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                技術 | 提高白水泥熟料白度的原材料優選實驗

                來源:《葛洲壩石門特種水泥有限公司》 發布日期:2020/12/24 編輯:張翀
                核心提示:提高白水泥熟料白度的原材料優選實驗

                前言


                白水泥的生產工藝及礦物組成與普通硅酸鹽水泥大致相似,但白水泥對質量的要求主要是白度和強度,而影響白水泥熟料白度的因素很多,包括原材料及燃料、生料的質量、熟料的煅燒及熟料的漂白冷卻等。其中原燃料是最主要的因素,因為原材料中Fe、Mn、Ti、Cr等著色元素的氧化物的含量,尤其是Fe₂O₃的含量對白水泥白度的影響最大。因此,在白水泥生產過程中,對原燃材料中著色元素含量的控制是提高熟料白度最基本的保障。本文針對影響白水泥白度的因素尋找白水泥生產原材料的最佳優化組合進行研究實驗。


                一、原材料預處理及成分分析


                1.1 原材料的預處理


                實驗所用的材料石灰石、鋁質材料、硅質材料等用烘箱在105℃條件下烘干2h后,自然冷卻,使用小型振動磨粉磨至80μm篩篩余≤10%,裝入密封袋中保存使用。


                1.2 原材料成分分析


                對實驗所需各種原材料進行化學成分分析,其分析結果如表1所示。


                表1 原材料化學成分分析(%)


                二、原材料優選實驗


                考慮白水泥的生產工藝及礦物組成,結合白水泥白度高,強度高的要求,初步設計高飽和比,高硅率的配料方案,飽和比KH=0.97±0.02,SM=5.4±0.3,IM=2.5±0.1,進行實驗。


                2.1 石灰石最佳優選方案


                白色硅酸鹽水泥的組分與普通硅酸鹽水泥雖然大致相似,但亦有不同,主要是含鐵量低,一般熟料中w(Fe₂O₃)≤0.35%。對上述石灰石化學成分對比分析可以看出,石灰石Ⅰ和石灰石Ⅱ都屬于典型的鈣高鐵低的高品質石灰石,都可做生產白水泥熟料的優質鈣質原料使用。高鎂廢石作為石灰礦山開采中最常見的采礦廢石,因其高鎂夾層中MgO超標,絕大部分含量超過3.5%,不能直接作為水泥原料使用,否則會引起水泥產品的安定性不良。而高鎂廢石雖然MgO成分較高,但其CaO能達到52%以上,w(Fe₂O₃)≤0.15,可利用其CaO含量高,Fe₂O₃含量低,堿含量低的特點,在白水泥生產中與石灰石混合使用,既能起到變廢為寶,吸收工業固廢的環境治理效果,又能起到良好的搭配均化作用為白水泥熟料的生產及產品的研制提供了得天獨厚的優勢。


                優選法要求控制除需要優選的因素外其他變量處于同一條件,通過做優選因素變量組的對比實驗,最后通過分析得出最佳的實驗因素。設計實驗方案見表2,將#1、#2、#3三組樣品經混合均勻后放入實驗室高溫爐內,在1450℃條件下煅燒30min后取出水淬冷卻,快速烘干后用小磨研磨30min(比表面積≥300m2/kg)。水淬冷卻的方法為:將高溫熟料直接導入冷水中,急速冷卻至100℃以下,將水倒掉后,快速烘干,得到白水泥熟料的白度基本上接近最高白度,在實際工業生產過程中得到的熟料白度因其生產工藝的缺陷、煤粉的摻入及環境的影響,在此基礎上至少要損失2.0以上。然后對熟料物理性能進行檢測分析,其檢測結果如表2所示。


                表2 石灰石優選生料配比及熟料物理性能


                表2中可以看出,#3白度較低,主要是石灰石Ⅲ的Fe₂O₃含量較高,不適用白水泥的生產。而#1、#2兩組都還比較好,但白度還是不夠理想。結合高鎂廢石鈣高鐵低的特點,采用石灰石Ⅰ搭配高鎂廢石使用,均化降低其生料中Fe₂O₃的含量。


