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                技術 | 磷渣配料生產優質水泥的生產實踐

                來源:《鄧州中聯水泥有限公司》 發布日期:2020/12/14 編輯:張翀
                核心提示:磷渣配料生產優質水泥的生產實踐
                一、摻磷渣試生產背景及磷渣的特性


                某公司為應對區域市場需求增大和滿足高速公路等大型工程建設需求,同時為了積極響應國家的節能減排及廢資源綜合利用免稅政策,降低生產成本,提高企業經濟效益,一直致力于提高水泥產品質量,提升產品市場競爭力,增加市場份額。磷渣是生產黃磷時排出的工業廢渣,經過高溫水淬急冷,呈細顆粒狀、灰白色的水淬渣,堆放的磷渣在雨水淋洗下溶出氟、磷污染環境。磷渣主要成分為CaO、SiO₂的結晶玻璃,在熟料燒成過程中起“晶核作用”,同時磷渣中含有的氟、磷等微量組份,能改善水泥生料的易燒性,提高熟料產量,降低煤耗,能大幅提高熟料各齡期的強度。此外,水泥中摻加磷渣作為混合材可改善水泥性能。磷渣對混凝土具有較大的緩凝作用,摻加在混凝土中可大幅度減少水泥水化熱,大幅度降低混凝土內部的溫升和溫度應力引起混凝土的開裂,同時又具有填充和減水作用,提高混凝土的性能。


                二、試驗方案


                該公司原采用石灰石、黏土、鐵礦石、灰渣四組份配料方案,2014年5月決定增加磷渣,在生料配料中摻入適量磷渣,降低部分石灰石及黏土配比,采用五組份配料試生產一個月,試生產期間,原燃料的化學成分見表1。原煤的工業分析見表2。



                表2 試驗原料與煤灰的化學成分


                根據熟料率值和易燒性計算出試驗方案,在新配料方案中增加4.0%黃磷渣后,石灰石配比降低2.0%,黏土配比降低1.0%,見表3。



                三、試驗效果


                (1)試驗方案前后熟料化學成分和礦物成分平均數據見表4表5。由表45分析得出摻加磷渣后,熟料燒成的共熔溫度有所降低,燒成系統的煅燒難度變小,設計中提高熟料KH和SM,熟料中P₂O₅的含量≤0.4%,見表6。



                表5 熟料礦物組成對比分析


                表6 熟料率值對比


                磷渣摻量在4.0%時,熟料中P₂O₅含量0.26%,顯著改善了生料的易燒性,w(f-CaO)逐步降低,主要是磷渣中CaSiO₃的晶核作用,加速了C₃S在低于正常煅燒溫度下的結晶速率,使結晶細小,晶粒數量多,對提高強度有利;磷渣含有微量成分P₂O₅和CaF₂,磷因溶在C₃S中,利于提高熟料礦物活性,P₂O₅在較低的溫度下形成穩定的C₂S固溶體,可以穩定β-C₂S晶型不向γ-C₂S轉化,同時降低了液相出現溫度和粘度,并促進c,s的形成與析晶及降低熟料形成過程的反應活化能,作為熟料煅燒礦化劑。摻加適量磷渣,能改善熟料礦物組成,大幅增加熟料中硅酸三鈣和硅酸鹽礦物總量,降低熟料中C₄AF含量。


                磷渣代替部分石灰石和黏土提供原料中的CaO和SiO₂,石灰石用量減少,降低了熟料燒成熱耗。


                (2)試驗前后生產數據對比分析見表7。摻加4%磷渣后,由于磷渣的晶核作用和礦化作用,水泥生料易燒性變好,燒成系統生產狀況良好。



                (3)熟料物理性能試驗前后對比見表8。對比得出:摻加磷渣后,熟料3d抗壓強度約增加2.2MPa;28d抗壓強度約增加1.5MPa;可增加混合材摻加量約1.5%,利用熟料與混合材的差價可增加效益。摻加磷渣后,水泥初凝時間增加約17min,終凝時間增加約18min,摻量磷渣后凝結時間變長。


                表8 熟料物理性能前后分析


                (4)試驗數據表明,摻入磷渣產獲得了高產、低耗的顯著效果,見表9。


                表9 試驗方案后主要生產技術指標


                (5)磷渣作混合材生產水泥。利用磷渣作混合材可制性能優良的普通硅酸鹽水泥、磷渣硅酸鹽水泥、少熟料磷渣水泥及復合硅酸鹽水泥等。水泥粉磨時加入磷渣作混合材使用,磷渣中大部分是玻璃結構,處于不穩定狀態,它儲有大量的化學能,經過化學反應生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣,呈現出較強的水硬性,可降低游離氧化鈣引起的體積不均勻膨脹,并在熟料激發下產生活性,提高水泥強度,從而節約原料,降低生產成本。摻加適量磷渣作混合材生產P·O42.5水泥,其物理性能符合國家標準技術要求,水泥質量是長期穩定的,見表10,11。



                表11 磷渣生產的水泥物理性能對比


                四、結語


                合理利用磷渣配料作為水泥原料、水泥混合材料及混凝土摻合料是可行的,既可降低生產成本,又可生產出優質的水泥產品,并帶來較好的生態效益。



                作者:白銀濤

                來源:《鄧州中聯水泥有限公司》

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