zhuǎn)變：C2S從型向型，體積為110 型C2S的水硬性弱，硅酸二鈣能固溶其他少量的氧化物。 根據(jù)固溶的氧化物的不同，同一晶型的硅酸鈣與水反應(yīng)得到的強(qiáng)度不同。 純硅酸二鈣色潔白，有氧化鐵則呈褐色。 硅酸二鈣固溶體與水的反應(yīng)速度很慢，28天只有20%左右的反應(yīng)。 冷凝固化慢，早期強(qiáng)度低，但后期強(qiáng)度增進(jìn)率高，1年后能趕上或超過(guò)硅酸三鈣固溶體。 硅酸二鈣固溶體水熱小，耐水性好。 b礦C2S固溶體又稱Belite，又稱b礦。 在反射顯微鏡下呈圓粒狀，急冷多具有黑白交叉孿晶條紋，緩冷多具有黑白平行孿晶條紋。 等軸晶系、可固溶部分的其他氧化物呈多晶形態(tài)。 在偏振片下是無(wú)色透明的。 在反射

4、鏡下，驟冷呈點(diǎn)滴狀，驟冷呈矩形或柱狀。 反射力弱，呈暗灰色。 水化快，散熱多，凝結(jié)快，不添加緩凝劑就會(huì)急速凝固。 硬化快，因?yàn)槟莻€(gè)強(qiáng)度在3天內(nèi)大部分被發(fā)揮，早期強(qiáng)度高，不過(guò)，絕對(duì)值不高，今后幾乎不增長(zhǎng)，并且后退。 干縮變形大，耐硫酸鹽性能差。 3 .鋁酸三鈣C3A、4 .鐵鋁酸四鈣C4AF、多呈斜方晶系、棱柱狀和圓粒狀結(jié)晶。 密度為3770公斤m 3。 在偏振片下面，有從光腳本到暗腳本的多色性、雙軸液晶、負(fù)光性、光軸角等。 在反射鏡下，由于反射能力強(qiáng)，為明亮的白色，因此在硅酸鹽水泥熟料中也稱為白色中間相。 鐵鋁酸四鈣的水合速度最初處于鋁酸三鈣和硅酸三鈣之間，但其后的發(fā)展比硅酸三鈣差。 初期的強(qiáng)

5、度與鋁酸三鈣相似，但后期可以與硅酸二鈣相似持續(xù)生長(zhǎng)。 鐵鋁酸四鈣耐沖擊性和耐硫酸鹽性能好，水熱低于鋁酸三鈣。 C3A和C4AF在燒成中的作用是，鐵鋁酸四鈣和鋁酸三鈣在燒成過(guò)程中熔融成液相，也稱為焊劑礦物，能夠促進(jìn)硅酸三鈣的順利形成。材料中的焊劑礦物過(guò)少，容易燒傷，氧化鈣難以吸收，熟料中的游離氧化鈣增加，影響熟料的品質(zhì)，降低窯的產(chǎn)量，增加燃料消耗。 助熔劑礦物過(guò)多的話，窯內(nèi)容易形成大塊，爐腫瘤容易形成?；剞D(zhuǎn)窯容易形成大塊，環(huán)也容易形成。 液相的粘度根據(jù)C3AC4AF比而增減。 粘度的影響？ c礦固溶了其他少量氧化物的C4AF稱為Celite，在也稱為c礦的偏光顯微鏡下反射力強(qiáng)，一般稱為白色中間相

6、。 黑色中間相C3A固溶體。 偏振顯微鏡反射力弱，一般稱為黑色中間相。 水泥熟料礦物的性質(zhì)，不同種類的水泥主要基于熟料礦物的性質(zhì)決定。 4種礦物性能比較，28d內(nèi)絕對(duì)強(qiáng)度： C3SC4AFC3AC2S水合速度： C3A C4AF C3SC2S水合熱： C3A C3S C4AF C2S，5 .熟料中的其他物質(zhì)及其作用，玻璃體，工廠通常熟料冷卻快，有些玻璃體的主要成分為ff 冷卻方式？ 游離氧化鈣，性質(zhì)：水合慢，水合生成氫氧化鈣，體積膨脹97.9，固化水泥石內(nèi)部產(chǎn)生局部膨脹應(yīng)力。 作用：游離氧化鈣含量增加：強(qiáng)度下降，甚至后退嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起穩(wěn)定性不良，使水泥制品變形或破裂，導(dǎo)致水泥漿的破壞。 必須嚴(yán)格

