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利用廢料燒制水泥熟料

文檔作者：王洪元1,2 文輝1,2, 文檔來源： 1. 四川省建材工業(yè)科學研究院 2. 四川建材雜志有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年04月07日
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Sichuan Building Materials
Vol.41，No.6
December，2015
第41卷第6期
2015 年12 月
利用廢料燒制水泥熟料
王洪元1,2, 文輝1,2, 譯
(1. 四川省建材工業(yè)科學研究院, 四川成都　610081; 2. 四川建材雜志有限公司, 四川成都　610081)
　　摘　要: 本文論述利用廢料低溫燒制水泥熟料的技術(shù)。
利用該技術(shù)不僅增大廢料使用量, 還使原用的1 450 ~1 550
℃高燒成溫度相對降低100 ℃, 用由此燒制的熟料制成的
水泥, 其強度特性和凝結(jié)時間優(yōu)勢并不遜色于用高溫燒制
的熟料制成的水泥。
　　關(guān)鍵詞: 低溫燒成; 廢料; 水泥熟料; 抗壓強度; 凝
結(jié)時間; TiO2 含量
　　中圖分類號: TQ172． 4 文獻標志碼: B
文章編號:1672 -4011(2015)06 -0030 -02
DOI:10. 3969/ j. issn. 1672 -4011. 2015. 06. 016
0　前　言
水泥工業(yè)屬消耗能源和資源最大的產(chǎn)業(yè)之一, 因此,
無論是當今還是未來, 節(jié)能降耗都是世界上一項最重要的
課題。眾所周知, 為了最大產(chǎn)量生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥, 要
求用按所定化學組成調(diào)制的生料在1 450 ~ 1 550 ℃高溫下
燒成熟料, 可見為達到所需高溫, 需要耗費巨大的能源成
本, 廢物的有效利用也成為一項重要的課題。近年來, 針
對水泥產(chǎn)業(yè)及其生產(chǎn)設(shè)備的特性和從有助于大量處理和環(huán)
保的角度來看, 在水泥生產(chǎn)中, 大量有效地利用廢物作為
原料和燃料是可行的。廢物中的城市垃圾焚燒灰、高爐礦
渣、特別是粉煤灰中的Al2 O3 含量都較普通水泥熟料的多,
若增大Al2 O3 含量高的廢物使用量, 熟料中的C3A 含量則
增多。C3A 和C4AF 一樣稱為中間相, 其含量增多時, 可
降低熟料燒成溫度, 但不利的是對強度起重要作用的其他
熟料礦物相C3S、C2S 的生產(chǎn)量具有影響, 從而影響到水泥
的物理性能。為解決該技術(shù)問題, 有技術(shù)人員推出一種熟
料生產(chǎn)工藝, 即要求C3A + C4AF 總量在22% 以上, C2S 含
量在60%以上, 鐵率(I. M. )在1． 3 以下。這樣, 即使在1
300 ~ 1 400 ℃ 下燒成, 也能使熟料具有良好的強度特性。
但具有上述礦物組成的熟料游離鈣含量高, 凝結(jié)時間過快,
用于混凝土時影響其施工性, 尤其是C3A 含量在70% 以上
時。而本文針對該技術(shù)問題, 又推出一種熟料燒成新工藝。
該工藝不僅增大廢料使用量, 而且降低熟料燒成溫度, 還
使熟料獲得良好的強度和凝結(jié)性能。
1　熟料燒成新工藝
該新工藝技術(shù)要點是在具有上述礦物組成的熟料中含
有0． 5 以上的TiO2 , 即生產(chǎn)由鮑格公式計算出的C3A +
C4AF 總量在22%以上、C3S 含量在60% 以上、鐵率在1． 3
以下的熟料時, 按熟料燒成后TiO2 含量在0． 5% 以上的要
