粉煤灰硅酸盐水泥及研制(实验报告).doc

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唐 山 学 院 水泥方向综合实验 题目： 粉煤灰硅酸盐水泥的研制 环境与化学工程系 10无机非金属材料（1）班 系 别：_________________________ 王鹏 班 级：_________________________ 朱晓丽 姓　 　名：_________________________ 指 导 教 师：_________________________ 2013年7月11日 粉煤灰硅酸盐水泥的研制 摘 要 凡是由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为粉煤灰硅酸盐水泥。粉煤灰硅酸盐水泥的研制实验，是通过对原料的化学分析，确定原料的化学组成，从而确定配方。根据种类的不同，各个组分的配比不同。本次试验主要用石灰石、铝矾土、钢渣、砂岩、粉煤灰及石膏来配制粉煤灰硅酸盐水泥。 实验初期主要是原材料的准备阶段：（1）主要原料的制备的加工；对天然矿物原料及工业废渣需进行加工处理。一些经上述物性检验(粒度，比表面积等)不合格的原料也要进行加工处理. 用实验室的小颚式破碎机，小球磨机进行破碎与粉磨至要求的细度.然后研磨过0.08mm方孔筛，达到实验所需细度。（2）主要原料的分析检验；对所备齐的原料进行采样与制样，进行CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO和烧失量等分析。实验中期主要是生料的制备阶段：（1）配料计算；① 根据实验要求确定实验组数与生料量。② 确定生料率值。③ 以各原料的化验报告单作依据进行配料计算。（2）配制生料；按配料称量各种原料，放在研钵中研磨、过筛、压饼、试烧。（3）生料煅烧。实验末期主要是水泥制备阶段： 1>石膏、混合材的加工；石膏中三氧化硫的测定（本实验用脱硫石膏)2>熟料的分析检验3>选取合理的比例进行配料4>把熟料、混合材、石膏混匀制成水泥5>水泥性能的测定。 水泥的质量主要取决于水泥熟料的质量，而熟料的质量与水泥生料成分、均匀性及煅烧过程和煅烧的热工制度有关。因此，在水泥的研究与生产中往往通过实验来了解生料的易烧性和研究熟料的煅烧过程，从而为水泥的生产提供依据。 关键词：原料 生料 熟料 水泥 混合材 石膏 化学分析 试烧 熟料煅烧 性能测定 烧失量 含水量 目 录 1 引言 4 1.1粉煤灰硅酸盐水泥概述 4 1.2粉煤灰硅酸盐水泥的经济效益与社会效益 4 1.3粉煤灰硅酸盐水泥的理论技术分析与发展趋势 5 2实验过程 7 2.1原料 7 2.1.1原料制备 7 2.1.1.1石灰石样品制备 7 2.1.1.2铝矾土样品的制备 7 2.1.1.3其他原料制备 7 2.1.2原料附着水分和烧失量的测定 7 2.1.2.1石灰石的附着水分测定 7 2.1.2.2石灰石的烧失量测定 8 2.1.2.3其他原料附着水分和烧失量的测定 8 2.1.2.4数据处理 8 2.1.3石灰石的化学分析 8 2.1.3.1试样溶液的制备（氢氧化钠熔融分解试样） 8 2.1.3.2二氧化硅（氟硅酸钾容量法） 9 2.1.3.3 EDTA配位滴定铁、铝、钙、镁试样溶液的制备 9 2.1.3.4三氧化二铁（EDTA—配位滴定法） 10 2.1.3.5三氧化二铝（EDTA—铜盐回滴定法） 10 2.1.3.6氧化钙（EDTA-配位滴定法） 11 2.1.3.7氧化镁（EDTA-配位滴定法）............................................................11 2.1.3.8数据处理 11 2.1.4原料的所有数据处理 12 2.2生料 12 2.2.1生料配比数据处理 12 2.2.2 生料配比及制备 13 2.3熟料的煅烧 13 2.4熟料化学分析 13 2.4.1 试样溶液的制备 13 2.4.2 二氧化硅的测定 14 2.4.3 三氧化二铁的测定 14 2.4.4 三氧化二铝（EDTA—铜盐回滴定法） 14 2.4.5 氧化钙 15 2.4.6 氧化镁.....................................................................................................15 2.4.7 熟料化学分析数据处理 15 2.4.8 熟料中f-CaO的测定 16 2.4.8.1测定方法 16 2.4.8.2数据处理 16 2.5水泥的制备 16 2.5.1水泥配比及数据处理 16 2.5.2水泥性能测定 17 2.5.3试体强度的测定 17 2.6试验所用仪器 18 3 结论 19 4误差分析 20 参考文献 21 1 引言 1.1粉煤灰硅酸盐水泥概述 凡是由硅酸盐水泥熟料粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为粉煤灰硅酸盐水泥。