C2S晶型转变

SiO2的晶体及转化SiO2在常压下有七个变体(modification) 和一个非晶型变体，即β-石英，α-石英，γ-鳞石英(tridymite) ，β-鳞石英，α-鳞石英，β-方石英(cristobalite)，α-方石英和石英玻璃。

上述各变体间的转变可分为两类：第一类是石英、鳞石英、方石英之间的转变，属重建型转变。

由于所需活化能大，转变温度高而缓慢，转变温度通常是由晶体表面逐渐向内部进行，并伴随有较大的体积效应。

有矿化剂存在时可显著加速转变，无矿化剂时实际上不能转变。

有时可通过急冷使高温中稳定的晶型在室温下也能存在。

第二类是上述变体的亚种α、β、γ型的转变，属于位移型转变。

由于它们在结构上差别很小，因此转变是在一个确定温度下一定要发生的，转变快，而且是可逆的。

并伴随有比重建型转变小的体积效应。

α-石英在870℃较慢地转变为α-鳞石英。

研究表明，此种慢转变必须在长时间缓慢加热，原料经细粉碎，有强的助熔矿化剂（如钨酸钠Na2WoO4）存在的条件下才能实现。

这表明鳞石英的生成和存在必须有杂质离子（或矿化剂）存在。

由于SiO2各种变体的晶体结构不同，其密度不同，它们在转变过程中有体积效应产生。

在某些方面完全转变时体积变化值如表2-6所示。

从表2-6中看出快速转变时所发生的体积变化比慢速转变时所发生的体积变化小，其中以鳞石英型转变时体积变化较小，方石英型较大。

方石英的熔点1713℃，鳞石英是1670℃，而石英是1600℃，但鳞石英具有较高的体积稳定性。

硅砖中鳞石英具有矛头状双晶相互交错的网络状结构，因而使砖具有较高的荷重软化点及机械强度。

当硅砖中有残余石英存在时，由于在使用中它会继续进行晶型转变，体积膨胀较大，易引起砖体结构松散，综上所述，一般希望烧成后硅砖中含大量鳞石英，方石英次之，而残余石英愈少愈好。

在硅砖生产中石英的转变程度用密度衡量，硅砖的密度一般小于2.38g/cm3，优质硅砖的密度在2.32~2.36g/cm3之间。

第六章答案6-2什么是吉布斯相律？它有什么实际意义？解：相律是吉布斯根据热力学原理得出的相平衡基本定律，又称吉布斯相律，用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。

一般形式的数学表达式为F＝C－P＋2。

其中F为自由度数，C为组分数，P为相数，2代表温度和压力两个变量。

应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。

6-3固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题？解：有问题，根据相律，F=C-P+2=1-P+2=3-P，系统平衡时，F=0，则P=3，硫系统只能是三相平衡系统。

图6-1 图6-26-4如图6-1是钙长石（CaAl2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回解：（1）六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少？（2）三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？你是如何判断出来的？（3）正交晶型是热力学稳定态？还是介稳态？解：（1）六方钙长石熔点约1300℃（B点），正钙长石熔点约1180℃（C点），三斜钙长石的熔点约为1750℃（A点）。

（2）三斜与六方晶型的转变是可逆的。

因为六方晶型加热到转变温度会转变成三斜晶型，而高温稳定的三斜晶型冷却到转变温度又会转变成六方晶型。

（3）正交晶型是介稳态。

6-5图6-2是具有多晶转变的某物质的相图，其中DEF线是熔体的蒸发曲线。

KE是晶型I 的升华曲线；GF是晶型II的升华曲线；JG是晶型III的升华曲线，回答下列问题：（1）在图中标明各相的相区，并写出图中各无变量点的相平衡关系；（2）系统中哪种晶型为稳定相？哪种晶型为介稳相？（3）各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变？解：（1）KEC为晶型Ⅰ的相区，EFBC过冷液体的介稳区，AGFB晶型Ⅱ的介稳区，JGA晶型Ⅲ的介稳区，CED是液相区，KED是气相区；（2）晶型Ⅰ为稳定相，晶型Ⅱ、Ⅲ为介稳相；因为晶型Ⅱ、Ⅲ的蒸汽压高于晶型Ⅰ的，即它们的自由能较高，有自发转变为自由能较低的晶型Ⅰ的趋势；（3）晶型Ⅰ转变为晶型Ⅱ、Ⅲ是单向的，不可逆的，多晶转变点的温度高于两种晶型的熔点；晶型Ⅱ、Ⅲ之间的转变是可逆的，双向的，多晶转变点温度低于Ⅱ、Ⅲ的熔点。