7、控制游離氧化鈣的含量。 游離氧化鈣(f-CaO )、方晶石、方晶石系游離狀態(tài)的氧化鎂結(jié)晶。 氧化鎂的作用：熟料含有少量氧化鎂時(shí)，可以降低熟料液相生成溫度，增加液相數(shù)，降低液相粘度，有利于熟料的形成，也可以改善熟料色相。 方鎂石的性質(zhì)：方鎂石的水合比游離氧化鈣慢，水合生成氫氧化鎂的話，體積會(huì)膨脹148，也會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性不良。 水化會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性不良。 方鎂石膨脹的嚴(yán)重程度與其含量、結(jié)晶尺寸等都有關(guān)系。 2.1.2、1 .硅酸鹽水泥對(duì)礦物組成的要求，由于硅酸鹽水泥是水硬膠凝材料，水泥熟料礦物，相當(dāng)于良好的水反應(yīng)能力的強(qiáng)度和良好的耐久性反應(yīng)速度能夠滿足生產(chǎn)的要求，修訂硅酸鹽水泥的組成， 由于硅酸鹽水泥中

8、含有C3S的Fe2O3含量低，所以能夠一并考慮Al2O3，C4AF通過(guò)相應(yīng)地修正C3A，能夠用CaO- Al2O3- Fe2O3三元系表示硅酸鹽水泥的原料組成。 C4AF C3A CF、CaO 62g% SiO2 20$% Al2O3 Fe2O3 6.5%、C3S 50% C2S 20% C3A C4AF 22%、2.1.3原料修正計(jì)算、1 因此，在生產(chǎn)控制中，不僅要控制熟料中的各氧化物的含量，還要控制各氧化物之間的比例，即率值。 這樣，可以比較容易地表示化學(xué)成分和礦物組成的關(guān)系，可以明確地表示水泥熟料的性能和對(duì)燒成的影響。 因此，在生產(chǎn)中，使用速率值作為生產(chǎn)控制的指標(biāo)。 我國(guó)目前采用石灰飽和

9、系數(shù)KH、硅率SM和鋁率IM個(gè)率值。 石灰飽和系數(shù)(KH )在Al2O3/Fe2O30.64時(shí)，熟料CaO與其他3種酸性氧化物SiO2、Al2O3、Fe2O3化合而形成C3S、C2S、C3A、C4AF這4個(gè)主要的熟料礦物。 理論上，烹飪材料的4個(gè)主要氧化物中，酸性氧化物應(yīng)形成堿性最高的烹飪材料礦物C3S、C3A、C4AF。 CaO有極限石灰含量。 古特曼和杰耳：石灰理論界限含量的觀點(diǎn)。 將C4AF視為“C3A”和“CF”，將“C3A”和C3A視為同一相。每個(gè)酸性氧化物所需的石灰含量分別為：1Al2O3形C3A所需的CaO=3CaO分子量/Al2O3分子量=1.65 1Fe2O3形CF所需的Ca

10、O=CaO分子量/Fe2O3分子量=0.35 1SiO2形C3S所需的CaO=3CaO分子量/SiO2分子量=2 現(xiàn)有石灰理論極限含量修正公式： CaO2.8SiO211.65Al2O30.35Fe2O3、金德、容克al2o3和fe2o3總是飽和于CaO，只有sio2完全飽和時(shí)，CaO不生成C3S，可能存在部分C2S。 否則，熟料中會(huì)出現(xiàn)游離氧化鈣。 因此，應(yīng)該在公式中的SiO2之前加入系數(shù)石灰飽和系數(shù)KH。 Cao kh2.8SiO 211.65al2o 310.35fe2o 3、kh=(Cao1. 65al2o3. 35fe2o3)/2.8 SiO 2、石灰飽和系數(shù)KH是熟料中的所有氧化硅

11、生成硅酸鈣(c3s10c2s )所需要的即KH 考慮到熟料中有游離CaO、游離SiO2和石膏，KH式為：KH=(CaO-f-CaO)-(1.65Al2O3十. 0.35fe2o30.7so3)/2.8(sio3)，KH=(c3s0. 8838 c2s )/(c3s0. 8838 c2s )。 在C2S=0的情況下，KH=1，即此時(shí)的烹調(diào)材料礦物僅為C3S、C3A、C4AF，沒(méi)有C2S。 因此，正常硅酸鹽水泥熟料中石灰飽和系數(shù)KH應(yīng)控制在0.6671.0之間。 為了使水泥具有良好的力學(xué)性能，C3S在熟料中的含量應(yīng)適當(dāng)提高，KH一般控制在0.880.94。 硅率SM、硅率也稱為硅酸率，其數(shù)學(xué)式表示

