利用工业废渣优化水泥性能

1、 中国水泥2008.2表2矿渣微粉对水泥强度影响样品名称矿粉掺入量(%抗折强度(MPa抗压强度(MPa承德建龙钢铁公司是以烧结、炼铁、炼钢、轧钢、水泥、矿渣微粉为一体的综合型企业,公司致力于工业废品综合利用。近几年来,随着材料科学的发展与进步,对水泥基料材料的质量要求越来越高,尤其是高性能的混凝土(HPC的问世,使得建筑工程规范更加严格,磨细火山灰材料微粉为功能性掺和材料,已成为现代混凝土制备不可缺少的材料,矿渣微粉在水泥基材料中得到广泛应用,特别在高标号混凝土中起到改善性能、提高强度的作用。水泥制备中,由于多采用物料混合粉磨工艺,即:熟料、矿渣、石膏及其它组分材料经过计量配料共同入磨。因此,

2、矿渣中含有大量的难磨水淬矿渣中间相-玻璃体,其显微硬度为(HV600-700,而我公司回转窑熟料硬度为(HV550-600,其易磨性低于熟料。因此当熟料粉磨到一定细度,因材料易磨性指标的不同,产生粉磨速度梯度差,矿渣颗粒未能充分磨细,实际比表面积较熟料小很多,大约在50m2/kg左右,矿渣比表面积在230260m2/kg左右,矿渣颗粒粗大,水化反应速度慢,潜在水硬性,难以得到正常发挥,只能作为一种填充材料,当水渣掺入量>30%时,早期强度明显降低。水泥早期强度明显偏低,凝结时间长,且成型过程中试体泌水现象严重,施工性能受到影响,所以,生产中以混合粉磨工艺磨制矿渣水泥,属于矿渣材料低级利用

3、。本文以试验室及我公司近几年来生产数据及其它厂家经验为依据探讨利用矿渣微粉(由高细磨生产与以矿渣为主、粉煤灰、石灰石为辅生产矿渣水泥的相关技术措施及水泥的水化机理。1矿渣粉的应用1.1试验用材料采用新型干法1150t/d回转窑生产线的熟料、矿渣微粉、营子热电厂沸腾炉粉煤灰,内蒙蓝旗粉煤灰微粉、天然二水石膏、石灰石、钢渣等化学成分(见表1。矿渣微粉细度0.8(0.045mm方孔筛,比表面积405m2/kg(勃氏透气法,粉煤灰微粉细度0.2(0.045mm 方孔筛,比表面积362m2/kg(勃氏透气法,矿渣微粉以检测比表面积为主。矿渣碱度(由于我厂使用集团生产的粒化高炉矿渣成分较稳定,生产时一般不

4、做检测:B=(CaO+MgO+Al2O3/SiO2=2.141.2检验依据GB1344-1999、GB175-1999GB/T18046-2000、GB12958-1999、GB1346-2001、GB1345-1991标准。1.3试验过程2004年6月我公司开始矿渣微粉试生产。因此, 7月份由水泥质量管理处利用S75矿渣微粉进行生产矿渣水泥试验,依据掺加最大量原则设计四组试验;分别掺加0%、5%、10%、15%矿渣微粉。基准矿渣水泥配比:62%熟料、石灰石3%、石膏6%、水渣29%,实验结果见表2。表1试验用材料化学成分(%石膏32.6利用工业废渣优化水泥性能崔战勇,韦占新(河北承德建龙钢铁

5、有限公司水泥厂,承德063201WASTE UTILIZATION利废技术642008.2CHINA CEMENT表4钢渣掺入量小磨试验结果编号熟料(%石膏(%矿粉(%粉煤灰(%钢渣(%细度(%比表面积(m 2/kg 凝结时间(h :min50635543.0340420、5053.4、14.28.2、40.2由表2可以看出在矿渣水泥掺入5%、10%的矿渣微粉对水泥强度略有提高,这也充分说明矿渣微粉的活性良好。生产试验时决定掺入15%矿渣微粉。2005年69月的生产说明,矿渣微粉在水泥中能改善物理力学性能,同时可以消除我公司矿渣水泥潜在水硬性发挥不良的弊端,体现矿渣分别粉磨及综合利用的优势。2

6、005年6月开始给京承高速公路生产缓凝专用水泥13000t 之多,采用以50%熟料、43%水渣、7%磷石膏经粉磨为基准水泥,再通过简单装置掺入30%矿渣微粉。经检验及用户反馈,专用水泥符合国家标准,该批专用水泥检验结果细度4.0、比表面积310m 2/kg 、凝结时间624、935(h:min、3d 强度2.6MPa 、10.7MPa ;28d 强度7.1MPa 、34.8MPa 。这更有利地说明矿渣微粉活性,有待进一步开发、研究。磨制矿渣微粉工艺2005年10月,!3.2m ×13m (开流磨机,电机传动功率1600kW 投入矿渣微粉试生产。该磨机采用与磨制水泥兼容设置。磨内分为3

7、个仓,1、2号为普通设置,3号仓采用磨制微粉设计,由!25mm ×30mm 、!20mm ×25mm 、!16mm ×14mm 、!10mm ×12mm 微型段经调配组成研磨体,并在仓内装有数圈活化衬板,可以充分激活研磨体对矿渣磨细能力,增加20m 以下颗粒数量。通过控制矿渣微粉的比表面积来生产不同级别矿渣微粉,比表面积越高越有利发挥潜在水硬性及水化反应能力。送国家建材研究院检验的S75、S95样品均高于国家标准(见表3。表3数据说明完全可以按两个级别组织生产矿渣微粉,而且各项指标优于其他厂家。1.4小磨试验及性能公司炼钢厂产出10万t 左右钢渣,考虑所

