利用工業(yè)廢渣優(yōu)化水泥性能

1、 中國水泥2008.2表2礦渣微粉對水泥強(qiáng)度影響樣品名稱礦粉摻入量(%抗折強(qiáng)度(MPa抗壓強(qiáng)度(MPa3d28d3d28d 基準(zhǔn)樣3.57.913.541.1試驗(yàn)A104.08.114.642.2試驗(yàn)B153.98.013.439.6試驗(yàn)C53.98.314.742.7承德建龍鋼鐵公司是以燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼、水泥、礦渣微粉為一體的綜合型企業(yè),公司致力于工業(yè)廢品綜合利用。近幾年來,隨著材料科學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步,對水泥基料材料的質(zhì)量要求越來越高,尤其是高性能的混凝土(HPC的問世,使得建筑工程規(guī)范更加嚴(yán)格,磨細(xì)火山灰材料微粉為功能性摻和材料,已成為現(xiàn)代混凝土制備不可缺少的材料,礦渣微粉在水泥基材料

2、中得到廣泛應(yīng)用,特別在高標(biāo)號混凝土中起到改善性能、提高強(qiáng)度的作用。水泥制備中,由于多采用物料混合粉磨工藝,即:熟料、礦渣、石膏及其它組分材料經(jīng)過計量配料共同入磨。因此,礦渣中含有大量的難磨水淬礦渣中間相-玻璃體,其顯微硬度為(HV600-700,而我公司回轉(zhuǎn)窯熟料硬度為(HV550-600,其易磨性低于熟料。因此當(dāng)熟料粉磨到一定細(xì)度,因材料易磨性指標(biāo)的不同,產(chǎn)生粉磨速度梯度差,礦渣顆粒未能充分磨細(xì),實(shí)際比表面積較熟料小很多,大約在50m2/kg左右,礦渣比表面積在230260m2/kg左右,礦渣顆粒粗大,水化反應(yīng)速度慢,潛在水硬性,難以得到正常發(fā)揮,只能作為一種填充材料,當(dāng)水渣摻入量>3

3、0%時,早期強(qiáng)度明顯降低。水泥早期強(qiáng)度明顯偏低,凝結(jié)時間長,且成型過程中試體泌水現(xiàn)象嚴(yán)重,施工性能受到影響,所以,生產(chǎn)中以混合粉磨工藝磨制礦渣水泥,屬于礦渣材料低級利用。本文以試驗(yàn)室及我公司近幾年來生產(chǎn)數(shù)據(jù)及其它廠家經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)探討利用礦渣微粉(由高細(xì)磨生產(chǎn)與以礦渣為主、粉煤灰、石灰石為輔生產(chǎn)礦渣水泥的相關(guān)技術(shù)措施及水泥的水化機(jī)理。1礦渣粉的應(yīng)用1.1試驗(yàn)用材料采用新型干法1150t/d回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的熟料、礦渣微粉、營子熱電廠沸騰爐粉煤灰,內(nèi)蒙藍(lán)旗粉煤灰微粉、天然二水石膏、石灰石、鋼渣等化學(xué)成分(見表1。礦渣微粉細(xì)度0.8(0.045mm方孔篩,比表面積405m2/kg(勃氏透氣法,粉煤灰微粉細(xì)

4、度0.2(0.045mm 方孔篩,比表面積362m2/kg(勃氏透氣法,礦渣微粉以檢測比表面積為主。礦渣堿度(由于我廠使用集團(tuán)生產(chǎn)的?；郀t礦渣成分較穩(wěn)定,生產(chǎn)時一般不做檢測:B=(CaO+MgO+Al2O3/SiO2=2.141.2檢驗(yàn)依據(jù)GB1344-1999、GB175-1999GB/T18046-2000、GB12958-1999、GB1346-2001、GB1345-1991標(biāo)準(zhǔn)。1.3試驗(yàn)過程1.3.1摻加礦渣微粉試驗(yàn)2004年6月我公司開始礦渣微粉試生產(chǎn)。因此, 7月份由水泥質(zhì)量管理處利用S75礦渣微粉進(jìn)行生產(chǎn)礦渣水泥試驗(yàn),依據(jù)摻加最大量原則設(shè)計四組試驗(yàn);分別摻加0%、5%、10

5、%、15%礦渣微粉?；鶞?zhǔn)礦渣水泥配比:62%熟料、石灰石3%、石膏6%、水渣29%,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。表1試驗(yàn)用材料化學(xué)成分(%材料名稱燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO SO3fCaO 熟料0.4123.014.681.8565.561.880.151.27礦渣微粉39.0112.493.6537.357.75粉煤灰微粉3.5446.3235.524.651.51.85粉煤灰4.747.4233.834.971.312.02石膏32.6鋼渣3.522.346.9628.3732.665.75利用工業(yè)廢渣優(yōu)化水泥性能崔戰(zhàn)勇,韋占新(河北承德建龍鋼鐵有限公司水泥廠,承德063201W

