楊明
摘要:硅酸鹽水泥生產(chǎn)中,熟料燒成中的硫酸鹽是原料和燃料煤帶入,對(duì)于水泥熟料燒成具有一定影響?;诖?,文章利用Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O純化學(xué)試劑為生產(chǎn)水泥的堿、氯、硫,通過(guò)制備樣品后,將樣品放置在050℃、1100℃、1250℃、1360℃溫度下燒成,分為4組進(jìn)行對(duì)比分析,表明硫?qū)杷猁}水泥液相初析溫度具有影響,需合理設(shè)置硫堿比,通過(guò)添加氯的方式緩解兩者反應(yīng)。
關(guān)鍵詞:硫;硅酸鹽水泥;熟料燒制;影響規(guī)律
前言:
能源有效利用作為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展必要解決的問(wèn)題,也是科研人員和政府關(guān)心熱點(diǎn)問(wèn)題,特別是材料的加工與生產(chǎn),始終與應(yīng)用各種能源密不可分。而水泥作為常用材料,生產(chǎn)方法主要采取新型干法技術(shù),提高生產(chǎn)效率的同時(shí),充分利用自然寧愿與資源,減少有害物質(zhì)污染環(huán)境,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此,在硅酸鹽水泥熟料燒成中,應(yīng)當(dāng)合理應(yīng)用高硫煤,明確硫?qū)杷猁}水泥燒成影響,以控制硫堿比例,促進(jìn)熟料礦物低溫形成。
1材料和方法
1.1材料
能夠降低水泥熟料液相初析溫度、液相粘度,增加液相量,構(gòu)成過(guò)渡相,促進(jìn)熟料礦物形成礦化作用。干法水泥生產(chǎn)中,應(yīng)用高硫煤易造成系統(tǒng)結(jié)皮堵塞,主要是由于氯、堿、硫三者循環(huán)富集,考慮硫和堿、率共混情況,配料選用純化學(xué)試劑,堿、氯、硫分別由Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O引入。
1.2制備樣品
稱取化學(xué)試劑后,將其放置在瑪瑙研缽中,研磨1h均勻混合,添加8%蒸餾水均勻攪拌,放入金屬模具,壓力25KN下壓制為厚0.5cm、直徑2cm,重為6g圓餅。圓餅放置在烘箱中,設(shè)置為105℃烘干1h,除去外在水分,后放在坩堝中放入硅鋁爐內(nèi)煅燒,手動(dòng)將室溫提升至400℃,以10℃/min的升溫速率提升至目標(biāo)溫度,分別為1050℃、1100℃、1250℃、1360℃,每個(gè)溫度下進(jìn)行恒溫煅燒2h,取出后自然冷卻至室溫,獲得水泥熟料,將其放入瑪瑙研缽研磨,觸手無(wú)顯著顆粒感即可,防治在干燥器內(nèi)等待測(cè)量。
1.3測(cè)試方法
將樣品配料分為4組,a組不添加Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O,b組添加CaSO4·2H2O,不添加Na2Co3、CaCl2,c組添加CaSO4·2H2O和Na2Co3,不添加CaCl2,d組添加Na2Co3、CaCl2、CaSO4·2H2O。
1.3.1 差熱分析
利用差熱電偶測(cè)定樣品與熱中性體加熱中溫差,熱差電偶的熱電偶分別插在被測(cè)樣品與熱中心體中,均勻加熱中,樣品無(wú)物理化學(xué)變化和熱效應(yīng)產(chǎn)生,表明熱中性體和樣品無(wú)溫差,相反,則會(huì)產(chǎn)生溫差電勢(shì),通過(guò)溫差對(duì)溫度(或時(shí)間)作圖,即可獲得差熱曲線。實(shí)驗(yàn)中采取差熱分析,分析整體煅燒中熟料的物理化學(xué)變化,明確生料液相初析溫度,應(yīng)用設(shè)備為熱分析儀,參比物Al2O3,氣氛是空氣,升溫速度是10℃/min,溫度最高1500℃。
1.3.2X射線衍射分析
