摘要：随着现代水泥行业的快速发展，对水泥生产各工序质量也提出更高的要求。然而现行水泥熟料煅烧过程中，其中存在的碱和MgO会带来明显的影响。本文分析了碱和MgO对熟料性能的影响。
关键词：碱；MgO；熟料性能；影响；
作为影响水泥性能的主要因素，熟料在应用过程中需保证在岩相结构上较好，且矿物组成较为合理。从水泥熟料成分构成看，除表现在基本氧化物外，也含有其他少量氧化物，这些氧化物中对水泥性能影响较为明显的集中表现在氧化镁方面，其在参与实际生产中，对水泥水化、水泥强度、熟料结粒等都会产生一定影响。
1 碱和MgO对熟料性能的影响
1.1碱对熟料性能的影响。碱对水泥熟料的生产过程及性能有很大的影响，在窑系统内的循环富集严重时会促进结皮、结圈、通风不良、烧成带物料粘散、起飞砂等恶劣煅烧条件并危及窑的正常运行，碱含量过高时会增加熟料中fCaO的含量、影响熟料强度及安定性、发生碱集料反应给建筑事业带来危害等，所以熟料中碱含量的问题日益得到重视。一是水泥生产过程中碱的情况介绍。在生产硅酸盐水泥时，由于原燃材料成分的波动，带入的碱含量也随之波动，碱主要来源于原料。使用煤作燃料时，苛性碱、氯化碱首先挥发，碱的碳酸盐和硫酸盐次之，而存在于长石、云母、伊利石中的碱要在较高的温度下才能挥发。挥发的碱只有一部分排人大气，其余部分随窑内烟气向窑低温区运动，凝结在温度较低的生料上。随原料种类、烧成温度不同，残留在熟料中碱的含量有所不同。熟料中含有微量的碱时，能降低共熔温度，降低熟料烧成温度，增加液相量，起助熔作用，对熟料性能影响较小，但含碱量较高时，对熟料煅烧不利。碱对生产过程的不利影响主要在于阻碍水泥熟料矿物的形成，增加熟料中游离石灰的含量，破坏窑衬，生成硫碱圈，增加操作困难。二是碱可加速快凝及需水量。少量的碱对熟料形成过程具有一定的矿化作用。研究表明，少量的碱能降低液相形成温度和增加液相量，复盐在780～820℃温度下熔化成流动性很高的液相，可加速熟料矿物的低温合成过程。熟料含碱量较高时，水泥发生快凝、结块及需水量增加，水泥水化时产生的KOH和NaOH消耗石膏，可破坏石膏的缓凝机理。研究发现，水泥的需水量随着含碱矿物含量的增加而增加。当水泥中碱含量较多时将加速凝结，必须多加石膏才能缓凝。根据生产过程中实际经验可知，采用高碱原料时将使水泥快凝，并大大增加需水量，除非增加石膏掺入量，否则强度试验就无法进行。当碱含量<1％时影响不甚明显，但当碱含量>l％左右时，需水量显著增加。
1.2碱对强度的影响。水泥中碱溶出快，能增加液相的碱度，可加速水化速度及激发水泥中混合材的活性，从而提高水泥的早期强度。造成熟料强度下降，安定性不良，同时由于碱使高温液相粘度增大，致使熟料煅烧中容易结大块，甚至造成窑内结圈，破坏热工制度。水泥熟料中的含碱矿物阻碍C3S的生成和结晶完善，使水泥早期水化，凝结性能异常，不利于初期水化产物结构的正常形成，对水泥强度的发展和水泥结构的致密化都十分不利。当碱含量<1％时，对强度的影响还不甚明显，但当碱含量>1％左右时，抗压强度和抗拉强度急剧下降，特别是抗拉强度，当碱含量>1．8％时，强度突然下降。强度开始时随着碱含量增加而降低，之后又逐渐增加到超过未加碱的试体，这时若再继续增加碱含量，则抗折强度又下降。虽然碱含量对水泥熟料强度的影响非常明显，但对用这种熟料制得的矿渣水泥（矿渣掺人量约50％）的强度影响却不大。原因可能是由于矿渣掺人后降低了水泥的碱含量，另一方面可能是碱对矿渣的活性有一定的激发作用
