第1讲 岩相分析技术的应用

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三、水泥岩相检验的基本方法 1. 基本方法
偏光分析,主要用于矿物相的鉴定 偏光分析 主要用于矿物相的鉴定 反光分析， 反光分析，主要用于矿物形貌特征分析 形貌学特征研究，烧成状况分析 形貌学特征研究，
2. 辅助方法
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3. 国内水泥岩相学的发展
•
50年代，水泥岩相是国内开展水泥熟料化学研究的最主要手段， 年代，水泥岩相是国内开展水泥熟料化学研究的最主要手段， 年代 负责水泥岩相研究的著名水泥专家包括冯修吉、刘公诚、王赞、 负责水泥岩相研究的著名水泥专家包括冯修吉、刘公诚、王赞、 杨南如、苏慕珍、任祥泰、 杨南如、苏慕珍、任祥泰、王天頔、刘宝元等。
• 鉴定熟料矿物相组成 鉴定熟料矿物相组成——化学组成，煅烧过程、均匀性； 化学组成， 化学组成 煅烧过程、均匀性； • 直接观察到各个矿相的形状、尺寸以及其分布状态，快速 直接观察到各个矿相的形状、尺寸以及其分布状态，
判断生产工艺过程中存在的问题； 判断生产工艺过程中存在的问题； • 根据岩相分析对水泥性能和生产工艺实现系统优化： 根据岩相分析对水泥性能和生产工艺实现系统优化： →提高熟料活性、减少水泥中的混合材用量 →优化窑内煅烧工艺制度，降低烧成热耗 →改善熟料的易磨性，降低水泥生产的粉磨电耗 →分析鉴定水泥质量存在的问题，快速处理客户投诉
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——熟料岩相分析技术进展概述 熟料岩相分析技术进展概述
（12） 1968年，澳大利亚人 ） 年 澳大利亚人Ellson和Weymouth发表了对浸蚀剂和浸蚀操 和 发表了对浸蚀剂和浸蚀操 作的系统研究成果； 作的系统研究成果； 对三类贝利特矿物（ （13）1978年，Tavasci对三类贝利特矿物（I、II、III型）及与其相关的 ） 年 对三类贝利特矿物 、 、 型 C2S的晶格类型（α、α′、β和γ型）进行了详细论述； 的晶格类型（ 、 、 和 型 进行了详细论述； 的晶格类型 年和1979年，美国俄克拉荷马州水泥集团 （14）1978年和 ） 年和 年 美国俄克拉荷马州水泥集团John Marlin公布了大 公布了大 量对水泥熟料进行反光显微镜分析的浸蚀剂配方和浸蚀效果 （15）1980年，成立国际水泥显微镜方法协会，日本小野田公司研究所的 ） 年 成立国际水泥显微镜方法协会， Y. Ono在此次会议上和同年于法国巴黎举行的第 届国际水泥化学会 在此次会议上和同年于法国巴黎举行的第7届国际水泥化学会 在此次会议上和同年于法国巴黎举行的第 议上正式推出了水泥熟料烧成状况判定和强度预测的Ono分析法； 分析法； 议上正式推出了水泥熟料烧成状况判定和强度预测的 分析法 出版《 （16）1988年，美国人 H. Campbell出版《硅酸盐水泥熟料岩相结构分 ） 年 美国人D. 出版 析和鉴定》一书， 析和鉴定》一书，1999年再版 年再版 研究了B矿双晶条纹产生及高活性 （17）1991年，日本人 ） 年 日本人Fukuda研究了 矿双晶条纹产生及高活性 矿形成 研究了 矿双晶条纹产生及高活性B矿形成 转熔”反应原理。 的“转熔”反应原理。 （18）1990~1995年，美国在开展高性能水泥基材料的研究中建立了进行硅 ） 年 酸盐水泥矿物组成定量分析的标准（ 酸盐水泥矿物组成定量分析的标准（ASTM C1356)， PCA还专门为 ， 还专门为 北美地区水泥生产企业的质量控制准备了三种标准熟料
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——弥补化学分析的不足 弥补化学分析的不足
• 化学分析是假定熟料矿物的形成是在平衡状态下进行
的；而熟料烧成在非平衡态条件下完成的，各种矿物 而熟料烧成在非平衡态条件下完成的， 均为含有杂质的固溶体。 均为含有杂质的固溶体。 • 通过岩相分析可以判断窑内熟料的煅烧制度，直接观 通过岩相分析可以判断窑内熟料的煅烧制度， 察熟料矿物组成的变化、 察熟料矿物组成的变化、特别是可以观察直接影响水 泥性能特殊矿物的形成， 泥性能特殊矿物的形成，具有常规化学分析不可替代 的作用。 的作用。 • 根据岩相研究结果，提出熟料质量控制新的化学分析 根据岩相研究结果， 控制指标
