水泥用铝矾土的化学矿物特征

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水泥
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() * + * , 型-， 产于贵州、 山西、 广西和河南； ./ 三水 产于福建、 广东和海南。 铝矾土的主要 铝石型 ( 0 型 - ， 及伴生矿物列于表 1。铝矾土中主要含铝矿物为硬水 铝石、 软水铝石和三水铝石； 主要硅铝矿物为高岭石、 叶腊石、 伊利石、 绿泥石； 主要含钛矿物为金红石和锐
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水泥
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水泥用铝矾土的化学矿物特征
席耀忠
0 中国建筑材料科学研究院， 北京 中图分类号： Z[&2!Q ’ 文献标识码： V &"""!’ 1
文章编号： &""! ) R422 0 !""! 1 "& ) """’ ) "’
铝矾土是铝酸盐、 硫铝酸盐、 氟铝酸盐类水泥的 主要原料， 也可作为硅酸盐类水泥的一种校正原料。 低铝铝矾土经煅烧后，可直接用作水泥混合材或混 凝土掺和料， 也可用来生产混凝土膨胀剂。在选用铝 矾土前首先要做化学矿物分析；水泥质量出现问题 时，有时需要反过来对铝矾土原料做深入的物化分 析。对于铝矾土的矿相分析， 新手会感到困难， 老手 有时也难免出错。本文想谈谈我们在这方面取得的 经验。 文中给出铝矾土的主要矿物的物理、 光学、 \射 线粉末衍射数据和矿物含量的估算方法，阐述各种 水泥对铝矾土原料的品质要求，并将铝矾土的化学 矿物特征与水泥的工艺性能结合起来考虑，供大家 参考。
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表!
钛矿； 主要含硅矿物为石英； 主要含铁矿物为针铁矿、 菱铁矿、 黄铁矿、 赤铁矿和褐铁矿。 在铝矾土中同时存 在几种铁矿是因为一种铁矿风化能变为多种铁矿， 如 8 和褐铁矿 黄铁矿 ( 234! - 风化为针石矿 5 ! * 236（ 67） ( 23! 61・97! 6 非晶质 - 。
铝矾土中主要矿物的物化特征数据
密度 : ( ; : <=1 折射率 莫氏硬度 #; ’HJ 1/ I H K &/ JKI &/ ’I& #= &/ J!! &/ ’KI &/ I’’ #A &/ J"I &/ ’1N &/ I’I
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矿物名
化学式
晶系
晶形
主要 > 射线衍射 峰面间距 ! ! : ( ? -
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硬水铝石 ( )BCDA$E3 软水铝石 ( O$3P=BQ3 三水铝石 ( 0BRRDBQ3 高岭石 ( +C$GB9BQ3 叶蜡石 ( @SE$APSGGBQ3 伊利石 ( TGGBQ3 金红石 ( ,VQBG3 锐钛矿 ( F9CQCD3 针铁矿 ( 0$3QPBQ3 赤铁矿 ( 73=CQBQ3 黄铁矿 ( @SEBQ3 斜绿泥石 ( XGB9$<PG$E3 石英 ( ZVCEQ[ -
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胡如进 1
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席耀忠 R 水泥用铝矾土的化学矿物特征
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表!
编号 & ! , = ’ > 产地 贵州 阳泉 巩县 登封 密县 济源 )*!+, 9:; <& :’; ’> :&; ,> >&; !9 =,; 9, ,:; 9& -.+ ! "; 9, ’; ,! <; 9& &,; ," !:; <’ ="; =: /0!+, "; &= "; 9: "; 9" =; =" 9; &< ,; &!
