試論高硫煤對(duì)硅酸鹽水泥熟料燒成及顯微結(jié)構(gòu)的影響

郭俊林 徐瑞豪

(河南省豫鶴同力水泥有限公司， 河南 鶴壁 458000)

Cement production 水泥生產(chǎn)

試論高硫煤對(duì)硅酸鹽水泥熟料燒成及顯微結(jié)構(gòu)的影響

郭俊林 徐瑞豪

(河南省豫鶴同力水泥有限公司， 河南 鶴壁 458000)

近年來，我國(guó)環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略在逐步推進(jìn)，日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題嚴(yán)重阻礙了這一戰(zhàn)略的發(fā)展進(jìn)程，高硫煤作為煤炭資源的一種,在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，硫成分對(duì)硅酸鹽水泥熟料質(zhì)量具有重要影響。本文對(duì)此展開分析,能夠提高高硫煤利用率，能夠提高高硫煤在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用價(jià)值。

高硫煤；硅酸鹽水泥；熟料燒成；礦物結(jié)構(gòu)

0 前言

我國(guó)針對(duì)高硫煤在水泥生產(chǎn)中的研究經(jīng)驗(yàn)不夠豐富，并且在這一方面的報(bào)道較少，合理控制硫含量能夠提升熟料質(zhì)量以及利用率，這對(duì)礦相結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有積極作用。有針對(duì)性的為其制定熟料燒成方案有利于優(yōu)化熟料性能，探究影響規(guī)律，從中可見，本文對(duì)此展開分析現(xiàn)實(shí)意義明顯。

1 高硫煤對(duì)硅酸鹽水泥熟料燒成的影響

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法

選取南桐煤礦（1#）、長(zhǎng)陽煤礦（2#）、永川煙煤（3#）和湖南桑植煤礦（4#）四種，所取煤樣進(jìn)行粉碎處理、烘箱烘干，最后放置在干燥器內(nèi)，化學(xué)成份分析如下表所示。

表1 煤的工業(yè)分析及全硫分析（wt%）

表2 煤灰的化學(xué)成分（wt%）

實(shí)驗(yàn)配料方案為高鋁率、高硅率和中飽和比，方案具體應(yīng)用的過程中應(yīng)降低中飽和比，適度提高高鋁率和高硅率，本實(shí)驗(yàn)中所選熟料高鋁率值為1.5，高硅率值為2.4，中飽和比值為0.88。針對(duì)水泥熟料樣品應(yīng)用的煅燒溫度分別為1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃。不同溫度下試樣均呈餅狀，其中后三種溫度試樣顏色由灰褐色變?yōu)榛液谏?，并且溫度升高的同時(shí)，體積狀態(tài)和形狀也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。對(duì)此常用六種方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，主要有熟料巖相結(jié)構(gòu)分析、水泥熟料化學(xué)成分分析、固硫效率、水泥生料液相溫度明確、X射線衍射分析、微區(qū)成分分析[1]。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

高溫顯微鏡：硅酸鹽在925℃左右主要發(fā)生碳酸鈣分解反應(yīng)，隨著二氧化碳?xì)怏w的增多，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)形式主要為熱運(yùn)動(dòng)，并且轉(zhuǎn)移法則由高向低，同時(shí)，粒子會(huì)向空隙方向轉(zhuǎn)移；硅酸鹽在1000℃左右主要發(fā)生固相反應(yīng)，并形成C2S、C2F、CA、C3A、CF、C12A7、C4AF等礦物；1255℃左右主要出現(xiàn)液相現(xiàn)象；1500℃之后，試樣樣品逐漸熔化、塌陷。

易燒性分析：硅酸鹽水泥熟料被高硫煤煅燒時(shí)，所產(chǎn)生的固相反應(yīng)易被游離氧化鈣（f-CaO）吸收，同時(shí)，硫含量越高（＞5.2%）易燒性效果會(huì)相應(yīng)降低。

熟料化學(xué)結(jié)果分析：熟料三氧化硫與游離氧化鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣間的關(guān)系表示如下，三氧化硫小于0.8%時(shí)，其與游離氧化鈣呈成比例相關(guān)，易燒性影響較大；三氧化硫增加時(shí)，硅酸三鈣明顯減少，碳酸二鈣明顯增加；熟料三氧化硫煅燒時(shí)，鋁酸三鈣量會(huì)相應(yīng)減少；熟料三氧化硫與鐵鋁酸四鈣間的關(guān)系并無具體規(guī)律可尋[2]。