6、ASTE UTILIZATION利廢技術(shù)642008.2CHINA CEMENT表4鋼渣摻入量小磨試驗(yàn)結(jié)果編號熟料(%石膏(%礦粉(%粉煤灰(%鋼渣(%細(xì)度(%比表面積(m 2/kg 凝結(jié)時間(h :min3d 強(qiáng)度(MPa28d 強(qiáng)度(MPaA 65521544.0310311、4003.5、13.58.2、43.6B 60526544.0330325、4403.6、14.28.0、42.1C 55630543.0330340、4553.7、14.68.0、41.9D50635543.0340420、5053.4、14.28.2、40.2由表2可以看出在礦渣水泥摻入5%、10%的礦渣微粉對水

7、泥強(qiáng)度略有提高,這也充分說明礦渣微粉的活性良好。生產(chǎn)試驗(yàn)時決定摻入15%礦渣微粉。2005年69月的生產(chǎn)說明,礦渣微粉在水泥中能改善物理力學(xué)性能,同時可以消除我公司礦渣水泥潛在水硬性發(fā)揮不良的弊端,體現(xiàn)礦渣分別粉磨及綜合利用的優(yōu)勢。2005年6月開始給京承高速公路生產(chǎn)緩凝專用水泥13000t 之多,采用以50%熟料、43%水渣、7%磷石膏經(jīng)粉磨為基準(zhǔn)水泥,再通過簡單裝置摻入30%礦渣微粉。經(jīng)檢驗(yàn)及用戶反饋,專用水泥符合國家標(biāo)準(zhǔn),該批專用水泥檢驗(yàn)結(jié)果細(xì)度4.0、比表面積310m 2/kg 、凝結(jié)時間624、935(h:min、3d 強(qiáng)度2.6MPa 、10.7MPa ;28d 強(qiáng)度7.1MPa

8、、34.8MPa 。這更有利地說明礦渣微粉活性,有待進(jìn)一步開發(fā)、研究。1.3.2磨制礦渣微粉工藝2005年10月,!3.2m ×13m (開流磨機(jī),電機(jī)傳動功率1600kW 投入礦渣微粉試生產(chǎn)。該磨機(jī)采用與磨制水泥兼容設(shè)置。磨內(nèi)分為3個倉,1、2號為普通設(shè)置,3號倉采用磨制微粉設(shè)計,由!25mm ×30mm 、!20mm ×25mm 、!16mm ×14mm 、!10mm ×12mm 微型段經(jīng)調(diào)配組成研磨體,并在倉內(nèi)裝有數(shù)圈活化襯板,可以充分激活研磨體對礦渣磨細(xì)能力,增加20m 以下顆粒數(shù)量。通過控制礦渣微粉的比表面積來生產(chǎn)不同級別礦渣微粉,比

9、表面積越高越有利發(fā)揮潛在水硬性及水化反應(yīng)能力。送國家建材研究院檢驗(yàn)的S75、S95樣品均高于國家標(biāo)準(zhǔn)(見表3。表3數(shù)據(jù)說明完全可以按兩個級別組織生產(chǎn)礦渣微粉,而且各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于其他廠家。1.4小磨試驗(yàn)及性能公司煉鋼廠產(chǎn)出10萬t 左右鋼渣,考慮所有材料的化學(xué)特性,設(shè)計4個試驗(yàn)方案。首先,將各種物料分別粉磨:熟料比表面積控制310m 2/kg ,鋼渣控制在300m 2/kg ,粉煤灰控制在310m 2/kg ;鋼渣中游離鈣較高,為避免造成安定性不合格,易磨性較差,經(jīng)計算摻入4%;為提高易磨性,提高臺時產(chǎn)摻入5%粉煤灰。具體試驗(yàn)結(jié)果見表4。表4數(shù)據(jù)說明當(dāng)不斷增加礦粉摻加量時,水泥強(qiáng)度變化不大,均符合

10、國標(biāo)。說明使用S75級礦渣微粉具有良好物理、化學(xué)性能。配制出的水泥強(qiáng)度較穩(wěn)定,隨混合材增加水泥凝結(jié)時間增長。1.5粉煤灰微粉研究我公司周邊有大型火力電廠,承德灤河電廠、內(nèi)蒙藍(lán)旗電廠及在豐寧、內(nèi)蒙新建的幾座大型電廠,利用煤燃燒后電場收塵的微粉,符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求,而且成本非常低,為改善水泥性能,降低成本提供了空間。2007年7月進(jìn)行了在現(xiàn)有水泥中摻加粉煤灰微粉試驗(yàn)。分別取P S 32.5(熟料配比42%、P O 42.5(熟料配比75%水泥各20kg ,內(nèi)蒙藍(lán)旗電廠粉煤灰10kg 備用,配料方案見表5,物理檢驗(yàn)結(jié)果見表6。試驗(yàn)說明:(1在水泥中摻加5%粉煤灰對3d 強(qiáng)度影響較小;凝結(jié)時間明顯延長,

