煤灰渣生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥的質(zhì)量及其效益分析

戴昌軍

摘要：目前，大部分水泥生產(chǎn)企業(yè)主要使用粒狀高爐礦渣生產(chǎn)水泥，但在水泥生產(chǎn)銷售高峰期，高爐礦渣粒度價(jià)格也在不斷上漲，導(dǎo)致水泥生產(chǎn)成本上升，不同程度地降低了生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了降低水泥生產(chǎn)成本，我們使用蒸汽機(jī)車排出的煤灰渣作為水泥外加劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究工作，并進(jìn)一步分析了煤炭的使用質(zhì)量和效益灰渣生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥。

關(guān)鍵詞：煤灰渣；普通硅酸鹽水泥；效益

煤灰渣是工業(yè)廢棄物，堆放占用大量的場(chǎng)地，并污染環(huán)境。綜合利用這些廢渣生產(chǎn)水泥，不僅有利于減少污染、減少礦物資源開采量、保護(hù)環(huán)境、維護(hù)生態(tài)、還能降低水泥生產(chǎn)成本、提高水泥質(zhì)量、增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。我們同某水泥廠合作，在兩臺(tái)機(jī)立窯上分別利用硅錳渣、鎳渣、煤矸石配料燒成熟料，煤灰渣作混合材生產(chǎn)普硅水泥，取得了良好的效果。

1、煤灰渣硅酸鹽水泥應(yīng)用現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國(guó)工業(yè)建筑用建筑材料的性能要求越來越高，重視工業(yè)廢渣的開發(fā)利用變得越來越重要。目前，我國(guó)煤灰渣的排放對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。它主要是一種固體工業(yè)廢棄物，其排放量相對(duì)較大，來自火力發(fā)電廠。年平均排放量約為5.6億噸。為了減少煤灰渣對(duì)環(huán)境的危害，對(duì)煤灰渣的特性進(jìn)行了研究和分析。有關(guān)人員發(fā)現(xiàn)，將煤灰渣作為混凝土加入，可以有效提高混凝土的包裝性，減少用水量。加強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度和耐久性，在輕骨料混凝土的制備過程中加入一定量的煤灰渣不僅可以改善混凝土的各種性能，而且可以解決煤灰渣造成的環(huán)境污染。本文對(duì)不同含量的煤灰渣輕骨料混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)，找出了煤灰渣摻入后的最佳混凝土性能，分析其特性，并提出了一些改進(jìn)措施和方法。具體有很大的幫助。

我國(guó)從1956年開始研制硅酸鹽水泥，至今已經(jīng)有五十多年的發(fā)展歷史了，其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，且應(yīng)用也非常廣泛，在各大鋼廠、陶瓷廠以及建筑加工廠都有廣泛的使用。用硅酸鹽水泥配制的硅酸鹽水泥混凝土有著優(yōu)越的物理和化學(xué)性能，質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、功能廣泛等特點(diǎn)使它的應(yīng)用也越來越廣泛。據(jù)相關(guān)部門數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2010年我國(guó)硅酸鹽水泥混凝土建筑的工業(yè)和民用建筑面積大1031萬(wàn)多平米，其使用十分廣泛，且建筑質(zhì)量非常好。但是隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，硅酸鹽水泥混凝土的各項(xiàng)性能不再滿足人們建設(shè)的需求，所以需要對(duì)其性能進(jìn)行改進(jìn)和重新配制。通過實(shí)驗(yàn)表明，在硅酸鹽水泥混凝土中加入一定量的煤灰渣可以提高其力學(xué)性能，所以說加強(qiáng)對(duì)硅酸鹽水泥混凝土的研究刻不容緩。

