浅析煤矸石铝质材料的应用熟料烧煅

2019-01-14 02:05陈星赟
魅力中国 2019年39期
关键词:生料收缩率熟料

陈星赟

(新疆和静天山水泥有限责任公司,新疆 和静 841300)

通过对煤炭的开采和洗选,会出现煤矸石固体废弃物。我国每年煤矸石产量在1.5-2亿吨之间,现阶段煤矸石积存量高达50亿吨,但是每年利用的煤矸石只有0.6亿吨。若无法有效利用煤矸石,对环境和土地资源的污染和侵占问题日益严重,会威胁到人们的生命健康。为充分利用煤矸石,在水泥生产中,将煤矸石通过水泥熟料生产,生产硅铝制原料,该原料是水泥制备重要的组成部分。在下文中对煤矸石作为硅铝质原料制备水泥过程进行分析,为煤矸石利用在水泥生产提供参考依据。

一、实验

(一)试验原料

选择某水泥厂的石灰石、铁尾矿以及石英砂岩,煤矸石和石膏作为试验原料,同时选择某公司PII42.5型硅酸盐水泥进行试验。根据试验原料的化学组成以及XRD图谱作为试验参考,应保证石灰石内部还有方解石和白云石成分,煤矸石中还有石英和高岭石成分,铁尾矿内还有石英和赤铁矿成分,石英砂岩中还有石英成分[1]。

(二)生料配合比设计

在水泥熟料使用的配料进行煅烧过程中应根据合理率值,保证熟料进行准确的煅烧。借助煤矸石代替粘土作为生料进行原料煅烧,应控制硅酸盐水泥熟料合理率值,在熟料合理率值范围内制备8种水泥。在对生料配合比进行设计时,设计理论率值与实际率值有一定的差距。

(三)生料的制备

制备生料首先将不同的原料进行粉磨,将粉磨后的原料放入到孔径为0.075mm的方孔筛内进行筛选,并按照比例对合成的原料进行均匀的混合。按照配比要求将10份水与生料进行混合,将混合物放入规格为45mm×13mm规格的生料片内,在压力为12.5MPa下制作成生料,并制作好的生料放置在105℃环境下进行干燥。

(四)生料的热分析

对生料进行热分析,使用德国生产的STA4ogPC/PG型差示扫描量热重仪进行分析,在空气环境下以每分钟2O℃标准提升温度。

(五)生料的煅烧

达到干燥标准的生料放置在坩埚中,对坩埚进行加热,并将温度首次上升到800℃,保持一段时间后将温度按照50℃的上升标准,从1300℃开始上升到1450℃。最后将加热的试样在恒温的状态下保存30分钟,然后放置在室温下,让试样的温度降至室温。

(六)熟料的f-CaO含量和线性收缩率测定

对熟料中f-CaO含量和线性收缩率进行测定,先使用孔径为0.075mm的方孔筛,对熟料进行振动和磨粉处理后,按照乙醇-乙二醇原则对熟料中f-CaO含量进行测定。熟料片的直径使用游标卡尺测定,根据公式nnS=—/J0---/-]e×100(1)/)计算熟料线性的收缩率,其中线性收缩率用S表示,生料片直径用D表示。

(七)熟料的矿物组成分析

对熟料中存在的矿物质进行分析,采用3015型X射线衍射仪,分析熟料中矿物质。该仪器额定电压和电流,分别为40kV和100mA,采用Cu靶原理,产生的单色滤波在10-80范围内。

(八)水泥的凝结时间、水化热和抗压强度测试

在振动和粉磨熟料过程中,借助0.075mm方孔筛筛选熟料,将筛选好的熟料与CaSO·2HO,按照比例96:4进行均匀混合后,以GBT1346-2011标准测试水泥的凝结时间。在测定水泥水化热时,通过八通道微量热仪以72小时为标准确定水胶比为0.5。熟料按照水灰比为0.28标准,制成规格为20mm×20mm×20mm的试块后,放置在标准养护箱1天后,将试块的模体拆除,并将试块放置在恒温20℃环境中,以3天、28天为龄期要求测试试块的抗压强度。

二、结果与讨论

(一)生料易烧性分析

在对煤矸石生料易烧性分析时发现,煤矸石中f-CaO含量是影响熟料安定性的主要物质,同时也是熟料烧成反应以及配方合理重要的标志。在提升生料的煅烧温度过程中,生成的熟料中f-CaO含量逐渐减少,在温度上升到1400℃时,此时燃烧状态下的熟料中f-CaO含量为最低。以f-CaO含量为水泥熟料制成标准,将KH控制在0.89-0.95,IM控制在1.2-1.6,SM控制在2.1-2.6,都可以满足水泥熟料制备要求。若生料内含有较多的石灰石成分,降低煅烧温度的同时,SM、IM降低可以降低f-CaO含量。熟料的收缩率在不同煅烧温度下,随着温度的上升而上升,熟料煅烧时液相量也会增加。煤矸石作为铝质材料生料进行煅烧,体现出的易烧性与SM、IM有关,对熟料煅烧过程中产生的液向量进行有效的控制,可加减少熟料中f-CaO的含量。

(二)生料的热分析图谱

煤矸石制备铝质材料作为生料进行煅烧,应保证配料方法和煅烧过程相同,利于煤矸石在制备水泥生料时,可以通过常规方法进行煅烧。在0-200℃区间内,生料进行脱水处理。当温度上升至500℃时,高岭石脱水后会生成偏高岭石,再将温度上升至800℃时,生料中CaCO2会分解成CO2和CaO,这是由于CaCO2受热发生的变化。在800℃温度下,CaCO2出现分解吸热峰情况,与4号生料相比,1号生料会移动至低温区域,主要是由于1号生料内有较少含量的石灰石,而且存在较多的煤矸石和尾矿所引起的。

(三)水泥的凝结时间和水化放热

将煤矸石中铝质材料,与石膏按96:4混合后,在IM=1.55和SM=2.55,以及KH为0.89、0.91、0.93、0.95标准下配置生料,结合试验确定水泥凝结时间。煤矸石作为硅铝质原料,使水泥凝结时间符合标准。在不同配方中提高煅烧温度,水泥制备过程中初凝、终凝时间都略有减少。水泥熟料制备过程中,将煤矸石和尾矿进行熟料制备,在矿物质中丰富的微量元素对熟料煅烧产生明显的矿化效果,在使CaCO含量减少的同时,有助于减少煅烧过程消耗的能量,使熟料质量进一步提升[2]。

(四)熟料的XRD图谱分析

水泥熟料以煤矸石配料制备为主,在制备过程中按照KH、IM、SM各自的范围进行生料配制,产生的熟料中C、S等元素含量较高,但是在不同的热工工艺处理后,熟料中各矿物质含量会发生变化。以较低的煅烧温度为例,会提升f-CaO在熟料中的含量。

(五)水泥熟料的抗压强度

根据熟料理论率值IM=1.55,SM=2.55,KH为0.89、0.91、0.93、0.95为标准配置生料,将煅烧后生成的熟料与石膏按照96:4比例混合配比,对水泥熟料的抗压强度进行检测发现,在3d内与PII42.5型硅酸盐水泥强度相比较低,在28d强度会与PⅡ42.5型硅酸盐水泥相同。

结论:

综上所述,将煤矸石作为硅铝质原料进行水泥生料配制时,按照熟料率KH在0.89-0.95范围,IM在1.2-1.6范围内,SM在2.1-2.6范围内,对配置的生料放置在1400℃下进行煅烧,可以生成符合安定性的水泥熟料。

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