何谓熟料的粉化现象，产生原因及防止措施熟料在冷却和贮存的过程中，有时从表面散落大量细粉，有时则大块熟料慢慢碎裂甚至全部成为粉末，这种现象称为粉化。

粉化料的颜色一般呈灰黄色、棕褐色、灰白色。

熟料粉化有两种情况，一种是出窑后立即粉化，一种是放置一段时间后粉化。

粉化后，细粉几乎没有水硬性。

最常见的是出窑后的粉化，这种粉化是由于β-C2S在低于500℃的温度下发生晶型转变生成了γ-C2S，体积膨胀10％所致。

造成这种晶型转变的主要原因是：①KH值低。

熟料中的 C2S含量多，这种熟料在煅烧过程中，如液相量不够多时极易产生粉化，即使在窑内冷却再快也会产生粉化，这样的粉化料颜色多为黄色带灰。

②窑内结大块时，通风不均熟料冷却不好产生粉化。

这种粉化料是棕褐色。

③煤灰分含量太高，煤粒过粗，在煤灰周边容易出现局部粉化。

这种粉化料多为灰白色。

④窑内温度低或底火不均，C3S形成较困难，C2S含量增高，导致粉化。

⑤石灰石结晶硅或粘土含砂量太高，生料太粗，固相反应不完全，容易产生硅酸二钙矿巢，引起局部粉化。

防止粉化的措施有：①选择合理的配料方案，KH不能太低。

②使用高灰分的煤时，应适当提高生料 KH 值和适当降低 SM，并采用全黑生料煅烧法。

③加强通风，保持窑内通风良好，避免结大块，以保证熟料快冷快卸。

急冷的熟料使β-C2S成为微晶结构，微晶状的β-C2S（＜0.03ｍｍ）不易发生晶型转化。

熟料放置一段时间后的粉化，主要有两种方式：其一，硫化亚铁的水化。

当原料中硫含量多或采用硫化物矿化剂，由于通风不良而引起还原气氛时，形成FeS。

FeS在水分作用下生成Fe(OH)2 ，体积增加近38％。

在实际生产中，可以看到一些棕色料块，存放一定时间就显示吸水现象，颜色变深逐渐溃解成豆腐状的疏松砂粒。

防止这种现象的措施是有效控制生料中的硫含量，减少窑内还原气氛。

其二，石灰的消解。

当熟料中含有较多的游离CaO 时，在潮湿的空气中，能够吸水发生消解反应形成Ca(OH)2，体积增加，从而使熟料胀裂而粉化。

碳化硅和二氧化硅的晶体转变碳化硅和二氧化硅是两种常见的无机晶体材料，它们在科学研究和工业应用中具有广泛的用途。

本文将探讨碳化硅和二氧化硅晶体的结构、性质以及它们之间的转变。

一、碳化硅晶体碳化硅是一种由碳和硅元素组成的化合物。

它具有高硬度、高熔点和优异的热导率等特点，因此被广泛应用于高温、高压和高频等领域。

碳化硅晶体的结构呈现出一种类似于钻石的排列方式，因此也被称为“人造钻石”。

碳化硅晶体的晶格结构是一种由硅和碳原子交替排列而成的网络。

在这个晶格结构中，硅和碳原子通过共价键连接在一起，形成了坚硬而稳定的晶体。

由于硅和碳原子的尺寸相似，它们之间的键长也相近，使得碳化硅晶体具有高度的结构稳定性。

碳化硅晶体具有很高的热导率和耐高温性能，这使得它成为制造高功率电子器件和热管理材料的理想选择。

此外，碳化硅晶体还具有优异的机械性能和化学稳定性，因此在汽车制造、航空航天和能源领域也得到了广泛应用。

