早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥的開發(fā)與資源綜合利用

韓彩霞 代勤

【摘要】早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥屬于新型特種水泥，其生產(chǎn)和應(yīng)用均在發(fā)展之中，該類水泥在節(jié)能、環(huán)保和資源綜合利用方面均有很大的潛力和廣闊的市場前景。本文闡述了生產(chǎn)該水泥的設(shè)計(jì)方案及實(shí)施的具體內(nèi)容，并進(jìn)行了技術(shù)指標(biāo)分析和效益分析。

【關(guān)鍵詞】早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥；資源利用

前言

2010年，新疆建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院和新疆青松水泥有限責(zé)任公司聯(lián)合開始進(jìn)行低堿度硫鋁酸鹽水泥的研制和試生產(chǎn)。經(jīng)過研制人員的共同努力，于2011年開始投入正式生產(chǎn)。2012年，經(jīng)過市場調(diào)查分析，得知雖然低堿度硫鋁酸鹽水泥投放市場后，受到用戶歡迎，但是，由于原材料價(jià)格高，造成水泥成本高，有些工程考慮價(jià)格問題放棄了使用，因而限制了它的廣泛推廣使用，為了達(dá)到既保持低堿度硫鋁酸鹽水泥的特殊性能，又能降低生產(chǎn)成本，公司技術(shù)中心開始研究試驗(yàn)使用各種工業(yè)廢渣生產(chǎn)新產(chǎn)品—早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥。

早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥是我國近10年發(fā)展起來的新型特種水泥，其生產(chǎn)和應(yīng)用均在發(fā)展之中，該類水泥在節(jié)能、環(huán)保和資源綜合利用方面均有很大的潛力和廣闊的市場前景。該水泥在防水、防滲、防腐、抗凍及快速施工等方面的優(yōu)越性能，使它們成為某些特殊工程的首選材料。同時(shí)，還可以作為傳統(tǒng)的普通硅酸鹽水泥的早強(qiáng)劑和膨脹劑而賦予其特殊性能。該水泥與普通硅酸鹽水泥相比，同樣規(guī)模的生產(chǎn)廠，煤耗可降低25%以上，產(chǎn)量提高20%以上，屬于節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品，符合國家提出的節(jié)能降耗政策。因此，早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥具有廣闊的市場前景，特別適合北方地區(qū)冬季施工及鹽堿地施工。

1.項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

1.1技術(shù)特點(diǎn)

（1）早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥是用石灰石原料、鋁釩石原料、鋁廠鋁渣、檸檬酸廠的檸檬酸渣配料，經(jīng)低溫煅燒（1250～1350℃）出的以C2S、C4A3S礦物為主的熟料，再加上工業(yè)廢渣：粉煤灰、煤矸石、沸騰爐渣，適量青石膏，經(jīng)磨細(xì)到比表面積450m2/kg-500m2/kg而成的。既保持了低堿度硫鋁酸鹽水泥的特殊性能，又利用了工業(yè)廢渣。

（2）對原料的要求

鋁釩石：Al2O3〉55% 、SiO2≤15%

鋁渣：Al2O3 〉60% 、SiO2〈10%

石灰石：CaO〉50%、SiO2〈3.5%

檸檬酸渣（或磷石膏）：SO3〉40%

煙煤：灰分≤15%、揮發(fā)分〉28%、低位熱值≥23500kJ/kg

（3）對工序質(zhì)量要求

出磨生料CaO合格率〉60%，SO3合格率〉80%

熟料立升重900—1200kg/l 合格率〉80%、f-CaO=0

出磨水泥SO3合格率〉70%，比表面積450～500m2/kg

（4）配料公式采用堿度系數(shù)Cm、鋁硫比P、鋁硅比n、f-CaO、f-SO3配料。

①堿度系數(shù)Cm

堿度系數(shù)Cm=

堿度系數(shù)Cm的物理意義是熟料中CaO量與形成C4A3、β-C2S、C2F、CT及CaSO4所需的CaO量之比

實(shí)際生產(chǎn)中堿度系數(shù)一般控制在0.9～1.0

②鋁硫比P

鋁硫比P= Al2O3/SO3

在硫鋁酸鹽水泥中除CaO外，Al2O3和CaSO4是形成C4A3的主要成分，鋁硫比P的含義是在形成C4A3的過程中，形成鐵相所剩余的Al2O3和CaSO4之間滿足形成C4A3的程度。

在實(shí)際生產(chǎn)中，配料時(shí)控制P≤3.82

③鋁硅比N

鋁硅比N=（Al2O3/SiO2

鋁硅比N反映的是熟料中C4A3和C2S兩礦物之間的比例關(guān)系。鋁硅比太小，會影響水泥質(zhì)量，正常配料時(shí)，一般控制N>3。

④f-CaO=CaO—{0.55SO3+1.87SiO2+0.7（f-SiO2+Fe2O3+TiO2）

⑤f-SO3=SO3—0.13C4A3。

1.2關(guān)鍵技術(shù)

CaO的配入量按不足設(shè)計(jì)和SO3的量按過量10%設(shè)計(jì)。

（1）CaO的配入量：在硫鋁酸鹽水泥系統(tǒng)中，形成熟料礦物所需的CaO的量是按照不足來設(shè)計(jì)的，因?yàn)槿绻鸆aO配入過多，超出形成熟料礦物所需的量，將會形成f-CaO，從而造成熟料急凝，強(qiáng)度低；同時(shí)在高鈣條件下，C4A3S的水化速度會大大加快，一般f-CaO在0.5—1.0%。