2、原材料化學(xué)成分和配料方案

2.1原材料化學(xué)成分

煤灰渣是一種含硅鋁化合物的人工類火山灰質(zhì)混合材，由干煤灰渣內(nèi)部有很多空隙，使熟料中的fCaO水化形成Ca（OH）2，，體積有膨脹余地，能夠消除水泥中fCao的破壞作用。利用煤灰渣代替等量?；郀t礦渣后，不僅從可比材料價(jià)值方面降低單項(xiàng)成本，而且所生產(chǎn)的普通水泥的力學(xué)強(qiáng)度亦有不同程度的提高。由于煤灰渣的比重和容重均較低，而且具有較大的標(biāo)準(zhǔn)稠度和具有火山灰的性質(zhì)，所以水泥的比重隨著煤灰渣摻量的增加而減小，標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間相比增大和延長(zhǎng)。

2.2配料方案

該廠原來使用石灰石、鎳渣、粘土、無煙煤、氟硫復(fù)合礦化劑配料生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥。為了進(jìn)一步降低成本，同時(shí)創(chuàng)造條件爭(zhēng)取享受國(guó)家有關(guān)資源綜合利用的優(yōu)惠政策可以減免稅金，增強(qiáng)企業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，使用石灰石、硅錳渣、鎳渣、煤矸石、無煙煤進(jìn)行配料生產(chǎn)熟料，將煤灰渣作為混合材生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥。

煤矸石是煤礦煤層中的伴生礦物。它在采煤過程中產(chǎn)生并作為廢物匯集在一起。另外，在生產(chǎn)過程中煤炭使用者，如焦化廠和洗煤廠的廢棄物，占據(jù)了很大的空間，堆放和處理、污染環(huán)境成為公共危害。然而，從礦物學(xué)角度來看，煤矸石含有高Al2O3，中等量的SiO2和少量的碳。這是一種用于煅燒水泥的優(yōu)質(zhì)粘土材料。在煅燒期間，高嶺石分解可提供活性。非常好的Al2O3和SiO2有利于水泥礦物的形成；煤矸石熱量約8300kg/kg，可節(jié)約燃煤、降低成本。

3、煤灰渣生產(chǎn)普通水泥的特點(diǎn)及效益分析

據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，中國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量為100824.2萬(wàn)噸，居世界前列。然而，中國(guó)煤炭燃燒對(duì)煤灰渣造成的環(huán)境影響也是世界上最高的。煤灰渣主要是一種固體工業(yè)廢棄物，火電廠排放量較大。煤灰渣會(huì)增加空氣懸浮顆粒物濃度，對(duì)空氣質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，對(duì)地表水和底部造成嚴(yán)重污染。因此，據(jù)說煤灰渣的處理是中國(guó)最迫切的問題。通過有關(guān)部門的研究，煤灰渣可以改善硅酸鹽水泥混凝土的力學(xué)性能。這對(duì)我們來說是個(gè)好消息。它可以在減少環(huán)境污染的情況下提高混凝土的性能。這一發(fā)現(xiàn)無疑是對(duì)具體發(fā)展的貢獻(xiàn)，分析不同煤灰渣摻入量的硅酸鹽水泥混凝土的強(qiáng)度。

多數(shù)水泥生產(chǎn)廠家用粒化高爐礦渣生產(chǎn)普通水泥，但就目前礦渣的價(jià)格，烘干后其成本約在135元八左右，而煤灰渣價(jià)格只有5元八左右，兩種材料差價(jià)在130元左右，相比之下，以煤灰渣代替等量的?；郀t礦渣生產(chǎn)普通水泥，其潛在的效益是巨大的。以一個(gè)年產(chǎn)5萬(wàn)噸普通水泥企業(yè)為例，以平均比例10%煤灰渣代替等量粒化高爐礦渣，每年可使用煤抓渣.05萬(wàn)噸（代替礦渣用量0.5萬(wàn)噸）年生產(chǎn)總成本降低65萬(wàn)元，即每生產(chǎn)一噸水泥成本降低13元。