二、二氧化硅晶体二氧化硅是一种由硅和氧元素组成的化合物，也是地壳中最丰富的化合物之一。

它具有高熔点、高抗压强度和良好的绝缘性能等特点，被广泛应用于光学、电子和材料科学等领域。

二氧化硅晶体的结构是一种由硅和氧原子通过共价键连接而成的三维网络。

在这个晶格结构中，硅原子和氧原子以四面体的方式排列在一起，形成了一个稳定的晶体结构。

由于硅和氧原子之间的键长较短，二氧化硅晶体具有很高的密度和硬度。

二氧化硅晶体具有优异的光学性能和电学性能，因此在光学器件、半导体器件和绝缘材料等方面得到了广泛应用。

此外，由于二氧化硅晶体的化学稳定性和生物相容性，它还被用于制备生物医学材料和药物传递系统。

三、碳化硅和二氧化硅晶体的转变碳化硅和二氧化硅是两种不同结构的晶体材料，它们之间存在一定的转变关系。

在高温条件下，碳化硅晶体可以与二氧化硅气氛发生反应，生成二氧化碳和硅。

这种转变过程被称为碳化硅的氧化反应。

碳化硅晶体的氧化反应是一种剧烈的放热反应，其反应速度和程度取决于温度和氧化条件。

熟料为何需急冷，有何作用？1．熟料冷却过程及目的熟料烧结过程完成之后，C3S 的生成反应结束，熟料从烧成温度开始下降至常温，熔体晶化、凝固，熟料颗粒结构形成，并伴随熟料矿物相变的过程称为熟料的冷却。

熟料的冷却是熟料烧中一系列物理化学变化过程之一，冷却的目的在于：改善熟料质量与易磨性；降低熟料温度，便于熟料的运输、储存和粉磨；部分回收熟料出窑带走的热量，预热二次、三次空气，从而降低熟料热耗，提高热利用率。

2．熟料冷却速率对熟料质量的影响熟料冷却的速率影响着熟料的矿物组成、结构以及易磨性。

冷却速率不同，所得到的熟料矿物组成与性能也会不同。

当熟料缓慢地冷却时，熟料熔体中的离子扩散足以保证固液相间反应充分进行(即平衡冷却)，熟料中的所有成分几乎都形成晶体并促使熟料晶体长大，部分矿物晶体顺利进行相变。

当熟料冷却速率很快(即急冷或称淬冷)时，在高温下形成的熟料熔体来不及结晶而冷却成玻璃相，并且因急冷阻止了晶体的长大与相变。

实验研究表明，当以4～5℃/min的缓慢降温速率对熟料冷却时，熟料中的C3A、C4AF呈结晶态，MgO形成晶体尺寸可达60μm的方镁石。

如果把含1% 30～6060μm方镁石晶体的水泥与含4%5μm方镁石的水泥分别在压蒸釜中试验，可发现它们呈现的膨胀率相近，即方镁石晶体大小影响水泥的安定性。

更为值得注意的是，缓慢冷却条件下，C3S在1250℃以下易分解成C2S和二次游离氧化钙，结果是降低水硬性，当伴随有还原气氛时，上述分解过程加速；而β-C2S也易转化成γ-C2S，最终造成熟料粉化并降低水硬性。

如果以18～20℃/min的急速降温速率对熟料进行冷却，则可以发现上述C3S的分解、C2S的转化、过大的方镁石晶体及全部的C3A和C4AF结晶态不复存在，即急速降温(急冷)优于缓慢冷却(慢冷)。

3．急冷对改善熟料质量的作用①防止或减少C3S的分解当急速冷却时，温度迅速从烧成温度开始下降并越过C3S的分解温度，使C3S来不及分解而呈介稳状态保存下来，避免或减少了因C3S分解成C2S和二次游离CaO而使水硬性降低的可能性。

