硅酸盐煅烧过程中的物理化学变化

5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.4 熟料烧结过程 （5） C2S、CaO溶解于熟料液相的速率：
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.4 熟料烧结过程
（6）反应物存在状态：氧化钙与贝利特晶粒小，处于缺陷多 的新生态，活性大，易于溶入液相，利于阿利特的形成。
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
温度和时间； 原料性质； 矿化剂。
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.3 固相反应 2、 影响因素 矿化剂：能加速结晶化合物的形成，使水泥生料易烧 的少量外加物。 铅矿渣、铜矿渣等
萤石
萤石、石膏复合矿化剂
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.4 熟料烧结过程 当物料温度升高到最低共熔温度后，C3A、C4AF、 MgO、R2O等熔融成液相。C2S、CaO逐步溶解于液相 中， C2S吸收CaO形成C3S。 反应式： C2S + CaO → C3S 随着温度的升高和时间延长，液相量增加，液相粘 度降低， C2S、CaO不断溶解、扩散， C3S晶核不断形 成，并逐渐发育、长大，形成几十微米大小、发育良好 的阿利特晶体。同时晶体不断重排、收缩、密实化，物 料逐渐由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密的熟料。
5.1.5 熟料的冷却 ※冷却的目的---急冷
（1）提高熟料的质量 防止或减少C3S的分解 避免β-C2S转变成γ-C2S 改善了水泥安定性
使熟料C3A晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能
（2）改善熟料的易磨性 急冷熟料的玻璃体含量髙，内部存在应力裂纹，易磨碎。 （3）回收余热 （4）有利于熟料的输送、存储和粉磨 出料温度小于100℃。水泥磨内温度过高会造成“假凝”现象。
第五节 硅酸盐水泥熟料的煅烧
学习要点：主要介ຫໍສະໝຸດ Baidu新型干法水泥生产过程中的熟料 煅烧技术以及煅烧过程中的物理化学变化，以预热 器—分解炉—回转窑—冷却机为主线，着重介绍当代 水泥工业发展的主流和最先进的煅烧工艺及设备,以及 耐火材料在水泥工业中的应用。
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
生料在加热过程中，依次发生干燥、粘土原料脱 水、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧结及熟料冷却结
※水泥熟料煅烧过程概述如下：
煅烧阶段 温度 反应热 具体过程
干燥
粘土质原料 脱水
100~150℃
450℃
吸热
吸热
生料中物理水蒸发。
粘土质原料释放出化合水，并开 始分解出氧化物，如Al2O3、 SiO2 。
碳酸盐分解
固相反应 熟料烧结
900℃
900~1200℃ 1300~1450~1300℃
强吸热
放热 微吸热
碳酸盐分解放出CO2和新生态 CaO。
粘土的无定形脱水产物结晶，各 种氧化物间进行固相反应。 1250~1280℃所产生的矿物部分 熔融出现液相； 1280~1450℃液 相量增加，C2S通过液相吸收 CaO形成C3S ，直至熟料矿物全 部形成。 熟料矿物冷却。
熟料冷却
1300℃~
放热
高岭石（属于单网层结构）
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.1 干燥与脱水 2、粘土脱水 粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解过程： ① 540℃开始高岭土脱水分解：
Al2O3· 2SiO2· 2O→ Al2O3· 2Ｈ 2SiO2（偏高岭石）+2Ｈ2O
② 540~880℃偏高岭石逐渐密实化。 ③ 970~1050℃时，其结构再次发生重大变化，无定形偏高 岭土转变成莫来石： 3（Al2O3· 2SiO2）→ 3Al2O3· 2SiO2（莫来石）+4SiO2
5.1.5 熟料的冷却 冷却过程：液相凝固以后(小于1300℃)。
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.5 熟料的冷却
熟料烧结过程完成之后，C3S的生成反应结束，熟料 从烧成温度开始下降至常温，熔体晶化、凝固，熟料颗 粒结构形成，并伴随熟料矿物相变的过程称为熟料的冷 却。
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
的过程，称干燥过程。 干法窑生料水分一般不超过1%； 立窑和立波尔窑生料约含水分12%~15%； 湿法窑料浆水分30%~40%。
