掺杂对高镁熟料中MgO的固溶特性及Alite微结构的影响

论文摘要

随着高镁石灰石越来越多的用于熟料烧成,高镁熟料早期强度较高、后期强度增长缓慢的现象逐渐受到人们的关注。解决这个问题,对于利用高镁石灰石生产优质熟料有重要意义。本文依托于国家重点基础研究发展（973）计划项目（2009CB623100）“水泥低能耗制备与高效应用的基础研究”,试图以MgO固溶和硅酸三钙（C3S或Alite）晶型转变作为切入点为解决上述问题提供理论依据。经过实验分析,得到了以下结论：（1）单矿物中,MgO掺量、SO3掺量和温度的提高,均有利于MgO在C3S晶胞中的固溶,其中MgO掺量为5%或者MgO掺量为4%、SO3掺量为4.8%时,1450℃下最高固溶量均为2%左右。（2）高镁熟料中,游离镁（f-MgO）随F-/SO3和ZnO掺量提高而降低,其中SO3掺量小于2.4%时f-MgO下降较快,ZnO掺量对f-MgO的影响主要体现于SO3掺量较低（1.6%）的情况下；f-MgO随温度升高明显降低且不同温度下层次明显,1250℃时在2.5%Y3.5%之间,1350。C时2.0%～2.5%之间,1450℃时在1.6%～2.0%之间；1450℃下5%MgO熟料中f-MgO最低为1.6%左右。（3）高镁熟料中,MgO的固溶量随硅率（SM）的提高而增加,尤其在高温下（1450℃）,f-MgO在3%MgO熟料中从1.7%降低至1.2%,在5%MgO熟料中则从2.2%降至1.9%,说明相对于中间相,高温下MgO更倾向于在硅酸盐相中固溶。（4）单矿物中,C3S晶胞参数的变化与掺杂有关。Cu2+和Zn2+均置换Ca2+,但Cu2+对晶轴a影响较大,而Zn2+则影响了晶轴C; MgO掺量的提高,使C3S晶胞中晶轴a变大,晶轴c也略微变大,晶轴角p明显减小；SO3掺量提高时,只有晶轴a有所变大；温度升高使晶轴a、b、c以及晶轴角β明显减小。（5）在从高镁熟料萃取的Alite中,SO3掺量提高导致晶轴角β减小而ZnO掺量提高则使其增大；温度升高使晶轴a、b、c以及晶轴角β均有所减小（6）高镁熟料中,随着SM、MgO含量提高,1250℃时f-CaO呈下降趋势,但在1350℃以上时,呈现上升的趋势；温度和SO3掺量的提高均有使铝相从CHA7℃aF2经C12A7转变为C3A的趋势；MgO和ZnO掺杂只能通过助熔作用来影响各矿物的形成；以CaSO4引入SO3的量较大（3.2%）时,低温下（1250℃）熟料中有C4A3S生成,CaSO4也大量存在,高温（1450℃）下,C4A3S已分解,CaSO4也部分分解；当F/SO3掺量为0.7%/0.8%时,1450℃下熟料的岩相结构较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 概述
• 1.2 研究进展
• 3S的晶体结构'>1.2.1 C₃S的晶体结构
• 3S的晶型转变'>1.2.2 掺杂与C₃S的晶型转变
• 1.2.3 MgO对熟料烧成的影响
• 1.2.4 MgO的水化膨胀
• 1.3 Rietveld全谱拟合方法
• 1.4 本文的研究目的及意义
• 1.5 本文主要研究内容及总体结构安排
• 2 原料及实验分析方法
• 2.1 原材料及主要实验仪器
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.2 实验分析方法
• 2.2.1 f-CaO的测定
• 2.2.2 游离氧化镁（f-MgO）的测定
• 2.2.3 熟料硅酸盐相的萃取
• 2.2.4 XRD分析
• 2.2.5 岩相分析
• 2.2.6 扫描电镜分析
• 3S单矿物中MgO固溶的影响'>3 掺杂对C₃S单矿物中MgO固溶的影响
• 3S单矿物的合成'>3.1 C₃S单矿物的合成
• 3.2 单矿物掺杂
• 3.3 杂质、温度对MgO在单矿物中固溶量的影响
• 3.3.1 MgO对MgO固溶量的影响
• 3对MgO固溶量的影响'>3.3.2 SO₃对MgO固溶量的影响
• 3.3.3 温度对MgO固溶量的影响
• 3.4 杂质、温度对单矿物晶胞参数的影响
• 2、CuO掺杂对C₃S晶胞参数的影响'>3.4.1 ZnO、TiO₂、CuO掺杂对C₃S晶胞参数的影响
• 3S晶胞参数的影响'>3.4.2 MgO对C₃S晶胞参数的影响
• 3对C₃S晶胞参数的影响'>3.4.3 SO₃对C₃S晶胞参数的影响
• 3S晶胞参数的影响'>3.4.4 温度对C₃S晶胞参数的影响
• 3.5 杂质、温度对单矿物微观结构的影响
• 3.6 本章小结
• 4 掺杂对高镁熟料中MgO固溶及Alite的影响
• 4.1 实验方案
• 4.2 杂质、温度对熟料烧成的影响
• 4.3 杂质、温度对MgO在熟料中固溶的影响
• 3对f-MgO的影响'>4.3.1 SO₃对f-MgO的影响
• 4.3.2 ZnO对f-MgO的影响
• 4.3.3 温度对f-MgO的影响
• 4.3.4 讨论
• 4.4 杂质、温度对熟料物相的影响
• 4.4.1 MgO对熟料物相的影响
• 3对熟料物相的影响'>4.4.2 SO₃对熟料物相的影响
• 4.4.3 ZnO对熟料物相的影响
• 4.4.4 讨论
• 4.5 杂质、温度对熟料中Alite晶胞参数的影响
• 3S晶胞参数的影响'>4.5.1 杂质对C₃S晶胞参数的影响
• 3S晶胞参数的影响'>4.5.2 温度对C₃S晶胞参数的影响
• 4.5.3 讨论
• 4.6 杂质、温度对熟料岩相结构的影响
• 4.7 本章小结
• 5 硅率对高镁熟料中MgO固溶的影响
• 5.1 实验方案
• 5.2 硅率对熟料易烧性的影响
• 5.3 硅率对MgO固溶的影响
• 5.4 硅率对熟料物相的影响
• 5.4.1 MgO含量为3%时硅率的影响
• 5.4.2 MgO含量为5%时硅率的影响
• 5.4.3 讨论
• 5.5 硅率对熟料岩相结构的影响
• 5.6 本章小结
• 6 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
• 致谢