水泥中粉煤灰的参加量按质量百分比计为20%～40%。允许参加不超过混合材总量的1/3的粒化高炉矿渣。此时混合材总参加量可达50%，但粉煤灰量仍不得少于20%或超过40%。 粉煤灰水泥结构比较致密，内比表面积较小，而且对水的吸附能力小得多，同时水泥水化的需水量又小，所以粉煤灰水泥的干缩性就小，抗裂性也好。此外，与一般掺活性混合材的水泥相似，水化热低，抗腐蚀能力较强等 1.2粉煤灰硅酸盐水泥的经济效益与社会效益 粉煤灰是具有一定活性的火山灰质混合材料它具有潜在活性高，矿物体化学稳定性好，颗粒细，有害物质少，可以改善混凝土或砂浆物理性能等优点。综合利用粉煤灰做水泥混合材能够改善生态环境、变废为宝、节约能源，增产水泥，降低成本，具有显著的社会效益、环境效益、经济效益，是一项利国、利民、利企业的工作，符合保护土地，合理开发自然资源的基本国策。 我国因为有效地推广粉煤灰硅酸盐水泥的生产和使用，特制定了粉煤灰硅酸盐水泥标准，为我国五大水泥品种之一。 我国是煤炭资源丰富的国家，是世界最大的煤炭生产国和煤炭消费国。以煤为燃料的火力发电发展迅速，发电量达1.3亿千瓦小时，其中火力发电占79.6%，由此而产生的粉煤灰排放量逐年增加，至2002年底，全国粉煤灰排放量1.6亿吨，粉煤灰的堆存量达8亿多吨，占地20多万亩，随着电力工业的发展，其排出量还将逐步增加，如不加以好的利用，就会占用农田，堵塞江河，污染环境。粉煤灰的处置受到整个社会的关注。因此，自从1978年国家把它确立为资源综合利用突破口以来，如何对粉煤灰资源进行合理有效的利用，成为我国经济和社会发展的一项长远战略方针。 粉煤灰主要由活性二氧化硅和氧化铝组成，因此它可代替粘土组分进行配料，用于水泥生产。 粉煤灰用于水泥生产，不仅具有经济效益，还有社会效益，集中表现为： 1）节省燃料 一方面由于粉煤灰的生产过程就相当于一个熟化过程，当用它替代粘土时就省掉粘土用于熟化消耗的热量；另一方面由于粉煤灰中尚含有一定数量未完全燃烧的碳粒，在某些粉煤灰水泥生产中得到应用。因此，在粉煤灰水泥生产的配料中可减少加入煤量。 2）增加产量，降低电能 粉磨普通硅酸盐水泥时，参加粉煤灰作混合材料，能起到一定的的助磨作用，使磨机产量有所提高，降低单位电耗。 3）降低产品成本，改善水泥某些性能 粉煤灰比生产传统水泥的原材料易得，价廉，能降低产品成本。 4）保护环境，变废为宝 像我们这样一个燃煤大国，能使粉煤灰资源得到很好的再生利用，对避免生态环境恶化，实现可持续发展，造福子孙后代具有重要意义。 1.3粉煤灰硅酸盐水泥的理论技术分析与发展趋势 (1) 国内水泥制造理论及技术分析 <1>新型干法水泥生产技术 窑外预分解技术是新型干法水泥技术的核心，也是当代新型干法水泥煅烧技术发展的主流技术，它是在悬浮预热器窑的基础上进一步发展而成。现代窑外预分解技术按分解炉与回转窑的相对位置关系的不同，又分为在线式预分解窑系统和离线式预分解窑系统。“三传一反”过程变成了悬浮态气固间的“三传一反”过程，大大地提高了各过程的效率和速率，达到了提高回转窑生产能力的目的，降低了单位熟料的各种物资消耗，最终实现了提高经济效益的目的 <2>回转窑生产技术 水泥工业在发展过程中出现了不同的生产方法和不同类型的回转窑，按生料制备的方法可分为干法生产和湿法生产，与生产方法相适应的回转窑分为干法回转窑和湿发回转窑两类。 干法回转窑与湿法回转窑相比优缺点正好相反。干法将生料制成生料干粉，水分一般小于1％，因此它比湿法减少了蒸发水分所需的热量。中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差。所以原料混合不好，成分不均匀。 (2)粉煤灰硅酸盐水泥的现状及技术发展趋势 采用"两高三分超细法"新工艺生产早强型粉煤灰硅酸盐水泥技术是现今工艺最合理，技术最成熟的粉煤灰水泥生产技术。它的特点是： 1）成功地解决了粉煤灰早期强度低，凝结时间长的问题。 2）采用两点掺入三分法利用，粉煤灰利用量大掺量高达40%，效益显著。　3）使熟料高强，快凝，从技术上来说是一个突破。 4）解决了代塑性生料同样烧出优质熟料的重大问题。 5）采用干法排灰，粉煤灰分制堆放均化和使用高细粉磨是"两高三分超细法"的重大技术措施。 　　采用"两高三分超细法"新工艺生产早强粉煤灰硅酸盐水泥，吨水泥利用灰渣40%～50%（用作混合材30～35%，代替粘土料10%左右），若建一条20万吨/年生产线，年可创产值4000多万元，利税500多万元，利用粉煤灰12万吨。经济效益、社会效益和环境效益都十分可观。 