硫碱成分对水泥生产及质量有何影响

一、碱成分对水泥质量有什么危害？

       众所周知，碱不论以何种形式存在，都会对水泥生产与质量带来如下不利。

     （1）使水泥快凝、早强，碱含量偏高时，可提高早期强度，但降低28天强度，易出现急凝、安定性不合格等现象。

     （2）K₂O、Na₂O含量高的水泥易与碱活性骨料发生碱-骨料反应而造成混凝土破坏性膨胀，即俗称的“混凝土癌症”。

     （3）过量的碱（K、Na）在生产中易造成窑内结圈、预热器及窑尾结皮堵塞，特别是影响窑后烟室的结皮。

二、硫成分在生料及煤中超量会对生产及质量有何不利？

       虽然以生料的灼烧基，或以熟料为基准，SO₃仅占0.1%-2%，碱总量小于1%，但它们对窑的正常运转以及对水泥、混凝土质量的影响是不可忽视的。

     （1）影响煅烧工艺的正常运行：过量的硫易引起窑内结圈。为满足低碱规定，特别是生产低碱水泥，煅烧时会因SO₃过量而阻止熟料中C₃S的形成。

     （2）不合理的硫碱比会影响熟料质量及易烧性。

     （3）熟料中的SO₃越高，在水泥磨中的易磨性越差，并限制了石膏的加入量，继而又影响水泥凝结时间。

     （4）影响水泥及混凝土强度：SO₃较高时，有利于增加28天强度；最佳的SO₃量可使一天的砂浆强度最大化，对后期强度或在升高温度下的最大强度也有利。对于细度越粗、C₃A和碱含量越高的水泥，需要更多的SO₃，有利于强度；含有减水剂的混凝土也需要更高的SO₃。

      （5）形成的硫化物会对设备装置腐蚀，特别是导致对烟气管道严重腐蚀。

三、硫的循环及硫碱比对生产的影响机理是什么？

     （1）来自燃料中硫的氧化及硫酸盐分解而成的硫化物主要形式是SO₂，它们在窑内遇高温挥发，在预热器中降温后又凝集的过程就是硫在窑内的循环。理论上，SO₂低温下可氧化成SO₃，但实际上99%的气态硫化物将是SO₂，它们几乎都与预热器中的K₂O、Na₂O和CaO结合，并在烧成区再度挥发，又到窑尾和四、五级预热器形成硫循环结皮，不易挥发的碱性硫酸盐才存在于熟料中，这种循环最终将引发预热器结皮或堵塞出现。

     （2）碱在熟料中的赋存状态取决于硫碱的摩尔比：

SG=SO₃/(1.292Na₂O+0.85K₂O)

       当SG＜1时，除形成K₂SO₄和Na₂SO₄外，K₂O还和C₂S形成不规则圆形KC₂₃S₁₂颗粒及残留较多的f-CaO；Na₂O和C₃A形成暗色长条状NC₈A₃。

       当SG＞1时，除形成K₂SO₄和Na₂SO₄外，剩余的SO₃则形成CaSO₄。

     （3）硫与碱含量的比值在预分解窑的生产中影响很大，但保持硫碱比值的恒定是动态的。因为物料在窑内停留时间特别短，碱（K、Na）很容易随带走，而硫化物仍在窑内挥发循环，此时由于碱的缺乏，在窑的后部就会形成结皮结圈的恶性影响。如果窑的煅烧温度过高，或火焰直扫到物料上，这种循环更会加剧，直到结皮或预热器堵塞发生。而一旦在窑的低温区域，这些硫化物还要释放出来，使生成的熟料中SO₃变高。当SO₃的化学当量超过碱时，其挥发性更大。

       另外，在设计电收尘的比电阻时，要考虑SO₃、Cl₈和H₂O都会降低碱性粉尘比电阻。

四、如何降低生产中的硫碱含量？

     （1）在配料中，对硫碱的含量及比例必须给予足够的重视并保持，尽量避免过硬的配料。比如，在生产低碱熟料时，要更加严格限制生料和燃料中硫的含量；对于高碱石灰石的原料，可以适当加入磷石膏，不仅降低碱对煅烧的危害，而且改善了生料易烧性。

     （2）当硫、碱含量对窑尾结皮形成严重威胁时，只有设置气体（或物料）的旁路排放，可以减轻减缓上述现象。

     （3）国外采取对废气用活性炭过滤“清洗”的方案，减少硫化物对生产的影响。当生料中不能避免引入硫化物，特别是用黄铁矿作为铁质原料时，让窑尾废气通过干燥系统和生料磨机系统时，可以对SO₂低温吸收。此时，干燥制度极为重要，介质的气氛、温度、各种气体（如O₃、SO₂、CO₂及水蒸气等）的分压以及被研磨介质的化学或矿物结合能力等，均对吸附效果有重大影响。

五、高碱熟料能生产无碱害水泥吗？

       混凝土中的碱-集料反应可引起建筑物破坏，我国北方地区原料中普遍含碱较高，因此，如何利用这些原料生产无碱害水泥很有意义。

       混凝土中碱主要来自水泥熟料、外加剂及混合材。熟料中的碱又分为可溶碱和不可溶碱两种形式，可溶碱大部分主要是硫酸碱，不溶碱以固溶体形式存在于C₂S、C₃A、C₄AF中。其中可溶碱对强度影响最大。

       对此，郑州真金公司进行了研制与实验工作。碱-集料反应的宏观表现为膨胀开裂，通过测定膨胀值的方法就可检验这种反应对混凝土的破坏影响。可溶碱量的测定按ASTMC114的方法进行。结论是当高碱熟料掺入20%的粉煤灰一起粉磨后，适当提高其比表面积至390m²/kg，尽管其可溶性碱量较多，但可以很好地抑制碱-集料反应。

       郑州真金公司，拥有7000平方米生产办公厂区，3条采用智能自动控制系统超高温隧道窑，20台400-2500吨各类型数控自动压砖机，可年产10万吨耐火材料。作为知名的中国耐材品牌之一，真金耐火成立近四十年来，拥有丰富的项目经验，层完成多项大型高温窑炉砌筑项目，为国内外众多用户提供高性价比的耐火材料解决方案。真金耐火深入项目现场了解实际需求，为每一位用户提供适合的全套方案设计，树立良好的中国耐火材料品牌形象，并受到诸多海外客户的青睐。