X射線攝入結(jié)晶物質(zhì)后,會(huì)產(chǎn)生衍射情況,特征值為衍射線的強(qiáng)度與方向,d值由于和晶胞大小、形狀相關(guān),I/I0值和晶胞的數(shù)目、原子種類、位置相關(guān),任何結(jié)晶物質(zhì)衍生數(shù)據(jù)的I/I0值與d值均為晶體結(jié)構(gòu)特征反映。所以,根據(jù)X射線衍射技術(shù)能夠獲得晶面兼具d值與I/I0值,鑒別結(jié)晶物質(zhì),分析樣品物相。實(shí)驗(yàn)中采取X射線衍射分析,研究不同溫度熟料礦物組成,分析礦相轉(zhuǎn)變規(guī)律,應(yīng)用設(shè)備為X射線衍射儀,靶材為Cu,工作電壓35KV、工作電流30mA,測(cè)量角度5-60°,轉(zhuǎn)速是10°/min。
2結(jié)果與分析
2.1外觀特征分析
根據(jù)熟料外觀而言,1100℃和1050℃時(shí),煅燒熟料餅仍為塊狀,1250℃下熟料煅燒a組樣品疏松,完全粉化,b組部分粉化,c組則出現(xiàn)較多液相,d組少量液相,粘附在坩堝壁上,表明不加硫生料a相較于加硫b組更易粉化,c組加硫、堿易使得液相提前出現(xiàn),d組添加少量氯可環(huán)節(jié)硫堿作用。
在1360℃下,熟料煅燒a組疏松,完全粉化,b組部分粉化,c組則出現(xiàn)較多液相,d組少量液相,粘附在坩堝壁上,和1250℃下樣品外觀特征無(wú)較多差別。未加硫樣品產(chǎn)生嚴(yán)重粉化,加硫后改善粉化情況,且硫在氯、堿存在下遏制粉化現(xiàn)象。
2.2差熱分析結(jié)果
在800℃下,分解大量碳酸鹽,1070℃下產(chǎn)生不明顯放熱峰,水泥熟練中間形成部分C2S、氯酸鹽礦物及礦物;1250-1360℃范圍內(nèi),有第二個(gè)吸熱峰產(chǎn)生,表明逐漸形成液相,且形成液相量逐漸增多。為添加硫、堿、氯情況下,生料液相前難以看到放熱峰,表明物料氧化物反應(yīng)較慢,形成熟料礦物速度慢,添加硫、堿、氯后使得氧化物激烈反應(yīng),1050-1100℃產(chǎn)生顯著放熱峰,表明硫、堿、氯加劇固相反應(yīng),促進(jìn)了熟料燒成。
2.3X射線衍射結(jié)果
在1050℃煅燒溫度下,樣品生成了C2F和C2S,加硫后產(chǎn)生新CA2礦相,減弱了C2S衍射峰,c組與d組中CA2消失,出現(xiàn)含硫礦相C4A3S衍射峰,表明CA2消和CaO、Al2O、CaSO4產(chǎn)生反應(yīng),生成C4A3S,增強(qiáng)了C2F衍射峰,增加C2S含量,表明1050℃下,單獨(dú)添加硫能夠促進(jìn)礦物溶劑形成。而在溫度升高下,至1100℃,主要礦物和1050℃無(wú)顯著差別,繼續(xù)提高溫度至1250℃,未交流礦物生成C2S、C2F,其他加硫則生成C4A3S、C3S衍射峰,增強(qiáng)C3S衍射峰,表明部分固溶與分解,溫度為1360℃時(shí),礦物主要是C3S、C2AS、C3A、C4AF,促進(jìn)生成C2AS有害礦物。
3結(jié)論與分析
在硅酸鹽水泥熟料燒成中,根據(jù)上述討論,為便于分析,硫在1050-1360℃下生成礦物列表見(jiàn)表1。
通過(guò)分析可知,1050℃下,a組有不顯著放射峰,d組有顯著放射峰,是在硫、堿、氯調(diào)價(jià)下生成,降低形成C4A3S溫度,增加C2S、C2F生成量,放出大量熱。b組在1070℃和1090℃下出現(xiàn)吸熱峰,生成C2S、C2F,c組也在該溫度下生成礦物,轉(zhuǎn)化為C4A3S,三者放出大量熱量。b組液相初析溫度相較于a組有所降低,在該溫度下主要生成大量C2AS,其熔點(diǎn)較低,且C4A3S部分溶于液相,進(jìn)而降低了整個(gè)系統(tǒng)共熔點(diǎn),c組最低的液相初析溫度,在于分解C4A3S放出SO3,添加堿形成固溶體與含堿礦物。因此,實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)用高硫煤燃料中,需考慮硫堿作用降低液相初析溫度,合理控制硫堿比,添加氯可緩解兩者影響。
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