未来，国际水泥工业的发展趋势是以节能、降耗、环保、改善水泥质量和提高劳动生产率为中心，实现清洁生产和高效率集约化生产，走可持续发展的道路。研究的重点主要是围绕水泥工业节能降耗、减少了有害气体(CO：、SO：等)排放以及低品位原燃料、工业废弃物的资源化利用等方面．具体表现在两个方面：一是国际水泥工业技术装备上新型干法水泥生产技术向着大型化、节能化以及自动化方向发展。二是水泥及水泥基材料的研究是以水泥的生态化制备、先进水泥基材料、水泥的节能和高性能化、废弃物的资源化利用以及水泥制备和应用中的环境行为评价和改进等方面为研究开发重点，两者相辅相承，推动了水泥工业的可持续发展。 2实验过程 2.1原料 2.1.1原料制备 综合实验是普通硅酸盐水泥熟料的制备，设计的样品主要有石灰石、铝矾土、钢渣、砂岩等，其各种样品的制备过程大致如下： 2.1.1.1石灰石样品制备 从石灰石堆场上取其具有代表性的试样50Kg左右然后经颚式破碎机进行破碎致为5～10mm，然后经四分法缩至5Kg ，然后将其倒入球磨机中进行研磨，50min后当细度达到4%（0.08mm方孔筛）左右时，将试样从磨机中取出 ，再用四分法将样品缩至200g（其余的试样可作为配制生料的石灰石原料），用磁铁吸除其中的铁粉。将样品于玛瑙研钵中进行细磨，再缩分致5g，用玛瑙研钵研磨至全部通过0.08mm方孔筛，将其放入称量瓶中于烘箱烘干，置于干燥器中作分析用。（其实石灰石可根据实验需要量全部用球磨机磨到要求细度，放入桶内，为使桶内物料均匀，可将20Kg细粉放入φ500mm500mm球磨机混15min，用磁铁吸去铁粉后再放入桶内贴上标签备用。） 2.1.1.2铝矾土样品的制备 取有代表性的铝矾土试样15Kg，置于烘箱中烘干（或于空气中晾干），然后经颚式破碎机进行破碎致粒度为5～10mm，将其倒入球磨机中进行研磨，30min后，当其细度达到4%左右时，将试样从磨机中取出，用四分法将样品缩至200g（其余的试样可作为配置生料石灰石原料），余下的操作过程同石灰石。 2.1.1.3其他原料制备 钢渣、砂岩等样品的制备过程基本上同铝矾土或石灰石 2.1.2原料附着水分和烧失量的测定 2.1.2.1石灰石的附着水分测定 准确称取1~2g石灰石试样，放入预先已烘干至恒重的称量瓶中 1. 将称有样品的称量瓶置于105~110℃的烘箱中（称量瓶在烘箱中应敞开盖）烘2h。 2. 取出称量瓶，加盖（但不应太紧），放在干燥器中冷却室温。将称量瓶紧密盖紧，称量。如此在入烘箱中烘1h。 3. 用同样方法冷却、称量，至恒重为止。 试样中附着水分的质量分数按下式计算： 式中 W——附着水分，%； m——烘干前试样的质量，g； m1——烘干后试样的质量，g。 2.1.2.2石灰石的烧失量测定 1. 准确称取1g已在105～110℃烘干过的石灰石试样，放入已灼烧至恒量的瓷坩埚中。 2. 将瓷坩埚置于高温炉中，从低温升起，在950～1000℃的高温下灼烧30min.取出。 3. 将瓷坩埚放入干燥器中冷却，称量 4. 如此反复灼烧，直至恒重。 试样中烧失量的质量分数按下式计算： 式中 XL——烧失量，%； m——灼烧前试样的质量，g； m1——灼烧后试样的质量，g。 2.1.2.3其他原料附着水分和烧失量的测定 钢渣、砂岩、铝矾土等样品的附着水分和烧失量的测定过程基本上同石灰石。 2.1.2.4数据处理 表1 石灰石的附着水分 组别 烘干前质量g 烘干后质量g 水分量g 附着水分量％ 石灰石 2.0313 2.0248 0.0065 0.32 表2 石灰石的烧失量 名称 入炉前质量g 入炉后质量g 烧失量g 烧失量％ 石灰石 0.9976 0.6353 0.3431 34.31 经过各组的数据平均后得出结果如下： 表3 原料的烧失量及附着水分 名称 烧失量％ 附着水分％ 石灰石 34.31 0.32 铝矾土 9.46 0.31 砂岩 2.70 0.50 钢渣 0.77 0.23 2.1.3石灰石的化学分析 2.1.3.1试样溶液的制备（氢氧化钠熔融分析试样） 1. 制备试剂 氢氧化钠、盐酸、盐酸（1+5）、硝酸。 2.准确称取约0.5g已在105～110℃烘过2h的试样置于预先已熔有3g氢氧化钾的镍坩埚中，再用1g氢氧化钠覆盖上面，盖上坩埚盖（应留有一定缝隙）。放入已升温至400℃的高温炉中，继续升温至650～700℃后，保温20min（中间可摇动熔融物一次）。取出坩埚，冷却后放入盛有100mL的热水烧杯中，盖上表面皿，适当加热，待熔融物完全浸出后取出坩埚，用热水和盐酸（1+5）洗净坩埚及盖，洗液并入烧杯中。然后一次加入15mL盐酸，立即用玻璃棒搅拌，加入数滴硝酸，加热煮沸，将所得澄清溶液冷却至室温后，移入250mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。 2.1.3.2二氧化硅（氟硅酸钾容量法） 碳酸钾分解试样。 