石灰石混合材水泥助磨劑的應(yīng)用
一、前言
礦渣是一種類似于水泥硅酸鹽結(jié)構(gòu)的晶體物質(zhì)，當(dāng)它磨細到一定程度時，能發(fā)揮出很好的激發(fā)硅酸鹽礦物活性的作用，因而礦渣被水泥企業(yè)作為優(yōu)質(zhì)混合材廣泛應(yīng)用于水泥生產(chǎn)。然而礦渣的資源并不是到處都有，使用成本也比較高。而且在存放時間過長的情況下，它內(nèi)部的活性成分易發(fā)生水化反應(yīng)，造成其活性明顯下降。同時礦渣的易磨性系數(shù)比較高，造成水泥磨臺時產(chǎn)量降低，粉磨電耗增加。因此礦渣的使用受到了一定的限制。
石灰石是一種非活性混合材，在水泥生產(chǎn)中加入一定比例的石灰石，有助于改善水泥的使用性能。但是石灰石是一種非活性的材料，按常規(guī)的方法使用，會隨著石灰石的摻量的增加，水泥的強度會明顯下降的現(xiàn)象，因而水泥中石灰石的摻量受到一定的制約。如何能夠在保證水泥質(zhì)量的前提下來提高水泥中的石灰石的摻量，是水泥生產(chǎn)過程中需要解決的難題。針對這一問題，長沙市保靈建材助劑有限公司精心組織技術(shù)人員進行攻關(guān)，歷經(jīng)三年多的試驗，終于成功研發(fā)出了一種專門適用石灰石作為水泥混合材使用的xj-3型高效復(fù)活水泥助磨劑。
二、大磨試驗
為了能驗證xj-3型高效復(fù)活水泥助磨劑的使用效果，我們在湖南郴州地區(qū)某水泥粉磨站的φ3X11m水泥磨上進行了工業(yè)性試驗。試驗用的各種材料化學(xué)成分和物理性能見表1和表2。
表-1 水泥各組分的成分分析
|
組分 |
Loss |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
f-CaO |
|
0.63 |
22.32 |
5.83 |
2.87 |
65.86 |
1.59 |
0.39 | |
|
煤渣 |
2.66 |
47.8 |
32.17 |
8.83 |
6.7 |
1.12 |
----- |
|
石灰石 |
42.32 |
2.3 |
0.21 |
0.28 |
52.93 |
1.46 |
----- |
|
比表面積（m2/kg） |
標準稠度（%） |
凝結(jié)時間（min） |
抗折強度Map |
抗壓強度Map | |||
|
初凝 |
終凝 |
3d |
28d |
3d |
28d | ||
|
308 |
26.8 |
105 |
150 |
5.7 |
10.4 |
31.4 |
61.5 |
為了比較xj-3型高效復(fù)活水泥助磨劑的使用效果，我們選擇了國內(nèi)某家助磨劑廠生產(chǎn)的常規(guī)助磨劑（簡稱A劑）作對比試驗，摻入量都是千分之一。實驗結(jié)果見表3。
表-3 試驗對比結(jié)果
|
狀態(tài) |
水泥配比（%） |
比面積（m2/kg） |
凝結(jié)時間（min） |
抗折強度 |
抗壓強度 |
臺產(chǎn)
（t/h） | ||||||
|
熟料 |
石灰石 |
煤渣 |
石膏 |
初凝 |
終凝 |
3d |
28d |
3d |
28d | |||
|
空白 |
65 |
15 |
15 |
5 |
352 |
190 |
265 |
4.4 |
7.7 |
16.8 |
37.0 |
68 |
|
A劑 |
65 |
15 |
15 |
5 |
355 |
185 |
255 |
4.6 |
8.0 |
17.1 |
38.5 |
68 |
|
xj-3 |
65 |
15 |
15 |
5 |
368 |
150 |
240 |
4.9 |
8.5 |
22.4 |
42.8 |
68 |
從試驗對比結(jié)果可以看出，在磨機臺時產(chǎn)量和水泥組份配比不變的情況下，某廠的A型助磨劑的助磨作用（看比表面積）和增強效果并不十分明顯。而xj-3型高效復(fù)活水泥助磨劑不僅發(fā)揮了良好的助磨作用（比表面積提高16.0 m2/kg），而且增強效果顯著：水泥的3天抗壓強度提高了5.6MPa，增加了33%；水泥的28天抗壓強度提高了5.8Mpa，增加了15.7%。為企業(yè)在生產(chǎn)中進一步提高水泥中的石灰石摻量提供了有利的條件。
