粉煤灰配料燒制阿利特-硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)實踐
1 引言
在傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥熟料中引入適量的無水硫鋁酸鈣(C4A3S)全部或部分替代C3A,同時引入少量硫酸鈣(CaSO4),1300℃下燒成,得到以C3S、C2S、C4A3S、C4AF、CaSO4為主要礦物組成的熟料,摻加適量石膏、混合材等磨細,即制得阿利特-硫鋁酸鹽水泥。
該水泥發(fā)揮C3S和C4A3S兩種礦物的早強、高強特性,除具有傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的優(yōu)良性能外,還具有水化硬化快,早期強度高,硬化時體積收縮小或不收縮等優(yōu)良的建筑性能。尤其適用于搶修,防水,地下工程,礦井,橋梁,高層建筑,飾面材料等。
阿利特-硫鋁酸鹽水泥的出現(xiàn),為低成本、低能耗生產(chǎn)高性能水泥,為大量處理利用如粉煤灰等工業(yè)廢渣開辟了一條有效途徑。本文介紹以粉煤灰配料燒制阿利特-硫鋁酸鹽水泥的工業(yè)生產(chǎn)結(jié)果。
2 阿利特-硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)
生產(chǎn)阿利特-硫鋁酸鹽水泥的關(guān)鍵問題是:原料的選取,要求適當高的Al2O3含量;熟料礦物組成的選擇及配料,要求適當?shù)腃3S及C4A3S含量;燒成控制,適當?shù)撵褵郎囟燃办褵龤夥找约八嗟呐渲啤?
2.1 原料
生產(chǎn)所用原料為石灰石、電廠粉煤灰、石膏、螢石,燒成用煤為煙煤。各原料及煤灰的化學成分以及煤的工業(yè)分析如表1和表2所示。
名稱 |
Loss |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
CaF2 |
∑ |
石灰石 |
41.72 |
2.40 |
0.85 |
0.94 |
50.21 |
2.59 |
- |
- |
98.71 |
粉煤灰 |
9.56 |
53.18 |
26.66 |
4.63 |
2.63 |
1.00 |
- |
- |
97.66 |
石膏 |
21.37 |
10.50 |
0.31 |
0.49 |
30.00 |
2.15 |
34.00 |
- |
92.76 |
煤灰 |
- |
58.34 |
15.41 |
11.70 |
7.02 |
2.90 |
- |
- |
94.56 |
瑩石 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
46.50 |
- |
Mad |
Vad |
Aad |
FCad |
Qnet,ad（kJ/kg） |
1.50 |
26.50 |
28.02 |
43.98 |
23910 |
2.2 配料及生料制備
根據(jù)原燃料組成,按照盡量多配粉煤灰并能得到性能優(yōu)良的水泥熟料的原則,設計熟料的礦物組成及化學成分如表3所示。
C3S |
C2S |
C4A3S |
C4AF |
CaSO4 |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
CaF2 |
|
設計 |
50 |
25 |
13 |
8 |
4 |
21.88 |
8.19 |
2.63 |
63.25 |
- |
4.06 |
0.50 |
實配 |
47.43 |
22.16 |
12.37 |
8.58 |
3.71 |
20.21 |
7.98 |
2.82 |
59.42 |
3.51 |
3.80 |
0.50 |
2.3 熟料燒成
理論研究表明,煅燒上為保證C3S及C4A3S均良好形成,阿利特-硫鋁酸鹽水泥熟料的燒成溫度以1300±50℃為宜。
熟料的煅燒在小型中空回轉(zhuǎn)窯上進行。與煅燒硅酸鹽水泥熟料相比,由于粉煤灰配制的生料易燒性好,窯的產(chǎn)量可提高10%～15%。且由于配料中石灰石的減少及燒成溫度約降低150℃以及粉煤灰?guī)胍欢崃?可使煅燒熱耗降低15%～20%。
熟料的燒結(jié)狀況由其外觀及升重直接反映。在正常燒結(jié)溫度下,燒制熟料的外觀為青灰色或略帶黃色,熟料結(jié)粒良好,結(jié)粒比煅燒硅酸鹽水泥熟料時偏大,熟料升重1200～1350g/L;當燒結(jié)溫度低時,熟料結(jié)粒較差,黃粉料多,升重較低,甚至低于1000g/L;當燒結(jié)溫度高時,熟料整體結(jié)粒好且偏粗,可見大塊料,外觀看上去多數(shù)過燒,熟料升重可高達1500g/L。
煅燒氣氛對熟料性能及礦物形成的影響較大,煅燒上應盡量控制在氧化氣氛下。因為在還原氣氛下,石膏會大量分解,使C4A3S難以形成,而且還原氣氛也會加速C4A3S的分解,如此將使水泥失去其快硬早強性能,并會造成熟料中fCaO升高。
