影响白色硅酸盐水泥白度的因素分析

　　1前言

　　由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料、适量石膏及符合GB/T2015-2005《白色硅酸盐水泥》规定的混合材料，磨细制成水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥，简称“白水泥”[1].白水泥的典型特征是拥有较高的白度，色泽明亮，主要用于建筑内外的装饰，如地面、楼面、台阶，以及建筑立面的线条、装饰图案、雕塑等。在实际生产过程中，要实现国家标准所规定的各项产品性能要求是不容易的，这些产品性能的影响因素是多方面的。因此，深入分析各类影响因素，改进相应的生产工艺，对提高白水泥产品的综合质量具有十分重要的意义。

　　2白色硅酸盐水泥白度的影响因素

　　2.1原料的影响

　　普通硅酸盐水泥呈灰或灰褐色，这是由水泥熟料中的一系列过渡金属的氧化物所引起的。按照对颜色的影响程度由大到小，这些过渡金属依次是：铬、锰、铁、钴、钒、镍、钛。这些元素在白水泥熟料中的含量要尽可能地少。从白水泥生产的实践表明，白水泥熟料中，当Fe203质量分数在0.45%~0.70%时，熟料呈淡绿色；而当Fe203质量分数降至0.35%~0.40%时，即呈白色（略带淡青色），所以对于白水泥而言，一般Fe203含量应低于水泥质量的0.5%[2].在等量的情况下，氧化锰、氧化铬对白水泥白度的影响更加显着。世界各国对白水泥染色元素的氧化物的控制有一定的区别。国内白水泥熟料中Fe203<0.5%,MnO<0.015%,Cr2O3<0.0305%[3];法国，熟料中氧化锰的含量控制在0.0066%以下，氧化铬含量控制在0.0035%以下；瑞士白水泥熟料中氧化锰的含量控制在0.01%~0.03%以下，氧化铬含量控制在0.01%~0.03%以下。因此，在实际生产中，必须十分注重白水泥原料的精选，尽可能地选择上述过渡金属含量低的原料。保证达到白水泥的品质指标，石灰质原料通常是纯度较高的石灰石或者白垩，w（CaO）>55%,w（Fe2O3）<0.5%;硅铝质原料一般采用白粘土、瓷土、硅石、叶腊石和高岭土等，并要求其w（Fe2O3）<1.0%[4].

　　但是，这些过渡金属对白水泥白度的影响规律和机理是复杂的，并不是说，有这些金属氧化物的熟料白度就一定低。产生这种变化的原因在于过渡金属之间的相互作用，相互干扰；此外，过渡金属在熟料的形成过程中，也有充当矿化剂的作用，从而改变了矿物的形成，改变了各矿物间的比例与结构。

　　2.2燃料

　　熟料的形成需要在较高的温度下煅烧而成，需要消耗大量的能量。由于白水泥生料配料的高饱和比、高硅率、高铝率，典型“三高”的特点，导致白水泥生料难烧，通常比普通硅酸盐水泥煅烧温度高100~150℃。

　　因而一方面，要求燃料热值高（发热量>27200kJ/kg），燃烧速度快且能完全燃烧（挥发分25%~32%），从而保证足够的烧成温度；另一方面，从提高白度的角度考虑，除了原材料中带入的Fe2O3之外，燃料中的Fe2O3也是熟料中Fe2O3的一个重要来源，因此要求燃料带入的Fe2O3的总量尽可能的少。燃料的灰分含量及其中的Fe2O3都低，即灰分<12%,且灰分中的w（Fe2O3）<0.8%.

　　从上述两个要求来考虑，白水泥生产最为合适的燃料应该是没有灰分的燃料，即油气类资源，如重油和天然气资源，石油焦，阿尔博安庆白水泥生产线采用的燃料即是石油焦[5].

　　2.3设计率值

　　因为硅酸盐水泥是由两种以上的氧化物化合而成的，在水泥生产中用各氧化物之间的比例，即率值，作为生产控制的指标，从而反应出对熟料矿物组成和性能的影响。我国采用的是石灰饱和系数KH、硅率SM和铝率IM.

　　首先，石灰饱和系数反应的是C3S、C2S二者之间的比例关系[6].

　　当熟料的硅率和铝率相同时，提高了KH,相同于提高了C3S的相对含量。过渡金属在C2S中染色能力要强于C3S[7].所以，提高石灰饱和系数，熟料的白度和强度都能提高，这从国内外的生产实践来看也是符合的。但是，高饱和系数的配料难以烧透，这也会导致游离氧化钙的量增加，使熟料质量下降。正常生产中，将KH控制在0.90~0.95比较合适。

　　白水泥的硅率也较高，硅率SM还表示熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例关系，相应反应了熟料的质量和易烧性。

　　白水泥熟料要控制Fe2O3的含量，希望Fe2O3越少越好，则反应到铝率则是铝率越高越好。但是实际生产中，铝率作为控制指标的意义不大，只是用来确定配料方案。国内外几家白水泥生产设计率值如下表1所示[8][9]:

