金相顯微鏡在水泥巖相分析的應(yīng)用

前言

隨著新型干法水泥的發(fā)展和熟料煅燒技術(shù)的進(jìn)步，水泥工業(yè)對(duì)于生產(chǎn)原料的品質(zhì)要求也是越來(lái)越低，各種低品質(zhì)原料和工業(yè)廢物都得到了逐步利用。盡管如此，掌握原料的特性對(duì)于原料粉磨，熟料煅燒設(shè)備的設(shè)計(jì)選用以及對(duì)粉磨、煅燒制度的確定仍然十分的重要。

曾經(jīng)對(duì)石灰石和硅質(zhì)原料的礦物分析多依靠X射線衍射分析（XRD）和差熱分析（DTA），但相同條件下XRD衍射峰的強(qiáng)度會(huì)受到礦物含量和礦物擇優(yōu)取向的影響，因此無(wú)法直接獲取礦物晶粒大小的信息，而且XRD的投資很大，很多水泥企業(yè)并不配備；DTA只能檢驗(yàn)礦物的溫度變化情況，側(cè)面反映礦物的物理性質(zhì)，但并不能顯示礦物晶粒大小。接下來(lái)小編將給大家闡述如何使用金相顯微鏡去觀察礦物的組成和結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)原料是一種白色的石灰石和黑色的石灰石礦，兩種礦物均是沉積巖，基本的物理性質(zhì)和化學(xué)分析結(jié)果如下兩表所示：

表1 礦石的物理性質(zhì)

表2 礦石的化學(xué)組成

取石灰石中兩種大塊樣品并將其打碎，挑出粒度小于30mm的樣品，混合后采用四分法取樣，用于巖相分析光片制備。

石灰石光片不采用任何物質(zhì)澆注，直接在拋光機(jī)上使用600目金剛砂進(jìn)行粗磨平，再使用1200目金剛砂紙磨細(xì)，最后在使用2000目砂紙拋光后觀察；在更換浸泡劑時(shí)，將觀察過(guò)的樣片在拋光機(jī)的拋光布上以小于1微米的Al2O3粉拋光后觀察。拋光光片分別采用不同的侵蝕劑浸泡，具體可以看后續(xù)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。吹干后放在金相顯微鏡觀察礦物形態(tài)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1、去離子水和乙醇

兩種石灰石分別采用去離子水和乙醇進(jìn)行浸泡，效果如下圖所示。

（左圖為黑色礦使用去離子水浸泡，右圖是白色礦使用去離子水浸泡）

（左圖為黑色礦使用乙醇浸泡，右圖是白色礦使用乙醇浸泡）

圖1 去離子水和乙醇對(duì)石灰石礦物的浸泡效果

從圖1巖相圖可以看出，兩種礦物的方解石都是以顆粒物存在并堆積分布的，并且礦物晶體間解理清洗堆積精密，但是無(wú)法看清礦物顆粒大小和雜質(zhì)存在狀態(tài)，所以這兩者的浸泡效果并不好，原因可能是石灰石中的碳酸鈣并不能和浸泡劑發(fā)生反應(yīng)，只是簡(jiǎn)單的物理附著。

2、硝酸酒精和氯化銨

兩種石灰石分別采用1%硝酸酒精溶液和1%氯化銨水溶液進(jìn)行浸泡，效果如下圖所示。

（左圖為黑色礦使用硝酸酒精浸泡，右圖是白色礦使用硝酸酒精浸泡）

（左圖為黑色礦使用氯化銨浸泡，右圖是白色礦使用氯化銨浸泡）

圖2 硝酸酒精溶液和氯化銨溶液對(duì)石灰石礦物的浸泡效果

從圖2可以看出，碳酸鈣和酸性物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，原本礦物表面白色的方解石晶粒消失了，留下的是坑洞，即使解理層更加清晰，但是規(guī)則的礦物顏色并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，原因可能是選擇的侵蝕劑著色能力不足。

3、燒堿和綠礬+燒堿

兩種石灰石分別采用燒堿和綠礬+燒堿進(jìn)行浸泡，效果如下圖所示。

（左圖為黑色礦使用燒堿浸泡，右圖是白色礦使用燒堿浸泡）

（左圖為黑色礦使用綠礬+燒堿浸泡，右圖是白色礦使用綠礬+燒堿浸泡）

圖3 燒堿和綠礬+燒堿對(duì)石灰石礦物的浸泡效果

從圖3可以看出，堿性物質(zhì)對(duì)石灰石的著色效果并不理想，雖然能清晰看出石灰石內(nèi)方解石數(shù)量，但并沒(méi)有找出和圖1的明顯差異。原因可能是堿性物質(zhì)著色能力強(qiáng)，但是沒(méi)有按照和石灰石礦物繼續(xù)反應(yīng)的思路進(jìn)行。

4、鹽酸和鹽酸+醋酸

兩種石灰石分別采用鹽酸和鹽酸加醋酸進(jìn)行浸泡，效果如下圖所示。

（左圖為黑色礦使用鹽酸浸泡，右圖是白色礦使用鹽酸浸泡）

（左圖為黑色礦使用鹽酸+醋酸浸泡，右圖是白色礦使用鹽酸+醋酸浸泡）

圖4 鹽酸和鹽酸+醋酸對(duì)石灰石礦物的浸泡效果

從圖4可以看出，受到鹽酸侵蝕后石灰石礦物出現(xiàn)了明顯的輪廓，顏色差異也變得十分明顯，雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)也基本顯現(xiàn)了，進(jìn)一步加入醋酸后，既可以顯現(xiàn)礦物粒徑又可以展現(xiàn)礦物組成。黑色礦碳酸鈣含量高但是結(jié)晶粗大，粒徑分布在30到70微米，白色礦中碳酸鈣粒徑基本都小于30微米；同時(shí)兩種礦石中都含有一定數(shù)量的燧石，在黑色礦中燧石的粒徑大約在20微米，而白色礦的燧石粒徑在11微米左右。除此之外，白色礦中還顯現(xiàn)出微量的赤鐵礦。而資料反映，碳酸鈣的結(jié)晶程度越高，晶體尺寸越大，則生料易燒性和易磨性越差。

結(jié)語(yǔ)

使用巖相分析可以快捷迅速?gòu)膫?cè)面了解礦物原料特性，從而判斷水泥原料對(duì)生料粉磨和熟料鍛煉的影響。水泥原料中硬度合適的物料可以做金相顯微鏡的巖相分析，觀察礦物需要選擇合適的侵蝕劑，而這個(gè)選擇沒(méi)有普遍性規(guī)律。

參考文獻(xiàn)

[1]封培然.金相顯微鏡用于水泥原料巖相分析的研究[J].水泥,2012,(02)