粉煤灰配料燒制阿利特-硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)實(shí)踐

1 引言
　　在傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥熟料中引入適量的無(wú)水硫鋁酸鈣(C4A3S)全部或部分替代C3A,同時(shí)引入少量硫酸鈣(CaSO4),1300℃下燒成,得到以C3S、C2S、C4A3S、C4AF、CaSO4為主要礦物組成的熟料,摻加適量石膏、混合材等磨細(xì),即制得阿利特-硫鋁酸鹽水泥。
　　該水泥發(fā)揮C3S和C4A3S兩種礦物的早強(qiáng)、高強(qiáng)特性,除具有傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的優(yōu)良性能外,還具有水化硬化快,早期強(qiáng)度高,硬化時(shí)體積收縮小或不收縮等優(yōu)良的建筑性能。尤其適用于搶修,防水,地下工程,礦井,橋梁,高層建筑,飾面材料等。
　　阿利特-硫鋁酸鹽水泥的出現(xiàn),為低成本、低能耗生產(chǎn)高性能水泥,為大量處理利用如粉煤灰等工業(yè)廢渣開(kāi)辟了一條有效途徑。本文介紹以粉煤灰配料燒制阿利特-硫鋁酸鹽水泥的工業(yè)生產(chǎn)結(jié)果。
2 阿利特-硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)
　　生產(chǎn)阿利特-硫鋁酸鹽水泥的關(guān)鍵問(wèn)題是:原料的選取,要求適當(dāng)高的Al2O3含量;熟料礦物組成的選擇及配料,要求適當(dāng)?shù)腃3S及C4A3S含量;燒成控制,適當(dāng)?shù)撵褵郎囟燃办褵龤夥找约八嗟呐渲啤?
2.1 原料
　　生產(chǎn)所用原料為石灰石、電廠粉煤灰、石膏、螢石,燒成用煤為煙煤。各原料及煤灰的化學(xué)成分以及煤的工業(yè)分析如表1和表2所示。

2.2 配料及生料制備
　　根據(jù)原燃料組成,按照盡量多配粉煤灰并能得到性能優(yōu)良的水泥熟料的原則,設(shè)計(jì)熟料的礦物組成及化學(xué)成分如表3所示。