1、试剂 硝酸、硝酸（1+20）、氯化钾、 氯化钾溶液（50g/L）、氟化钾溶液（150g/L）、氯化钾－乙醇溶液（50g/L）、酚酞指示剂溶液（10g/L）、氢氧化钠标准滴定溶液（0.05mol/L） 2、试验步骤 准确称取约0.5g已在105～110℃烘干过的试样，置于铂坩埚中，在950～1000℃的温度下灼烧3～5min。将坩埚冷却，加1～1.5g研细的无水碳酸钾，用玻璃棒混匀，盖上坩埚盖（留有少许缝隙），再置于950～1000℃温度下熔融10min。将坩埚放冷，用少量热水将熔融物浸出倒入300ml烧杯中，坩埚以少量稀硝酸（1+20）和水洗净（此时溶液体积应在40ml左右）。加入10ml的150g/L氟化钾溶液，搅拌，然后一次加入15ml硝酸，以少量水冲洗表面皿及杯壁。冷却后，加入固体氯化钾，搅拌并压碎未溶颗粒，直至饱和，冷却并静置15min。以快速滤纸过滤，塑料杯与沉淀用50 g/L氯化钾溶液洗涤2～3次，将滤纸连同沉淀一起置于原塑料杯中，沿杯壁加入10ml的氯化钾－乙醇溶液及1ml的10g/L酚酞指示剂溶液，用0.05 mol/L氢氧化钠标准滴定溶液中和未洗尽的酸，仔细搅动滤纸并随之擦洗杯壁，直至溶液呈红色（不记读数）。然后加入200ml沸水（沸水应预先以酚酞为指示剂，用氢氧化钠标准滴定溶液中和至微红色），以0.05mol/L氢氧化钠标准滴定溶液滴定至微红色（记下读数）。 试样中二氧化硅的质量百分数按下式计算： 式中：TSiO2──每ml氢氧化钠标准溶液相当于二氧化硅的质量，mg/ml； Ｖ──滴定时消耗氢氧化钠标准溶液的体积，ml； m──试样重量，g。 2.1.3.3 EDTA配位滴定铁、铝、钙、镁试样溶液的制备（氢氧化钠熔融分 析试样） 1、试剂 氢氧化钠、盐酸、盐酸（1+5）、硝酸。 2、分析步骤 准确称取约0.5g已在105～110℃烘干过的试样，置于预先已熔有3g氢氧化钠的银坩埚中，再用1g氢氧化钠盖在上面。盖上坩埚盖（应留有一定缝隙），置于600～650℃的高温炉中熔融20分钟。取出坩埚，冷却后，将坩埚连同熔融物一起放入预先已盛有约100ml热水（不要太热）的300ml烧杯中。摇动烧杯，使熔块溶解。用玻璃棒将坩埚取出，并用少量水和盐酸（1+5）将其洗净，洗液并入烧杯中。然后一次加入15ml盐酸，搅拌，使熔融物完全溶解，加入数滴硝酸，加热至沸，将溶液冷至室温后，移入250ml容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀待用。 2.1.3.4三氧化二铁（EDTA—配位滴定法） 1、试剂 氨水（1+1）、磺基水杨酸钠指示剂溶液（100 g/L）、EDTA标准滴定溶液（0.015 mol/L） 2、分析步骤 吸取100ml上述制备好的试样溶液，放入300ml烧杯中，用氨水（1+1）调整溶液的pH值至2.0（以精密pH试纸检验）。将溶液加热至70℃左右，加10滴100 g/L磺基水杨酸钠指示剂溶液，在不断搅拌下用0.015 mol/L EDTA标准滴定溶液缓慢滴定至亮黄色（终点时溶液温度应在60℃左右）。 试样中三氧化二铁的质量百分数按下式计算： 式中：──每ml氢氧化钠标准溶液相当于三氧化二铁的质量,mg/ml； V──滴定时消耗氢氧化钠标准溶液的体积，ml； m──试样重量，g； 2.5──全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比。 2.1.3.5三氧化二铝（EDTA—铜盐回滴定法） 试剂 EDTA标准滴定溶液（0.015 mol/L）、乙酸－乙酸钠缓冲溶液（pH4.0）、PAN指示剂溶液（2 g/L）、硫酸铜标准滴定溶液（0.015 mol/L）。 分析步骤 在上述滴定铁后的溶液中，加入10～15ml 0.015 mol/L EDTA标准滴定溶液（其体积记为V1），然后加水稀释至约200ml。将溶液加热至70~80℃后，加15ml乙酸－乙醇钠缓冲溶液（pH4.3），煮沸1～2min，取下，稍冷，加5～6滴2g/L的PAN指示剂溶液，以0.015 mol/L硫酸铜标准滴定溶液滴定至亮紫色（其体积记为V2）。 试样中三氧化二铝的质量百分数按下式计算 = 式中: ──每mlEDTA标准溶液相当于三氧化二铝的质量,mg/ml； V1──加入EDTA标准滴定溶液的体积，ml； V2──滴定时消耗硫酸铜标准滴定溶液的体积，ml； K──每ml硫酸铜标准滴定溶液相当于EDTA标准滴定溶液的体积，ml； m──试样重量，g； 2.5──全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比。 2.1.3.6氧化钙（EDTA-配位滴定法） 1、测定原理 Ca2+与EDTA在pH 8～13时能定量络合形成无色内络合物CaY2-络合物，络合物的稳定常数为KCaY=1010.69。