D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.04.001 第18卷第4期 北京科技大学学报 Vol.18 No.4 1996年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.1996 高铝型高水充填材料热力学分析 宋存义周土平陈德平 北京科技大学资源工程学院，北京100083 摘要对高水充填材料的烧结和水化反应过程进行了热力学计算与分析，阐明了高水充填材料 的主要热力学性质以及所表现出的强度，稠度和风化等物理化学特性. 关键词热力学，水化，烧结，高水充填材料 中图分类号TQ172.719.9,0642.59 高水充填材料是以铝酸钙或硫铝酸钙等为甲料，以石灰、石膏和外加剂等为乙料，经磨 细，均化等工艺而制成的甲、乙两种固体粉料.使用时，加大量的水配制成甲、乙两种浆液， 用水泵和管道将浆液输到使用地点，混合后的浆液便很快凝固， 高水充填材料的内部能量是由原材料经高温煅烧转变为熟料矿物再经粉磨等过程发生 物理化学变化所产生的，在这些过程中，甲料和乙料的原子和分子重新排列，晶格键能发生 变化，体系处于高能状态.当高水充填材料与水拌合时，释放出能量使水化产物性能稳定. 采用了X射线衍射，扫描电子显微镜等分析方法，测试了高水充填材料的性能. 1甲料烧结反应的吉布斯自由能 化学反应的标准吉布斯自由能变化可用如下盖斯定律计算： △G°-∑△G9产物-2AG发应物 根据吉布斯-亥姆荷兹(G-H方程，利用物质的标准生成吉布斯自由能，可计算高水充 填材料水化反应的吉布斯自由能变化，了解它的一些基本性质. 经X射线衍射法测定，高铝型甲料烧结反应生成的主要矿物是C0·Al,O,(简写为 CA),2].图1是测定高铝型甲料的X射线衍射特征曲线，图中的2.958,2.526,2.507等是铝 酸钙矿物的特征曲线. 高铝型甲料烧成反应如下： CaC03+Al203·H20=Ca0·Al,03+H,0↑+C02↑ 据文献[3]数据得该反应的△G29g=123.79kJ/mol 即在常温下上述反应的△G为正值，表示在常温下反应不能进行，为了使原料变成熟 料，必须大大提高环境温度，才能生成所需的熟料矿物.这就是生产上常常把煅烧温度控制 在1300℃左右的原因， 根据G-H公式，T=1573K(1300℃)时，△G应按如下公式计算 1995-01-08收稿 第一作者男44岁博士副教授第18 卷 第4 期 1 9 9 6 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s ity o f S e i e n c e a n d T e e h n o l o g y B e ij in g V o l 一 1 8 N O 一 4 A u g . 1 9 9 6 高铝型 高水充 填材料热力学分析 宋存 义 周 土 平 陈德 平 北京 科技大学 资源 工 程学 院 . 北 京 1 0 0 83 摘 要 对高水 充填材料 的烧 结和 水化反 应过程进行 了 热力学计 算 与分 析 , 阐明 了高水充填 材料 的主要 热力学性质以 及所表现出的强度 , 稠度 和 风化等物理化学特性 . 关键 词 热力学 , 水化 , 烧结 , 高水充填材料 中图分类号 T Q 1 7 2 . 7 1 9 . 9 , 0 6 4 2 . 5 9 高水 充填 材料 是 以铝 酸钙 或硫 铝 酸钙等 为 甲料 , 以 石 灰 、 石膏 和外 加剂 等 为 乙料 , 经磨 细 , 均 化等 工 艺 而 制 成 的 甲 、 乙 两 种 固体 粉 料 . 使 用 时 , 加大 量 的 水 配 制成 甲 、 乙 两 种 浆 液 , 用 水泵 和 管道 将浆 液 输到 使用 地点 , 混 合后 的 浆液便 很快 凝 固 . 高 水 充填 材料 的 内部 能量 是 由原 材料 经 高温 锻 烧 转变 为熟 料 矿 物再 经 粉磨 等 过 程 发生 物 理 化学 变化 所 产生 的 . 在 这些 过程 中 , 甲料和 乙料 的 原子 和分 子 重新 排列 , 晶格键能 发 生 变化 , 体系处于 高能状态 . 当高 水充 填材 料 与水 拌合 时 , 释 放 出能量 使水 化产 物 性能 稳定 . 采用 了 X 射 线衍 射 , 扫描 电子 显微镜 等分 析方 法 . 测 试 了高 水充 填材 料 的性 能 . 1 甲料烧结反应 的吉布斯 自由能 化学 反应 的标 准吉 布 斯 自由能 变化 可 用如下 盖斯 定 律计 算: △G “ 一 习△G 异物 一 名△G 岌应物 根 据吉 布 斯 一 亥姆 荷 兹 ( G 一 H ) 方程 , 利 用物 质 的标 准 生成 吉 布 斯 自由能 , 可 计算 高 水 充 填 材料 水化 反应 的吉 布 斯 自由能 变化 , 了 解 它 的一些 基本 性质 . 经 X 射 线衍 射法 测 定 , 高 铝 型 甲料 烧 结 反 应 生成 的 主要 矿 物是 C a o · 1A 2 0 3 ( 简 写 为 c A )l[ ,2] . 图 l 是测 定高 铝型 甲料 的 x 射线 衍射 特 征 曲线 , 图 中的2 . 9 58 , 2 . 5 26 , 2 . 5 07 等 是 铝 酸钙 矿物 的特 征 曲线 . 高铝 型 甲料烧 成反 应如 下 : C a C O , + A 1 2O : ’ H ZO 一 C a O ’ A 1 2O 3 + H ZO 个+ C O Z 个 据文 献 [3 ] 数据 得该反 应 的△ G 呈 9厂 12 3 . 7 9 k J/m o l 即在 常温 下上 述反 应 的 △G “ 为正 值 , 表示 在 常温 下反 应 不 能进 行 , 为 了 使 原 料变 成 熟 料 , 必 须大 大提 高环 境温 度 , 才 能生 成所 需 的熟料 矿物 . 这 就是 生产 上 常常 把媛烧 温 度控 制 在 13 0 0 ℃ 左 右 的原 因 . 根 据 G 一 H 公式 , =T l 5 7 3 K ( 1 3 0 0 oC )时 , △G疼按 如下公 式 计算 . 19 9 -5 0 1 一 0 8 收稿 第一 作者 男 4 4 岁 博士 副教 授 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 04. 001