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铝矾土的矿物成分
铝矾土的矿物成分不同， 它们的密度、 硬度及熔
点不同，因而易磨性、易烧性不同，即使是同一种矿 物， 由于成矿地质条件的差异， 不同产地的同种矿物 可能晶形和晶粒尺寸不一， 它们脱水和参加烧成反应 的温度和速度就不会相同， 因此要对铝矾土作矿物成 分分析。分析方法有 N 射线衍射、 热分析、 光学显微 镜、 电子显微镜和红外光谱。本文简单介绍 N 射线粉 末衍射分析。 "# ! 铝矾土的矿物成分 我国铝矾土矿床以沉积型为主 ? 占总储量的 <!( 以上 @ 。从矿物成分来说，主要以硬水铝石为主 ? 占总储量的 <9( 以上 @ 。 从矿物类型来说它可分为 > 种： 产于山西、 山 3; 硬水铝石 C 高岭石型 ? O C 6 型 @ ， 东、 河北、 河南、 贵州和广西； G; 硬水铝石 C 叶腊石型 ?O C P 型@， 产于河南； H; 软水铝石 C 高岭石型 ? B C 6 型@， 产于山东、 山西； J; 硬水铝石 C 伊利石型 ? O C Q 型 @ ，产于河南； 0; 硬水铝石 C 高岭石 C 金红石型 !"#"$% !""!! #$% &
铝矾土的化学成分
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铝矾土的化学成分
铝矾土的化学全分析可参考 *( ] Z !"Y ) !""" 〈 铝酸盐水泥化学分析方法〉 。 "# " 铝矾土化学成分特点 表 & 列出了 S 种铝矾土的化学成分。 铝矾土主要 化学成分为 VJ! ^5、 /=^!、 _9!^5 、 Z=^! ，次要成分为 国外铝矾土 +;^、 ‘E^、 a! ^、 #;! ^、 ‘<^! 、 / 及有机物。 百分数较少，而粗粒径颗粒百分数较多，从而使它的 吸附作用减弱，故胶砂总体的流动性较好；而且宽分 布相对窄分布而言，密实填充效应较好，也有利于流 动度的提高。 再考察特征粒径相近，分布不同的试样 ( ) *、 总体上看， 窄分 + ) ,、 - ) . 所对应的胶砂流动度值， 布的试样 (/、 +/ 、 -/ 的胶砂流动度与特征粒径相等 0 近 1 的对应试样 */ 、 说明水泥胶砂流动 ,/ 、 ./ 很接近， 度与矿粉的特征粒径相关性较好， 且成正比关系。
表"
水泥品种 铝酸盐水泥
各种水泥对铝矾土原料的成分要求
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耐火铝酸盐水泥
D:’; " E=; ’ E!; " E&; "
-#"; ,"； 2*#"; ,"， 中空回转窑
快硬高强铝酸盐水泥 D:,; " E’; " E!; ’ E&; " 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥 双快型砂水泥 双快硅酸盐水泥 双快氟铝酸盐水泥 白色、 彩色水泥 烧铝矾土混合材 E=’ D!" $ >" E!" D’’ $ =" $ =’ E," D>" E&, E!" E’ D’ E’ E’ E, E"; ’ E& E& 快硬、低碱度型要求 )*!+,$ >’， -.+!E&’ )*!+, I /0!+,D >’
的 _9! ^5 含量较高 0 一般 b !"c 1 ，而我国铝矾土的 我国 /=^! 含量较高， VJ! ^5 d /=^! 含量在 2"c e R"c 。 铝矾土中的 _9! ^5 含量一般小于 5c ，大于 Yc 则称 铁矾土， 如产于山东博山、 新汶的铁矾土。 Z=^! 含量 一般 !c e ’c ， 且随铝含量的提高而增加 0 见表 & 1 。 来自 铝矾土中的硫含量一般小于 "Q 4c 0 以 /^5 计 1 ， 硫化物和有机物； 碱 0 a! ^ d #;! ^ 1 一般小于 &c ， 从全 国范围看， 河南铝矾土的碱较高， 如巩县、 沁阳和偃师 地区铝矾土的碱含量多数超过 &c ， 致密状铝矾土中 的碱往往明显低于豆鲕状、 粗糙状铝矾土中的碱。