差热分析在硅酸盐工业中的应用_杨淑敏

差热分析,学习

2012年5月第2期吉林师范大学学报（自然科学版）

JournalofJilinNormalUniversity（NaturalScienceEdition）

№．2May．2012

差热分析在硅酸盐工业中的应用

杨淑敏，张

伟，亚生卡日·尼亚孜

（喀什师范学院物理系，新疆喀什844000）

摘

要：差热分析技术是一种非常重要的现代测试技术，已成为研究材料分解过程、反应动力学、热化学反应机

制等问题的重要研究手段，广泛应用于材料科学、热化学和热物理等领域．本文着重介绍了差热分析在硅酸盐工业（水泥、玻璃）中的具体应用以及节能技术应用问题．

关键词：差热分析；硅酸盐工业；水泥；玻璃；节能

3873-（2012）02-0096-04中图分类号：TQ171．733文献标识码：A文章编号：1674-硅酸盐工业是无机化学工业的一个重要组成部

分，主要制造以硅酸盐为主体的水泥、陶瓷、玻璃、砖经济建瓦等各种制品和材料．随着社会的不断发展，设力度的不断加大，我国对水泥、玻璃以及新型建筑材料的需求也越来越大，但是硅酸盐工业是一种高

目前我国提倡要走可持续发展的建设道能耗产业，

路，因此，如何对这些高能耗产业进行指导和控制迫

在眉睫．

差热分析（DTA）是在温度程序控制下，测量物质的温度与参比物的温度之间温度差和温度的关系

［1］

发生的的一种技术．由于在生产硅酸盐制品时，

一系列物理和化学变化会伴随吸热和放热现象，因

此差热分析对于研究硅酸盐产品制备、化学机理及1．2节能技术方面具有十分重要的意义，已经成为了硅酸盐材料研究中必不可少的测试技术．因此本文着重探讨差热分析在硅酸盐工业（水泥、玻璃）中的具体应用．

图1

水泥原料煅烧过程的DTA曲线

［2］

质之间形成水泥熟料的反应．由图1所示的各段反

应的吸放热情况可知，其反应与生产水泥时煅烧生利用DTA曲线可以料的反应是大致相同的．因而，

清楚的反映出原料在不同煅烧待的反应情况，并且可以知道原料反应的具体温度和反应进行的程度，为合理的制定出热处理制度提供了重要资料，利于指导水泥生产，降低能耗

．

差热分析在水泥水化、硬化机理方面的应用

差热分析在分析水泥水化反应程度，研究水化

［6］

机理方面也有重要应用．郜志海等利用差热分析

研究了热活化煤矸石水泥复合体系的水化反应程如图2所示

．度，

1差热分析在水泥工业中的应用

差热分析在水泥工业中主要应用于水泥熟料形

［2－8］

．硬化过程成过程及水化、1．1

差热分析在水泥熟料煅烧过程中的应用

图1是典型的水泥熟料煅烧过程的DTA曲线．

由图1中所示120℃形成的吸热峰是由于原料中的

610℃形成的吸热峰为原料中吸附水蒸发吸热所致，

930℃附近形成的的结构水发生脱水反应吸热所致，

1250℃附近吸热峰则是由于CaCO3分解吸热造成，

的放热峰和1440℃附近的吸热峰则是水泥原料物

图2活化煤矸石掺量为30%时复合体系水化各龄期的DTA分析

有图2可知，随着水化的进行，在460℃左右出此温度范围说明了Ca（OH）现的吸热峰变化显著，

2

03-18收稿日期：2012-基金项目：喀什师范学院校内课题（20112410）

），第一作者简介：杨淑敏（1981-女，山东省聊城市人，现为喀什师范学院物理系讲师，硕士．研究方向：理论物理及材料物理．

·96·

差热分析,学习

的分解反应．水化期龄为3d时，峰面积较大，说明吸

原因在于煤矸石中活性物质在水化早期热量较大，根据DTA曲线，可先确定出基础玻璃的核化温

核化温度一般比玻璃的转化温度Tg度和晶化温度，

参与水化反应较少，消耗Ca（OH）2较少所致．水化高20℃左右，晶化温度则取放热峰温度，所以微晶

7d时，峰面积减少，说明活性成分逐渐参与水化，玻璃传统的热处理方法一般为两步法即先将玻璃加消耗了部分Ca（OH）2．与水化7d时相比，水化28d热至核化温度，并保温一段时间，在玻璃中出现大量时Ca（OH）