由于络合物不很稳定，故以EDTA滴定钙只能在碱性溶液中进行。在PH 8～9滴定时易受Mg2+干扰，所以一般在PH >12.5进行滴定。由于Ca2+的络合物指示剂很多，在水泥化学分析中，应用最普遍的有钙指示剂（NN）、甲基百里香酚蓝（MTB）以及钙黄绿素等。 2、试剂 三乙醇胺（1+2）、CMP混合指示剂、氢氧化钾溶液（200g/L）、EDTA标准滴定溶液（0.15mol/L） 3、分析步骤 吸取25mL上述制备好的试样溶液，放入400mL烧杯中。用水稀释至约250mL，加入3mL三乙醇胺（1+2）及适量的CMP混合指示剂，在搅拌下加入200g/L氢氧化钾溶液至出现绿色荧光后再过量3～5mL（此时溶液的PH值应在13以上）。用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液滴定至绿色荧光消失并转变为粉红色（耗量为V1） 试样中氧化钙的质量百分数按下式计算： XCaO=TCaOV110010/1000m 式中 TCaO──每mlEDTA标准溶液相当于氧化钙的质量，mg/l； V1──滴定时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，ml； m──试样的质量，g 10──全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比 2.1.3.7氧化镁（EDTA-配位滴定法） 1、测定原理 用络合剂滴定镁，目前采用差减法。即在一份溶液中于pH 10用EDTA滴定钙、镁合量，而在另一份溶液中于PH>12.5用滴定钙、镁含量是从钙、镁合量中减去钙后而求得的。 2、测定所用试剂 三乙醇胺（1+2）、氨-氯化铵缓冲溶液（pH 10）、酸性铬蓝K-萘酚绿B（1+2.5）混合指示剂、EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）。 3、测定步骤 吸取25ml上述制备好的试样溶液，放入400ml烧杯中，用水稀释至250ml，加入3ml三乙醇胺（1+2），搅拌，然后加入20ml氨-氯化铵缓冲溶液（pH 10）即适量的酸性铬蓝萘酚绿混合指示剂，用0.015mol/ml的EDTA标准滴定溶液滴定（近终点应缓慢滴定）至溶液呈纯蓝色（消耗）。此为滴定钙、镁合量。 试样氧化镁的质量百分数按下式计算： XMgO=TMgO(V2-V1)10100/m1000 式中：TMgO──每mlEDTA标准滴定溶液相当于氧化镁的质量，mg/ml； V1──滴定钙时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，ml； V2──滴定钙、镁和量时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，ml； 10──全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比； m──试样的质量，g。 2.1.3.8数据处理 表4 石灰石的化学分析 名称 滴定溶液名称 滴定前体积（ml） 滴定后体积（ml） 总消耗量（ml） 百分含量（%） Fe2O3 EDTA溶液 16.00 26.00 10.00 6.01 Al2O3 EDTA溶液 0.20 21.20 21.00 --- CuSO4溶液 15.00 34.70 19.70 0.50 CaO EDTA溶液 0 28.70 28.70 48.42 SiO2 NaOH溶液 10.20 42.00 31.80 9.45 Mgo EDTA溶液 28.70 29.20 1.60 0.62 注：测定SiO2所称取的石灰石质量为0.4985g,测定其它成分时称取的石灰石质量为0.5016g TCaO =0.8413 TAl2O3=0.7650 TFe2O3= 1.2008 TSiO2 =1.5020 TMgO =0.6219 铝矾土、钢渣、砂岩的化学分析与石灰石相同 2.1.4原料的所有数据处理 考虑实验误差，结合各个组及实验室数据结果后得出原料的化学成分如下： 表5 原料的化学分析 名称 CaO％ SiO2％ Al2O3％ Fe2O3％ MgO％ 石灰石 49.80 17.34 1.26 0.66 0.87 砂岩 3.52 61.14 2.52 4.79 2.97 铝矾土 6.20 19.58 56.05 8.49 3.35 钢渣 9.82 17.20 3.90 23.91 9.20 2.2生料 2.2.1 生料配比数据处理 根据原料的化学分析确定生料组成。