岩相检验对水泥熟料游离氧化钙成因的甄别

2020-12-18昆明冶金高等专科学校云南昆明650033

水泥工程 2020年4期

梁旗（昆明冶金高等专科学校，云南昆明 650033）

0 引言

在水泥厂考核f-CaO合格率，主要针对窑系统中控操作员。但f-CaO形成的原因不仅是煅烧，还有原料的硬度、杂质、配料率值、生料细度、生料均化的效果、煤粉的细度等都会影响熟料中f-CaO的残余量。岩相分析能够把这种多因素影响的结果正确归因，从而找到控制措施对应的靶点。

1 原料和生料的影响

1.1 原料质量

有一种一次f-CaO矿巢要追溯到石灰石的硬度，石灰石硬度过大导致生料过粗，当石灰中方解石晶体尺寸大于6μm其硬度就明显增大，目视观测就能看见石头上的白色方解石脉。如图1是2017年1月14日云南省昭通市一家水泥厂熟料中的一次f-CaO矿巢，反光显微镜下大颗粒石灰石形成的一次f-CaO矿巢颗粒间一般比较紧密，而检测该熟料f-CaO含量达到2.5%。为避免这种情况，生产中白色方解石要和隐晶质的石灰石搭配使用。

有的水泥厂石灰石的细度是合格的，但含较多粗粒石英，仍然造成了一次f-CaO超标，这是由于燧石灰岩或大颗粒石英硬度大，不容易磨细，而且反应活性差，反应速度慢，导致游离氧化钙吸收困难，且原料中的杂质K2O会取代B矿中的CaO，生成钾硅酸钙KC23S12（含碱B矿），同时产生二次f-CaO，且KC23S12不能生成A矿，从而使一次f-CaO残留超标。图2是2014年9月18日云南省昆明市一家水泥厂1号窑水泥熟料中A矿包裹B矿的情形，反光显微镜下A矿包裹较多的B矿，形成B矿巢（反光显微镜下含碱B矿的鉴别：1%氯化铵浸蚀，鱼骨状，蓝色或黄绿色），吸收不完全的f-CaO颗粒间较稀疏。研究表明只有当石英颗粒较细而且分散存在时，这种危害才会消失。

图1 紧密型f-CaO矿巢

图2 A矿包裹B矿

1.2 配料率值的影响

石灰饱和系数KH值过大，也会造成一次f-CaO含量超标，这种一次f-CaO在岩相结构上通常不甚紧密，小堆状分布或显示矿条或矿带结构，颗粒尺寸也比大颗粒石灰石形成的矿巢小。图3是2011年10月云南省红河州某县一家水泥厂熟料中高钙区残留一次f-CaO的情形，其f-CaO含量3.6%。

图3 高钙区残留的一次f-CaO

如果硅率过大，液相量不足，会造成料难以烧结，一次f-CaO吸收不完全，从而有较多残留。铝率过大，会造成液相粘度过大，离子扩散困难，从而有游离钙残留。后面这两种情况也是要避免的。

1.3 生料细度和均化的影响

大颗粒石灰石会使生料局部失去均匀性，氧化钙集中区形成一次f-CaO矿巢。这种矿巢岩相结构上颗粒聚集紧密，一般矿巢中心的颗粒较大，边缘环绕较小颗粒。间距小，中心较集中，边缘较疏松。图4是2017年5月20日云南省昆明市某县水泥厂熟料样品中大颗粒石灰石形成的一次f-CaO矿巢，样品f-CaO含量约为1.3%。

图4 大颗粒石灰石形成的一次f-CaO矿巢

由于生料均化效果差，形成的岩相结构是A矿B矿分区域分布，图5是2015年9月14日云南省昆明市某水泥厂由于生料均化不良，熟料中A矿、B矿分区域分布，并在高钙区产生一次游氧化钙矿巢，一次f-CaO含量为3%。观察这种熟料先要判断煅烧温度的高低，如果煅烧温度是高的，却出现了高钙区和低钙区岩相，就可以判断均化不良。

图5 生料均化不良，C3S、C2S分布不均匀

生料均化不良改变了局部的配料率值原因有来料成分波动没有及时调整；均化库空气搅拌不充分，碳酸钙滴定合格率低；还有就是煤灰沉落不均匀。图6是2011年10月云南省红河州某县水泥厂，熟料中煤灰沉落点形成的一个B矿区域，图7是该熟料高钙区的A矿和残留的一次f-CaO共生的情形。在岩相结构上的区别是，大范围的A矿、B矿分布不均匀是均化不良造成的，小范围的B矿集中是煤灰沉落点造成的，有时在沉落点还能看见孔洞和没有烧完的灰烬，周围环绕着生成的B矿。

图6 一个煤灰沉落点，造成局部的低钙区，形成C2S矿巢

图7 高钙区剩余的f-CaO

2 烧成制度的影响

2.1 欠烧和轻烧

无疑欠烧和轻烧是一次f-CaO超标的重要原因。岩相结构上欠烧的主要标志一是一次f-CaO矿巢多、含量高，二是熟料孔隙率高，通常40%～50%或更高，由于控制水平的提高，这种料已很少见到。大火大料，快转窑速，轻烧料、急烧料却很常见。图8是2015年9月14日云南省昆明市某水泥厂出现欠烧形成的一次f-CaO，该熟料f-CaO含量达到3%。

图8 欠烧的熟料f-CaO矿巢分布很广泛

岩相结构上鉴别轻烧一是测量A矿的尺寸，150μm以下的小晶体偏多。二是测定一次f-CaO的含量和孔隙率。这种熟料不仅体积安定性不合格，而且由于A矿尺寸过小强度低。图9是2017年5月20日云南省昆明市某县水泥厂熟料样品出现急烧的情形，急烧料岩相结构鉴定主要看A矿，A矿结晶毛糙，形态不规整，包裹物多，A矿尺寸大的特别大，小的特别小，大小不均齐。

图9 轻烧的熟料中C3S细小晶体占一定比例

2.2 慢冷和还原气氛的影响

如果冷却机的工况不达标，1250℃停留时间过长，会使A矿分解产生二次B矿和二次f-CaO。其岩相结构特征是A矿边缘分解，呈现花环结构。

如果窑内出现还原气氛，产生FeO，FeO会交代置换A矿中的氧化钙，使A矿分解并产生二次f-CaO。图10是2009年5月25日云南省昆明市某水泥厂由于出现还原气氛A矿边缘熔蚀分解的情况，其岩相结构是A边棱和角顶被熔蚀呈圆钝形状，边棱甚至出现凹缺。B矿也发生形变，呈手指状、树叶状。图11是2017年1月14日云南省昭通市一家水泥厂由于出现还原气氛，熟料中C2S呈手指状，C3S边棱分解产生二次f-CaO和二次C2S的情形，该熟料f-CaO含量较高为2.5%。