求, 調(diào)整原料化學組成。熟料中C3A、C4AF 和C3S 含量由
鮑格公式求出。鐵率(I． M． )由公式求出。
如上所述, C3A + C4AF 總量必須在22% 以上, 最好在
24% 以上, 最高限量不超過40%, 理由是其總量小于
22%, 不利于1 300 ~1 400℃下燒成具有強度等良好物理性
能的熟料。而就C3A 和C4AF 兩種成分而言, C4AF 可在低
溫下充分燒結(jié), 而且降低熟料中有利氧化鈣含量, 因此其
單獨含量要求在60% 以上。因為其含量低于60%, 即使
C3A + C4AF 總量和鐵率控制在所定范圍內(nèi), 也不能獲得良
好的強度特性。研究表明, C3A 含量為70% ~ 80%, 對后
期強度能收到更顯著的效果。熟料也可含有C2S, 其含量
以3% ~15%為好。
就熟料而言, 鐵率在1． 3 以下為宜, 最好控制為1． 1 ~
1． 3。若超過1． 3, 雖可滿足熟料的其他必要條件, 但不能
獲得理想的強度特性, 而且從初凝到終凝的時間過長。水
硬系數(shù)和硅酸率在這里雖未作特殊限定, 但為使各物理性
能保持良好的均衡, 水硬率以1． 8 ~ 2． 2 為好, 硅酸率以
1． 0 ~2． 0 為好。
該生產(chǎn)工藝最重要的是用原料燒成所定礦物組成的熟
料時, 按燒成后熟料TiO2 含量在0． 5%以上調(diào)整原料化學組
成。用普通原料燒成上述礦物組成的熟料, 熟料中TiO2 含
量也只為3%, 而且在1 400℃相對較低的溫度下燒成, 游
離氧化鈣含量增多, 易產(chǎn)生凝結(jié)時間短的問題。雖然該反
應機理尚未弄清, 但TiO2 含量在0． 5%以上, 技術(shù)在較低溫
度下燒成, 游離氧化鈣含量小, 凝結(jié)時間適中。含有TiO2
的效果在C3S 含量在70%以上時尤為顯著。不過TiO2 含量
也不宜過多, 否則水泥漿的流動性差, 因此最好為0． 5% ~
1． 5%。
就該生產(chǎn)工藝而言, 只要以燒成后熟料礦物組成達到
上述要為目標, 調(diào)整化學組成即可, 其他工藝條件未作特
殊限定, 也就是說用常用原料按所定的礦物組成和率值及
配比制備生料, 在SP、NSP 等窯中燒成便可收到該工藝所
需的效果。原料制備也宜采用常用的方法, 如事先測定廢
料和其他原料的化學組成, 然后依據(jù)原料匯總各成分的比
率, 計算原料配合比, 再用該配比制備生料, 使其達到所
定的礦物組成和率值。
該工藝所用原料與先用水泥原料一樣, 未做特殊限定。
廢料也可利用來源于不同工業(yè)的廢料。如高爐礦渣、鋼渣、
粉煤灰、非鐵礦渣、下水及凈水污泥、鑄造廢砂、城市垃
圾焚燒灰、旁路氯灰、廢輪胎、煤矸石等, 其中有些不僅
可用水泥原料, 還可以用作熱能(即燃料)。由于在該熟料
中含有較多C3A 和C4AF 這類以鋁為構(gòu)成元素的礦物, 因
此與現(xiàn)用的水泥熟料相比, 在熟料生產(chǎn)中具有多摻用鋁分
多的廢料的好處。由于該工藝具有熟料TiO2 含量高的特性,
還具有一大優(yōu)點是上述廢料中含有高Ti 成分的非鐵礦渣和
粉煤灰(特別是精致鈦的過程中排放的中和渣及鈦渣),用作
熟料生產(chǎn)原料可得到較多的利用。在某些情況下, 廢料中
Ti 成分如二氧化鈦和復合氧化鈦以在熟料燒成溫度下幾乎
不揮發(fā)的形態(tài)而存在, 則按所含Ti 成分全部進入熟料來計
算, 以確定配合比。當然若正式原料粉磨和煅燒過程中有
因揮發(fā)未進入熟料的Ti 成分部分, 應納入考慮, 進行計
算。
添加石膏磨制水泥時, 所用石膏未作限定, 可使用二
　　　　　　　　　(下轉(zhuǎn)第34 頁)
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Sichuan Building Materials
Vol.41，No.6
December，2015