12、SiO2/(Al2O3 Fe2O3)、式中，SiO2、Al2O3、Fe2O3分別表示熟料中的各該氧化物的質(zhì)量百分率。 物理意義：硅率是表示熟料中氧化硅含量與氧化鋁、氧化鐵之和的質(zhì)量比。 還給出了熟料中硅酸鹽礦物和焊劑礦物的比例。 Al2O3/Fe2O3大于0.64時(shí)： sm=(c3s1. 3256 c2s )/(1. 434 c3s2. 046 c2s )，式中：硅率根據(jù)c3s、c2s、C3A、C3A硅酸鹽礦物與焊劑礦物之比而增減。 熟料中的硅率過(guò)高，液相量顯著減少，熱膜燒成變得困難。 特別是氧化鈣含量低、硅酸二鈣含量多時(shí)，熟料容易粉化。 硅率過(guò)低，硅酸鹽礦物過(guò)少，影響水泥的強(qiáng)度，液相過(guò)多，容

13、易出現(xiàn)結(jié)塊、結(jié)爐瘤、結(jié)圈等，影響窯的操作。 通常，硅酸鹽水泥熟料的硅率在1.72.7之間，一部分白色硅酸鹽水泥熟料的硅率高達(dá)4.0左右。 鋁率IM，率鋁也稱鐵率，其公式為IM=Al2O3/Fe2O3，物理意義：鋁率是表示熟料中氧化鋁和氧化鐵含量的質(zhì)量比，熟料焊劑礦物中的鋁酸三鈣和鐵鋁IM鋁超過(guò)0.64時(shí)，鋁率與礦物組成關(guān)系的公式為，式中C3A、C4AF為熟料中的各該礦物的質(zhì)量百分率。 鋁率的高低反映水泥燒成中的高溫液相的粘度。 鋁率高、熟料中的C3A多、對(duì)應(yīng)的C4AF少時(shí)，液相粘度大、材料難燒。 鋁率過(guò)低，液相粘度小，液相中的質(zhì)點(diǎn)容易擴(kuò)散，有利于硅酸三形成，但燒結(jié)范圍狹窄，容易在窯內(nèi)形成大塊，

14、不利于窯的操作。 中國(guó)現(xiàn)在KH、SM、IM三個(gè)效率值互相合作控制水泥生產(chǎn)，三個(gè)效率值必須同時(shí)控制，合作必須適當(dāng)。 三個(gè)匯率值不能同時(shí)升高，也不能同時(shí)降低。 三個(gè)率的值由各工廠的原料、燃料和設(shè)備等具體條件決定。 2 .熟料礦物組成的修正算法，熟料礦物組成可以用巖相分析、x射線定量分析等方法測(cè)定，也可以由化學(xué)成分修正算法。 巖相分析x射線定量分析紅外分光分析x射線光譜分析儀根據(jù)化學(xué)成分修正熟料礦物組成的方法有石灰飽和系數(shù)法和博格法兩種。石灰飽和系數(shù)法首先表示與摩爾質(zhì)量有關(guān)的比：C3S中的MC3S/MCaO=4.07 C2S下的2MCaO/MSiO2=1.87。 C4AF中的MC4AF/MFe2O3

15、=3.04。 設(shè)C3A下的MC3A/MAl2O3=2.65 CaSO4下的mcaso4/MSO3=1.7mal2o3/mfe2o3=0. 64，與SiO2反應(yīng)的CaO為Cs。 與CaO反應(yīng)的SiO2為Sc，cs=Cao-(1. 65al2o 30.35fe2o 30.7 so3)=2.8khsc (1)，Sc=SiO2 (2)，在正常燒成的情況下。 根據(jù)該剩馀的CaO量(Cs-1.87Sc )，能夠計(jì)算出C3S含量： c3s=4. 07 (cs-1.87sc )=4. 07 cs-7.6 sc (3)。 KH=(Cao1. 65al2o3. 35fe2o3)/2.8 SiO2Cao1. 65al2o3. 35fe2o3=2.8khs io 2，C2S上的2MCaO/MSiO2