设KH=0.86～0.92 SM=2.2～2.6 IM=1.3～1.8石灰石82.5％钢渣为5.0%铝矾土为6.0%砂岩为6.5%按此配比得出原料成分如下： 表6 原料计算成分 名称 配合比% 烧失量% CaO% SiO2％ Al2O3％ Fe2O3％ 石灰石 82.5 34.39 40.80 5.48 0.59 1.19 砂岩 6.5 0.31 0.03 6.02 0.07 0.19 钢渣 5 0.06 0.06 2.04 1.06 0.22 铝矾土 6 0.76 0.06 2.44 0.61 2.04 生料 35.52 42.93 14.8 2.33 3.64 灼烧生料 66.92 23.23 3.66 5.71 经计算得:KH=0.871 SM=2.479 IM=1.562所得的结果均在范围内，故假设成立，由此配比的： 表7 生料的配比 名称 湿物料量％ 质量百分比％ 称取量g 石灰石 83.05 82.46 140.18 铝矾土 6.08 6.04 10.27 钢渣 5.01 4.97 8.45 砂岩 6.58 6.53 11.10 注：生料一共称取170g 2.2.2生料配比及制备 1、 配料计算： ①根据实验要求确定实验组数与生料量。 ②确定生料率值。 ③以各原料的化验报告当做依据进行配料计算。 2、 配置生料 ①按配料称量各种原料，放在研磨体中研磨。要混合均匀，如果量大，则置入球磨罐中充分混磨，直至全部通过0.080 mm的方孔筛。 ②将混磨好的粉料加入15%的水，放入成型摸具中，置于压力机机座上以20～25 MPa的压力压制成块，压块厚度一般不大于25 mm。 ③将块状试样在105～110℃下缓慢烘干半小时。 图一 成型的生料试体 2.3熟料的煅烧 1.检查高温炉是否正常，并在高温炉中垫隔离垫料（刚玉砂等），防止承烧器与炉衬高温时黏结。 2.生料煅烧最高温度可按下列温度依次进行：1350℃、1400℃、1450℃.若有特殊需要时，也可增加其他温度。 3.把试体放入炉内煅烧一段时间。 4.把取出的试体冷却一会儿，放在研磨体中研磨，直至全部通过0.080 mm的方孔筛。 图二 熟料试体 2.4熟料化学分析 2.4.1 试样溶液的制备 称取约0.5g试样置于银坩埚中，加入6~7gNaOH，在650℃左右的马弗炉中熔融15~20min，取出，冷却。将坩埚放入已盛有100ml沸水的烧杯中，盖上表面皿，与电炉上加热。待熔块完全侵出后，取出坩埚，用盐酸（1＋5）和水洗净坩埚和盖，在搅拌下一次加入25ml浓盐酸，加入1ml浓硝酸，加热至沸，冷却，转移至250ml容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。 2.4.2 二氧化硅的测定 吸取50ml上述已制备好的试样溶液置于300ml的塑料杯中，加入10~15ml浓硝酸，冷却至室温，加入150g/L氟化钾溶液10ml，搅拌，加入固体氯化钾，仔细搅拌至氯化钾饱和并析出，放置15~20min，用中速滤纸过滤，塑料杯及沉淀用50g/L的氯化钾水溶液洗涤3次，将滤纸连同沉淀取下置于原烧杯中，沿杯壁加入10ml 50g/L的氯化钾-乙醇溶液及1ml 10g/L的酚酞指示剂，用0.15mol/L氢氧化钠溶液中和未洗尽的酸，仔细挤压滤纸及沉淀直至酚酞变红，加入200ml沸水，搅拌，用0.15mol/l氢氧化钠标准滴定溶液滴定至微红色。 二氧化硅质量百分数XSiO2按下式计算： X SiO2=5TSiO2V/（10m） 式中： TSiO2──每ml氢氧化钠标准溶液相当于二氧化硅的质量，mg/ml； V──滴定时消耗氢氧化钠标准溶液的体积，ml； m──试样重量，g； 5──全部试样溶液与所分取的试样溶液的体积比。 2.4.3 三氧化二铁的测定 吸取25ml上述制备好的试样溶液，放入300ml烧杯中，用水稀释约100ml，用氨水（1+1）调整溶液的pH值至1.8~2.0（以精密pH试纸检验）。将溶液加热至60~70℃，加10滴100 g/L磺基水杨酸钠指示剂溶液，在不断搅拌下,用0.015 mol/L EDTA标准滴定溶液缓慢滴定至亮黄色（终点时溶液温度应在 60℃左右）。 试样中三氧化二铁的质量百分数按下式计算： X Fe2O3=TFe2O3V/m 式中：TFe2O3──每ml氢氧化钠标准溶液相当于三氧化二铁的质量mg/ml； V──滴定时消耗氢氧化钠标准溶液的体积，ml； m──试样重量，g。 2.4.4三氧化二铝（EDTA—铜盐回滴定法） 1、 试剂 EDTA标准滴定溶液（0.015 mol/L）、乙酸－乙醇钠缓冲溶液（pH4.0）、PAN指示剂溶液（2 g/L）、硫酸铜标准滴定溶液（0.015 mol/L）。苦杏仁酸溶液（100g/l） 2、 分析步骤 在上述滴定铁后的溶液中，加入0.015 mol/L EDTA标准滴定溶液至过量10~15ml（其体积记为V）。