2.4 熟料的礦物形成
在煅燒過程中,根據(jù)出窯熟料的外觀及升重,分別取幾種不同的熟料:黃粉料、正常料、過燒料,測定了fCaO,并進行了XRD分析及巖相分析,結(jié)果為:
fCaO含量:黃粉料1.5%～1.8%;正常料0～0.3%;過燒料0.2%～0.8%。
XRD分析表明,黃粉料中C4A3S形成良好,C3S形成較差;正常料中C4A3S和C3S均形成良好;過燒料中C4A3S幾乎不存在,含Al2O3相以C3A的形式出現(xiàn),而C3S的形成量則較多。由熟料SO3的分析也可說明,黃粉料中SO3一般為2.5%～3.5%,較少分解;正常料中為2.2%～3.2%,亦存在較多的SO3;但過燒料中SO3一般小于1.0%。
對正常料、過燒料的反光顯微鏡巖相分析表明,正常料中C4A3S、C3S均良好形成,C3S邊棱分明,結(jié)晶良好;過燒料中則較難見到C4A3S,而C3S結(jié)晶較為粗大,熔蝕嚴重。
2.5 水泥的配制、粉磨及水泥性能
在熟料煅燒過程中取黃粉料、正常料、過燒料、連續(xù)料,摻加7%石膏磨細,分別測定了其物理力學性能,并測定了熟料摻加粉煤灰混合材后的物理力學性能。結(jié)果見表4及表5。
名稱 |
fCaO (%) |
細度 (%) |
安定性 |
標準稠度 |
凝結(jié)時間 （h∶min） |
強度（MPa）（抗折/抗壓） |
|||
初凝 |
終凝 |
1d |
3d |
28d |
|||||
黃粉料 |
1.62 |
4.0 |
合格 |
28.5 |
0:47 |
1∶05 |
4.8/20.0 |
5.5/31.1 |
7.9/55.5 |
正常料 |
0.00 |
5.5 |
合格 |
25.8 |
1∶23 |
2∶24 |
5.8/26.6 |
6.7/48.8 |
9.3/67.9 |
過燒料 |
0.35 |
6.0 |
合格 |
25.2 |
1∶41 |
2∶56 |
5.0/18.7 |
5.8/31.1 |
8.3/58.4 |
連續(xù)料 |
0.81 |
5.2 |
合格 |
28.3 |
1∶35 |
2∶53 |
5.2/23.5 |
6.4/40.9 |
9.1/64.5 |
編號 |
配合比 （％） |
細度 (％) |
標準稠度 |
凝結(jié)時間 （h∶min） |
（抗折/抗壓）強度（MPa） |
||||||
熟料 |
粉煤灰 |
石膏 |
初凝 |
終凝 |
1d |
3d |
7d |
28d |
|||
F1 |
97 |
- |
7 |
6.2 |
27.0 |
0∶55 |
1∶19 |
4.8/20.5 |
5.8/36.8 |
－ |
7.5/55.3 |
F2 |
78 |
15 |
7 |
4.2 |
29.0 |
1∶10 |
1∶32 |
4.6/20.3 |
5.6/32.9 |
－ |
7.1/51.5 |
F3 |
63 |
30 |
7 |
3.8 |
28.8 |
1∶35 |
1∶51 |
－ |
5.1/24.3 |
5.9/33.5 |
6.5/47.1 |
F4 |
53 |
40 |
7 |
4.0 |
29.3 |
1∶21 |
2∶05 |
－ |
4.6/21.5 |
5.6/31.3 |
6.2/45.8 |
由表4、表5可見,正常煅燒的熟料,1d、3d強度可達25MPa及48MPa以上,28d可達67MPa以上,確屬一種快硬早強、高強的水泥,且摻加較多混合材后仍可生產(chǎn)425甚至425R型水泥。
生產(chǎn)上可按需要將熟料摻加適量石膏、石灰石、粉煤灰或礦渣等與硅酸鹽水泥熟料共同粉磨,可以調(diào)節(jié)水泥的性能。由于熟料的易磨性較好,水泥磨的產(chǎn)量提高。
3 結(jié)語
(1)粉煤灰配料生產(chǎn)阿利特-硫鋁酸鹽水泥,配料時不用鐵粉,亦可不用或少用粘土,原料的種類少,配比易于控制,生料合格率高。
(2)粉煤灰配料,生料的易磨性好,生料磨機產(chǎn)量高;生料的易燒性好,窯的產(chǎn)量高;燒制的熟料易磨性好,水泥磨產(chǎn)量高。
(3)熟料的燒成溫度低,與硅酸鹽水泥熟料相比,節(jié)煤可達20%,節(jié)能效果顯著。
(4)熟料的煅燒屬低溫煅燒,控制較為容易。
(5)正常煅燒的熟料強度可達625號以上,一般fCaO<2%。
(6)粉磨水泥時摻加大量的粉煤灰作混合材而對水泥的早期強度影響較小。
總之,生產(chǎn)阿利特-硫鋁酸鹽水泥,能量消耗低,生產(chǎn)工藝過程簡單,可吃掉大量粉煤灰,達0.3～0.5t/t水泥,能顯著降低生產(chǎn)成本。
但是,阿利特-硫鋁酸鹽水泥目前尚未制訂國家標準,給生產(chǎn)與使用帶來一定困難,今后應著手制訂相應標準。
編輯：
監(jiān)督：0571-85871667
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