2.3 熟料燒成
　　理論研究表明,煅燒上為保證C3S及C4A3S均良好形成,阿利特-硫鋁酸鹽水泥熟料的燒成溫度以1300±50℃為宜。
　　熟料的煅燒在小型中空回轉(zhuǎn)窯上進(jìn)行。與煅燒硅酸鹽水泥熟料相比,由于粉煤灰配制的生料易燒性好,窯的產(chǎn)量可提高10%～15%。且由于配料中石灰石的減少及燒成溫度約降低150℃以及粉煤灰?guī)胍欢崃?可使煅燒熱耗降低15%～20%。
　　熟料的燒結(jié)狀況由其外觀及升重直接反映。在正常燒結(jié)溫度下,燒制熟料的外觀為青灰色或略帶黃色,熟料結(jié)粒良好,結(jié)粒比煅燒硅酸鹽水泥熟料時(shí)偏大,熟料升重1200～1350g/L;當(dāng)燒結(jié)溫度低時(shí),熟料結(jié)粒較差,黃粉料多,升重較低,甚至低于1000g/L;當(dāng)燒結(jié)溫度高時(shí),熟料整體結(jié)粒好且偏粗,可見(jiàn)大塊料,外觀看上去多數(shù)過(guò)燒,熟料升重可高達(dá)1500g/L。
　　煅燒氣氛對(duì)熟料性能及礦物形成的影響較大,煅燒上應(yīng)盡量控制在氧化氣氛下。因?yàn)樵谶€原氣氛下,石膏會(huì)大量分解,使C4A3S難以形成,而且還原氣氛也會(huì)加速C4A3S的分解,如此將使水泥失去其快硬早強(qiáng)性能,并會(huì)造成熟料中fCaO升高。
2.4 熟料的礦物形成
　　在煅燒過(guò)程中,根據(jù)出窯熟料的外觀及升重,分別取幾種不同的熟料:黃粉料、正常料、過(guò)燒料,測(cè)定了fCaO,并進(jìn)行了XRD分析及巖相分析,結(jié)果為:
　　fCaO含量:黃粉料1.5%～1.8%;正常料0～0.3%;過(guò)燒料0.2%～0.8%。
　　XRD分析表明,黃粉料中C4A3S形成良好,C3S形成較差;正常料中C4A3S和C3S均形成良好;過(guò)燒料中C4A3S幾乎不存在,含Al2O3相以C3A的形式出現(xiàn),而C3S的形成量則較多。由熟料SO3的分析也可說(shuō)明,黃粉料中SO3一般為2.5%～3.5%,較少分解;正常料中為2.2%～3.2%,亦存在較多的SO3;但過(guò)燒料中SO3一般小于1.0%。
　　對(duì)正常料、過(guò)燒料的反光顯微鏡巖相分析表明,正常料中C4A3S、C3S均良好形成,C3S邊棱分明,結(jié)晶良好;過(guò)燒料中則較難見(jiàn)到C4A3S,而C3S結(jié)晶較為粗大,熔蝕嚴(yán)重。
2.5 水泥的配制、粉磨及水泥性能
　　在熟料煅燒過(guò)程中取黃粉料、正常料、過(guò)燒料、連續(xù)料,摻加7%石膏磨細(xì),分別測(cè)定了其物理力學(xué)性能,并測(cè)定了熟料摻加粉煤灰混合材后的物理力學(xué)性能。結(jié)果見(jiàn)表4及表5。

　　由表4、表5可見(jiàn),正常煅燒的熟料,1d、3d強(qiáng)度可達(dá)25MPa及48MPa以上,28d可達(dá)67MPa以上,確屬一種快硬早強(qiáng)、高強(qiáng)的水泥,且摻加較多混合材后仍可生產(chǎn)425甚至425R型水泥。
生產(chǎn)上可按需要將熟料摻加適量石膏、石灰石、粉煤灰或礦渣等與硅酸鹽水泥熟料共同粉磨,可以調(diào)節(jié)水泥的性能。由于熟料的易磨性較好,水泥磨的產(chǎn)量提高。
3 結(jié)語(yǔ)
　　(1)粉煤灰配料生產(chǎn)阿利特-硫鋁酸鹽水泥,配料時(shí)不用鐵粉,亦可不用或少用粘土,原料的種類(lèi)少,配比易于控制,生料合格率高。
　　(2)粉煤灰配料,生料的易磨性好,生料磨機(jī)產(chǎn)量高;生料的易燒性好,窯的產(chǎn)量高;燒制的熟料易磨性好,水泥磨產(chǎn)量高。
　　(3)熟料的燒成溫度低,與硅酸鹽水泥熟料相比,節(jié)煤可達(dá)20%,節(jié)能效果顯著。
　　(4)熟料的煅燒屬低溫煅燒,控制較為容易。
　　(5)正常煅燒的熟料強(qiáng)度可達(dá)625號(hào)以上,一般fCaO<2%。
　　(6)粉磨水泥時(shí)摻加大量的粉煤灰作混合材而對(duì)水泥的早期強(qiáng)度影響較小。
　　總之,生產(chǎn)阿利特-硫鋁酸鹽水泥,能量消耗低,生產(chǎn)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單,可吃掉大量粉煤灰,達(dá)0.3～0.5t/t水泥,能顯著降低生產(chǎn)成本。
但是,阿利特-硫鋁酸鹽水泥目前尚未制訂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),給生產(chǎn)與使用帶來(lái)一定困難,今后應(yīng)著手制訂相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。