用工業(yè)廢渣生產(chǎn)緩凝水泥的方法探討

  0 引言

  路基緩凝水泥用于公路路基，用來(lái)穩(wěn)定砂礫（包括礫石土）、碎石，水泥含量一般為5%，不宜超過(guò)混合料總重的6%。由于施工拌料、鋪平、壓實(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，必須在水泥凝結(jié)時(shí)間之前完成，因此根據(jù)施工時(shí)間要求水泥的初凝時(shí)間大于4h，終凝時(shí)間不小于6.5h。我公司自2006年5月開(kāi)始研制道路用路基緩凝水泥，2006年9月投入工業(yè)生產(chǎn)，通過(guò)多種方案的對(duì)比優(yōu)選，采用旋窯熟料與立窯熟料對(duì)摻，利用電廠脫硫石膏與磷石膏搭配，加礦渣、粉煤灰、電廠爐渣等工業(yè)廢渣進(jìn)行生產(chǎn)，既滿足了公路建設(shè)所需水泥性能，又消耗了工業(yè)廢渣，達(dá)到了節(jié)約能源、減少污染、降低生產(chǎn)成本、增加企業(yè)效益的目的，實(shí)現(xiàn)了資源的綜合利用。

  1 生產(chǎn)方法

  我公司有兩條2500t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，原有六條Φ3m×11 m機(jī)立窯生產(chǎn)線，用熟料加石膏進(jìn)行調(diào)節(jié)，初凝時(shí)間只有3.0h，后采取增加石膏的方法，凝結(jié)時(shí)間有所延長(zhǎng)，但不能滿足用戶要求。采取磨頭加入0.5%～0.8%緩凝劑生產(chǎn)緩凝水泥，通過(guò)試驗(yàn)，凝結(jié)時(shí)間能夠達(dá)到，但混合材摻量低，水泥生產(chǎn)成本高，后用2500t/d新型干法旋窯熟料與立窯熟料搭配，摻加磷石膏、電廠脫硫石膏、礦渣、粉煤灰、電廠爐渣等工業(yè)廢渣進(jìn)行生產(chǎn)，水泥性能達(dá)到用戶要求，生產(chǎn)成本降低，可消耗大量的工業(yè)廢渣。

  2 原材料成分

  立窯熟料為本集團(tuán)生產(chǎn)的熟料，旋窯熟料為本公司兩條2500t/d 新型干法旋窯熟料，其熟料成分見(jiàn)表1；磷石膏為山東臨沂地區(qū)某磷肥廠生產(chǎn)的廢渣、脫硫石膏為魯南電廠煙氣脫硫產(chǎn)生的廢渣；電廠爐渣為當(dāng)?shù)貪?jì)寧電廠所排工業(yè)廢渣，粉煤灰為魯南電廠、曲阜電廠所排廢渣，礦渣為山東萊蕪鋼廠所排工業(yè)廢渣，見(jiàn)表2～7。

  3 試驗(yàn)方案

  3.1 旋窯熟料與立窯熟料對(duì)比試驗(yàn)

  旋窯熟料與立窯熟料的生產(chǎn)工藝不同，配料方案不同，熟料的礦物組成有較大差異。旋窯熟料的C3S的含量為55%左右，而立窯熟料的C3S含量為45%左右，旋窯熟料的SM較高，在2.7左右，而立窯熟料的SM只有2.0，表現(xiàn)在凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度上差別較大；立窯熟料的初凝時(shí)間較旋窯熟料的初凝時(shí)間長(zhǎng)105min, 立窯熟料的終凝時(shí)間較旋窯熟料的終凝時(shí)間長(zhǎng)135min，利用立窯熟料凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，有利于延長(zhǎng)緩凝水泥的凝結(jié)時(shí)間。為增加混合材的摻量，保證水泥強(qiáng)度，采用旋窯熟料與立窯熟料搭配使用，進(jìn)行試驗(yàn)，見(jiàn)表8。

  從表8可以看出，隨著立窯熟料摻加量的增加，初凝時(shí)間在逐漸增長(zhǎng)，強(qiáng)度在下降，當(dāng)立窯熟料摻到30%，與旋窯熟料摻量相等時(shí)，凝結(jié)時(shí)間最長(zhǎng)，且強(qiáng)度降到控制指標(biāo)低限（水泥3d強(qiáng)度內(nèi)控指標(biāo)為≥15MPa）。因此用立窯熟料與旋窯熟料各摻30%作為熟料的比例進(jìn)行試驗(yàn)。

