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水泥熟料是由石灰石、粘土、铁质原料等按适当比例配制成的生料，经过一系列高温化学反应和冷却过程而获得的半成品。其形成过程主要包括以下几个关键步骤：
1. 生料制备：将石灰石、粘土、铁矿石等原料从矿山开采出来，通过破碎、磨细、混合等工序配制成生料。这些生料的主要化学成分包括氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)和三氧化二铁(Fe2O3)。
2. 干燥与脱水：生料在预热器中进行预热，此过程中自由水分随物料温度升高而逐渐蒸发。当温度升高至一定范围时（如100～150℃），生料中的自由水分全部被排除。接着，粘土质原料（如高岭土）在更高温度下（如450℃）脱去化学结合水。
3. 碳酸盐分解：在逐渐升高的温度下，生料中的碳酸盐（如碳酸钙、碳酸镁）开始分解，并释放出二氧化碳气体。这一步骤通常在600℃至900℃之间进行。
4. 固相反应：随着温度的进一步升高，生料中的氧化物开始发生固相反应。例如，石灰石分解出的氧化钙(CaO)与粘土中的二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)以及铁粉中的氧化铁(Fe2O3)反应，形成多种矿物集合体。
5. 烧成反应：在约1300℃至1450℃的高温下，固相反应形成的矿物进一步反应，形成水泥熟料的主要矿物成分，如硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)和铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)等。
6. 冷却与硬化：将烧成的水泥熟料进行快速冷却，以防止其发生不利的相变（如β-C2S到γ-C2S的转变）。冷却后的熟料逐渐硬化，成为灰黑色颗粒状产物，即水泥熟料。
水泥熟料的形成是一个复杂且多步骤的工艺流程，涉及原料的制备、干燥与脱水、碳酸盐分解、固相反应、烧成反应以及冷却与硬化等多个环节。