三、生產(chǎn)應(yīng)用
根據(jù)試驗對比結(jié)果，湖南郴州地區(qū)某水泥粉磨站將此成果應(yīng)用于生產(chǎn)實際，取得了明顯的效果。
該粉磨站在正式使用時，首先將水泥配比中的熟料降低了7%，將石灰石的摻量增加了7%，仍然使用15%的煤渣。生產(chǎn)過程中取得了明顯的效果：一是臺時產(chǎn)量明顯增加。水泥磨的臺時產(chǎn)量從原來的68噸提高到75噸，提高了10.3%。這是由于石灰石的易磨性比熟料的易磨性好，加之xj-3型高效復(fù)活水泥助磨劑的助磨作用較為顯著帶來的增產(chǎn)效果。二是水泥強度略有增加。在減少7%的熟料，增加7%的石灰石的情況下，水泥的28天強度仍然達到了38Mpa，比原來的37 Mpa還略有增長。這正是因為xj-3型高效復(fù)活水泥助磨劑能有效激發(fā)熟料中硅酸鹽礦物的水化反應(yīng)速度，提高水泥的各齡期強度，才有效地彌補了因熟料減少而水泥強度下降的這部分強度的損失。
去年9月份，該粉磨站因為煤渣的供應(yīng)出現(xiàn)中斷，被迫采取全部用石灰石作為混合材來生產(chǎn)水泥，一度出現(xiàn)水泥磨的臺時產(chǎn)量下降近10%，熟料消耗量在水泥配比中增加約5%的情況。這是由于石灰石的易磨性和活性均不如煤渣，全部采用石灰石代替煤渣，必然會造成水泥強度降低和水泥磨臺時產(chǎn)量下降的現(xiàn)象。針對這一問題，我公司一方面對xj-3型高效復(fù)活水泥助磨劑的性能進行進一步改進，另一方面建議水泥廠調(diào)整了研磨體級配，使xj-3高效復(fù)活型水泥助磨劑與該廠的粉磨工藝系統(tǒng)更加匹配。通過采取一些有效措施，該廠已經(jīng)成功的實現(xiàn)了全部用石灰石作混合材的工藝。現(xiàn)在該粉磨站水泥中的石灰石摻入量達到了35%，熟料消耗量只有60%，仍然保證了原來的水泥質(zhì)量水平，水泥磨臺時產(chǎn)量提高了8%以上的效果。有關(guān)數(shù)據(jù)詳見表4。
表-4 xj-3水泥助磨劑在某廠生產(chǎn)中的應(yīng)用數(shù)據(jù)
|
階
段 |
水泥配比（%） |
比表面積（m2/kg） |
凝結(jié)時間（min） |
抗折強度 |
抗壓強度 |
臺產(chǎn)
（t/h） | ||||||
|
熟料 |
石灰石 |
煤渣 |
石膏 |
初凝 |
終凝 |
3d |
28d |
3d |
28d | |||
|
1 |
58 |
22 |
15 |
5 |
348 |
180 |
250 |
4.6 |
8.2 |
17.5 |
38.0 |
75 |
|
2 |
60 |
35 |
\ |
5 |
345 |
185 |
265 |
4.5 |
7.9 |
17.0 |
37.4 |
73.5 |
從試驗對比結(jié)果可以看出，在磨機臺時產(chǎn)量和水泥組份配比不變的情況下，某廠的A型助磨劑的助磨作用（看比表面積）和增強效果并不十分明顯。而xj-3型高效復(fù)活水泥助磨劑不僅發(fā)揮了良好的助磨作用（比表面積提高16.0 m2/kg），而且增強效果顯著：水泥的3天抗壓強度提高了5.6MPa，增加了33%；水泥的28天抗壓強度提高了5.8Mpa，增加了15.7%。為企業(yè)在生產(chǎn)中進一步提高水泥中的石灰石摻量提供了有利的條件。
三、生產(chǎn)應(yīng)用
根據(jù)試驗對比結(jié)果，湖南郴州地區(qū)某水泥粉磨站將此成果應(yīng)用于生產(chǎn)實際，取得了明顯的效果。
該粉磨站在正式使用時，首先將水泥配比中的熟料降低了7%，將石灰石的摻量增加了7%，仍然使用15%的煤渣。生產(chǎn)過程中取得了明顯的效果：一是臺時產(chǎn)量明顯增加。水泥磨的臺時產(chǎn)量從原來的68噸提高到75噸，提高了10.3%。這是由于石灰石的易磨性比熟料的易磨性好，加之xj-3型高效復(fù)活水泥助磨劑的助磨作用較為顯著帶來的增產(chǎn)效果。二是水泥強度略有增加。在減少7%的熟料，增加7%的石灰石的情況下，水泥的28天強度仍然達到了38Mpa，比原來的37 Mpa還略有增長。這正是因為xj-3型高效復(fù)活水泥助磨劑能有效激發(fā)熟料中硅酸鹽礦物的水化反應(yīng)速度，提高水泥的各齡期強度，才有效地彌補了因熟料減少而水泥強度下降的這部分強度的損失。