  3.2 脫硫石膏與天然石膏對(duì)比試驗(yàn)

  電廠脫硫石膏與天然二水泥石膏相比，小磨試驗(yàn)證明前者有較好的緩凝效果，見(jiàn)表9。

  小磨試驗(yàn)后，我們?cè)?號(hào)水泥磨上開(kāi)始用脫硫石膏代替二水石膏生產(chǎn)水泥，指標(biāo)為：細(xì)度≤5%；SO₃：1.8%±0.2%；混合材摻量為：30%±1%；其中磨頭16%電渣，加3.5%脫硫石膏，磨尾：16%粉煤灰，共生產(chǎn)66h。大磨試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

  3.3 不同比例的石膏、磷石膏、混合材摻量的小磨試驗(yàn)

  從表11可知隨磷石膏摻量的增加，水泥的凝結(jié)時(shí)間會(huì)增長(zhǎng)，但熟料強(qiáng)度會(huì)下降，當(dāng)加到6%時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的強(qiáng)度下降，因此磷石膏摻量應(yīng)小于6%。

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  4 方案的選擇

  從表11可以看出，生產(chǎn)方案共設(shè)計(jì)13個(gè)，通過(guò)小磨試驗(yàn)，凝結(jié)時(shí)間能夠達(dá)到緩凝要求的只有G1、G2、G3、G5、G7、G11等六個(gè)方案；方案G11是采取高摻礦渣微粉方案，3d強(qiáng)度只有12.4MPa，且成本高，強(qiáng)度不合格；方案G7采用磷石膏與二水天然石膏對(duì)摻方案，強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間合格，但熟料摻加量較高，水泥成本高；方案G5采用磷石膏與二水天然石膏混摻方案，強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間合格，但熟料摻加量較高，水泥成本高；方案G3屬礦渣高摻方案，由于礦渣易磨性較差，水泥粉磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量低，電耗高，成本高；方案G2磷石膏摻量較高，強(qiáng)度低，以上方案不宜采用；采用方案G1成本較低（表12）,是可行的方案。

  5 大磨生產(chǎn)

  2006年9月進(jìn)行工業(yè)性試生產(chǎn)（表13），采用一臺(tái)Φ3m×9m水泥磨和三臺(tái)Φ2.2 m×6.5m水泥磨進(jìn)行粉磨，共同進(jìn)入水泥均化庫(kù)，通過(guò)多庫(kù)搭配進(jìn)入水泥散裝庫(kù)，由散裝車運(yùn)入工地。經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，滿足用戶的要求。

  5.1 水泥控制指標(biāo)

  根據(jù)用戶的需要和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，制定了企業(yè)內(nèi)部路基緩凝水泥（P·C 32.5）內(nèi)控指標(biāo)（表14）。

  5.2 大磨生產(chǎn)數(shù)據(jù)

  2006年10月開(kāi)始正式生產(chǎn)路基緩凝水泥，所用設(shè)備為三臺(tái)Φ2.2 m×6.5m水泥磨和一臺(tái)Φ3m×9m水泥磨，全為圈流磨，出磨水泥同時(shí)進(jìn)入六個(gè)小水泥均化庫(kù)，通過(guò)機(jī)械倒庫(kù)、多庫(kù)搭配進(jìn)行水泥的均化。由于在水泥粉磨中加入了礦渣，物料的易磨性較原來(lái)差，水泥磨的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量較原來(lái)生產(chǎn)P·C32.5水泥降低0.5t/h，加入0.3%的液體助磨劑，能夠改善磨內(nèi)的研磨工況，增加磨內(nèi)物料的流速，對(duì)提高磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量有較好的效果，能夠提高臺(tái)時(shí)產(chǎn)量0.85t/h。表15是2006年10月連續(xù)20天的生產(chǎn)質(zhì)量情況，出磨水泥平均初凝時(shí)間為339min，平均終凝時(shí)間為397.2min，符合用戶要求，且強(qiáng)度完全符合P·C32.5水泥的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。

  6 生產(chǎn)中問(wèn)題的處理

  用旋窯熟料與立窯料搭配，加入工業(yè)廢渣生產(chǎn)緩凝水泥，克服了單用立窯熟料生產(chǎn)強(qiáng)度低、混合材摻量低的缺點(diǎn)，也避免了用純旋窯熟料生產(chǎn)水泥凝結(jié)時(shí)間短的缺點(diǎn)，用高摻礦渣微粉，凝結(jié)時(shí)間能達(dá)到，但成本較高。用旋窯熟料與立窯熟料搭配，利用工業(yè)廢渣生產(chǎn)緩凝水泥性能達(dá)到要求，成本較低，但是用工業(yè)廢渣生產(chǎn)緩凝水泥在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)處理好以下問(wèn)題。

