防水之家讯：降低熟料烧成热耗和提高水泥白度是白水泥生产中的两个重要课题。白色硅酸盐水泥熟料由于含铁量低、液相量少、煅烧困难,烧成温度高达1550～1600℃。为了改善熟料的烧成过程,近年来在使用添加剂方面已开展了大量的研究,令人遗憾的是大多数添加剂虽能改善熟料烧成过程,却对水泥白度的提高作用甚微,甚至有些添加剂会使水泥白度降低。目前一般在白水泥生料中引入0.2%～0.4%的CaF2以改善熟料的烧成。本文通过对比实验,在白水泥生料中分别掺CaCl2、CaF2探索其对熟料烧成和白度的影响,论证CaCl2作为白水泥生产的添加剂的可行性。
1 原料、试验方法和测试方法
1.1 原料
试验用的主要原料方解石和白泥系武汉白沙洲特种水泥厂的工业原料，其成分见表1。
添加剂用的CaCl2、CaF2系干燥后的分析纯化学试剂。
1.2 试验方法
原料在实验磨内粉磨至0.08mm方孔筛筛余不超过10%,按适当配比配成生料，在混料机上混匀，加适量蒸馏水以压力60MPa压成Φ20mm×15mm的试饼，以400℃/min的升温速率加热，在硅钼炉中煅烧，并分别在不同烧成温度下保温45min，所得熟料均用水急冷至室温，烘干、磨细至0.08mm方孔筛筛余为4%。分别进行fCaO、白度测定和X射线衍射分析测试。
1.3 测试方法
熟料中游离氧化钙用甘油—无水乙醇法测定，白度用BDJ-D型数字显示式白度计测量，熟料矿物用XRD鉴定。
2 结果与讨论
2.1 试验结果
确定白水泥生料石灰饱和系数KH=0.90，计算方解石和白泥的配比为80.3∶19.7。氯化钙添加量分别为0.5%、1%、2%、3%;氟化钙添加量分别为0.2%、0.4%、0.6%。各组试样经煅烧后测定的游离氧化钙和白度值见表2。
从表2中数据可以看出，白水泥生料引入CaCl2后，熟料的烧成过程得到改善,游离氧化钙降低,未掺添加剂的0号试样在1500℃煅烧后fCaO为5.32%,而掺加0.5%、1%、2%CaCl2的试样A0.5、A1、A2在相同条件下所得熟料游离氧化钙分别是4.20%、0%、3.4%,以掺加1%CaCl2试样fCaO最低,说明其矿化作用最为显著。掺加CaF2后,熟料fCaO也有一定程度的降低,但降低的幅度没有掺加CaCl2明显,在白水泥生料中掺加0.2%～0.4%CaF2矿化作用最佳。
更为重要的是，试验数据还表明,CaCl2的引入能够有效改善熟料的白度，特别是当CaCl2掺量为1%时，熟料白度有较大的提高。白水泥生料中掺入CaF2亦能提高水泥熟料的白度，掺量为0.6%时白度增加显著，但熟料中游离氧化钙却较高。
2.2 讨论和解释
2.2.1 CaCl2的最佳掺量
图1和图2分别描绘了CaCl2掺量不同时白水泥生料在1500℃煅烧后所得熟料的fCaO和白度值。从图中曲线可以看出，在CaCl2掺量少于1%时,随着CaCl2掺量增加，熟料fCaO和白度分别降低和提高。而当CaCl2掺量大于1%以后，随CaCl2掺量增加，熟料fCaO和白度却又分别增加和降低，因此在白水泥生料中掺入1%CaCl2具有最佳的矿化、增白效果。
2.2.2 熟料XRD分析
图3分别为掺入0.5%、1%、2%CaCl2生料试样所得熟料的XRD图谱，从图中可以看出，掺入CaCl2后熟料的矿物组成与传统的白水泥熟料矿物组成相同，主要矿物为C3S、C2S、C3A。图中显示掺加1%CaCl2，试样C3S特征峰(D=1.76 )比其它两者强，说明C3S形成数量多。
2.3 试验规律解释
2.3.1 熟料fCaO与CaCl2掺量变化规律
生料中引入CaCl2在625～635℃形成一定量的低共熔物，促使CaCO3在750～820℃分解，形成氯硅酸钙或硅方解石，然后通过两个过渡相的分解或不一致熔融,进一步吸收fCaO，促进C3S的形成。因此白水泥生料中掺入CaCl2会降低熟料中fCaO数量，且随掺量增加，矿化作用增大，fCaO降低愈多。但是，掺入CaCl2的生料在高温下会发生下面两个反应:
CaCl2+H2O→HCl↑+CaO (1)
CaCl2+Fe2O3→FeCl3↑+CaO (2)
以上两个反应都释放出CaO产物，显然，CaCl2掺量增加,其分解的数量也会增加，反应释放出的CaO数量同时增加。综合以上两种效果，就可以得出掺入CaCl2后熟料中fCaO量与CaCl2掺量的变化规律，如图1所示。当CaCl2在生料中掺量为1%时，熟料中fCaO降到最低。
2.3.2 熟料白度随CaCl2掺量变化规律
国内外学者研究结果表明:随着水泥熟料中C3S含量增加，水泥的白度提高，反之则下降。在白水泥生料中引入CaCl2改善了熟料的烧成过程，促进熟料矿物C3S的形成，C3S的生成数量增加。同时从(2)式可以看出，由于FeCl3的挥发可减少熟料中着色氧化物Fe2O3的数量。这两个因素都会提高熟料的白度。但是当CaCl2掺量过多时，势必导致更多的CaCl2分解。由于CaCl2+H2O→HCl+CaO是吸热反应,并由此降低了物料温度，从而影响了C3S的形成，导致C3S的形成数量降低，不利于熟料白度的提高。因此,在白水泥生料中掺入CaCl2后,其C3S形成数量在掺量为1%时达到最高(这可以从图3 XRD图谱中D=1.76 衍射峰峰强对比中得到证实)，同时熟料白度也提高。
3 结论
CaCl2是白水泥生产的有效矿化剂和增白剂，最佳掺量为1%，其熟料的烧成温度为1450～1500℃，比传统工艺降低100℃左右。熟料的fCaO和白度分别大幅度降低和提高。
单掺CaCl2无论是促进熟料烧成还是提高熟料白度都优于单掺CaF2。采用普通工业原料生产白水泥，掺入1%的CaCl2作矿化剂，可以生产白度在84%以上的优质白水泥。
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