碳化硅和二氧化硅的晶体转变碳化硅和二氧化硅是两种常见的无机材料，它们具有不同的晶体结构和性质。

在高温下，这两种材料都会发生晶体转变，这对于材料的应用和研究具有重要意义。

碳化硅是一种具有高硬度、高强度、高耐磨性和高耐腐蚀性的陶瓷材料。

它的晶体结构可以分为两种：4H-SiC和6H-SiC。

其中，4H-SiC 具有更高的热稳定性和更好的电学性能，因此在高温电子器件和光电器件中得到广泛应用。

而6H-SiC则具有更好的机械性能和热导率，适用于高温结构材料和热管理器件。

在高温下，碳化硅会发生晶体转变，从4H-SiC向6H-SiC转变。

这种转变是由于晶格中的缺陷和位错的运动引起的。

在转变过程中，晶体的结构和性质会发生变化，从而影响材料的性能和应用。

因此，对碳化硅的晶体转变进行研究和控制具有重要意义。

二氧化硅是一种广泛存在于自然界中的无机材料，具有良好的化学稳定性和热稳定性。

它的晶体结构可以分为三种：α-Quartz、β-Quartz 和Cristobalite。

其中，α-Quartz是最常见的一种，具有高的硬度和透明度，广泛应用于光学和电子器件中。

而β-Quartz和Cristobalite 则具有更高的热稳定性和更好的机械性能，适用于高温结构材料和热管理器件。

在高温下，二氧化硅也会发生晶体转变，从α-Quartz向β-Quartz或Cristobalite转变。

这种转变是由于晶格中的缺陷和位错的运动引起的。

在转变过程中，晶体的结构和性质会发生变化，从而影响材料的性能和应用。

因此，对二氧化硅的晶体转变进行研究和控制也具有重要意义。

总之，碳化硅和二氧化硅的晶体转变是材料科学和工程领域中的重要问题。

通过对晶体转变机制和控制方法的研究，可以提高材料的性能和应用范围，促进材料科学和工程的发展。

佳木斯市松江水泥有限公司化验室佳木斯市松江水泥有限公司化验室二O一二年十一月一日关于立窑外卸熟料产生粉化的原因分析2012年立窑车间外卸部分熟料，在堆场由于小雨浇湿后产生粉化现象，粉末成灰白色。

熟料产生粉化现象，理论上是由于熟料中β-C2S转变成γ-C2S，体积膨胀所引起，这种现象往往发生在熟料KH 比较低的时候，为什么KH高达0.98以上还会出现粉化现象呢？通过查询资料，并结合公司原燃材料实际情况和立窑运行情况，应该有以下几个方面的原因：1. 作为主要原材料的石灰石里面砂土（结晶硅）含量比较多，直接造成生料中含有较高的结晶SiO2，在熟料煅烧时难以化合完全，在结晶SiO2周围就会形成一层β-C2S矿巢。

由于这β-C2S矿巢在冷却时转变成了γ-C2S，就产生了熟料粉化现象。

库底石灰石全分析可以验证这一点，数据如下：要想解决结晶硅问题，应从降低结晶硅含量和增加结晶硅反应活性两方面着手。

欲降低结晶硅含量，主要是降低石灰石中的含砂量和石灰石中结晶硅含量，也就是说选择比较易烧的石灰石，但就目前原燃材料现状难以办到。

欲增加结晶硅的反应活性，从工艺角度讲，主要采取了两个措施：一是降低生料粉磨细度，生料细度由原先不大于8.0%调整为不大于7.0%，减小结晶硅的颗粒度，从而提高其反应速度，减少β-C2S矿巢的量。

二是用萤石矿化剂使用比例调整为2.0%，增加结晶硅的反应活性。

2. 熟料冷却慢：立窑煅烧应该采取“快烧急冷”的煅烧制度，熟料如果冷却速度慢，使得熟料中实际C3S含量减少，C2S相应地增多，出窑链板熟料温度很高，敲开后里面还是红的，此时熟料温度在900℃左右，若让其慢慢冷却，会在500℃时C2S容易产生晶型转变，就会发生粉化，最后只剩下一层在窑内已经快冷过的坚硬外壳。

