煤矸石活化剂技术的应用研究

谭苏来,蔡汉铭,张筱婧

(1.新疆青松建材有限责任公司, 乌鲁木齐843000;

2.新疆青松建材化工(集团)股份有限公司销售公司, 乌鲁木齐843000)

煤矸石活化剂技术的应用研究

谭苏来1,蔡汉铭1,张筱婧2

(1.新疆青松建材有限责任公司, 乌鲁木齐843000;

2.新疆青松建材化工(集团)股份有限公司销售公司, 乌鲁木齐843000)

因煤矸石具有活性,可作为混合材料在水泥中使用;可通过加入煤矸石活化剂解决水泥强度及需水量等问题;通过取样及不同阶段试验获取相应数据得出相应结论;煤矸石活剂技术适合于新疆某企业生产的青松水泥;在水泥质量满足用户需求的情况下节约了成本,降低了电能。

煤矸石; 活化剂; 技术; 试验

新疆地区的煤矸石经过高温活化(自燃)后,晶格、晶型发生了变化,产生了大量的晶体缺陷,因而煤矸石具有活性,可以作为混合材使用,但同时带来煤矸石掺量、水泥需水量增大等问题。当煤矸石作为主要混合材料在水泥中应用时,需解决水泥强度及需水量等问题,这些问题可以通过加入煤矸石活化剂加以解决。活化剂为表面活性物质,对煤矸石有化学活化的作用和一定的助磨作用,另外,也可对煤矸石进行机械活化。掺加活化剂在经济上、操作上是一个可行的方法。

1 第一阶段小磨试验

1.1 取样试验

经过市场调研和技术分析,大掺量煤矸石活化剂和大掺量石灰石活化剂,此技术适合我企业生产的青松水泥。现场取了熟料、煤矸石、粉煤灰、矿粉、石膏等样品,由北京中国矿业大学进行选型试验,对新疆的煤矸石进行物理和化学方面的分析,并做了小磨试验,见表1。

为了更好的分析研究水泥的颗粒分布情况,对出磨后的水泥从微观粒度上对其进行分析,试验结果见表2。

水泥颗粒的粒径分布是影响水泥性能的重要参数,不同的粒径分布直接影响水泥的化学和力学特性。比较公认的水泥最佳颗粒级配为3～32μm对强度增长起主要作用。通常情况下,0～3μm颗粒决定1 d强度,3～32μm颗粒影响28 d强度,越多越好,大于60μm颗粒基本上只起到填充的作用。

1.2 第一阶段试验结论

因本次试验是根据新疆的原材料进行活化剂选型调整性试验,表1可以看出,添加活化剂后,与空白相比,水泥各龄期胶砂强度均有较大幅度提高。煤矸石活化剂的加入,与未掺水泥试样相比,水泥C-1的3 d强度提高4.4 MPa,7 d强度提高4 MPa,28 d强度提高4 MPa;水泥C-2的3 d强度提高3.5 MPa,7 d强度提高2.5 MPa,28 d强度提高3.9 MPa;水泥C-3的3 d强度提高3.5 MPa,7 d强度提高4.0 MPa,28 d强度提高6.1 MPa;活化剂对火山灰类混合材活性激发效果显著。

从表2可知,3～32μm颗粒含量较多, 60μm以上颗粒含量较少,由于煤矸石硬度较小,易粉磨,增大掺量下,水泥中煤矸石细颗粒较多,使水泥的整体比表面积增大。进一步分析水泥颗粒粒径分布,这与前面比表面积和细度的测量结果一致。本次粉磨试验结果在正常范围之内,未出现过粉磨现象。

加入煤矸石活化剂后,对水泥的凝结时间和安定性没有影响,对水泥的标准稠度用水量有较大影响。空白水泥的标准稠度较大,不符合国家标准;加入活化剂后,标稠有较大幅度的下降,在国标规定的28±2的范围内。煤矸石活化剂的加入,有效解决了高掺量煤矸石水泥需水量大的问题。

