水泥熟料主要成份是CaO、SiO₂、Al2O₃、Fe₂O₃等四種化合物，次要成份為MgO、R₂O、SO₃等化合物，而其中MgO含量允許達到5%，是次要成份中含量最多的一種。通常人們認為MgO影響水泥產品的安定性，規(guī)定了限制值，但實際上MgO在一定程度影響著熟料的煅燒，這種情況往往被忽視?，F根據國內外的研究成果及工廠生產實踐，討論MgO對熟料煅燒及其產品性能的影響，供有關技術人員參考。
　　1、水泥原料中的MgO
　　水泥生產中，生料中的MgO主要來源于石灰石中的鎂質礦物，這些礦物主要以硅酸鎂、白云石、菱鎂礦、鐵白云石等不同類型存在。當石灰石中MgO以硅酸鎂形式存在時，可獲得均勻分布和細小（1～5μm）的方鎂石晶體，而以白云石或菱鎂礦形式存在時，易生成粗大（25～30μm）的方鎂石晶體。我院曾對不同年代所形成的石灰石中MgO含量對熟料強度的影響進行了測試，發(fā)現石灰石中MgO的含量對熟料強度有一定的影響，總的趨勢是石灰石中MgO含量越高，則熟料強度越低。根據試驗研究，鎂質礦物中MgCO₃的分解溫度為660～700℃，白云石Mg（CO₃）₂的分解溫度為800℃，而石灰石中CaCO₃分解溫度接近900℃。在水泥熟料生產過程中，MgO較CaO先形成。
　　2、MgO對熟料煅燒的影響
　　熟料煅燒時，約有2%的MgO和熟料礦物結合成固熔體，此類固熔體甚多，例如CaO·MgO·SiO₂、2CaO·MgO·SiO₂、2CaO·MgO·2SiO₂、3CaO·MgO·2SiO、7CaO·MgO·2Al₂O₃、3CaO·MgO·2Al₂O₃、MgO·Al₂O₃、MgO·Fe₂O₃以及C₃MS₂等，此類化合物的穩(wěn)定溫度在1200～1350℃，同時它還可能含有一些微量元素。在溫度超過1400℃以上時，MgO的化合物會分解，且從熔融物中結晶出來。當熟料中含有少量細小方鎂石晶格的MgO時，它能降低熟料液相生成溫度，增加液相數量，降低液相粘度，增加液相表面張力，有利于熟料形成和結粒，也有利于C₃S的生成，還能改善熟料色澤。粗大方鎂石晶體的MgO超過2%時，則易形成方鎂石晶體，導致熟料安定性不良。而當氧化鎂含量過高時，則易生成大塊、結圈和結厚窯皮，以及表面呈液相的熟料顆粒，此類熟料易損壞篦冷機篦板。
　　3、MgO對熟料結粒的影響
　　3.1  影響熟料結粒的因素
　　窯內熟料顆粒是在液相（有些資料稱熔體）作用下形成的，液相在晶體外形成毛細管橋。液相毛細管橋起到兩個作用：一是使顆粒結合在一起，另一作用是作為中間介質，使CaO和C₂S在熔融態(tài)內擴散生成C₃S，顆粒的強度取決于毛細管橋的強度，橋的強度即連接顆粒的力隨液相表面張力和顆粒直徑的降低而增加。毛細管橋的數量又和顆粒直徑的平方根成反比。要結好粒，必須有足夠的液相，并要求顆粒在液相內分布均勻，形成較高的表面張力，較低的液相粘度，適宜的結粒時間和溫度等。
　　3.2  MgO對液相性質的影響
　　3.2.1  液相量
　　熟料液相量太少不易結粒，太多易結成致密的大塊熟料。液相量與液相中所含的Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、MgO含量有關。從近年來國外發(fā)表的液相量計算公式中，MgO的系數得以提高，說明MgO對液相量有較大的影響，與Fe₂O₃的系數接近。其計算公式為：
　　1400℃時液相量
　　L=3.0Al₂O₃+2.25Fe₂O₃+K₂O+Na₂O+MgO
　　液相量在25～28%時，對結粒最有利。
　　當MgO含量超過2%以上的值乘以系數1.5。
　　3.2.2  液相表面張力
　　液相表面張力是液相的重要性質，與結粒有著直接的關系。液相表面張力增大易結粒，熟料顆粒的大小與液相表面張力呈良好的線性關系（見圖1）

　　                                     圖1  回轉窯內熟料最終尺寸與液相表面張力的關系