11、水泥的流動性、和易性較好,水泥顏色青灰。(2大量摻加粉煤灰影響水泥強(qiáng)度,特別是28d 強(qiáng)度。1.6工業(yè)生產(chǎn)過程設(shè)計與控制為提高水泥磨臺時產(chǎn),充分利用礦渣資源,降低熟料配比,降低水泥成本,公司采取簡單摻加工藝系統(tǒng),導(dǎo)致礦渣水泥與兩種微粉摻加不均勻,顧客不滿意。因此,我們在全部或部分摻加時,都要采取有效的均化措施。通過到平谷二水、三河燕郊鉆牌、金劍等粉磨站調(diào)研,他們都采取了增設(shè)摻加微粉工藝系統(tǒng)的設(shè)表3送檢礦渣粉測定結(jié)果礦渣粉標(biāo)準(zhǔn)測定結(jié)果級別S75S95S75S95比表面積(m 2/kg 350400373405活性指數(shù)(%7d 5575668628d 759592105含水量(%1.01.00.1

12、0.1SO 3(%4.04.01.821.9265中國水泥2008.2表5粉煤灰配料方案試驗(yàn)水泥編號水泥品種水泥摻加量(%粉煤灰摻加量(%K0P S 32.5100K1P S 32.5955K2P S 32.5928K3P S 32.59010P0P O 42.5100P1PO 42.5955表6物理檢驗(yàn)結(jié)果編號SO 3比表面積(m 2/kg 稠度(%初凝(min 終凝(min 3d 強(qiáng)度(MPa28d 強(qiáng)度(MPaK03.0335427.21472123.514.87.838.5K13.0632526.41832483.313.87.737.9K23.0833026.01882483.313

13、.07.536.5K33.0232925.41962663.112.37.235.1P02.3429528.21211814.621.98.748.6P12.4733027.61462064.521.08.547.5表82006年111月水泥成本對比(元月份1234備,通過混合粉提升或直接入選粉機(jī),再進(jìn)入下一個循環(huán)。建議公司在O-Sepa-2000選粉機(jī)上方設(shè)計礦粉倉,增設(shè)計量設(shè)施進(jìn)入選粉機(jī)喂料口,再進(jìn)入下一循環(huán)。同時,由于選粉作用礦渣中不合格顆粒隨粗粉進(jìn)入磨機(jī)研磨。這樣,在產(chǎn)量供不應(yīng)求時,可以把水渣停掉,直接摻入礦渣微粉,使水泥日產(chǎn)量可達(dá)2000t 以上。但是,要提高選粉機(jī)主電機(jī)功率,才能達(dá)

14、到提高產(chǎn)量,降低成本目的。大磨生產(chǎn)水泥顆粒級配比較好,加上粉煤灰助磨作用,對于產(chǎn)量的提高有重要作用。我們注意到外摻加礦粉必須加強(qiáng)均化措施,否則,水泥會出現(xiàn)質(zhì)量問題。2摻加廢渣的水泥性能和成本分析2.1鋼渣代替部分水渣2007年57月份我廠水渣供應(yīng)不足,從降低成本考慮,在生產(chǎn)中添加鋼渣代替部分水渣,在!3.2m ×13m 開流水泥磨上進(jìn)行生產(chǎn)P S 32.5水泥,參數(shù)見表7。值得一提的是57月P S 32.5水泥比表面積、SO 3、稠度、安定性初凝時間,終凝時間合格率都達(dá)到100%,符合國家標(biāo)準(zhǔn)。2.2成本分析由于我廠鋼渣是免費(fèi)的,而且免費(fèi)運(yùn)輸?shù)綇S,111月水泥成本對比見表8。通過對比

15、可以看出2007年利用鋼渣時的57月水泥成本較低,共生產(chǎn)P S 32.5水泥73600t ,增加利潤約10萬元。但由于鋼渣不僅硬度高,而且韌性也大,這就造成了鋼渣的磨蝕性大,易磨性差,降低臺時產(chǎn)量約35t 。2007年8月以后水渣能滿足生產(chǎn)需要時,為了滿足市場的需求,我們繼續(xù)使用了水渣。3生產(chǎn)中的問題及解決辦法3.1鋼渣粒度鋼渣中約15%的大塊(10mm30mm ,鋼渣在粉磨過程中,包裹于鋼渣中的鐵粒、鐵塊被逐漸剝離,形成金屬顆粒和金屬球聚集在磨內(nèi),嚴(yán)重地影響磨機(jī)的粉磨效率。增加襯板和研磨體的消耗,使粉磨狀況惡化,而導(dǎo)致磨機(jī)低產(chǎn)、高耗。我們投資2萬元,在鋼渣地漏上部加5mm 圓孔振動篩,簡單有效地解決了入磨粒度大這一問題,提高臺時產(chǎn)量4t 左右。3.2均勻摻入我廠投資100萬元建微粉倉,直接在入磨皮帶上方加入礦渣微粉、鋼渣及粉煤灰(微粉,共同入磨,使得微粉分布均勻。不足之處是降低了磨機(jī)產(chǎn)量約2t 。綜上所述,綜合利用礦渣微粉、鋼渣及粉煤灰(微粉來改善我公司礦渣水泥的性能,給水泥生產(chǎn)工藝增加新亮點(diǎn)。在高標(biāo)號混凝土中,礦渣微粉起到不可估量的作用,銷售市