镁MgO对水泥熟料煅烧的影响

MgO镁对水泥熟料煅烧的影响

(2011-01-04 00:00:00)

Mg镁对水泥熟料煅烧的影响

水泥熟料主要成份是CaO、SiO

2、Al

2

O

3

、Fe

2

O

3

等四种化合物，次要成份为MgO、

R 2O、SO

3

等化合物，而其中MgO含量允许达到5%，是次要成份中含量最多的一

种。通常人们认为MgO影响水泥产品的安定性，规定了限制值，但实际上MgO 在一定程度影响着熟料的煅烧，这种情况往往被忽视。现根据国内外的研究成果及工厂生产实践，讨论MgO对熟料煅烧及其产品性能的影响，供有关技术人员参考。

1、水泥原料中镁MgO

水泥生产中，生料中的MgO主要来源于石灰石中的镁质矿物，这些矿物主要以硅酸镁、白云石、菱镁矿、铁白云石等不同类型存在。当石灰石中MgO以硅酸镁形式存在时，可获得均匀分布和细小（1～5μm）的方镁石晶体，而以白云石或菱镁矿形式存在时，易生成粗大（25～30μm）的方镁石晶体。我院曾对不同年代所形成的石灰石中MgO含量对熟料强度的影响进行了测试，发现石灰石中MgO的含量对熟料强度有一定的影响，总的趋势是石灰石中MgO含量越高，则熟料强度越低。根据试验研究，镁质矿物中MgCO

3

的分解温度为660～700℃，

白云石Mg（CO

3）

2

的分解温度为800℃，而石灰石中CaCO

3

分解温度接近900℃。

在水泥熟料生产过程中，MgO较CaO先形成。

2、Mg镁对熟料煅烧的影响

熟料煅烧时，约有2%的MgO和熟料矿物结合成固熔体，此类固熔体甚多，例如

CaO·MgO·SiO

2、2CaO·MgO·SiO

2

、2CaO·MgO·2SiO

2

、3CaO·MgO·2SiO、

7CaO·MgO·2Al

2O

3

、3CaO·MgO·2Al

2

O

3

、MgO·Al

2

O

3

、MgO·Fe

2

O

3

以及C

3

MS

2

等，

此类化合物的稳定温度在1200～1350℃，同时它还可能含有一些微量元素。在温度超过1400℃以上时，MgO的化合物会分解，且从熔融物中结晶出来。当熟料中含有少量细小方镁石晶格的MgO时，它能降低熟料液相生成温度，增加液相数量，降低液相粘度，增加液相表面张力，有利于熟料形成和结粒，也有利于C

3

S的生成，还能改善熟料色泽。粗大方镁石晶体的MgO超过2%时，则易形成方镁石晶体，导致熟料安定性不良。而当氧化镁含量过高时，则易生成大块、结圈和结厚窑皮，以及表面呈液相的熟料颗粒，此类熟料易损坏篦冷机篦板。

3、Mg镁对熟料结粒的影响

3.1 影响熟料结粒的因素

窑内熟料颗粒是在液相（有些资料称熔体）作用下形成的，液相在晶体外形成毛细管桥。液相毛细管桥起到两个作用：一是使颗粒结合在一起，另一作用是

作为中间介质，使CaO和C

2S在熔融态内扩散生成C

3

S，颗粒的强度取决于毛细

管桥的强度，桥的强度即连接颗粒的力随液相表面张力和颗粒直径的降低而增加。毛细管桥的数量又和颗粒直径的平方根成反比。要结好粒，必须有足够的液相，并要求颗粒在液相内分布均匀，形成较高的表面张力，较低的液相粘度，适宜的结粒时间和温度等。

3.2 Mg镁对液相性质的影响

3.2.1 液相量

熟料液相量太少不易结粒，太多易结成致密的大块熟料。液相量与液相中所含

的Al

2O

3

、Fe

2

O

3

、K

2

O、Na

2

O、MgO含量有关。从近年来国外发表的液相量计算公

式中，MgO的系数得以提高，说明MgO对液相量有较大的影响，与Fe

2O

3

的系数

接近。其计算公式为：1400℃时液相量

L=3.0Al

2O

3

+2.25Fe

2

O

3

+K

2

O+Na

2

O+MgO

液相量在25～28%时，对结粒最有利。

当MgO含量超过2%以上的值乘以系数1.5。

3.2.2 液相表面张力

液相表面张力是液相的重要性质，与结粒有着直接的关系。液相表面张力增大易结粒，熟料颗粒的大小与液相表面张力呈良好的线性关系（见图1）。

图1 回转窑内熟料最终尺寸与液相表面张力的关系

液相的表面张力与元素外层电子的负电性有关（见图2），有些元素如K、Cl、S的表面张力值较低，不利于结粒；而Mg、Al等元素的表面张力值较高，有利于结粒。

图2 液相粘度和表面张力的影响

3.2.3 液相粘度

不同成分熟料的液相粘度值是不同的，一般说来液相粘度值减少，有利于CaO

和C

2S在液相内扩散生成C

3

S，也易结粒，液相粘度与温度有关，随温度上升而

下降。

几种元素共存的液相粘度值并非单元素的液相粘度值的叠加。

近年来，国内一些单位相继发表了MgO、R

2O、SO

3

对结皮和结粒有较大影响的

报导。为解释此现象，现将MgO－R

2O－SO

3

复合存在时液相等粘度线示于图3。

从图3来看，R

2O含量增加，粘度值增加较大，不利于结粒；SO

3

含量增加，粘

度值降低，但SO

3的粘度值较R

2

O低得多，因此SO

3

存在时结粒有所改善；若R

2

O、

SO

3

均存在时，MgO含量增加，液相粘度值大大降低，有利于结粒。

图3 MgO-R

2O-SO

3

复合存在时液相等粘度线

液相的粘度与元素外层电子的负电性有关，液相粘度按它们碱性降低的次序（K －Na－Ca－Mg）逐渐降低，MgO仅对液相粘度有适当的下降（见图2）

从一些实验来看，在煅烧的熟料成份中，适量加入Mg2+、SO

3

2-、K-等离子后，熟料的液相表面张力和粘度均发生变化。Ocoknh所进行的研究表明，熟料在1450℃含25～35%液相时，粘度为0.16Pa.S，表面张力0.58N/m，加入MgO等化合物后的液相表面张力和液相粘度均发生变化，影响着熟料的结粒（见表1）。此外，除MgO含量对液相表面张力和液相粘度有影响外，还需考虑液相内其他成份的因素。

表1 一些氧化物对液相粘度和表面张力的影响

4、MgO对熟料强度的影响

MgO存在于熟料内，会影响CaO的数量，因而MgO在一定程度影响熟料的强度。为缓和MgO对熟料强度的影响，在水泥熟料生产中，应尽量提高石灰饱和系数

KH和硅酸率SM值，相应提高C

3S和C

2

S的含量，以提高熟料的强度。

5、MgO对产品安定性的影响

在硅酸盐水泥熟料中，MgO的固熔体总量可达2%，多余的MgO即结晶出来呈游离状方镁石，就会产生有害作用。