高镁熟料中形成的游离氧化镁——不规则多 角形的方镁石
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轻烧熟料中结晶细小的A矿和游离钙矿巢
高温急烧熟料结构中存在的大量的二次B矿
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（1）1882年，法国，Le Chatelier在偏光薄片中发现了C3S； （2）1897年，瑞士，A. E. Tomebohm将熟料的四个主要组定名 为Alite、Belite、Celite和Felite； （3）1908年，E. Stern最先对熟料光片进行在反光形貌观测； （4）1903~1905年，Richardson采用偏光显微镜对水泥熟料及水 泥质量进行预测； （5）1931年，Guttmann和Gille的研究证明阿利特就是C3S； （6）1934年，Tavasci发表了关于熟料矿物反光显微镜分析浸蚀 剂及其浸蚀效果的研究论文，并将B矿形态分成三类；
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——对水泥生产质量控制的作用 对水泥生产质量控制的作用
在水泥生产中， 在水泥生产中，利用显微镜对水泥熟料进行 分析研究，配合化学分析和物理检验， 分析研究，配合化学分析和物理检验，能够对影 响熟料烧成工艺和质量的因素，得到一个迅速、 响熟料烧成工艺和质量的因素，得到一个迅速、 直观、更为全面的判断， 直观、更为全面的判断，可以帮助工厂及时发现 熟料质量波动的原因，从而起到加强生产控制、 熟料质量波动的原因，从而起到加强生产控制、 提高产品质量和控制熟料生产煤耗的作用。 提高产品质量和控制熟料生产煤耗的作用。
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二、水泥岩相分析技术的进展
1. 技术起源 技术起源——地质学、岩石学，水泥混凝土是一种人造岩石， 地质学、岩石学，水泥混凝土是一种人造岩石， 地质学 水泥熟料是一种人造矿物 2. 发展→熟料物理化学 发展→
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—— 熟料岩相分析技术进展概述
明确地提出： 是硅酸三钙； （7）1936年，Insley明确地提出：Alite是硅酸三钙；两种不同特 ） 年 明确地提出 是硅酸三钙 性的C2S是由 性的 是由Belite和Felite组成的；Celite是铁铝酸四钙 和 组成的； 是铁铝酸四钙— 是由 组成的 是铁铝酸四钙 —基础； 基础； 基础 （8）1936年，美国人 ） 年 美国人Levi S. Brown开始系统研究了熟料岩相结构 开始系统研究了熟料岩相结构 与煅烧过程的基本关系； 与煅烧过程的基本关系； （9）1938年， Levi S. Brown和Swayze介绍了采用显微镜分析水 ） 年 和 介绍了采用显微镜分析水 泥中游离钙、MgO的方法； 泥中游离钙、 的方法； 的方法 发表《 （10）1948年， Levi S. Brown发表《熟料的岩相学研究》； ） 年 发表 熟料的岩相学研究》 （11）1965年，德国水泥化学工作委员会，对熟料岩相形貌与其 ） 年 德国水泥化学工作委员会， 形成、性能关系研究的成果进行了系统整理，发表《 形成、性能关系研究的成果进行了系统整理，发表《水泥熟 料显微镜分析》一书， 料显微镜分析》一书，使岩相技术在水泥熟料质量控制中的 应用得到普及； 应用得到普及；
还原慢冷熟料种A矿断面产生的特殊 条纹构造
掺过量萤石熟料中形成的A矿巨晶及由于慢 冷条件下形成的含氟硅酸钙环带构造 由于物料受热不均匀A矿断面形成的层环带 构造
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高度还原熟料中形成的骨骼状CaS
重度还原熟料中的金属铁和不规则形状的CaS
• 主要开创性工作及研究成果
——熟料光片制备技术改进，硫磺快速固样技术 熟料光片制备技术改进， 熟料光片制备技术改进 ——含碱熟料的岩相结构特征，熟料性能，成因及控制方法 含碱熟料的岩相结构特征， 含碱熟料的岩相结构特征 熟料性能，
