晶核素在水泥生产中的应用

许砚翔 邹晨峰 许晓亮（北京恒 生然建材科技有限公司，北京100078）

1 引言

晶核素（Crystal Core Element简称CCE）是将含有CaO、SiO2、Al2O3、SO3的矿物原料按适当配比磨成细粉，经750℃至1100℃高温煅烧至部分熔融后得到的以硅铝酸钙和硫铝酸钙为主要矿物成分的无机非金属材料。经过十余年的试验研究，晶核素已成功应用于水泥生产过程，在降低熟料用量、提高产能、增加经济效益方面取得了突破。试验研究证明使用晶核素后可直接降低水泥中熟料的比例，增加混合材的掺量，提高水泥生产中的C/K（单位水泥熟料比）值，降低水泥生产成本，大幅度提高水泥生产线的产能和水泥生产企业的利润。

2 使用晶核素的水泥配比试验

2.1 试验原料

水泥熟料

熟料取自金隅集团鼎鑫水泥有限公司，3d抗压强度29.0MPa；28d抗压强度53.5MPa。

矿粉

实验采用的是S75级矿粉，取自河北石家庄市某厂，比表面积378.4m2/kg，活性指数76.7%。

二水石膏

河北邢台石膏二水石膏，SO3含量43.98%。

晶核素

北京恒生然建材科技有限公司生产。

2.2 水泥配比

经过适配试验，主要确定水泥配比晶核素的掺加量为0.5%、0.7%和0.9%，与未加入晶核素的空白水泥进行对比。使用CCE的水泥试样编号为J，未使用CCE的水泥试样编号为K（空白水泥），K07为J16～18的空白对比样，原料配比列入表1。

表1 使用CCE的水泥试样配比

2.3 水泥试样粉磨和勾兑

将水泥熟料、二水石膏和晶核素作为母料入试验磨粉磨至比表面积350 m2/kg左右，在混样器中勾兑矿粉混合均匀，制成水泥样。

表4 实际生产使用CCE的配比试验

2.4 水泥试样分析检测

水泥试样的成分分析列入表2。

表2 水泥试样的成分分析

水泥试样的凝结时间和强度检测数据列入表3。

从表3数据可以看出，随晶核素掺加量的增加凝结时间降低不明显，3天、28天抗折和抗压强度明显提高。掺加0.7%晶核素的J17#水泥试样的3天抗压强度达到了25.8 MPa，28天抗压强度达到了55.3 MPa，推荐晶核素的掺加量为0.7%。

2.5 晶核素用于不同水泥厂的原料和配比的试验

根据不同水泥厂的配比、原料和水泥品种进行了不同晶核素掺加量的试验，原料、配比和性能检测数据列入表5。实验结果可以为水泥厂在不同配比、原料和水泥品种生产时使用晶核素提供参考。

3 晶核素在水泥生产中的应用和经济效益分析

3.1 晶核素在水泥生产中的应用

经过工业生产试验验证后，河北省某水泥厂于2009年7月-2010年4月将晶核素应用于水泥生产。球磨机规格为Φ3.0×13.0m，两条开路粉磨生产线；平均台时43.5t/h，采用熟料、晶核素、脱硫石膏、粉煤灰和石子入磨机粉磨后勾兑矿粉的生产工艺。2009年 7月至8月期间实际生产过程中取样检测数据列入表5，生产过程控制的水泥工作性能和强度指标都达到了控制标准。该厂使用晶核素前后的原料消耗数据列入表6，对数据分析表明使用晶核素后，每吨水泥的熟料消耗降低了6.7%，生产线产能提高了7.1%。

3.2 使用晶核素后的经济效益分析

采用晶核素和后勾兑矿粉的生产工艺后，降低了水泥每吨的熟料用量，增加了混合材掺加量，对于使用晶核素后每吨水泥的直接成本、水泥产量和水泥销售价格相互影响、变化趋势进行了分析研究和演算，提出了适用于该工艺经济效益的计算公式。

表3 水泥试样的凝结时间和强度检测数据

3.2.1 计算模型的适用条件

计算模型的适用条件为使用晶核素和外掺矿粉的生产工艺，原料的原配比和新配比的项目列入表7。

表6 使用CCE前后原料消耗对比数据

表7 原料的原配比和新配比

其中X1+X2+X3 +X4=100,X4 -外掺矿粉；Y1+Y2+Y3+ Y4=100，Y4-外掺矿粉。采用CCE技术后，在保证水泥强度和性能指标的前提下，外掺矿粉量Y4大于X4（X4≥0），矿粉不需经过磨机直接勾兑成水泥产品，所以水泥产量会提高。产量提高系数K=新配比产量/原配比产量 （k1≥），若M1表示原配比产量，则M1·K为新配比产量。

3.2.2 成本核算

若C11表示原配比直接成本 、C22表示新配比直接成本，则

C11=A·X1+B·X2+C·X3+D·X4

C22=A·Y1+B·Y2+C·Y3+D·Y4

另设

C1—原配比综合成本 C2—新配比综合成本

Z1n—原配比中成本变量 Z2n—新配比中成本变量

则C1= C11+Z1n C2= C22+Z2n

因使用晶核素后生产水泥的人工、电费等变化不大，故Z1n约等于Z2n。

图3可以看出，白糖添加量对酸奶品质的影响极为明显。感官评分随白糖添加量的添加呈现先升后降的趋势，白糖添加量为7%时，感官评分最高；当糖添加量增至9%时，酸奶口感过甜；添加量为13%时，酸奶凝乳不均匀、稠厚感差、甜度无法适口。因此7%的糖添加量最为合适。

3.2.3 使用晶核素后增加利润分析

P表示水泥产品价格（按照当地的实际销售价格计算），则

原配比毛利润：Q1=（P-C1）M1

新配比毛利润：Q2=（P-C2）（M1·K）

计算新配比生产增加的利润：

ΔQ=Q2-Q1

=（P-C2）（M1·K）-（P－C1）M1

=M1[K（P-C2）+ C1-P]

=M1[（K-1）P+ C1-C2·K]

当Z1n与Z2n差异的很小时，ΔQ=M1[（K-1）P+ C11-C22·K ]

则新配比生产每吨产品增加的利润按下式计算：

Q = Δ Q /（M1·K）

=[（K－1）P+ C11－C22·K ]/K

根据表6中的数据计算该水泥厂使用晶核素后生产每吨水泥增加的利润为：

Q =[（1.071 － 1）470+328.56 －324×1.071]/1.071 =13.98元/t

4 结论

通过上述试验研究和分析可以得出以下结论：

1）经试验研究证明晶核素适用于外掺矿粉的水泥生产工艺，可根据熟料、矿粉性能差异以及水泥控制指标在0.5-0.9%调整晶核素的掺加量；

2）通过某水泥厂的实际生产成本和利润数据的计算，每吨水泥增加利润13.98元/t，证明使用晶核素后可以明显增加每吨水泥的利润。

试验研究证明使用晶核素后可直接降低水泥中熟料的比例，增加混合材的掺量，提高水泥生产中的C/K（单位水泥熟料比）值，降低水泥生产成本，大幅度提高水泥生产线的产能和水泥生产企业的利润。

[1]硅酸盐生产配方设计与工艺控制，武秀兰、陈国平、稽鹰编著，化学工业出版社，2004年6月。

[2]水泥标准手册，王刚主编，中国标准出版社，2006年11月。

[3]饶东生.硅酸盐物理化学[M].冶金工业出版社.1991年11月(修订版)。

[4]绿色高性能生态水泥的合成技术，赵洪义编著，化学工业出版社，2007年10月