（2）SO3的配入量，在硫鋁酸鹽水泥系統(tǒng)中，形成熟料礦物所需的SO3的量是按照過量來設(shè)計(jì)的，由于硫鋁酸鹽水泥熟料煅燒過程中，SO3總會有所揮發(fā)，如果SO3配入量不足，將直接影響C4A3S的形成，因此，在配料計(jì)算中SO3應(yīng)過量10%左右，f-SO3在1.3～2.5%。

1.3關(guān)鍵工藝

早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥熟料燒成工藝流程與硅酸鹽水泥熟料燒成工藝流程基本相同，但要求避免窯內(nèi)形成還原氣氛，早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水熟料的煅燒溫度控制在1250～1350℃，保證窯內(nèi)熱工制度穩(wěn)定，要求風(fēng)、煤、料穩(wěn)定，穩(wěn)定入窯生料成分和下料量，風(fēng)和煤的匹配，避免窯內(nèi)物料預(yù)燒不好，熟料顆粒不均齊。杜絕死燒和生燒，一般窯尾溫度控制850～860℃。

2.項(xiàng)目實(shí)施的具體內(nèi)容

（1）嚴(yán)格控制進(jìn)廠原燃材料質(zhì)量，按要求進(jìn)廠。

（2）嚴(yán)格控制工序質(zhì)量：出磨生料CaO≥60%，SO3≥60%；入窯生料CaO≥85%，SO3≥80%；出窯熟料立升重合格率≥85%，f-CaO=0，合格率≥95%，熟料SO3≥80%；避免欠燒料和還原料；煤粉細(xì)度≤6%，水分≤2%。

（3）加強(qiáng)煅燒，穩(wěn)定熱工制度：穩(wěn)定窯的熱工制度是煅燒操作的根本任務(wù)，也是提高窯產(chǎn)質(zhì)量的基礎(chǔ)，因此必須穩(wěn)定生料成分，尤其是Al2O3和SO3的質(zhì)量，保證煤的灰分及熱值穩(wěn)定。煤用前先預(yù)均化，在煅燒過程中，喂料均勻，風(fēng)、煤配合適當(dāng)，避免結(jié)大塊或大球現(xiàn)象；窯上工藝參數(shù)穩(wěn)定，窯尾溫度850～860℃，預(yù)熱器出口溫度320～380℃，穩(wěn)定窯溫。

（4）水泥粉磨：熟料搭配使用，均勻喂料，使水泥比表面積控制在450～500m2/kg。SO3合格率〉75%；在粉磨過程中，加強(qiáng)磨機(jī)通風(fēng)，筒體水冷卻，防止石膏脫水。

公司技術(shù)中心利用新疆本地的原燃材料及工業(yè)廢渣配料，調(diào)整配方，加強(qiáng)煅燒，生產(chǎn)出以C2S、C4A3 礦物為主的熟料，再用工業(yè)廢渣粉煤灰、煤矸石或沸騰爐渣做混合材，加適量石膏，經(jīng)磨細(xì)生產(chǎn)出早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥。

3.技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3.1與現(xiàn)有產(chǎn)品對比分析

3.2從技術(shù)上比較：

（1）煅燒溫度的比較

普通硅酸鹽水泥燒成溫度1400～1450℃，熟料立升重1350～1550g/l

低堿的硫鋁酸鹽水泥燒成溫度1280～1350℃，熟料立升重950～1250g/l

早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥燒成溫度1250～1350℃，熟料立升重900～1150g/l

（2）熟料摻量的比較

普通硅酸鹽水泥：熟料80～85%；粉煤灰、煤矸石11～17%；石膏3～4%

低堿的硫鋁酸鹽水泥：熟料90～95%；石灰石0～3%；青石膏5～7%

早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥：熟料55～65%；粉煤灰、煤矸石、沸騰爐渣28～40%；石膏5～7%

利用工業(yè)廢渣開發(fā)早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥，拓展了工業(yè)廢渣的利用范圍，并且增加了自治區(qū)一個(gè)水泥標(biāo)準(zhǔn)，成為自治區(qū)建材行業(yè)資源綜合利用的示范企業(yè)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

4.效益分析

4.1項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益

2012年早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥售價(jià)580元/噸，單位產(chǎn)品銷售成本330元/噸；普通硅酸鹽水泥售價(jià)330元/噸，單位產(chǎn)品成本210元/噸，按生產(chǎn)10萬噸計(jì)算，年新增水泥銷售收入5800萬元，年新增利潤2500萬元，而且早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥廢渣利用量在30%以上，可免稅。

4.2項(xiàng)目的環(huán)境效益

生產(chǎn)早強(qiáng)復(fù)合硫鋁酸鹽水泥后，每年可消耗檸檬酸渣2～3萬噸，粉煤灰、煤矸石2～3萬噸，節(jié)約硫鋁酸鹽熟料2萬噸，相當(dāng)于減少CO2和SO3排放2萬噸，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約4800噸。

4.3項(xiàng)目的社會效益

本項(xiàng)目技術(shù)含量高，創(chuàng)新性強(qiáng)，技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，對解決企業(yè)資源、能源與環(huán)境污染的矛盾，提升公司產(chǎn)品技術(shù)水平有重大作用。因本產(chǎn)品比低堿度硫鋁酸鹽水泥價(jià)格低，性能好，因此本產(chǎn)品具有廣闊的市場前景和推廣使用價(jià)值，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益及環(huán)境效益顯著。