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.1 干燥与脱水 2、粘土脱水 粘土脱水：指粘土矿物分解放出化合水。
两种化合水：
晶体配位水（400~600℃）； 层间吸附水（100℃左右）。
晶等重要的物理化学反应。
这些反应过程的反应温度、反应速度及反应产物不 仅受原料的化学成分和矿物组成的影响，还受反应时 的物理因素诸如生料粒径、均化程度、气固相接触程 度等的影响。
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.1 干燥与脱水 1、干燥
干燥过程：温度100~150℃生料水分（自由水）全部排除
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.4 熟料烧结过程 (1) 最低共熔温度：物料在加热过程中，两种或两种以上组 分开始出现液相的温度。 硅酸盐水泥熟料中，1250~1280℃达到最低共熔温度，出现
氧化铝、氧化铁和氧化钙为主体及少量氧化镁和碱的液相。
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.4 熟料烧结过程 (2) 液相量： 液相量增加，形成硅酸三钙就快。但液相量过 多，煅烧时易结大块，造成回转窑结圈等，影响生产。一 般熟料在煅烧阶段的液相量为20%~30%。 液相量与组分性质、含量及烧结温度有关。 1400℃ 1450℃ 1338℃ L=2.95A+2.2F+M+R L=3.0A+2.25F+M+R
的SiO2、Fe2O3、Al2O3等通过质点的相互扩散而进行固
相反应，形成熟料矿物。
•反应特点：
多级反应 交叉进行 放热反应

反应产物：
C2S、C3A、C4AF
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.3 固相反应 1、 反应过程 ~800℃：CA，CF，C2S开始形成；
800~900℃：C12A7，C2F开始形成；
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.2 碳酸盐分解 MgCO3 CaCO3
600℃ 900℃
MgO+CO2 CaO+CO2
－(1047~1214)J/kg －1645J/kg
1、碳酸盐分解反应的特点： 可逆反应 强吸热反应 烧失量大 分解温度与矿物晶体结构有关
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.4 熟料烧结过程 C3S形成条件： 温度： 1300~1450~1300℃ 液相量： 20%~30% 时间： 10~20min
• • • • • •
影响熟料烧结过程的因素 最低共熔温度 液相量 液相粘度 液相的表面张力 C2S、CaO溶于液相的速率 反应物存在状态
IM＞1.38 L=6.1F; IM＜1.38 L=8.2A-5.22F
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.4 熟料烧结过程
(3) 液相粘度：直接影响C3S的形成。
熟料的液相粘度主要决定于温度和铝率：温度高，熟 料液相粘度低；铝率增加，液相粘度增大。
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.4 熟料烧结过程 (4) 液相表面张力：促进熟料矿物特别是C3S的形成。 温度高，液相表面张力降低；熟料中镁，硫、碱等物质 也会降低液相表面张力，易于润湿固相，促进烧结。
900~1100℃：C2AS形成又分解，形成C3A，C4AF开始形成， 所有碳酸钙均分解，游离氧化钙达最大值。
1100~1200℃：大量形成C3A，和C4AF，C2S含量最大值。
1250℃以上：C3S形成。
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.3 固相反应 2、 影响因素
生料的细度和均匀性；
a b CaCO3 CaO
CO2
③在一定温度下碳酸钙进行分解并放出CO2；
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.2 碳酸盐分解 3、影响碳酸钙分解速度的因素 a.石灰石结构和物理性质； b.生料细度； c.反应条件； d.生料悬浮分散度；
e.粘土组分的性质。
5.1 煅烧过程中的物理化学变化
5.1.3 固相反应 通常在碳酸钙分解的同时，分解产物CaO与生料中
5.1.2 碳酸盐分解
2、碳酸钙分解过程 ①热气流传向颗粒表面； ②热量由表面向分解面传递；
④CO2穿过CaO层向表面扩散传质； ⑤表面的CO2向周围气流介质扩散。 在上述五个过程中： 两个传热过程—①和②； 一个化学反应过程—③; 两个传质过程—④和⑤ 。
正 在 分 解 的 碳 酸 钙 颗 粒
Q1