1.3氧化镁对熟料性能的影响。一是液相粘度与液相量受氧化镁的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在煅烧水泥熟料中，由于氧化镁本身表现出较弱的碱性，其会使Al2O3出现离解现象，此时液相粘度便会呈现降低趋势，离子移动性能在该趋势下不断增强，促使C3S 产生。而对于液相量，其一般会在氧化镁含量不同下发生一定变化。从实际煅烧熟料过程看，由于C4AF 与C3S 晶格中有氧化镁融入，此时液相颜色将由橄榄绿色取代原有的棕黑色，假若氧化镁含量超出C4AF 与C3S 的固溶能力，此时便会以方镁石晶体形式呈现出来。假若氧化镁在熟料中的含量超过2.0%，其意味有较多Fe2O3被加入熟料中，此时烧结范围将不断变窄，结大球、结圈等一系列问题都会在窑内出现，烧成系统将难以可靠运行。二是熟料结粒受氧化镁的影响。一般液相作用下会出现较多熟料颗粒，且晶体外会有液相毛细管桥形成，该桥强度会对颗粒扩散强度产生影响，而影响桥强度的因素关键在于颗粒直径、液相表面张力等。这就要求在熟料结粒获取中，应注意使液相量足够，保证颗粒均匀分布这样才可使液相黏度保持较低且表面张力得以提高。从以往大多实践研究表明，煅烧温度提升下熟料成分、液相黏度都会呈现下降趋势，而液相黏度减小下结粒较为容易。需注意的是，假若熟料成分中有SO3、R2O 等存在，此时在增加氧化镁含量时，会降低液相粘度值，使结粒更为容易。因此，熟料结粒中，通过对氧化镁含量的控制，可起到一定的促进作用。三是氧化镁固溶体在熟料中一般保持在2%的总量，假若超出该总量，便有析出方镁石结晶，而此时方镁石晶体在镁矿物分解温度降低的情况下，将具有较大的生长机遇。同时，熟料冷却速度也会对结晶大小产生一定影响，假若方镁石在水化过程中有Mg（OH）2生成，此时将会出现明显的膨胀现象。对于这种体积膨胀，在较多结构工程中如大坝、水工等应用都较为常见。从现行混凝土裂缝问题现状看，若能在水泥中保持适量的氧化镁，很容易水化硬化时，混凝土表现出微膨胀现象，对于水泥凝胶中化学缩减可起到一定的补偿作用，进而实现收缩裂缝减少的目标。
2 建议
为使水泥熟料质量得以提高，主要考虑将氧化镁作为原料，但为保证其作用充分发挥出来，需采取一定的优化操作措施。具体包括：第一，对配料进行优化，防止有结长厚窑皮问题的产生。需注意的是熟料烧成中液相会在氧化镁含量提升中不断增加，这样便会导致结圈、结大块问题出现。此时便可考虑对SM 与KH 值进行提升，将液相量受氧化镁的影响控制到最低。所以在实际生产过程中，可考虑以高硅低铁方式为主，这种配料方式应用下，对于窑速的提高以及填充率的控制都可起到明显作用，减小氧化镁含量带来的不利影响。第二，实际生产过程中为满足入窑分解率降低要求，可通过对窑尾出口温度降低措施实现。通常分解炉出口温度在正常情况下以890℃为主，若需对氧化镁熟料进行煅烧，应保证温度调低10℃-40℃。同样，对于窑尾出口温度，也可适当降低，这样能够防止液相过早出现问题。而在入窑分解率降低过程中，应避免IM 与SM 值提高情况下有飞砂情况出现，尽可能使熟料质量得到保障。此外，在氧化镁熟料生产中，也需从冷却机操作的优化、烧成带长度的控制等方面着手，如在冷却机操作优化方面，主要需保证其冷却速度适中，这样水化后氧化镁膨胀效率可得到保障。而对于烧成带长度的控制，主要需通过窑内通风的改善实现，如煤粉细度的控制等。
综上所述，熟料中的MgO的含量对熟料强度的影响比较复杂，大部分研究表明，石灰石中MgO含量对熟料强度有一定影响，对铁相也应作相应减少，这样才能有效保证硅酸盐矿物含量不变。另外，为防止方镁石晶体长大，应加快熟料冷却速度，保证其热工制度的稳定性，可减少其对质量的影响。
参考文献：
[1]李寿冬，樊粤明，吴笑梅，李华.浅析熟料煅烧温度影响低热水泥早期强度的作用机理[J].广东建材，2016，08：14-18.
[2]贺烽，蔡玉良，陈蕾.氧化镁对水泥熟料煅烧和水泥水化的影响[J].中国水泥，2016，09：95-98.
[3]郭成洲.氟、磷对硅酸盐水泥熟料矿物水化过程影响机理研究[D].武汉理工大学，2016.
论文作者:朱元军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/8/9
标签：熟料论文; 氧化镁论文; 水泥论文; 含量论文; 液相论文; 强度论文; 水化论文; 《基层建设》2018年第20期论文;