——黄心熟料及绿心熟料的岩相结构及其成因（华南理工） 黄心熟料及绿心熟料的岩相结构及其成因（华南理工） 黄心熟料及绿心熟料的岩相结构及其成因 ——高镁熟料的岩相结构，水泥安定性及煅烧控制办法 高镁熟料的岩相结构， 高镁熟料的岩相结构 ——粘散料、飞砂料的成因，岩相结构特征和调整方法 粘散料、 粘散料 飞砂料的成因，
第1讲
岩相分析技术在熟料质量和生产控制 中的应用及其发展概况
GUO Suihua ATC/DTS/P&Q/Product Development & Applications
源自文库
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一、熟料岩相分析的作用
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由于煤粉颗粒较粗及煤灰不均匀沉降形成 的包裹液相的B矿矿巢结构
由于熟料冷却太慢、A矿完全分解 形成的“A矿假象”
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“飞砂”料中A矿晶体边界存在的B矿花环 构造，熟料结构中液相数量很多 优质高强熟料的岩相结构特征——A矿 数量多、中间相数量适中、A矿晶体结 晶规则（发育完整）、尺寸细小、大 小均齐
1. XRD 2. DTA 3. SEM-EDS 4. TEM
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3. 显微镜分析方法
粉末油浸法——以粉末样品滴入浸油制成油浸粉末片， 以粉末样品滴入浸油制成油浸粉末片， 粉末油浸法 以粉末样品滴入浸油制成油浸粉末片 在偏光显微镜下测定矿物的光性和折光率以鉴别矿物。 在偏光显微镜下测定矿物的光性和折光率以鉴别矿物。 II. 薄片法 薄片法——将块状样品或粉末样品胶成小块，磨成厚度 将块状样品或粉末样品胶成小块， 将块状样品或粉末样品胶成小块 毫米以下的薄片， 为0.03毫米以下的薄片，在偏光显微镜下测定矿物的光 毫米以下的薄片 学性质，据以鉴别矿物和观察其结构。 学性质，据以鉴别矿物和观察其结构。 III. 显微化学法 显微化学法——与油浸法相似，以与样品中某特定矿物 与油浸法相似， 与油浸法相似 发生反应的化学试剂代替浸油， 发生反应的化学试剂代替浸油，在偏光镜下检验反应生 成物。这一方法用以鉴定熟料中f-CaO，效果非常好。 成物。这一方法用以鉴定熟料中 ，效果非常好。 IV. 反光法 反光法——将块样或粉末样品，用适当的胶合材料胶结 将块样或粉末样品， 将块样或粉末样品 成小块，经过磨平抛光、制成一个光亮的表面， 成小块，经过磨平抛光、制成一个光亮的表面，称为光 光片用化学试剂浸蚀后，放在反光显微镜下观察。 片，光片用化学试剂浸蚀后，放在反光显微镜下观察。 I.
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保留石灰石粗颗粒外形的游离钙矿巢 由粗颗粒石英在熟料结构形成的粗大 的B矿矿巢
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高碱熟料中形成的长柱状黑色中间相 C3A实际上形成了NC8A3固溶体
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主要开创性工作及研究进展
——普通回转窑窑内结圈圈料的岩相分析方法和成因分析 普通回转窑窑内结圈圈料的岩相分析方法和成因分析 ——立窑熟料的岩相分析，熟料安定性不良的综合原因分析 立窑熟料的岩相分析， 立窑熟料的岩相分析 ——使用复合矿化剂立窑熟料及回转窑熟料的岩相结构特 使用复合矿化剂立窑熟料及回转窑熟料的岩相结构特 征，熟料出现性能异常的成因分析方法 ——建立了高铝水泥熟料、快硬快凝硅酸盐水泥熟料、高贝 建立了高铝水泥熟料、 建立了高铝水泥熟料 快硬快凝硅酸盐水泥熟料、 利特水泥熟料、 利特水泥熟料、高C3S含量优质高强硅酸盐水泥熟料的 含量优质高强硅酸盐水泥熟料的 岩相鉴定方法、 岩相鉴定方法、岩相结构与性能之间的关系 ——在硫铝酸盐水泥熟料的岩相结构鉴定 在硫铝酸盐水泥熟料的岩相结构鉴定 ——烧成动力学、结晶学基本原理与硅酸盐水泥岩相结构 烧成动力学、 烧成动力学 的关系研究， 的关系研究，进一步揭示相关生产因素的影响