熟料矿物组成

水泥生产控制中，一般采用Bouge法计算熟料中各种矿物的含量。

该计算方法的局限性多位学者早有论述。

假定矿物组成计算准确，也常常不能与熟料的性质对应起来。

其原因在于：
（1）矿物有多种晶型
C3A有立方与正交晶型
（2）各种矿物均可固熔一部分杂质离子，导致晶体性质发生变化
（3）铁相为连续固溶体，组成范围变化大
（4）不同的煅烧温度均会影响矿物晶型、晶粒大小，不同冷却制度也会导致晶型、晶粒大小的变化。

四种熟料矿物中C3S对强度的影响最大。

究竟哪种晶型强度高？哪些因素会影响晶型的存在形式呢？
通常认为C3S对称性高的晶型强度高。

R型强度最高，M1型比M3型的强度高10%。

工业熟料中阿利特晶型一般是M1和M3型，Maki认为，两种类型的阿利特在工业生产的熟料中，都很常见。

不规则的M1型核，具有环带结构（M3型）。

影响阿利特相组成（M1和M3的比例）的主要因素是阿利特在从液相中结晶时固溶杂质的种类和数量。

杂质离子在阿利特中的固溶量依赖于阿利特的生长速度以及液相中杂质离子的浓度。

阿利特两种生长模式为：稳定生长模式和不稳定生长模式。

在这两种不同的模式下形成的阿利特微观形貌有很大不同。

不稳定模式下不均匀生长的阿利特，以很快的速率长大，带有大量的包裹体、晶粒尺寸大、形状不规则，其中固溶有较多的杂质及Al2O3和Fe2O3，主要是M1型。

在稳定模式下长大的阿利特，晶体中少见包裹体、杂质固溶量相对较少，主要是M3型。

据此，Chikawa等将阿利特的晶型晶貌形成分为3个动力学阶段：（1）高速成核低速长大（成核控制期）；（2）低速成核高速长大（长大控制期）；（3）低速成核低速长大（过渡期）。

分别对应于不稳定形成模式、稳定形成模式和过渡模式。

还研究了加热速度和掺杂对阿利特晶体微观形貌的影响，认为加热速率影响阿利特形成环境（液相），尤其是烧成早期的过饱和度，由此改变阿利特结晶的形貌和晶粒大小，但加热速率与阿利特晶体亚微观结构之间的关系不是简单对应的。

微量元素影响烧成液相的性质，因而影响阿利特生长环境，微量元素与Ca、Si之间的置换有利于M1和M3型生成。

C3S在液相中的成核与长大影响其晶型，不同的成核与长大条件形成一系列不同的晶型。

快速不稳定长大得到M1型，慢速长大则得到M2型。

随长大速率变慢，阿利特的生长从不稳定变为稳定，晶型从M1变为M3，不稳定状态生成的晶核有更多的缺陷。

CaO和C2S在熔体中的过饱和度是C3S的成核与长大条件，高温液相更有利于成核，随温度升高，成核速
率增加，过饱和度下降，限制了晶核长大速率，形成小的晶体，主要是M3型。

成核速率对所得阿利特的平均尺寸影响较大，成核速率大则晶体的尺寸相对较小，数量增多。

而低温下成核则需要更高的过饱和度，长大速率优于成核速率，主要得到M1型。

杂质对C3S晶型的影响是由于改变了液相的物理性质和C2S、CaO的溶解度。

故MgO加速C3S形成，随MgO 增加，熟料中更多的是M3小晶体。

SO3降低液相表面张力，利于CaO分散，有利于M1型生成。

熟料率值尤其是铝氧率（IM）影响到液相粘度，影响矿物长大模式和微结构。

图一MgO SO3含量对阿利特晶型的影响
杂质对C3S晶型的影响是由于改变了液相的物理性质和C2S、CaO的溶解度。

故MgO加速C3S形成，随MgO增加，熟料中更多的是M3小晶体。

SO3降低液相表面张力，利于CaO 分散，有利于MI型生成。

熟料率值尤其是铝氧率(IM)影响到液相粘度，影响矿物长大模式和微结构。

刘宝元，薛君玕研究了氟硫复合矿化剂对熟料中阿里特的影响。

认为掺5%石膏的熟料Alite是单斜晶系，单掺3%萤石的Alite是三方型，掺复合矿化剂的Alite都是三方形。

氟对Alite的结晶形态起着重要作用，决定了Alite的结晶类型。

1.煅烧温度的影响
众所周知，在硅酸盐水泥熟料煅烧过程中，A矿的大量形成是在高温液相出现(一般为1250～1280℃)之后。

提高煅烧温度，可使液相量增加，液相粘度降低，促进CaO和C2S的溶解和扩散，有利于A矿的形成。

因此，煅烧温度提高一般会使A矿含量增加而B矿和fCaO 减少。

另外，煅烧温度提高还会使含铝相(C3A等)减少而含铁相固溶体增加。

因为温度提高使液相粘度降低，有利于Al2O3溶进铁相，形成C6A2F，这样铁相就增加，而剩余下来生成含铝相的Al2O3就减少了。

煅烧温度提高也使A矿中固溶的Al2O3增加，从而减少含铝相含量。

此外，煅烧温度提高还使A矿晶体发育良好、粗大，B矿的Ca/Si增高,水化活性增大,这是高温烧成的低热水泥后期强度较高的主要原因。

2.煅烧时间的影响
G.Frigons和S.Marra发现，煅烧时间延长，A矿含量增多而B矿减少，C3A减少而C4AF 增多。

水泥早期水化热低，早期强度低而后期强度高。

某熟料在同一煅烧温度下将煅烧时间从0.5小时分别延长到1小时和4小时，A矿含量从38%分别增加到46%和59%，B矿含量从41%分别下降到34%和25%，铝酸盐含量从6%分别下降到4%和2%，而铁酸盐则从10%分别增加到12%和13%；1天抗压强度从21.6兆帕分别降低到21兆帕和17.8兆帕，但3天抗压强度却从38.7兆帕提高到39.6兆帕和40.3兆帕。

3. 熟料质量是煅烧温度和煅烧时间的函数
煅烧温度和煅烧时间对熟料矿物组成（即四种晶型）的影响大致相同。

熟料早期水化慢、水化热低、凝结时间延长、早期(1天)强度低而后期强度高。

煅烧温度提高可促进A矿形成和长大。

在原材料等因素确定后，熟料质量在一定程度上是煅烧温度和煅烧时间的函数。

煅烧温度提高，煅烧时间应可缩短。

但不同的升温速率，导致Alite成核长大速度不同，出现中部为M3型外部为M1型、M1/M3比例不同，也会影响熟料的强度。

4.微量元素含量高的副作用
通常认为，微量元素含量高，降低液相出现温度、增加液相量，有利于Alite的形成。

但在预分解窑中，如果在窑尾提前出现液相，极容易导致高温生料结大块、（甚至结圈），进入高温带不易烧透，会导致熟料强度大幅度降低。

多家水泥厂采用含微量元素含量高的工业废渣做原料，液相提前在窑尾出现，熟料强度大幅下降。

最终，不得不换用天然原料。

笔者认为：
煅烧制度必须确保Alite晶型完整（无包裹体、无裂纹、无熔蚀）、大小适中。

煅烧制度应该与生料出现液相的温度、液相量大小、液相量变化的速率相匹配。

阿利特三种单斜晶系的XDR图谱。