将溶液加热至60~70℃，用氨水（1＋1）调节溶液PH值到3~3.5，加15ml乙酸－乙酸钠缓冲溶液（pH4.3），煮沸1~2分钟，取下，稍冷，加4~5滴2g/L的PAN指示剂溶液，以0.015 mol/L硫酸铜标准滴定溶液滴定至亮紫色，记下消耗硫酸铜标准滴定溶液的ml数V1。 试样中三氧化二铝的质量百分数按下式计算： X Al2O3=T Al2O3 [V1+V1K]/m 式中：T Al2O3──每mlEDTA标准溶液相当于三氧化二铝的质量,mg/ml； K──每ml硫酸铜标准滴定溶液相当于EDTA标准滴定溶液的体积； V──加入EDTA标准滴定溶液的体积，ml； V1──消耗的硫酸铜标准滴定溶液的体积，ml； V1+V2──两次回滴定消耗的硫酸铜标准滴定溶液的体积，ml； m──试样重量，g。 2.4.5氧化钙（EDTA-配位滴定法） 1、 试剂 氟化钾溶液（20g/L）、三乙醇胺（1+2）、CMP混合指示剂、氧化钾溶液（200g/L）、EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L） 2、 分析步骤 吸取25ml上述制备好的试样溶液于300ml烧杯中。加20g/L氟化钾溶液5～7ml，搅拌并放置2min以上。用水稀释至约200ml，加入5ml三乙醇胺（1+2）及适量CMP混合指示剂，在搅拌下加入200g/L氢氧化钾溶液直至出现绿色荧光后在过量5～8ml（此时溶液的pH值在13以上）。用0.015mol/L EDTA标准滴定溶液滴定至绿色荧光消失并转变为粉红色（耗量为V1）。 试样中氧化钙的质量百分数按下式计算： XCaO=TCaOV1/m 式中：TCaO──每mlEDTA标准滴定溶液相当于氧化钙的质量，mg/ml； V1──滴定时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，ml； m──试样的质量，g。 2.4.6氧化镁（EDTA-配位滴定法） 1、测定所用试剂 三乙醇胺（1+2）、氨-氯化铵缓冲溶液（pH 10）、酸性铬蓝K-萘酚绿B（1+2.5） 混合指示剂、EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）。 2、测定步骤 吸取25ml上述制备好的试样溶液，放入400ml烧杯中，用水稀释至150~200ml，加入1ml100g/L的酒石酸钠，三乙醇胺（1+2）5ml,搅拌，然后加入25ml氨-氯化铵缓冲溶液（pH 10）,再加适量的酸性铬蓝K-萘酚绿B指示剂，用0.015mol/ml的EDTA标准滴定溶液滴定至溶液呈纯蓝色。此为滴定钙、镁合量。 试样氧化镁的质量百分数按下式计算： XMgO=TMgO(V2-V1)/m 式中：TMgO──每mlEDTA标准滴定溶液相当于氧化镁的质量，mg/ml； V1──滴定钙时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，ml； V2──滴定钙、镁和量时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，ml； m──试样的质量，g。 2.4.7熟料化学分析数据处理 表8 熟料的化学分析 名称 滴定溶液名称 滴定前体积ml 滴定后体积ml 总消耗量ml 百分含量％ Fe2O3 EDTA溶液 6.70 11.00 3.30 7.87 Al2O3 CuSO4溶液 7.3 14.4 7.1 12.00 CaO EDTA溶液 3.30 28.30 25.00 41.75 SiO2 NaOH溶液 --- 13.80 13.80 14.89 MgO EDTA溶液 --- 47.4 47.4 27.65 注：所称取的熟料质量为0.5038g 由熟料的化学成分，由公式得出熟料的矿物组成如下： 表9 熟料的矿物组成 名称 百分含量％ C3S 34.73 C2S 16.50 C4AF 23.92 C3A 18.45 2.4.8熟料中f-CaO的测定 2.4.8.1测定方法 1、试剂及仪器 水泥游离氧化钙测定仪、乙二醇-乙酸（2+1）、苯甲酸无水乙醇（0.1mol/L）。 2、测定步骤 准确称取0.4g试样，置于150ml干燥锥形瓶中，加入15ml乙二醇-乙醇溶液，摇匀，装上回流冷凝管在有石棉网的电炉上加热煮沸10min，至溶液呈红色时取下锥形瓶，立即用0.1mol/L苯甲酸无水乙醇标准溶液滴定至红色消失，记录读数V。 熟料中CaO含量按下式计算： XCaO= 式中：TCaO──每ml苯甲酸无水乙醇标准溶液相当于氧化钙毫克数，mg/ml； m──试样质量，g； V──滴定时消耗0.1mol/L苯甲酸无水乙醇标准溶液的总体积，ml。 