硅酸盐水泥熟料的化学组成及水泥生产工艺

第二节　硅酸盐水泥熟料的化学组成

硅酸盐水泥熟料中的主要化学成分是氧化钙(CaO)、氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)和氧化铁(Fe₂O₃)四种氧化物，在熟料中通常占95%以上。为了获得符合要求的熟料矿物组成，必须将熟料中氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁的质量百分含量控制在一定范围内。

现代生产的硅酸盐水泥熟料中，各主要氧化物含量波动范围如下。

CaO:62%～67%;

SiO₂:20%～24%;

A1₂O₃:4%～7%;

FeO:2.5%～6.0%。₂₃

在某些情况下，由于水泥品种、原料、成分以及工艺过程存在差异，各主要氧化物的含量也可以不在上述范围内。

除了以上四种主要氧化物外，硅酸盐水泥熟料中还含有少量其他氧化物，如MgO，SO₃，Na₂O，K₂O，TiO₂，Mn₂O₃，P₂O₅以及烧失量。由于熟料中主要矿物是由各主要氧化物经高温煅烧化合而成，因此，可以根据氧化物的含量，推测出熟料中各矿物的含量，进而推测出水泥的性质。下面简述各氧化物在熟料中的作用。

一、氧化钙

CaO是熟料中最重要的化学成分，它与熟料中SiO₂，A1₂O₃，Fe₂O₃反应生成C₃S，C₂S，C₃A，C₄AF等水硬性矿物，增加熟料中氧化钙含量能增加C₃S含量，就可提高水泥强度。但并不是说氧化钙含量愈多愈好。因为氧化钙过多，易产生未化合现象，呈游离状态存在于熟料中，即俗称游离氧化钙。游离氧化钙是水泥安定性不良的主要因素，因而氧化钙含量必须适当。如果含量过低，则生成C₃S太少，C₂S相应增加，水泥强度不高;如果煅烧和冷却不好，还会引起熟料粉化，使水泥强度更低。

二、二氧化硅

SiO₂也是熟料中主要成分之一。它与CaO在高温下化合成硅酸盐矿物，因此，在水泥熟料中二氧化硅要保证有一定含量。当熟料中CaO含量一定时，SiO₂含量愈高，生成C₂S的量就愈多，C₃S的含量相应减少，会影响水泥质量。如果SiO₂高时，相应降低了Al₂O₃和Fe₂O₃含量，则熔剂矿物减少，不利于C₃S的形成;如果SiO₂低时，相应提高了Al₂O₃和Fe₂O₃含量，则熔剂矿物增加，硅酸盐矿物相应减少，会降低水泥强度，同时熔剂矿物过多，在回转窑内易引起结大块、结圈，在立窑内易结大块、料柱。

三、三氧化二铝

Al₂O₃在熟料煅烧过程中与CaO，Fe₂O₃发生固相反应，生成C₃A，C₄AF。当Al₂O₃含量增加时，C₃A增多，水泥凝结硬化变快，水化热变大。

如果Al₂O₃含量过高，则物料在烧成时表现为不耐火(易烧)，但液相黏度较大，对C₃S形成速度不利。在立窑煅烧中，如液相黏度过大，容易结大块。(www.xing528.com)

四、三氧化二铁

Fe₂O₃在煅烧过程中与CaO，Al₂O₃发生固相反应，生成C₄AF，并熔融为液相，且液相黏度小，在煅烧时能降低熟料形成温度，加速C₃S的形成。但是，不适当地提高Fe₂O₃和Al₂O₃的含量，液相增长迅速，使物料易结成大块而影响操作。

五、氧化镁

在熟料中含有少量MgO能降低液相的出现温度和液相黏度，有利于熟料烧成。但不能超过5%，过高会造成水泥安定性不良。

六、碱(K₂O+Na₂O)

物料在煅烧过程中，苛性碱、氯碱首先挥发，碳酸碱次之，硫酸碱较难。挥发到烟气中的碱在向窑尾运动时，只有一部分排入大气，其余部分则由于温度降低，又重新冷凝，被物料吸收。由于碱的熔点较低，含碱量高时，易导致结圈、结皮。当生料中含碱量高时，旋风预热器窑和窑外分解窑为防止结皮、堵塞，要考虑旁路放风及冷凝与放灰等措施，以保证窑生产正常进行。

水泥熟料中含碱能使水泥凝结时间不正常，使水泥强度降低，在硬化过程中，使水泥表面褪色，而且还可能使某些水泥混凝土因碱性膨胀而产生裂缝。

七、三氧化硫

水泥熟料中SO₃由煤和生料带入，水泥中SO₃由石膏带入。适量的SO₃在熟料中可起矿化剂作用，在水泥中是缓凝剂。SO₃过多会造成水泥安定性不良，这是由于当水泥硬化后，SO₃与水化铝酸钙生成水化硫铝酸钙，体积增大，产生内部压力的缘故。

八、烧失量

水泥熟料做全分析时总有一定烧失量，它是由于煅烧不完全等原因造成的。

九、氧化钛

TiO₂主要来自黏土，TiO₂少量掺入能提高熟料强度，掺入量以0.5%～1.0%为好。TiO₂过高时会降低水泥强度。

十、氧化磷及其他

熟料中含0.1%～0.3%的P₂O₅时，可以提高熟料强度;但随着含量增加，会使水泥强度下降，水泥硬化过程变慢。Mn₂O₃会改变水泥颜色(棕黄色)。