此类粉化熟料，粉末成灰白色。

鉴定标准为：将出窑的熟料（红料）丢入冷水中冷却便不发生粉化,由此可以判断其粉化是由于煅烧操作不当，冷却太慢之故。

- 铝酸盐水泥（CAC）- 解释：铝酸盐水泥是一种水泥，其主要成分是熟料，它由高岭土和石灰石煅烧而成。

铝酸盐水泥因其快速凝结和早期强度高而被广泛应用于建筑材料和工程中。

- 举例：在建筑工程中，铝酸盐水泥常用于制作混凝土和砂浆。

它的快速凝结特性使得混凝土可以更快地达到使用强度，提高了施工效率。

- 晶型转变- 解释：晶型转变指的是物质从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。

在铝酸盐水泥中，晶型转变通常指的是β-C2S到α'-C2S的转变。

- 举例：在铝酸盐水泥的生产过程中，当高温熟料冷却时，β-C2S会逐渐转变为α'-C2S。

这种晶型转变会影响水泥的性能和特性。

- β-C2S- 解释：β-C2S是铝酸盐水泥中的一种主要晶相，它的化学组成是β-二钙硅酸盐。

β-C2S在水泥中起到了增强和硬化混凝土的作用。

- 举例：在水泥生产过程中，β-C2S的含量和晶型转变对水泥的早期强度和长期强度都有影响。

控制β-C2S的含量可以调节水泥的性能。

- α'-C2S- 解释：α'-C2S是铝酸盐水泥中的另一种主要晶相，它是α-二钙硅酸盐的变质相。

α'-C2S对水泥的硬化和凝结具有重要影响。

- 举例：当β-C2S转变为α'-C2S时，水泥的硬化速度会减缓，但长期强度会提高。

这种晶型转变可以影响水泥的工程应用。

- 晶型分析技术- 解释：晶型分析技术是一种用于研究物质晶体结构和性质的技术，包括X 射线衍射、电子衍射和透射电镜等方法。

- 举例：在研究铝酸盐水泥的晶型转变时，可以使用X射线衍射技术来分析不同晶相的结构和含量，从而了解晶型转变对水泥性能的影响。

- 晶型转变机理- 解释：晶型转变机理是指晶体结构从一种形态转变为另一种形态的物理和化学过程。

在铝酸盐水泥中，晶型转变机理涉及到温度、压力和化学反应等因素。

- 举例：通过研究β-C2S到α'-C2S的转变机理，可以优化水泥的生产工艺，提高水泥的性能和品质。

一．名词解释(每题3分)1．硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料，0－5％的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。

石灰石或粒化高炉矿渣掺入为0称硅酸盐水泥Ⅰ型，石灰石或粒化高炉矿渣掺入不超过5％称硅酸盐水泥Ⅱ型。

2.安定性：硬化中体积变化的均匀性。

3.熟料粉化：熟料冷却速度慢，在小于5000C时β－C2S会转变γ－C2S,发生体积膨胀，使熟料颗粒膨胀成细粉。

4.熟料的SM：表示熟料中的SiO2与Ai2O3和Fe2O3之比。

5. 烧结范围：烧结所需最少液相量的温度与开始结大块时的温度之差。

7.理论热耗：烧制1Kg熟料，无任何物料和热量损失所需的热量。

8.废品：凡水泥的安定性，初凝结时间，MgO,SO3任一项不合格。

9.抗渗性：抵抗有害介质渗透的能力。

10.不合格品：除初凝时间，安定性，SO3，MgO不合格外，其它指标任一项不合格。

11.火山灰质混合材:以Si2O、Ai2O3为主要成分的矿物质原料，磨成细粉和水后不硬化但与气性石灰加水混合后，能在空气中硬化和水中继续硬化。

12．熟料的KH：生成C3S，C2S需CaO与理上全部SiO2生成C3S需CaO之比。

13.化学减缩：硬化中总体积减少。

14. 急凝：纯熟料磨细拌水，很快出现不可逆的固化，同时放出大量水化热。

15.抗冻性：抵抗冻融循环的能力。

16.矿渣水泥：凡由硅酸盐水泥熟料，20-70％的粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。

17.游离氧化钙：未与酸性氧化物化合的CaO。

18.硅酸盐水泥熟料：由适当成份的生料烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要成份的烧结物。

