使用动力学方法对含磷原燃料煅烧水泥熟料的评估

熟料内含有的少量P2O5，明显影响了熟料形成反应过程中所生成的C3S、C2S的比率及相结构和水泥质量。其原因是，C2S内、P2O5所形成的CxPy固态熔融体的饱和度确定消耗fCaO的程度和C3S生成量，在C2S内饱和的CxPy固态熔融体内，fCaO不和C2S作用生成C3S。

长时期以来，人们认为熟料中P2O5含量最大允许值为0.5%。近年来，随着含磷的肉骨粉和废塑料作为代用燃料煅烧熟料，通过原燃料均化及适当地提高率值，可将P2O5含量提高至0.8%～1.0%。为进一步增加含磷的代用燃料的使用量，有关研究人员通过动力学方法，对不同含量的P2O5原燃料煅烧熟料进行了研究。

熟料形成的动力学通常以熟料矿物C2S最终完成的步骤来表达，即：C2S+fCaO生成的C3S，也就是fCaO在熔体内与C2S结合的程度。这与配料率值、物料易烧性、生料性能、煅烧工况与温度等因素有关。反应方程式为：

式中：

α——等温煅烧时间t内C2S与fCaO作用后，转换为C3S的程度

k——反应率

t——反应时间

式中：

A——等温煅烧时间内C3S的含量

AEQ——通过理论计算所得到的C3S的最大含量，此值在熟料煅烧过程中是不可能达到的。

试验为5组数据，采用同一种生料粉，其率值为：石灰饱和系数LSF=93.4%，硅酸率n=2.91、铝氧率P= 1.64。原料成分见表1。

1　试验过程及结果

表1　生料成分，%

表2　1 200s煅烧时间内，不同含量的P2O5煅烧生成的C3S、C2S、fCaO含量，%

试验按煅烧后，熟料内P2O5含量分别为0.0%、0.8%、1.5%、3.0%和4.6%加入生料内，然后烘干、均化、压制成试块，进行煅烧。其时间分别为420s、720s、1 200s、1 800s和3 600s，煅烧后的熟料进行矿物数量检测和微细结构分析，结果大致如下（见图1～图4）：