第41卷第6期
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水石膏、半水石膏、無水石膏等, 以1． 5% ~ 5%, 最好
1． 5% ~3%的量(以水泥中SO3 含量計)添加。磨制水泥時
另適宜添加高爐礦渣、粉煤灰、硅灰、石灰石等混合材和
助磨劑, 共同混合粉磨, 亦可單獨粉磨熟料, 再與混合材
粉磨。水泥粉磨后的比表面積為2 800 ~4 500 cm2 / g。
2　新工藝的采用效果
下面通過超聲試驗來評定新工藝的效果。使用殘油廢
料的原料, 以灼燒基準, 按燒成具有不同礦物組成的熟料,
調(diào)整原料配料, 喂入窯中, 于1 350 ~ 1 450 ℃ 下燒成90
min, 制成熟料, 添加2% ± 0． 2% 石膏(SO3 計),混合粉磨
至3 200 ±50 cm/ g 布萊恩比表面積, 制成多組水泥試樣。
各試驗中燒成溫度、由鮑格公式計算的熟料礦物組成和率
值見表1。由此制成的水泥的抗壓強度和凝結(jié)時間測定結(jié)果
見表2。表中參考例為在原規(guī)定工藝條件下燒成, 且具有標
準所定礦物組成的熟料。以該參考里為基準來評定試驗結(jié)
果是否良好。試驗表明, 試驗1 ~4 中生料燒成熟料的溫度
為1 350 ℃(較參考例熟料燒成溫度低100 ℃),但熟料游離
氧化鈣含量小于或等于參考例中的值, 其凝結(jié)時間也與基
本接近, 7 d 后的砂漿抗壓強度超過參考例的值。而對比試
驗1 中, 由于Ti02 小于0． 5%, 熟料的游離氧化鈣含量顯著
高于同一溫度下燒成的試驗1 ~4 熟料和在高溫下燒成的參
考例熟料。因此砂漿抗壓強度超過參考例的值, 但其凝結(jié)
時間明顯快于試驗1 ~4 和參考例。
表1
試驗編號
燒成溫度
/ ℃
TiO2 含
量/ %
f - CaO
/ %
熟料礦物組成(鮑格公式計算) / % 熟料的系數(shù)與率值
C3S C2S C3A C4AF C3A + C4AF 水硬系數(shù)硅酸率鐵率
參考例1 450 1． 0 0． 46 64． 0 14． 0 9． 8 9． 6 19． 4 2． 19 2． 45 1． 81
試驗1 1 350 0． 3 0． 46 72． 0 4． 0 6． 2 15． 6 21． 8 2． 15 1． 86 1． 10
試驗2 1 350 0． 3 0． 30 71． 0 3． 0 6． 3 16． 5 22． 8 2． 12 1． 76 1． 08
試驗3 1 350 0． 3 0． 17 65． 0 5． 0 10． 2 16． 6 26． 8 2． 06 1． 48 1． 34
試驗4 1 350 0． 3 0． 14 64． 0 11． 0 6． 2 15． 5 21． 7 2． 09 1． 93 1． 10
對比試驗1 1 350 1． 0 2． 09 70． 0 3． 0 8． 1 16． 3 24． 4 2． 11 1． 64 1． 21
表2 抗壓強度與另加時間測定結(jié)果
試驗編號
砂漿抗壓強度/ MPa 初凝至終凝的時間/ min
1 d 7 d 28 d 初凝~ 終凝
參考例9． 3 23． 1 37． 0 65
試驗1 12． 4 28． 5 41． 0 60
試驗2 12． 1 28． 5 41． 8 70
試驗3 9． 5 24． 5 38． 1 55
試驗4 10． 4 24． 3 37． 7 65
對比試驗1 11． 3 27． 9 41． 2 25
3　結(jié)束語
由此可見, 采用本文提供的新工藝, 不僅提供廢料的
使用量, 而且使高溫燒成溫度降至1 300 ~1 450℃, 燒成的
熟料, 其抗壓強度和凝結(jié)時間也不遜色于原高溫下燒成的
熟料。
[ID: 002494]
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