低液相下阿利特形成热、动力学研究

摘要

本文系统地研究了高阿利特水泥熟料体系的矿物匹配关系，以及液相量对阿利特形成热、动力学过程的影响。通过XRD、SEM、SEM-DES测试，分析了熟料形成过程中的液相性质及液相量对阿利特晶体形成的影响。借助熟料易烧性、烧失量测定，通过金斯特林格方程和阿累尼乌斯方程计算反应速率常数及反应活化能，对阿利特动力学进行了详细研究。结合熟料形成过程的CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3系统的相图分析以及有关热力学的吉布斯自由能(△G)计算进行了详细的热力学讨论。
　　 在水泥熟料体系的矿物中，通过研究升温制度对阿利特形成的影响，确定了快速升温制度20℃/min。KH=0.92, SM值范围在2.1-2.3, IM值范围在1.2-2.1，研究得出，IM影响液相粘度，SM影响熟料形成的液相量，从而对阿利特形成的动力学产生影响。IM一定，SM越大，相同的IM值SM越大，液相量越小，Ea越大；SM相同IM越大，液相粘度变越大Ea越大。研究液相量18％-24％时，阿利特形成动力学过程，液相量增大，阿利特形成的反应率G越大及其反应速率常数k也越大，阿利特形成所需要的表观活化能Ea也变小。当液相量值为18％-21％时，熟料反应活化能变化明显，液相量为21％-23％时，Ea变化趋势不明显。
　　 研究表明在熟料矿物体系中形成的液相量不能达到理论计算值，在1400℃，当KH=0.92， SM=2.5, IM=1.5时，熟料矿物体系中液相量计算值是24％，但是实际产生的液相量约为19％。研究表明：在熟料矿物体系中，KH=0.92, SM=2.1-2.3，IM=1.2-2.1，煅烧熟料过程中实际产生的液相量值匀在18％到20％间，液相量较低。液相量增大，改善了熟料的亚微结构，对阿利特晶体形成有明显促进作用，液相量低于19％时熟料矿物晶体尺寸较小，在液相量19％-23％时，熟料晶体发育比较完善，但液相量值大于24％，熟料易烧结。
　　 液相量对阿利特形成热力学研究表明，阿利特反应吉布斯自由能△G随着液相量减少线性增大，液相量越小，△G值越大，阿利特矿相形成的趋势会减小。