　　液相的表面張力與元素外層電子的負電性有關（見圖2），有些元素如K、Cl、S的表面張力值較低，不利于結粒；而Mg、Al等元素的表面張力值較高，有利于結粒。

                                                                   圖2  液相粘度和表面張力的影響
　　3.2.3  液相粘度
　　不同成分熟料的液相粘度值是不同的，一般說來液相粘度值減少，有利于CaO和C2S在液相內擴散生成C3S，也易結粒，液相粘度與溫度有關，隨溫度上升而下降。
　　幾種元素共存的液相粘度值并非單元素的液相粘度值的疊加。
　　近年來，國內一些單位相繼發(fā)表了MgO、R₂O、SO₃對結皮和結粒有較大影響的報導。為解釋此現象，現將MgO－R₂O－SO₃復合存在時液相等粘度線示于圖3。從圖3來看，R₂O含量增加，粘度值增加較大，不利于結粒；SO₃含量增加，粘度值降低，但SO₃的粘度值較R₂O低得多，因此SO3存在時結粒有所改善；若R₂O、SO₃均存在時，MgO含量增加，液相粘度值大大降低，有利于結粒。

                                                圖3  MgO-R₂O-SO₃復合存在時液相等粘度線
　　液相的粘度與元素外層電子的負電性有關，液相粘度按它們堿性降低的次序（K－Na－Ca－Mg）逐漸降低，MgO僅對液相粘度有適當的下降（見圖2）
　　從一些實驗來看，在煅燒的熟料成份中，適量加入Mg²⁺、SO3^2-、K^-等離子后，熟料的液相表面張力和粘度均發(fā)生變化。Ocoknh所進行的研究表明，熟料在1450℃含25～35%液相時，粘度為0.16Pa.S，表面張力0.58N/m，加入MgO等化合物后的液相表面張力和液相粘度均發(fā)生變化，影響著熟料的結粒（見表1）。此外，除MgO含量對液相表面張力和液相粘度有影響外，還需考慮液相內其他成份的因素。

                                              表1     一些氧化物對液相粘度和表面張力的影響
　　4、MgO對熟料強度的影響
　　MgO存在于熟料內，會影響CaO的數量，因而MgO在一定程度影響熟料的強度。為緩和MgO對熟料強度的影響，在水泥熟料生產中，應盡量提高石灰飽和系數KH和硅酸率SM值，相應提高C3S和C2S的含量，以提高熟料的強度。
　　5、MgO對產品安定性的影響
　　在硅酸鹽水泥熟料中，MgO的固熔體總量可達2%，多余的MgO即結晶出來呈游離狀方鎂石，就會產生有害作用。
　　熟料中方鎂石晶體的生成速度與鎂礦物的分解溫度有關，分解溫度越低，晶體生長的機遇越大?？偟恼f來，白云石等高鎂原料分解溫度較高，易生成大晶格的MgO。
　　方鎂石結晶大小隨冷卻速度不同而變化，快冷時結晶細小，方鎂石水化緩慢，要幾個月甚至幾年才明顯起來，水化生成Mg（OH）₂時，體積膨脹148%，導致安定性不良。方鎂石膨脹的嚴重程度與其含量、晶體尺寸等都有關系，方鎂石晶體小于1μm且含量為5%時，只引起輕微膨脹，方鎂石晶體為5-7μm且含量為3%時，會引起嚴重膨脹。
　　6、緩和MgO對生產和產品質量的影響
　　生料的主要成份為CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃四種，在熟料煅燒過程中，主要受由上述四種氧化物組成計算的石灰飽和系數KH、硅酸率SM、鋁氧率AM以及SiO2、CaCO3等顆粒級配的影響，也就是生料的易燒性決定了燒成工況。但是MgO含量較高時，對熟料液相量、液相表面張力、液相粘度以及熟料煅燒溫度、熟料結粒、強度以及窯內結圈、結皮等均有影響。若生產過程中，出現MgO的影響，應從以下幾個方面采取減緩措施。
　　6.1  做好生料配料和均化工作：
　　國外公司在研究中提出，在含有MgO的生料內，石灰飽和系數應作如下調整：
　　LSF=100CaO/（2.80SiO₂+1.18Al₂O₃+0.65Fe₂O₃）（不含MgO）