2.4.8.2数据处理 表10 熟料中f-CaO含量 名称 滴定溶液名称 滴定前体积ml 滴定后体积ml 总消耗量ml 百分含量％ 熟料 苯甲酸无水乙醇标准溶液 18.80 18.83 0.03 2.87 注：所称取的熟料质量为0.4019g, TCaO =3.8420 2.5水泥制备 2.5.1水泥配比及数据处理 表11 水泥的配比 名称 配比％ 称取量g 石膏 4.00 3.30 粉煤灰 25.00 20.80 熟料 71.00 59.20 注：水泥一共称取83.30 g 把称量好的配料，放在研磨体中研磨。要混合均匀，再加入30％的水，搅拌至泥浆状，把泥浆置于模具中，带模具置于（201）℃，相对湿度大于90％的养护箱中养护6小时后脱模，如果脱模可能对试体造成损害时，可适当延长脱模时间，但要作记录。取出的试体在水槽中继续养护3天，然后做抗压强度测试。 2.5.2水泥性能测定 水泥的性能是由其组成决定的。例如：熟料的矿物组成、熟料中f-CaO含量、石膏掺入量直接决定水泥的安定性、水泥的抗压强度、水泥的凝结时间等水泥性能的变化。水泥熟料的矿物组成和熟料中f-CaO含量如下： 熟料矿物组成 名称 百分含量％ C3S 34.73 C2S 16.50 C4AF 23.92 C3A 18.45 熟料中f-CaO含量 名称 滴定溶液名称 滴定前体积ml 滴定后体积ml 总消耗量ml 百分含量％ 熟料 苯甲酸无水乙醇标准溶液 18.80 18.83 0.03 2.87 水泥经过3天的养护后，从水中取出擦干表面水分，放在表面皿上，如图所示： 图一 水泥试体 2.5.3试体强度的测定 表12 实验测定结果 试块 1 2 3 平均强度 强度（KN） 0.43 0.35 0 0.26 结果分析:平均强度为0.26KN 原因可能有： 水灰比高；水化不充分；熟料煅烧不良；混合材掺量高；水泥试体振实不充分，试体内有气孔，混合不均匀等。 2.6试验所用仪器 仪器名称 规格型号 生产厂家 不锈钢水泥养护水槽 YSC-306 北京盛通精密试验仪器厂 标准恒温恒湿养护箱 40 北京盛通精密试验仪器厂 恒温磁力搅拌器 ── 杭州仪表电机厂 电子天平 ── 上海精科 电热鼓风干燥箱 101-1 江苏满通县实验电器厂 游离钙测定仪 ── 河北科析设备有限公司 箱式电阻炉 SX2 湘潭华丰仪器制造有限公司 电炉温度控制 恒温磁力搅拌器 SX2-4-10 HZ-7 天津市中环实验电炉有限公司 杭州仪表电机厂 表13 试验所用主要仪器 3 结论 (1)在原材料的配制方面要合理选择配比，严格按着要求并不断改进，做到起始配料的正确，确保下面实验的基础。在硅酸盐水泥熟料烧成过程中，合适组成、适合细度和均匀的生料有利于固相反应进行。生料制成大小合适、表观密度一致的料段，保证煅烧时加热均匀一致。 根据需要设计合理的生料配比，设KH=0.871 SM=2.479 IM=1.562 石灰石为82.5％ 钢渣为5.0％ 铝矾土为6.0％ 砂岩为6.5％。由孰料矿物组成可知，所得的熟料的CS2含量适中，而CS3含量略低，C4AF含量较高，C3A含量较高。 (2)生料配比中石灰石的含量对KH影响较大，粉煤灰的含量对IM 影响较大。一般石灰石含量或粉煤灰含量增大，KH或IM都会随之增加。 (3)普通硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、少量混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，三者的配比不同水泥的性能不同。混合材料包括活性混合材料（钢渣、粉煤灰）和非活性混合材料（石灰石）。混合材掺入量变化范围很广和种类很多，故对普通水泥的影响很大。研究混合材对普通水泥性能影响，对研究开发新型普通硅酸盐水泥有重大作用。 (4)水泥的质量主要取决于水泥熟料的质量，而熟料的质量不仅与水泥生料成分、均匀性有关，而且与煅烧过程和煅烧的热工制度有关。 4误差分析 1. 原料用小型破碎机、磨机，破碎、粉磨时，引入破碎腔或磨机中的杂质造成分析成分不准确。 2. 滴定时未平视凹液面或用量筒称量液体未平视凹液面。 3. 因操作者某些生理特点引起的。例：有的人视力敏感程度较差，对颜色的变化感觉迟钝，因而引起误差。 4. 仪器本身不精密或有缺陷造成的误差。 5. 由于室温、气压、湿度等分析条件的偶然波动，或因使用的砝码偶然缺损，试剂质量或浓度改变等。 6. 在读取滴定管读数时，估计小数点后第二位的数值，几次读数不能取得一致。 7. 称量物体时估读不当。 8. 器皿不洁净有杂质。 9. 未覆盖均匀使原料未充分熔融。 10. 配料时计算估读不当。 11. 研磨不当未充分混匀物料。 参考文献 [1] 曾学敏.水泥工业现状及发展趋势[J].中国水泥，2005，（4） [2] 沈威，绪论.水泥工艺学（重排本），2008年6月：2 [3] 中国建材网 [4] 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