19.石灰质原料：凡以CaCO3为主要成份的原料，统称石灰质原料。

20.原料预均化：在存取料的过程中，采取特殊堆取料方式，使成分波动减小的过程。

21．碱——集料反应：水泥中的碱（NaO,K2O）与砼集料中的活性物质反应，生成碱硅酸盐膨胀。

导致砼开裂。

23.水化程度：一定时间内，已水化的量与完全水化之比。

影响晶型转变的因素众所周知,结构决定性质,而对于晶体来说，当外界条件变化时，晶体结构形式发生改变，碳、硅、金属的单质、硫化锌、氧化铁、二氧化硅以及其他很多物质都具有这一现象，所以本文通过查阅文献举例说明影响晶型的一些因素，主要有温度、压力、粒度和组成。

一、温度温度对晶型影响比较复杂，当温度升高时，晶体中的分子或某些离子团自由旋转，取得较高的对称性，而改变晶体的结构。

下面举例说明：(1) BaO·Al2O3·SiO2(BAS)系微晶玻璃的主晶相为钡长石。

钡长石主要的晶型有单斜钡长石(monoclinic celsian)、六方钡长石( hexa celsian)和正交钡长石(orthorhombic celsian),三者的关系如图1所示:Fig. 1 The phase transformation of celsian由图中我们可以看到:六方钡长石膨胀系数高,为8. 0×10-6/℃,而且在300℃左右会发生其向正交钡长石的可逆转变,转变过程中伴随着3-4%的体积变化。

(2)当预热温度小于400℃时，反应所得到的产物氧化铝为非晶态的A12O3。

非晶A12O3。

在热力学上是一种亚稳状态，所以它有向晶态转化的趋势。

当温度不够高时，非晶A12O3中的原子的运动幅度较小，同时晶化所必不可少的晶核的形成和生长都比较困难，因此非晶态向晶态的转化就不易。

为研究所制备的非晶A12O3。

向晶态Al2O3转变的规律，我们把在300℃时点火得到的非晶A12O3 进行了锻烧处理，结果见表2:Fig.1 XRD Patterns of Produets kept for 1.5h at 700一900℃Fig.2 XRD Pattems of produets kept for o.5h at l000一l200℃Fig.3 XRD Pattems of produets kept for o.5h at l000℃ and l200℃Fig.4 XRD Pattems of produets kept for different time at l000℃Fig.5 XRD Pattems of produets kept for different time at 1100℃从图1中可以看到，非晶态的氧化铝经700、800、900℃锻烧1.5h后，氧化铝从非晶态转变为r-A12O3，并且随着温度的升高r- A12O3。

二氧化硅晶型转变温度
二氧化硅(SiO2)的晶型转变温度是指在不同温度下，SiO2从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的温度。

以下是关于SiO2晶型转变温度的一些信息:
1. SiO2的晶型转变温度与其晶格结构密切相关。

在常温下，SiO2大部分以非晶态存在，即无规则排列的硅氧键网络。

在一定温度范围内，SiO2会发生晶型转变，形成不同的有序晶体结构。

2. α-Quartz晶型是最常见的SiO2晶型。

它的晶格结构是由四面体型SiO4单元组成的，其中一个Si原子被四个O原子所包围。

α-Quartz的转变温度约为573°C。

3. β-Quartz晶型也是一种常见的SiO2晶型。

它的晶格结构与α-Quartz相似，但是β-Quartz的晶胞参数略有不同。

β-Quartz的转变温度约为846°C。

4. Tridymite晶型是另一种SiO2的晶型，其晶格结构由六角柱型SiO6单元组成。

Tridymite的转变温度约为870°C。

5. Cristobalite晶型是SiO2的最高温晶型，具有立方晶格结构。

其转变温度约为1470°C。

需要注意的是，以上转变温度值只是大致数值，具体数值可能会因样品纯度、压力、形态等因素而有所变化。