化成箔廢渣制備硫鋁酸鹽水泥熟料的研究

魯建軍，徐昕，郭中堅(jiān)

化成箔廢渣制備硫鋁酸鹽水泥熟料的研究

魯建軍1，徐昕2，郭中堅(jiān)1

研究利用化成箔中和廢渣作為生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥的部分原料，并對其理化性能進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：利用化成箔中和渣替代石膏以及部分鋁礬土作為硫鋁酸鹽水泥原料，在最高溫度為1 350℃下煅燒，燒成的水泥熟料完全滿足硫鋁酸鹽水泥快硬早強(qiáng)的性能要求。

化成箔中和渣；煅燒；硫鋁酸鹽水泥；熟料

1　前言

化成箔中和渣是化成箔廠鋁箔酸腐蝕廢液用石灰乳液中和后經(jīng)過壓濾而成，其主要成分是二水石膏以及含鋁化合物。本文研究利用化成箔有效硫鋁成分作為硫鋁酸鹽水泥的原料，在一定溫度下進(jìn)行煅燒，對產(chǎn)物進(jìn)行分析，判斷其可行性，旨在綜合利用廢棄物，減少環(huán)境負(fù)擔(dān)，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。

2　原材料與試驗(yàn)方法

2.1實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所采用的原料為山東某特種水泥廠生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥的原料：石灰石、鋁礬土以及二水石膏，中和渣為乳源東陽光有限公司化成箔中和渣，其化學(xué)成分見表1。

2.2試驗(yàn)方法

水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間和安定性檢驗(yàn)按GB/T 1346-2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間和安定性檢驗(yàn)方法》［1］進(jìn)行。

水泥強(qiáng)度試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量加水，采用2cm×2cm×2cm凈漿小試塊，測定各齡期強(qiáng)度。

X-射線衍射分析采用荷蘭X＇Pert PRO全自動X-射線衍射儀。測定條件為：Cu靶，連續(xù)掃描，掃描速度5°/min，電壓為40kV，電流為40mA。

紅外測試所用儀器為英國Pye Unicam Ltd公司的SP2000。將一定齡期的水泥水化試樣用無水乙醇終止水化，在50℃條件下干燥、磨細(xì)密封保存，待測。

表1　原料的化學(xué)成分，%

3　試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1熟料的制備

采用嘗試誤差法進(jìn)行生料配料計算，方法是：先按照假定的原料配合比計算熟料組成，若計算結(jié)果不符合要求，則調(diào)整原料配合比，再進(jìn)行重復(fù)計算，直到符合要求為止［2］。

由于熟料煅燒為實(shí)驗(yàn)室采用高溫馬弗爐煅燒，故在以下配料計算中不計煤灰的摻入量。

滿足fSO3、fCaO的要求，進(jìn)行配比計算，得到生料配合比，見表2。

其生料和熟料的化學(xué)成分如表3所示。

將配好的水泥生料按上述實(shí)驗(yàn)方法在不同溫度下煅燒，其燒成制度為：最高煅燒溫度為1 350℃，升溫速率均為5℃/min，升溫至1 350℃后，保溫5h。

表2　生料的配比，%

表3　生料與熟料的化學(xué)成分，%

3.2熟料組成成分分析

（1）熟料X衍射分析

對煅燒熟料進(jìn)行XRD分析，如圖1所示。

從圖1中可以看出，所燒成水泥熟料的主要礦物組成為C4A3-S和C2S。其中C4A3-S峰型最為明顯，與硫鋁酸鹽水泥熟料標(biāo)準(zhǔn)X射線衍射圖譜基本一致［3］，說明了利用石油焦脫硫灰煅燒硫鋁酸鹽水泥熟料的可行性。

（2）熟料紅外光譜分析

由圖2可以看出，1 193cm-1、1 105cm-1、880cm-1、690cm-1、644cm-1，418cm-1均為硫鋁酸鈣的振動吸收峰［3］。可見，中和渣煅燒硫鋁酸鹽水泥熟料主要礦物組成為硫鋁酸鈣，這與XRD圖譜結(jié)果一致。硫鋁酸鈣的存在為水泥早期強(qiáng)度發(fā)展較快提供了必要條件。

3.3水泥凝結(jié)時間的測定

將制備的熟料試樣、二水石膏搭配，測試其凝結(jié)時間，結(jié)果見表4。

由表4可知，不摻石膏水泥熟料，由于無水硫鋁酸鈣水化迅速而造成水泥漿體急凝，摻入5%石膏，凝結(jié)時間完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4水泥熟料強(qiáng)度的測定

將制備的硫鋁酸鹽水泥熟料試樣制成20mm×20mm×20mm的水泥凈漿試塊，測試其強(qiáng)度，結(jié)果見表5。

由表5可見，利用中和渣煅燒成的硫鋁酸鹽水泥凈漿試塊的抗壓強(qiáng)度，水泥1d強(qiáng)度可達(dá)39.5MPa，體現(xiàn)了硫鋁酸鹽水泥早強(qiáng)的性能；28d強(qiáng)度為54.9MPa，說明了后期強(qiáng)度也有一定的發(fā)展。

綜上所述，通過利用中和渣煅燒硫鋁酸鹽水泥，滿足硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)時間以及早強(qiáng)等性能要求，說明綜合利用廢棄中和渣煅燒硫鋁酸鹽水泥熟料具有可行性。

圖1　硫鋁酸鹽水泥熟料X射線衍射圖

圖2　硫鋁酸鹽水泥熟料紅外光譜圖

表4　硫鋁酸鹽水泥熟料凝結(jié)時間的測定

表5　硫鋁酸鹽熟料的凈漿試塊抗壓強(qiáng)度值，MPa

4　結(jié)論

利用化成箔中和渣替代石膏以及部分鋁礬土作為硫鋁酸鹽水泥原料，煅燒溫度為1 350℃，在本實(shí)驗(yàn)配比中，1d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到39MPa，完全滿足硫鋁酸鹽水泥快硬早強(qiáng)的性能要求。

［1］GB/T 1346-2001，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間和安定性檢驗(yàn)方法［S］.

［2］王燕謀，蘇慕珍.硫鋁酸鹽水泥［M］.北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1999.

［3］楊南如，岳文海.無機(jī)非金屬材料圖譜手冊［M］.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版，2000：239-331.■

Study on Preparation of Sulphoaluminate Cement Clinker Using Formed Foil Waste Residue

TQ172.44

B

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2014-10-27；編輯：趙蓮