　　LSF=100（CaO+0.75MgO）/（2.80SiO₂+1.18Al₂O₃+0.65Fe₂O₃）（MgO<2%）
　　LSF=100（CaO +1.150 MgO）/（2.80SiO₂+1.18Al₂O₃+0.65Fe₂O₃）（MgO>2%）
　　做好原料的均化，確保生料中MgO含量均勻入窯。
　　6.2  控制合適的液相量、液相表面張力、液相粘度
　　液相量是熟料結粒的重要因素，在計算液相量時，應注意MgO超過2%時的校正系數，還應考慮堿含量的因素。為緩和MgO對液相量的影響，在提高熟料質量的前提下，適當提高石灰飽和系數KH及硅酸率SM值，減少Al₂O₃和Fe₂O₃的含量，減緩MgO對液相量的影響，相應減緩結大球的趨勢。同時KH值和SM值增加，增加了CaO、SiO₂的含量，也增加了C₃S和C₂S的生成量及熟料煅燒溫度，有利于提高熟料強度。
　　MgO含量在一定程度影響液相表面張力和液相粘度，影響熟料結粒。在生產過程中，當出現液相表面張力和液相粘度造成熟料結大球或過細的粉塵熟料時，在調節(jié)措施中，可考慮通過調整配料率值對MgO含量進行調節(jié)，但應考慮原、燃料帶入的堿化物、硫化物等微量元素的影響。
　　由于各生產線的生料成份不同、配料率值不同，SiO₂、CaCO₃等顆粒級配不同，MgO的數量及晶體大小不同，堿（R₂O）、SO3及微量元素的含量也不一致，再加上液相量、液相表面張力，液相粘度取樣和測定的困難，很難在實際生產中進行計算和測試，只能通過分析、判斷進行測算，試燒后進行生產。從國內一些MgO含量較高的生產線的生產情況來看，通過調整KH和SM值，均能生產結粒較好且強度較高的熟料，總體情況總結如下：
　?。?） 生料中MgO含量較高且易燒性較好、SiO₂的易磨性好且顆粒較細、堿含量與硫含量對液相粘度影響不大時，C₂S有利于與CaO結合生成C₃S，則SM值可提高至3.60以上，在生產過程中結粒均齊，f-CaO含量較低，熟料強度較高。
　?。?） 生料中MgO含量較高但易燒性較差、SiO₂的易磨性差且顆粒較粗、此外原料中帶入的堿含量較高時，對液相粘度影響較大，不利于液相內的C₂S與f-CaO結合生成C₃S。在生產過程中，為緩和MgO對液相量的影響，可提高SM值；但SM值提高后，更不利于生成C3S，易使f-CaO含量偏高；為降低f-CaO含量，生產時提高燒成溫度，但又易增大C₃S的晶格易形成飛砂料，不利于熟料強度的提高；這種工況，SM值是很難提高的。
　　以上情況表明，各條生產線的生料易燒性不一致，其顆粒級配也不一致，石灰石中MgO含量不等且晶體大小有別，另外帶入生料的原燃料中堿含量也不一致，此時只能結合實際狀況，通過分析，找出優(yōu)化點，來提高熟料強度。
　　6.3  操作措施
　?。?） 在生產過程中，加大窯尾風機風量，盡量減少窯內還原氣氛，避免硫酸鹽在還原氣氛下分解造成窯后部結長厚窯皮，減緩MgO含量較高窯料出現結圈、結蛋從而進一步加劇窯內通風不良、還原氣氛加重的惡性操作狀況的產生。
　?。?） 適當加快窯速，減少結厚窯皮的趨勢。
　?。?） 避免窯頭過燒，減少表面帶液相的大塊熟料落入篦冷機內損壞前端篦板，或形成表面帶液相的大晶格粉狀熟料在冷卻機進料口處粘結成雪人的事故。
　?。?） 加強篦冷機前端通風，一方面使熟料急冷，有利于形成小晶格的MgO礦物，相應減緩MgO水化的膨脹影響；另一方面將表面帶液相的料球固化，避免篦板過熱損壞。
　　結束語
　　MgO是熟料礦物中最多的次要化合物，對熟料煅燒、結粒、強度以及安定性帶來影響。在生產過程中，當遇到MgO含量偏高對水泥熟料煅燒造成影響時，應分析生料的易燒性及顆粒級配，結合MgO的含量以及原、燃料帶入的堿（R₂O）、SO₃的狀況，作出判斷，進行測算，并對熟料率值進行調整，進行必要的測試和試燒，在取得成功的基礎上，進行工業(yè)化生產，必將使系統(tǒng)呈現工藝事故率低、產品優(yōu)質高產、低消耗的良性生產狀況。