2

吸热量有所增长，这和体系Ca（OH）

2

含量测定结果不太一致分析原因这可能是由于该水化分析样在测试过程中混入其它含有结构水的杂质造成的．但从整体来看，随着龄期的延长Ca（OH）2剩余量呈降低趋势，水化反应程度是逐步加深的．

［7］

李召峰等利用DTA研究了少熟料钢渣水泥水化硬化机理．如图3所示，在115℃出现的吸热峰主要是原料中的水化物脱水吸热造成，在465℃附

晶核后，再升温至晶化温度，同样保温一段时间使玻

璃转变为具有微米甚至纳米晶粒尺寸的微晶玻璃．如核化温度与晶化温度相差较小时，也可在采取一步热处理，即略过核化阶段，在晶化峰附近直接晶化，保温，使核化和晶化同时进行．

李保卫等选用包钢稀选尾矿和粉煤灰为主要原料，根据DTA曲线制定了四种不同热处理工艺，制备了主晶相为辉石和钙长石的微晶玻璃．结果

［9］

近的吸热峰则是由Ca（OH）2的分解反应吸热所致．显示不同的热处理工艺得到的微晶玻璃主晶相基本

水化3d时，峰面积较小，说明Ca（OH）2含量较少，相同，但性能差异较大，经测试利用熔制—退火冷结晶程度低；水化7d时峰面积明显增大，说明却—核化—晶化工艺，核化温度为720℃，晶化温度Ca（OH）2含量增多，结晶程度提高，说明此阶段钢渣钢渣对Ca吸水化速度明显低于熟料的水化速度，

Ca（OH）2吸热峰收不明显；水化期龄增至28d时，

说明在此阶段，矿渣的水化速度明显加变化不大，

2+

快，熟料水化产生的Ca几乎全部被钢渣吸收形成C-S-H凝胶及钙矾石．由此可看出该体系水化过程是有钢渣及水泥熟料共同作用形成．

2+

为820℃，进行处理得到的微晶玻璃性能最好，晶粒

分布均匀．为球状晶，

将水淬炉渣粉碎至一定粒度后，向其

中加入少量钾长石为助熔剂，利用DTA曲线制定热

张伟等

处理工艺，采用直接烧结法，在830℃保温1h进行

1150℃进行烧结制得了主晶相为钙黄长石的晶化，

［10］

微晶玻璃，性能良好．

除此之外，差热分析在研究水泥水化速度及进2．2差热分析在玻璃分相中的应用

在玻璃的形成过程中，分相是一种非常普遍的程，水化产物转化温度及热效应等也有重要应

［8］

现象．所谓分相即在一定温度下，玻璃内一些原子或用．

离子发生迁移，在熔体内某些组成形成偏聚，从而形成互不混溶的组成不同的两个玻璃相．研究玻璃分普遍认为，分相可对玻璃的晶化机理做出一定解释，

相为均匀液相提供界面，为晶相的成核提供条件，是析晶的有利因素．同时玻璃分相的研究又为新品种

利用玻璃分相后微晶玻璃的获得提供了理论指导，

组成的变化来获得所需的晶体，从而改变所得微晶

的性能．

图3

少熟料钢渣水泥不同水化龄期差热曲线

差热分析是研究玻璃分相的有效手段．由于分相，玻璃材质分布不再均匀，在玻璃中就形成了具有不同组成、不同体积分数的相，在差热曲线上就反映为2个或多个不同的转化温度Tg．

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