尚待解决的是煤矸石加多后水泥颜色偏红问题,水泥颜色可以通过调整其他混合材的配比有效改善。

与原来的生产工艺相比,煤矸石的掺加量增加了20%～30%,就环境方面而言,有效处理了废弃物煤矸石,减少了对环境的危害。

2 第二阶段活化剂验证小磨试验

2.1 公司内试验

根据第一阶段试验结论,结合本公司的生产实际,设计了不同水泥配比和不同活化剂的几组对比配方,在公司内进行了第二次验证试验,第二次验证试验结果见表3。

从表3中数据可以看出,添加活化剂后,相对空白,各种活化剂均取得较好的效果,尤其是添加活化剂1#,活化激发效果最好,适应各种配比。

第一组试验:外掺25%的矿粉,煤矸石和粉煤灰的掺量16%,水泥后期强度发展较好,均达到42.5水泥的标准。相对空白,掺加活化剂1#,3 d强度提高2 MPa,7 d提高0.3 MPa,28 d提高1.6 MPa。

第二组试验:外掺5%的矿粉,增大煤矸石和粉煤灰的掺量31%,水泥活化效果明显,相对空白水泥,掺加活化剂1#后,水泥早期和后期强度发展较好,均达到32.5水泥的国家标准。相对空白,3 d强度提高2.8 MPa,7 d提高2 MPa,28 d提高3.2 MPa。

第三组试验:不掺矿粉,增大煤矸石和粉煤灰的掺量41%,水泥活化效果明显,空白水泥未达到32.5水泥标准,掺加活化剂1#后,水泥早期和后期强度发展较好,均达到32.5水泥的国家标准。相对空白,3 d强度提高2.7 MPa,7 d提高2.7 MPa,28 d提高4.3 MPa。

2.2 现场试验

根据公司内的试验结论和第一阶段的试验情况,设计了不同组别,选择五家渠青松水泥厂作为现场试验点,进行活化剂验证试验。试验结果如表4所示。

第一组实验不加矿粉,2#和5#与空白样比较涨幅最好,达到2.5 MPa以上,3 d强度在30 MPa以上,单加煤矸石和粉煤灰的水泥,3天强度到28 d强度涨幅在20 MPa以上,28 d强度预计可以达到50～51 MPa以上,3 d和28 d强度均高,满足客户要求。

第二组实验加了矿粉8%,空白样虽然是27.5 MPa。但加了活化剂5#,水泥3 d强度都达到32.5 MPa以上,增加了5个MPa,依据经验加了8%的矿粉和活化剂后,3 d强度到28 d强度涨幅至少在22 MPa以上,故水泥28 d强度至少在54 MPa以上,3 d和28 d强度均高,满足客户要求。

第三组是32.5水泥不加矿粉试验,3 d强度在20 MPa以上,根据经验,单加煤矸石和粉煤灰的水泥3～28 d涨幅在19 MPa以上,预计28 d强度在39以上。

第四组是32.5水泥加矿粉10%,3 d强度在20 MPa以上,根据经验,加煤矸石和粉煤灰及矿粉的水泥3～28 d涨幅在21 MPa以上,预计28 d强度在41以上。

2.3 第二阶段试验结论

根据以上实验数据,得出随着煤矸石和粉煤灰量的增加,煤矸石活化剂对煤矸石和粉煤灰的活化作用更强,水泥各龄期强度增幅也增大,可以达到国标水泥要求,大大降低了水泥成本。

熟料掺量在55%、矿粉掺量在5%时,掺加活化剂可以生产32.5水泥;或熟料掺量在58%～60%,不掺矿粉,煤矸石和粉煤灰35%～37%,掺加活化剂可以生产32.5水泥;熟料掺量在75%～78%时,掺加活化剂可以生产42.5水泥。

根据以上实验数据,综合考虑水泥强度、需水量、水泥颜色、成本等问题,选择活化剂为1#为最佳,复合32.5水泥最佳配比为:加矿粉时:熟料50%～55%,煤矸石16%～20%,粉煤灰15%,矿粉5%～10%,石膏5%;不加矿粉时:熟料58%～60%,煤矸石15%,粉煤灰20%～22%,石膏5%。

普通42.5水泥最佳配比为:加矿粉时:熟料80%,煤矸石7%,粉煤灰3%,矿粉5%,石膏5%;不加矿粉时:熟料80%,煤矸石5%,粉煤灰5%,石膏5%。

3 经济效益分析

熟料新线按225.98元/t,熟料老线按233.27元/t,煤矸石按45元/t,粉煤灰按50元/t,矿粉按215元/t,石膏60元/t,煤矸石活化剂10 000元/t(掺量为千分之一)计算,经济核算如表5所示。

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TU521.4;TD849+.5

B

1671-4733(2015)02-0006-05

10.3969/j.issn.1671-4733.2015.02.002

2015-03-20

谭苏来(1966-),男,安徽阜阳人,计量工程师,从事企业设备管理工作,电话:13579277811。