　　2.4漂白方式

　　冷却制度对于白水泥白度影响较大，熟料冷却是白水泥生产中最特别的一道工艺。高温白水泥熟料不能像普通硅酸盐熟料一样，简单采用篦冷机空气冷却，否则低价态的过渡金属氧化物将被氧化为高价态，从而对白度造成比较大的不利。而采取特殊的工艺，不但不会使熟料的白度下降，更能够被“漂白”.按漂白介质分，有水急冷漂白、中性介质漂白、还原介质漂白。采用水冷漂白，冷却熟料中可以形成较多的白色铝酸盐结晶，使熟料对光的反射能力大大提高，矿物结晶细小，也增加了对光的反射能力，从而提高白度。中性介质漂白主要采用的是氮气，还原介质采用的主要是焦炉煤气、丙烷等，虽然还原性介质漂白效果好，但是成本高，更重要的是，它的控制工艺比较复杂。

　　2.5生料粉磨与白水泥粉磨

　　生料的粉磨与水泥的粉磨是水泥生产工艺中的“两磨一烧”中的“两磨”,白水泥的生产也是一致的，但由于白水泥产品高的要求，必须保证在这两次粉磨过程中，尽可能地减少Fe2O3等染色元素的污染，使用磨耗比较小的研磨体。比如，采用石质的衬板和研磨体。我国数家厂家采用小型的开路管磨，镶花岗岩衬板，以海卵石作为研磨体。这是这种磨机的产量过低，研磨体的磨耗比较大。目前而言，国内外主要采用的是高铬铸铁材料，研磨体采用刚玉球或者硅石球。为适应白水泥的生产，各国都相继开发了新型高效的磨机，各种新型的立磨发展迅速，并在实际生产中取得了比较好的效果。

　　2.6影响白水泥白度的其它因素

　　很多的白水泥厂的熟料多呈现绿色的倾向，这是因为熟料当中Cr2O3的含量过多。Cr2O3的来源一部分来源于原料，还有一部分可能来源于含Cr的耐火砖。熟料在水泥窑的高温条件下，少量的耐火砖损耗熔入了熟料当中，而往往耐火砖当中含有较丰富的Cr.为解决这一个问题，可以采用镁基的耐火砖[10].

　　为了改善性能，提高产量，白色硅酸盐水泥的制成，通常加入适量的混合材。选用白度远高于白水泥熟料白度的混合材，一方面可以提高白水泥的白度，另一方面，由于混合材的生产成本远远比白水泥熟料的烧成成本要低得多，大量混合材的掺入，可以使白水泥的成本降低。

　　白水泥的细度也对白度产生影响，在一定的细度范围内，白水泥白度随着细度的增加也相应地提高，但这完全是由于水泥比表面积增大，增加了对光的反射能力，从而白度提高，是一种纯粹的物理作用[7].

　　3结语

　　据不完全统计我国现有白水泥厂80多家，白水泥生产线大约160多条，80%以上的是Φ2.5m及以下的回转窑，年总生产能力约达到600多万吨[11].但是，国内生产的白水泥品质普遍较低，低品质白水泥市场已出现严重过剩的局面，但高品质白水泥却尽产尽销。白水泥的质量和品质差仅仅是一个方面，高能耗、高污染是最大问题。对低品质、高能耗、高污染的白水泥生产线进行节能、增白技术改造，是企业生存和发展的必要手段。

　　（1）由于白水泥生产对原、燃材料品质要求较高，在资源日益紧张的大背景下，将会严重制约白水泥企业发展。开发使用低品质的原、燃料的白水泥生产工艺势在必行。

　　（2）国外的白水泥原料选择上，都比较注意原料中MnO、Cr2O3、TiO2等其它染色元素的控制[12].而我国白水泥的生产，还基本上还只是对Fe2O3含量进行控制。为了提高国内白水泥产品的质量，白水泥厂有必要将对原料中的MnO、Cr2O3、TiO2等进行测定，将熟料中的MnO、Cr2O3、TiO2等控制在较低的水平。

　　（3）为了更好地对白水泥的产品进行质量控制，应该结合白水泥白度的偏色情况，进行生产工艺的调整，从而生产出颜色鲜艳的白水泥。

　　参考文献：
　　[1]中华人民共和国国家标准[Z].
　　[2]GB-T2015-2005白色硅酸盐水泥之白度测定[J].
　　[3]魏仁涛，贾学军。提高白水泥白度的措施[J].水泥技术，2000（2）：48-49.
　　[4]崔秀琴，付克明。影响白色硅酸盐水泥白度的因素[J].湖南城市学院学报，2003,24（6）：100-102.
　　[5]艾军，肖全贵，李振兴等。阿尔博安庆白水泥生产线设计与回顾[J].中国水泥，2011（10）：41-44.
　　[6]林宗寿。无机非金属材料工学[M].武汉：武汉理工大学出版社，2009.
　　[7]荣传勋。提高白水泥白度的工艺途径[J].福建建材，1994（3）：59.
　　[8]王燕谋，苏慕珍，路永华。中国特种水泥[M].北京：中国建材工业出版社，2012.