摘要
我国在非洲安哥拉承建了2条日产5000t熟料的水泥生产线，工厂附近开采的石灰石中含有氟磷灰石，含氟磷灰石的石灰石中P2O5含量为2.50％-4.72％，导致不能生产出满足标准要求的水泥。氟磷灰石的化学式为Ca5(PO4)3F，在用含氟磷灰石的石灰石煅烧熟料时，Ca5(PO4)3F的稳定性、Ca5(PO4)3F对熟料矿物相的形成过程和烧成熟料的水化规律尚未完全探明。如何更合理有效地将含氟磷灰石的石灰石用于制备水泥熟料，这些问题迫切需要得到解决。 本文以含氟磷灰石的石灰石作为水泥熟料生产的钙质原料，来研究Ca5(PO4)3F的稳定性和不同煅烧温度下氟磷灰石对C2S、C3S、C3A和C4AF形成过程的影响，以揭示Ca5(PO4)3F对熟料矿物形成过程的影响;研究不同含量的氟磷灰石（以P2O5的含量计）对熟料矿物组成的影响，并通过萃取和化学分析方法，研究熟料中C3A减少的原因;研究β-C2S、α'-C2S-xC3P和不同P2O5含量的C3S的水化热、水化产物和强度等，以揭示P2O5对C3S和C2S水化过程的影响机理。论文获得以下结论: (1).Ca5(PO4)3F在1450℃下能稳定存在，1450℃时SiO2或C2S能使Ca5(PO4)3F分解，1400℃时Al2O3和C3A不能使Ca5(PO4)3F分解;用含氟磷灰石的石灰石制备C2S和C3S时，1100℃和1200℃煅烧时生成β-C2S，1300℃煅烧时Ca5(PO4)3F分解形成的PO43-与β-C2S生成α'-C2S-xC3P，β-C2S与CaO生成C3S。当煅烧温度由1100℃逐渐升至1450℃时，含氟磷灰石的石灰石中的氟随着煅烧温度的升高逐渐减少，Ca5(PO4)3F随着煅烧温度的升高逐渐分解，含氟磷灰石的石灰石-SiO2体系(C/S=2∶1)和含氟磷灰石的石灰石-SiO2体系(C/S=3∶1)在1450℃煅烧0.5h后Ca5(PO4)3F分别分解了94.00％和81.25％。 (2).用含氟磷灰石的石灰石制备C3A和C4AF时，Ca5(PO4)3F在SiO2的作用下分解，并与CaO和Al2O3生成C11A7·CaF2，使得F离子固定在C11A7·CaF2中。在1350℃时Ca5(PO4)3F分解完全，C11A7·CaF2转变为C3A，试样中F离子和P2O5含量不变，磷可能固溶在铝相和铁铝相中。 (3).用含氟磷灰石的石灰石制备熟料，随着P2O5的增加，C3S和中间相的含量逐渐降低，C2S和C2S-C3P的含量逐渐增多。熟料中C3A的减少与硅酸盐相中固溶的Al2O3含量增加有关。 (4).α'-C2S-xC3P的早期水化程度远远低于β-C2S的早期水化程度。在养护90d时，α'-C2S-xC3P的水化程度高于β-C2S的水化程度。 (5).不同P2O5含量的C3S净浆在养护1d时，随着P2O5含量的增加，C3S的水化速度逐渐变慢;在养护3d、7d和28d时，含磷C3S的水化程度均大于纯C3S的，当P2O5含量为0.0％-1.0％，随着P2O5含量的增加，含磷C3S在养护3d、7d和28d的水化程度逐渐增大，当P2O5含量为1.0％时，含磷C3S在养护3d、7d和28d的水化程度最高，当P2O5含量大于1.0％时，随着P2O5含量的增大，含磷C3S在养护3d、7d和28d的水化程度逐渐减小。含磷C3S的主要水化产物为Ca(OH)2晶体和C-S-H凝胶，磷的加入不会影响水化产物的种类。
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