铝 矾土的烧失量大多为 &5c e &Yc 。铝矾土化学成分 的另一特点是波动大， 由同一矿区、 同一矿层， 甚至同 一块段开采的铝矾土的化学成分往往不同。因此， 利 用铝矾土作原料生产水泥必须预均化。 "# $ 不同品种水泥要求铝矾土的化学成分各异 用作水泥原料的铝矾土， 各种水泥对其化学成分 的要求不同， 表 ! 列出了经验数据， 铝酸盐水泥生产 可使用烧结法和熔融法， 我国使用回转窑烧结法， 表! 列 出了 烧结 法生 产铝 酸盐 水泥 对 铝矾 土成 分 的要 求。熔融法对铝矾土的 VJ! ^5 含量要求较低，YYc 也 愈高；在特征粒径相近时，宽分布较之窄分布具有高 的早期强度；在比表面积相近时，窄分布较之宽分布 具有高的强度。 但随矿 5 1 矿粉混合材的掺入使胶砂流动度上升。 粉总体细度增加此作用减弱； 在比表面积相近的条件 下，宽分布矿粉混合材对水泥胶砂流动度较为有利； 在特征粒径相近时， 矿粉的分布对其水泥胶砂流动度 无明显影响。 参考文献
1.+ ! >; !, ,; ", !; >9 !; :< &; =! &; >"
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铝酸盐水 可用。新修订并已实施的 AB !"& C !"""〈 泥〉 代替原有高铝水泥和耐火水泥的国家标准， 对水 泥中的碱、 硫和氯作了严格规定， 表 ! 也列出了对铝 矾土的相应要求。铝酸盐类、 硫铝酸盐类和氟铝酸盐 类水泥限制 -.+! 含量主要是为了保证形成足够的高 活性矿物 2)、2= ), - 和 2&& ):・ 23/! ，限制活性差的 优质水泥要用高铝低硅矾土， 如高 2! )-、 2! - 的形成。 强硫铝酸盐水泥要用 )*! +, 含量大于 >9( 、 -.+! 含量 小 于 &"( 的 矾 土 ， 耐 火 铝 酸 盐 水 泥 要 求 )*! +, D :’( 、-.+! E=; ’( 的铝矾土；高硅低铝矾土除可作硅 酸盐水泥的铝质原料外， 经低温 ? :’"F @ 煅烧后便成 为活性混合材。 铝矾土中的 /0! +, 含量提高会降低熔 体出现的温度，使烧成温度变窄，铁又是强着色元 素，因此不同用途的水泥对铝矾土铁含量有相应的 限制。白色水泥要求铝矾土中 /0! +, E"; ’( ， 表&中 的 & 号矾土是白色硫铝酸盐的好原料；但高铁铝矾 土是铁铝酸盐水泥的好原料。使用高碱铝矾土有种 氯一起在窑预热分解系统挥 种不良影响： 3; 碱与硫、 发凝聚， 引起结皮 ? 块 @ 、 结圈， 造成系统通风不畅甚 至堵塞； 使烧成温度变窄和 G; 碱降低熔体形成温度， 烧成困难。高碱与还原气氛同时存在时， 液相形成量 “ ” 减少， 易出现 飞砂 料， 干扰窑的正常运转； H; 6! + I #3!+ 含量超过 &; ’( 的硅酸盐类水泥，碱合量超过 "; ’( 的硫铝酸盐水泥常会出现快凝急凝现象，给施 早期强度 工带来麻烦； J; 高碱水泥早期水化被加速， 增加， 后期强度则降低。自应力硫铝酸盐水泥的碱含 量超过 "; ’( 时， 2!- 水化被加速，形成较多的 23 ? +K @ ! L 促进了细针状钙矾石的大量形成， 致使自应 力管因早期膨胀过大而破坏； 0; 高碱水泥与活性集 料同时使用时发生碱集料反应 L 会缩短建筑物的使 用寿命。因此使用活性集料必须选用钠当量 ? #3! + I "; >’96!+ @ E"; >( 的低碱水泥。
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结论
用比表面积值和特 & 1 在矿粉分布相近的情况下， 征粒径所反映的矿粉总体粗细水平具有可比性。 矿粉 总体颗粒愈细， 比表面积愈大， 特征粒径愈小。 特征粒 ! 1 在矿粉分布相近 0 即 ! 相近 1 条件下， 径愈小， 所掺矿粉的水泥胶砂 23、 抗压强度 !43 抗折、 !"#"$% !""!! #$% &