                再次設計優化石灰石配比實驗方案,選取石灰石Ⅰ與高鎂廢石進行比列搭配混合,可以起到很好的配比均化效果。設計樣品#4、#5兩組,配比見表3,按上述實驗方法進行熟料煅燒實驗,對其熟料物理性能進行檢測分析,結果見表3。


                表3 石灰石搭配生料配比及熟料物理性能


                表3可知,兩種搭配方案都能起到很好的效果,通過高鎂廢石與石灰石Ⅰ的搭配使用,具有優化生料配比結構、提高白水泥品質的作用,對工業生產具有重要的參考價值。同時通過對工業固廢的回收利用,不僅從原材料上起到了提質降本的效果,也是節能減排,保護環境的一項重要舉措。


                2.2 硅質材料的最佳優選方案


                白水泥生產硅質材料可以分為頁巖、葉臘石(本實驗選用含鋁較高的葉臘石)、矽砂等幾種。按照石灰石最佳優選方案,將石灰石Ⅰ+高鎂廢石(1:1)作為石灰石樣(以下稱混合石灰石)、鋁礬土作為控制變量,硅質材料作為優選變量,設計實驗方案見表4,對比上述#4樣。經過熟料煅燒實驗,對其熟料物理性能進行檢測分析,其檢測結果如表4所示。


                表4 硅質材料優選生料配比及熟料物理性能


                表4可知,#8樣效果較好,且與#樣比較接近,#6、#7樣白度差距較大。矽砂及葉臘石在白水泥生產中可作為硅質原料的首選,而葉臘石的加入可大幅降低鋁質材料的消耗。矽砂的Fe₂O₃含量極低,非常有利于提高白水泥熟料的白度,但由于矽砂的SiO₂含量極高,耐磨性較差,對工業生產窯內煅燒產生不利影響,因此,在使用矽砂配料進行工業生產時需加入少量的礦化劑,降低熟料煅燒溫度,促進熟料中C₃S的形成。


                2.3 鋁質材料最佳優選方案


                鋁礬土Fe₂O₃低、堿低、SO₃低、鋁高(品質好),作為鋁質材料能夠滿足白水泥的生產需要,也被當前大部分白水泥廠家所使用,由于鋁礬土主要產地在貴州,從貴州采購運輸,其運輸成本較高,故選用價格較低的工業廢鋁渣進行配比實驗。首先對各原材料進行成分分析,采用鋁渣和鋁渣與鋁礬土1:1搭配使用配料,設計實驗方案見表5,對比#4樣,再進行熟料煅燒實驗,對其熟料物理性能進行結果分析,其檢測結果如表5所示。


                表5 鋁質材料優選生料配比及熟料物理性能


                表5可知,鋁礬土與鋁渣1:1搭配使用,可達到鋁礬土單獨使用的效果,而使用鋁渣100%代替鋁礬土,則其白度略有損失。主要原因是鋁渣中含有微量的部分融化的冰晶石、氟化鋁等熔融的鹽及碳陽極脫落產生的碳等雜質,會影響熟料的白度,但因用量極少,所以影響程度不大,完全滿足實際質量指標要求。


                三、結論


                經過上述實驗,綜合考慮白水泥熟料白度、強度、生產成本等諸多因素,在實際生產過程中,配料率值可采用偏高飽和比,高硅率的配料方案。原材料中鈣質原料可采用優質石灰石與高鎂廢石按1:1搭配使用,硅質原料采用矽砂或葉臘石,因矽砂和葉臘石均具有地域的限制條件,同時葉臘石的Al₂O₃含量較豐富,可以大幅降低鋁質材料的消耗。因此,生產企業可根據成本要求,擇優選擇矽砂或葉臘石作為硅質材料。鋁質原料采用鋁渣或鋁渣與鋁礬土搭配,可降低生產成本。



                作者:程海平,覃愛平,龍繼承,徐合宙,孫亮亮

                來源:《葛洲壩石門特種水泥有限公司》

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