2 高硫煤對(duì)硅酸鹽水泥熟料燒成及顯微結(jié)構(gòu)的作用

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

從上述介紹中可知，熟料燒成受高硫煤硫含量影響顯著，本實(shí)驗(yàn)選取湖北長(zhǎng)陽煤礦為原料，分析不同添加劑對(duì)熟料煅燒的影響。按照不同比例配置三組生料，生料配置組一MgO分別為0.9%、1.8%、2.4%、2.8%和3.8%。生料配置組二添加0.8（0.6%K2O+0.3%Na2O）,生料配置組三添加1.7%（1.3%K2O+0.5%Na2O）的R2O。其中組一煅燒溫度分別為 1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃，組二和組三煅燒溫度為1350℃。組一熟料在不同溫度條件下煅燒呈塊狀，顏色由棕色變?yōu)楹谏⑶翌伾S溫度增高而加深，二組和三組煅燒溫度達(dá)1350℃時(shí)，熟料形狀為塊狀，同樣顏色會(huì)隨溫度升高而加深。

測(cè)試方法：游離氧化鈣常用甘油乙醇法對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試電壓為35kV，電流為28mA，應(yīng)用高性能生金相顯微鏡進(jìn)行巖相結(jié)構(gòu)分析，其中，硫元素、鎂元素通過SEM-EDS法對(duì)其進(jìn)行分布測(cè)定。

2.2 MgO對(duì)含硫熟料燒成的作用

易燒性分析：將組一氧化鎂含量試樣在1300℃下煅燒一個(gè)半小時(shí)后的熟料進(jìn)行游離氧化鈣測(cè)試，以此為易燒性的判斷依據(jù)。從顯示結(jié)果可知，湖北長(zhǎng)陽高硫煤中加入適量氧化鎂對(duì)其煅燒，當(dāng)煅燒溫度低于1250℃時(shí)，生料易燒性改善效果不明顯，煅燒溫度升高時(shí)，游離氧化鈣含量會(huì)相應(yīng)降低，大體來講，氧化鎂含量在3.5%時(shí)，生料易燒性良好。

熟料XRD測(cè)試分析：氧化鎂適量添加后，生料易燒性會(huì)被改善，同時(shí)，還能促進(jìn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，制約三氧化硫的不利影響，從實(shí)驗(yàn)可知，氧化鎂含量應(yīng)控制在4.5%以下。

熟料巖相結(jié)構(gòu)分析：保持煅燒溫度為1350℃，1.8%和3.8%氧化鎂試樣進(jìn)行巖相實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，分析結(jié)果顯示，氧化鎂添加后，巖相結(jié)構(gòu)能夠得到有效性改善，并且氧化鎂含量與巖相結(jié)構(gòu)成正比例相關(guān)。

2.3 R2O對(duì)含硫熟料燒成的作用

熟料XRD測(cè)試分析：煅燒溫度控制在1350℃，煅燒時(shí)間為一小時(shí)，對(duì)組二和組三進(jìn)行XRD測(cè)試分析，生料易燒性受R2O含量影響較小，R2O與三氧化硫發(fā)生反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生C3S、C4AF，單獨(dú)摻加R2O能夠在一定程度上優(yōu)化易燒性能，但整體效果不夠明顯，同時(shí)，不利于削弱硫的消極作用。

熟料燒成條件：煅燒溫度在 1400℃左右，并且會(huì)出現(xiàn)大量液相量，C3S也會(huì)相應(yīng)形成，液相黏度會(huì)有效降低。熟料內(nèi)含有較多三氧化硫時(shí)，適當(dāng)添加堿或者氧化鎂，能夠相應(yīng)降低液相黏度，加快 C3S結(jié)晶速度，縮短結(jié)晶時(shí)間。其中氧化鎂能夠加快核化過程，促進(jìn)C3S形成。此外，巖相結(jié)構(gòu)溫度在1350℃時(shí)，應(yīng)用高硫煤對(duì)其進(jìn)行熟料煅燒，適量加入氧化鎂能夠有效降低硫的阻礙作用，合理優(yōu)化C3S結(jié)構(gòu)，并且礦晶體尺寸能夠調(diào)整到適合范圍。

3 結(jié)論

綜上所述，高硫煤作為水泥生產(chǎn)的主要資源，以往對(duì)此展開的研究較少，并且高硫煤對(duì)硅酸鹽水泥熟料燒成及顯微結(jié)構(gòu)影響方面的研究也相對(duì)較少，本文針對(duì)這一影響展開有效性分析，有利于提高高硫煤在水泥生產(chǎn)中的利用率，有利于促進(jìn)水泥生產(chǎn)活動(dòng)順利完成。除此之外，還應(yīng)不斷提升測(cè)試手段，優(yōu)化參與測(cè)試設(shè)備的性能，對(duì)其展開深入探究，以此優(yōu)化熟料的使用性能，充分發(fā)揮添加劑在熟料性能方面的優(yōu)化作用。

[1]何順愛,凌紅軍,朱曉燕. 生料細(xì)度對(duì)硅酸鹽水泥熟料燒成的影響[J]. 水泥工程,2012,05:23-26.

[2]龍志強(qiáng),王振林. 陰離子摻雜對(duì)硅酸鹽水泥熟料燒成的影響[N]. 重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2014,08:44-49.

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1007-6344（2017）10-0001-01