  6.1 磷石膏、電廠脫硫石膏水分的處理

  電廠脫硫石膏，磷石膏進(jìn)廠水分較高，一般在12%～15%。物料水分高，不利于機(jī)口喂料，出現(xiàn)下料不暢、堵下料溜子、計(jì)量困難等，應(yīng)采取晾曬，使水分蒸發(fā)，晾曬后水分可降低到7%左右。

  進(jìn)廠時(shí)要有一定的儲(chǔ)備，晾干后入大棚存放，不能隨進(jìn)隨用，一是臺(tái)時(shí)產(chǎn)量低，二是下料不暢，配料不穩(wěn)，影響出磨水泥質(zhì)量，有條件的可進(jìn)行烘干后使用。我公司先晾曬，從電廠進(jìn)來(lái)的熱電廠爐渣溫度達(dá)到250℃左右，用鏟車將這種熱電渣與石膏按比例進(jìn)行搭配，并混合均勻，使電渣與磷石膏充分接觸，利用熱電渣的熱量，能夠?qū)⑹嘀械乃诌M(jìn)行蒸發(fā)，使石膏不再粘附，同時(shí)電渣為粒、塊狀，克服了單獨(dú)磷石膏不易下料的缺點(diǎn)。

  6.2 加強(qiáng)磨內(nèi)通風(fēng)，及時(shí)排出磨內(nèi)水分

  在水泥粉磨操作上要改進(jìn)操作方法，將磨尾排風(fēng)機(jī)風(fēng)門，由原來(lái)的80%開(kāi)到100%，目的是加大磨內(nèi)排風(fēng)，讓磨內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣及時(shí)排出磨外，減少磨內(nèi)水分的積存，利于提高磨機(jī)產(chǎn)量。

  6.3 控制進(jìn)廠磷石膏的磷含量

  對(duì)進(jìn)廠磷石膏的磷含量要經(jīng)常進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于某些不具備檢測(cè)條件的水泥廠化驗(yàn)室，可在省水泥質(zhì)檢站進(jìn)行檢測(cè)，磷石膏P₂O₅的含量一般控制在0.3%～0.5%，磷含量過(guò)高，會(huì)引起水泥的凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，強(qiáng)度下降幅度較大，應(yīng)定期檢測(cè)。我公司進(jìn)廠磷石膏每批次都要到省站進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)進(jìn)廠的石膏要分清批次，打好堆存放，便于均化搭配。

  7 結(jié)束語(yǔ)

  用工業(yè)廢渣生產(chǎn)路基緩凝水泥，廢渣中的磷酸鹽能夠提高水泥中C3A的活性，延長(zhǎng)C3A的誘導(dǎo)期，能夠延緩水化速度，抑制鈣礬石晶體向長(zhǎng)度方向生長(zhǎng)，從而避免在顆粒之間盡快形成連接橋，延緩了水泥的凝結(jié)。

  （1）通過(guò)試驗(yàn)，磷石膏和天然石膏一樣可以作水泥調(diào)凝劑，但要控制好磷石膏的含磷量和進(jìn)廠水分。

  （2）磷石膏可以單獨(dú)使用亦可以搭配使用，單獨(dú)使用時(shí)，當(dāng)摻量達(dá)到一定程度會(huì)降低水泥的強(qiáng)度。

  （3）電廠脫硫石膏與磷石膏搭配使用，緩凝效果較好，解決了新型干法水泥熟料無(wú)法生產(chǎn)緩凝水泥的矛盾，增加了混合材摻加總量。

  （4）用電廠脫硫石膏、磷石膏作緩凝劑解決了工業(yè)廢渣（電廠脫硫石膏、磷石膏）占地，污染環(huán)境問(wèn)題，增加水泥企業(yè)效益。

  （5）用工業(yè)廢渣生產(chǎn)路基緩凝水泥，比生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥P·C32.5水泥能多加入工業(yè)廢渣15%，每年多消耗工業(yè)廢渣4.5萬(wàn)t。節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤近0.5萬(wàn)t，每年節(jié)約天然石膏1.8萬(wàn)t，生產(chǎn)成本每噸節(jié)約6元，年節(jié)約生產(chǎn)成本 180萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)了資源綜合利用和經(jīng)濟(jì)的循環(huán)發(fā)展。