水泥熟料煅烧中矿化剂的作用及种类

一、何谓矿化剂，矿化剂的作用及种类？

矿化剂是指在实验矿物学和硅酸盐生产工艺中，为了加速各种结晶化合物的形成而外加的少量添加剂。对于硅酸盐水泥熟料来说，矿化剂的主要作用是促进硅酸三钙（C3S）的形成。

在水泥工业中，常用的矿化剂有：萤石（CaF2）、石膏（CaSO4）、氟硅酸钠（Na2SiF6）、重晶石（BaSO4）和某些工业废渣（如铜矿渣、钛矿渣、磷石膏和氟石膏等）。

二、矿化剂的作用机理如何？

不同的矿化剂其作用机理也不尽相同，但总的来说，在水泥生料中引入矿化剂后，在烧成过程中能起到如下作用：

（１）破坏水泥生料中反应物的结晶格子，提高它们的化学活性，加速其固相反应。

（２）在同样的烧成温度下，特别是较低煅烧温度下，掺入矿化剂的水泥物料其液相量要大于未掺矿化剂的液相量，因而有利于水泥熟料矿物的低温形成。

（３）可降低水泥物料液相形成温度，产生低温共溶物。同时可使液相粘度降低，有利于硅酸二钙（C2S）与游离氧化钙（f-CaO）反应生成硅酸三钙（C3S）。

（４）加入矿化剂可显著扩大熟料的烧成范围，改善熟料煅烧性能，促进熟料的煅烧。

三、何谓复合矿化剂，有何作用?

在水泥生产中，可单独使用一种矿化剂，也可将两种（或两种以上）矿化剂配合使用。这种由两种（或两种以上）矿物组成的矿化剂称为“复合矿化剂” 。

实践证明，使用复合矿化剂效果更好。它不仅可以改善生料的易烧性，加快碳酸钙的分解，降低烧成温度，而且可以降低液相的粘度，有利于CaO的吸收，降低f-CaO的含量，促进矿物晶体的生长，使熟料具有较高的强度。

复合矿化剂的种类较多，目前应用最为普遍的是萤石＋石膏复合矿化剂。

四、萤石、石膏复合矿化剂有何作用？

两种或两种以上的矿化剂一起使用时，称为复合矿化剂，最常用的是氟化钙（萤石）和石膏复合矿化剂。

熟料的形成过程比较复杂，影响因素较多，与熟料组成（KH高低，IM大小等）、CaF2／SO3比值、烧成温度高低等均有关系。不同条件生成的熟料矿物并不完全相同。加入氟硫复合矿化剂时，大约在900-950℃形成3C2S·3CaSO4·CaF2，当该四元过渡相在1150℃左右消失的同时，物料内出现较大的液相量。氟硫复合矿化剂的加入能显著降低熟料烧成时液相出现的温度，降低液相的粘度，从而使阿利特的形成温度降低了150-200℃，促进了阿利特的形成。

试验表明，掺氟硫复合矿化剂后，硅酸盐水泥熟料可以在1300-1350℃的较低温度下烧成，阿利特含量高，熟料中游离氧化钙含量低，还可形成C4A3和

C11A7·CaF2，或者两者之一的早强矿物，因而熟料早期强度高。如果煅烧温度超过1400℃，虽然早强矿物C4A3和C11A7·CaF2分解，但形成的阿利特数量多，而且晶体发育良好，也同样可获得高质量的水泥熟料，其最终强度还高于低温烧成的熟料。

掺氟硫复合矿化剂的硅酸盐水泥熟料，多采用高饱和系数、低硅率和高铝率配料方案。其石膏掺量，以熟料中含SO3 1.5％～2.5％为宜；萤石的掺量，以熟料中CaF2含量0.6％~1.2％为宜，氟硫比（CaF2／SO3）以0.35～0.6为宜。

值得注意的是，掺氟硫复合矿化剂的熟料，有时会出现闪凝，有时会出现慢凝的不正常凝结现象。一般饱和系数偏低、煅烧温度偏低、窑内出现还原气氛、铝率偏高时，易出现闪凝现象。当煅烧温度过高、铝率偏低、饱和比偏高、MgO和CaF2含量偏高时，会出现慢凝现象。另外，还要注意氟硫复合矿化剂对窑衬的腐蚀和对大气的污染。

五、为何可用重晶石作矿化剂?

重晶石的化学组成是：BaO 65.70％，SO3 34.3％，常含SrO和CaO。重晶石的晶体结构中，Ba2+处于７个SO42-之间而为它们当中的12个O2-所包围，

Ba2+的配位数是12。而O2-则与１个S6+和３个Ba2+接触，氧的配位数为４。重晶石常以良好的单晶体出现，一般为板状或厚板状、粗柱状，而集合体为块状、粒状、结核状、钟乳状，颜色常为无色或白色，有时呈黄、褐、淡红等色，玻璃光泽，硬度3～3.5，性脆，相对密度4.5左右。重晶石常为热液成因，常见于中、低温热液金属矿脉中与硫化物共生，或者以单独的重晶石脉出现。萤石也是中、低温热液成因的，故有时重晶石和萤石在同一矿脉中出现。例如XX水泥厂采用的重晶石尾矿，其中BaSO4 50％以上，CaF2 15％～35％之间。

采用重晶石作矿化剂，具有以下好处：

（１）重晶石中的BaO可以与SiO2生成3BaO·SiO2、2BaO·SiO2，与

Al2O3生成3BaO·Al2O3和BaO·Al2O3，这些矿物均具有胶凝性质，并且有些矿物水化反应相当激烈。

（２）重晶石中SO3与CaF2 起复合矿化的作用，降低液相出现温度，促进

C3S的形成，提高熟料强度。

（３）Ca2+与Ba2+的晶体尺寸、电性质接近，所以硅酸盐、铝酸盐和铁铝酸盐中的Ba2+可以类质同象地置换Ca2+，Ba2+进入熟料矿物中会产生较多的晶体缺陷，加之Ba2+对水是亲和的，因此水化加快，增加Ａ矿的活性。

（４）熟料中的Al2O3形成富铝的铁铝酸盐矿物（C5A2F），它在水化时，处在高浓度的Ca(OH)2 介质中，呈C-S-H棒状纤维晶体，因而提高水泥石强度。

六、硫铁矿和萤石复合矿化剂有何特点

硫铁矿又称黄铁矿（FeS2）。采用它代替石膏再加萤石可以作煅烧硅酸盐熟料的复合矿化剂。并且，采用硫铁矿比石膏要好。

其一，掺硫铁矿的生料在煅烧过程中，硫铁矿在400~600℃时生成硫酸钙，这种新生态的硫酸钙，比自然界中的石膏有较高的反应活性，有利于熟料的煅烧。

其二，硫铁矿的主要成分是FeS2，因此，加入硫铁矿既可提供Ｓ，又可提供铁，从而减少配料中铁矿的用量。

采用硫铁矿和萤石作煅烧硅酸盐水泥熟料的复合矿化剂的工厂，均收到了加快碳酸钙的分解速度，加快固相反应速度，降低出现液相温度和烧成温度，加快Ａ矿生成速度，增加Ａ矿含量的良好效果。同时，在燃烧较差的情况下，仍可烧制出较好的熟料。

在采用黄铁矿（硫铁矿）作复合矿化剂时特别要注意加强窑内通风。因为氧气不足时容易造成还原气氛，形成CaS和FeS，使熟料强度降低，另外，由于FeS2在预热器反应产生大量SO2，需配备脱硫系统，避免污染物排放超标。