8、有材料的化学特性,设计4个试验方案。首先,将各种物料分别粉磨:熟料比表面积控制310m 2/kg ,钢渣控制在300m 2/kg ,粉煤灰控制在310m 2/kg ;钢渣中游离钙较高,为避免造成安定性不合格,易磨性较差,经计算掺入4%;为提高易磨性,提高台时产掺入5%粉煤灰。具体试验结果见表4。表4数据说明当不断增加矿粉掺加量时,水泥强度变化不大,均符合国标。说明使用S75级矿渣微粉具有良好物理、化学性能。配制出的水泥强度较稳定,随混合材增加水泥凝结时间增长。1.5粉煤灰微粉研究我公司周边有大型火力电厂,承德滦河电厂、内蒙蓝旗电厂及在丰宁、内蒙新建的几座大型电厂,利用煤燃烧后电场收尘的微粉,符

9、合国家标准要求,而且成本非常低,为改善水泥性能,降低成本提供了空间。2007年7月进行了在现有水泥中掺加粉煤灰微粉试验。分别取P S 32.5(熟料配比42%、P O 42.5(熟料配比75%水泥各20kg ,内蒙蓝旗电厂粉煤灰10kg 备用,配料方案见表5,物理检验结果见表6。试验说明:(1在水泥中掺加5%粉煤灰对3d 强度影响较小;凝结时间明显延长,水泥的流动性、和易性较好,水泥颜色青灰。(2大量掺加粉煤灰影响水泥强度,特别是28d 强度。1.6工业生产过程设计与控制为提高水泥磨台时产,充分利用矿渣资源,降低熟料配比,降低水泥成本,公司采取简单掺加工艺系统,导致矿渣水泥与两种微粉掺加不均匀

10、,顾客不满意。因此,我们在全部或部分掺加时,都要采取有效的均化措施。通过到平谷二水、三河燕郊钻牌、金剑等粉磨站调研,他们都采取了增设掺加微粉工艺系统的设表3送检矿渣粉测定结果矿渣粉标准测定结果级别S75S95S75S95比表面积(m 2/kg 350400373405活性指数(%7d 5575668628d 759592105含水量(%4.04.01.821.9265中国水泥2008.2表5粉煤灰配料方案试验水泥编号水泥品种水泥掺加量(%粉煤灰掺加量(%K0P S 32.5100K1P S 32.5955K2P S 32.5928K3P S 32.59010P0P O 42.5100P1PO

11、42.5955表6物理检验结果编号SO 3比表面积(m 2/kg 稠度(%初凝(min 终凝(min 3d 强度(MPa28d 强度(MPa2.4733027.6146206表82006年111月水泥成本对比(元月份1234备,通过混合粉提升或直接入选粉机,再进入下一个循环。建议公司在O-Sepa-2000选粉机上方设计矿粉仓,增设计量设施进入选粉机喂料口,再进入下一循环。同时,由于选粉作用矿渣中不合格颗粒随粗粉进入磨机研磨。这样,在产量供不应求时,可以把水渣停掉,直接掺入矿渣微粉,使水泥日产量可达2000t 以上。但是,要提高选粉机主电机功率,才能达到提高产量,降低成本目的。大磨生产水泥颗粒

12、级配比较好,加上粉煤灰助磨作用,对于产量的提高有重要作用。我们注意到外掺加矿粉必须加强均化措施,否则,水泥会出现质量问题。2掺加废渣的水泥性能和成本分析2.1钢渣代替部分水渣2007年57月份我厂水渣供应不足,从降低成本考虑,在生产中添加钢渣代替部分水渣,在!3.2m ×13m 开流水泥磨上进行生产P S 32.5水泥,参数见表7。值得一提的是57月P S 32.5水泥比表面积、SO 3、稠度、安定性初凝时间,终凝时间合格率都达到100%,符合国家标准。2.2成本分析由于我厂钢渣是免费的,而且免费运输到厂,111月水泥成本对比见表8。通过对比可以看出2007年利用钢渣时的57月水泥成

13、本较低,共生产P S 32.5水泥73600t ,增加利润约10万元。但由于钢渣不仅硬度高,而且韧性也大,这就造成了钢渣的磨蚀性大,易磨性差,降低台时产量约35t 。2007年8月以后水渣能满足生产需要时,为了满足市场的需求,我们继续使用了水渣。3生产中的问题及解决办法3.1钢渣粒度钢渣中约15%的大块(10mm30mm ,钢渣在粉磨过程中,包裹于钢渣中的铁粒、铁块被逐渐剥离,形成金属颗粒和金属球聚集在磨内,严重地影响磨机的粉磨效率。增加衬板和研磨体的消耗,使粉磨状况恶化,而导致磨机低产、高耗。我们投资2万元,在钢渣地漏上部加5mm 圆孔振动筛,简单有效地解决了入磨粒度大这一问题,提高台时产量4t 左右。3.2均匀掺入我厂投资100万元建微粉仓,直接在入磨皮带上方加入矿渣微粉、钢渣及粉煤灰(微粉,共同入磨,使得微粉分布均匀。不足之处是降低了磨机产量约2t 。综上所述,综合利用矿渣微粉、