4、關(guān)鍵工藝措施

4.1嚴(yán)格控制生料細(xì)度

原料細(xì)度需要更精細(xì)，并且可以增加反應(yīng)體系的比表面積和表面能。它有利于分子在反應(yīng)系統(tǒng)中的遷移并與合成礦物發(fā)生碰撞。該植物的原始粗材料是粗糙的，<0.08篩余量少于8%，并且0.2篩篩網(wǎng)未被控制。放大后，觀察到0.08目的細(xì)濾渣，主要是白色石灰石顆粒和黑鎳渣顆粒，這部分石灰石顆粒較大，分解形成的CaO團(tuán)簇難以分散并與其他分子遷移形成礦物。剩余部分以fCaO的形式存在于熟料中，這減少了反應(yīng)中涉及的CaO的量。類似地，過大的鎳渣顆粒不能分散和遷移，并且局部形成鐵含量高的鐵水孔。熟料中灰白色的點(diǎn)是由局部還原氣氛引起的高鐵相物質(zhì)，甚至是FeO或Fe。

4.2提高成球質(zhì)量

每個(gè)人都認(rèn)識(shí)到煅燒小球的好處。關(guān)鍵是要采取有效措施確保這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施。通過計(jì)算，我們可以看到顆粒的大小和體積效應(yīng)?？梢钥闯?，隨著丸粒直徑的增加，體積增加數(shù)倍。根據(jù)燒結(jié)過程的傳質(zhì)機(jī)理，燃燒這些顆粒所需的時(shí)間顯著增加。容易形成燃燒不良的材料；隨著球團(tuán)尺寸的增加可能導(dǎo)致中心氧化氣氛不足，還原殼材料的形成以及熟料后期強(qiáng)度降低，根據(jù)我們的試驗(yàn)，28d的抗壓強(qiáng)度降低了約5MPa。有必要建立嚴(yán)格的崗位責(zé)任制度，在維持球板時(shí)將粒徑為5mm-10mm的顆粒增加到80%以上，并為煅燒操作創(chuàng)造條件。

4.3加強(qiáng)立窯煅燒操作

該配料方案所使用的原料中硅錳渣、鎳渣含有大量的低價(jià)態(tài)金屬氧化物，原料分析其燒失量是負(fù)值，能夠降低系統(tǒng)的低共熔點(diǎn)，降低高溫熔體的粘度，能夠促進(jìn)礦物的形成。但是要求加強(qiáng)煅燒操作，必須保證物料在充分的氧化氣氛中燒成，否則熟料強(qiáng)度急劇下降，安定性不合格。因此要求機(jī)立窯全風(fēng)操作，快燒急冷；采取這些措施后燒出的熟料結(jié)塊好散料少，外觀呈深黑色塊狀并且無死燒料。

5、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采用煤灰渣代替礦渣生產(chǎn)普通水泥從工藝上是可行的，水泥性能可靠，同時(shí)企業(yè)可獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。其次，當(dāng)采用煤灰渣做混合材時(shí)，生產(chǎn)普通24水泥摻量要蕊12%，生產(chǎn)復(fù)合水泥摻量要20%為宜。最后要加強(qiáng)進(jìn)廠煤灰渣的均化，以利提高水泥強(qiáng)度的均勻性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王允.淮北礦區(qū)電廠超臨界流化床燃煤灰渣與水泥協(xié)同效應(yīng)的研究[D].安徽建筑大學(xué)，2014.

[2]張志偉.原生型無水石膏在硅酸鹽水泥中的作用研究[D].重慶大學(xué)，2012.

[3]馬世洪.水泥粉煤灰渣穩(wěn)定碎石路用性能試驗(yàn)研究[D].重慶交通大學(xué)，2010.

[4]葛介龍.脫硫煤灰渣在水泥中應(yīng)用的可行性研究[A].中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì).二氧化硫污染治理技術(shù)匯編——2001年全國(guó)煙氣脫硫成套技術(shù)工程應(yīng)用實(shí)例分析及學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)：，2001：7.

[5]王復(fù)生.復(fù)合硅酸鹽水泥技術(shù)開發(fā)在青海通過鑒定[J].建材工業(yè)信息，1992（07）：4-5.