去年9月份，該粉磨站因為煤渣的供應(yīng)出現(xiàn)中斷，被迫采取全部用石灰石作為混合材來生產(chǎn)水泥，一度出現(xiàn)水泥磨的臺時產(chǎn)量下降近10%，熟料消耗量在水泥配比中增加約5%的情況。這是由于石灰石的易磨性和活性均不如煤渣，全部采用石灰石代替煤渣，必然會造成水泥強度降低和水泥磨臺時產(chǎn)量下降的現(xiàn)象。針對這一問題，我公司一方面對xj-3型高效復(fù)活水泥助磨劑的性能進行進一步改進，另一方面建議水泥廠調(diào)整了研磨體級配，使xj-3高效復(fù)活型水泥助磨劑與該廠的粉磨工藝系統(tǒng)更加匹配。通過采取一些有效措施，該廠已經(jīng)成功的實現(xiàn)了全部用石灰石作混合材的工藝。現(xiàn)在該粉磨站水泥中的石灰石摻入量達到了35%，熟料消耗量只有60%，仍然保證了原來的水泥質(zhì)量水平，水泥磨臺時產(chǎn)量提高了8%以上的效果。有關(guān)數(shù)據(jù)詳見表4。
表-4 xj-3水泥助磨劑在某廠生產(chǎn)中的應(yīng)用數(shù)據(jù)
|
原料 |
熟料 |
石灰石 |
煤渣 |
助磨劑 |
|
單價（元/T） |
280 |
35 |
80 |
6000 |
根據(jù)表5 我們可以計算出該粉磨站取得的效益：
1、節(jié)約了生產(chǎn)成本
按表4第一階段的水泥配比方案，與原來的水泥配比方案相比，每噸水泥降低的原材料生產(chǎn)成本是：
節(jié)約熟料成本280元×（65－58）%=19.6元
增加石灰石成本35元×（22－15）%=2.45元
增加助磨劑成本6000元×0.1%=6元
合計節(jié)約成本19.6－2.45－6=11.15元
按表4第二階段的水泥配比方案，與原來的水泥配比方案相比，每噸水泥降低的原材料生產(chǎn)成本是：
節(jié)約熟料成本280元×（65－60）%=14元
節(jié)約煤渣成本80元×（15－0）%=12元
增加石灰石成本35元×（35－15）%=7元
增加助磨劑成本6000元×0.1%=6元
合計節(jié)約成本14＋12－7－6=13元
可以看出，不管采用哪種配比，每生產(chǎn)1萬噸水泥，都可以節(jié)約10萬元以上的生產(chǎn)成本。
2、節(jié)約了電耗：
按第一階段提高水泥磨的臺產(chǎn)：（75÷68）×100%=10.30%
按第二階段提高水泥磨的臺產(chǎn)：（73.5÷68）×100%=8.10%
水泥磨臺時產(chǎn)量的提高，毫無疑問的將為企業(yè)帶來降低粉磨電耗，節(jié)約電費的經(jīng)濟效益。
3、增加了水泥銷售利潤：
由于使用xj-3型高效復(fù)活水泥助磨劑后，可以節(jié)約5%以上的熟料，對于水泥粉磨站來說，同樣的熟料采購量，可以多生產(chǎn)8%的水泥。而每噸水泥銷售后，都有一定的銷售利潤的。
五、結(jié)束語
石灰石混合材水泥助磨劑的成功研制，為我國水泥企業(yè)充分利用本地豐富的石灰石資源和提高經(jīng)濟效益創(chuàng)造了有利條件。
作者簡介：
王志：男，高級工程師，中國建材工業(yè)經(jīng)濟研究會水泥專業(yè)委員會專家，中國水泥協(xié)會助磨劑分會副會長，長沙市保靈建材助劑有限公司董事長。主要研究方向：水泥助磨劑，節(jié)煤速燒劑（旋窯專用），節(jié)煤增效劑,水泥外加劑
汪兆先：男，高級工程師，長沙市保靈建材助劑有限公司技術(shù)總監(jiān)。主要研究方向：水泥助磨劑，節(jié)煤速燒劑（旋窯專用），節(jié)煤增效劑,水泥外加劑
編輯：
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