用工業(yè)廢渣生產(chǎn)緩凝水泥的方法探討

  0 引言

  路基緩凝水泥用于公路路基，用來穩(wěn)定砂礫（包括礫石土）、碎石，水泥含量一般為5%，不宜超過混合料總重的6%。由于施工拌料、鋪平、壓實時間較長，必須在水泥凝結(jié)時間之前完成，因此根據(jù)施工時間要求水泥的初凝時間大于4h，終凝時間不小于6.5h。我公司自2006年5月開始研制道路用路基緩凝水泥，2006年9月投入工業(yè)生產(chǎn)，通過多種方案的對比優(yōu)選，采用旋窯熟料與立窯熟料對摻，利用電廠脫硫石膏與磷石膏搭配，加礦渣、粉煤灰、電廠爐渣等工業(yè)廢渣進行生產(chǎn)，既滿足了公路建設(shè)所需水泥性能，又消耗了工業(yè)廢渣，達到了節(jié)約能源、減少污染、降低生產(chǎn)成本、增加企業(yè)效益的目的，實現(xiàn)了資源的綜合利用。

  1 生產(chǎn)方法

  我公司有兩條2500t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，原有六條Φ3m×11 m機立窯生產(chǎn)線，用熟料加石膏進行調(diào)節(jié)，初凝時間只有3.0h，后采取增加石膏的方法，凝結(jié)時間有所延長，但不能滿足用戶要求。采取磨頭加入0.5%～0.8%緩凝劑生產(chǎn)緩凝水泥，通過試驗，凝結(jié)時間能夠達到，但混合材摻量低，水泥生產(chǎn)成本高，后用2500t/d新型干法旋窯熟料與立窯熟料搭配，摻加磷石膏、電廠脫硫石膏、礦渣、粉煤灰、電廠爐渣等工業(yè)廢渣進行生產(chǎn)，水泥性能達到用戶要求，生產(chǎn)成本降低，可消耗大量的工業(yè)廢渣。

  2 原材料成分

  立窯熟料為本集團生產(chǎn)的熟料，旋窯熟料為本公司兩條2500t/d 新型干法旋窯熟料，其熟料成分見表1；磷石膏為山東臨沂地區(qū)某磷肥廠生產(chǎn)的廢渣、脫硫石膏為魯南電廠煙氣脫硫產(chǎn)生的廢渣；電廠爐渣為當(dāng)?shù)貪鷮庪姀S所排工業(yè)廢渣，粉煤灰為魯南電廠、曲阜電廠所排廢渣，礦渣為山東萊蕪鋼廠所排工業(yè)廢渣，見表2～7。

  3 試驗方案

  3.1 旋窯熟料與立窯熟料對比試驗

  旋窯熟料與立窯熟料的生產(chǎn)工藝不同，配料方案不同，熟料的礦物組成有較大差異。旋窯熟料的C3S的含量為55%左右，而立窯熟料的C3S含量為45%左右，旋窯熟料的SM較高，在2.7左右，而立窯熟料的SM只有2.0，表現(xiàn)在凝結(jié)時間和強度上差別較大；立窯熟料的初凝時間較旋窯熟料的初凝時間長105min, 立窯熟料的終凝時間較旋窯熟料的終凝時間長135min，利用立窯熟料凝結(jié)時間長的特點，有利于延長緩凝水泥的凝結(jié)時間。為增加混合材的摻量，保證水泥強度，采用旋窯熟料與立窯熟料搭配使用，進行試驗，見表8。

  從表8可以看出，隨著立窯熟料摻加量的增加，初凝時間在逐漸增長，強度在下降，當(dāng)立窯熟料摻到30%，與旋窯熟料摻量相等時，凝結(jié)時間最長，且強度降到控制指標低限（水泥3d強度內(nèi)控指標為≥15MPa）。因此用立窯熟料與旋窯熟料各摻30%作為熟料的比例進行試驗。

  3.2 脫硫石膏與天然石膏對比試驗

  電廠脫硫石膏與天然二水泥石膏相比，小磨試驗證明前者有較好的緩凝效果，見表9。

  小磨試驗后，我們在2號水泥磨上開始用脫硫石膏代替二水石膏生產(chǎn)水泥，指標為：細度≤5%；SO₃：1.8%±0.2%；混合材摻量為：30%±1%；其中磨頭16%電渣，加3.5%脫硫石膏，磨尾：16%粉煤灰，共生產(chǎn)66h。大磨試驗結(jié)果見表10。

  3.3 不同比例的石膏、磷石膏、混合材摻量的小磨試驗

  從表11可知隨磷石膏摻量的增加，水泥的凝結(jié)時間會增長，但熟料強度會下降，當(dāng)加到6%時會出現(xiàn)明顯的強度下降，因此磷石膏摻量應(yīng)小于6%。

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  4 方案的選擇

  從表11可以看出，生產(chǎn)方案共設(shè)計13個，通過小磨試驗，凝結(jié)時間能夠達到緩凝要求的只有G1、G2、G3、G5、G7、G11等六個方案；方案G11是采取高摻礦渣微粉方案，3d強度只有12.4MPa，且成本高，強度不合格；方案G7采用磷石膏與二水天然石膏對摻方案，強度和凝結(jié)時間合格，但熟料摻加量較高，水泥成本高；方案G5采用磷石膏與二水天然石膏混摻方案，強度和凝結(jié)時間合格，但熟料摻加量較高，水泥成本高；方案G3屬礦渣高摻方案，由于礦渣易磨性較差，水泥粉磨臺時產(chǎn)量低，電耗高，成本高；方案G2磷石膏摻量較高，強度低，以上方案不宜采用；采用方案G1成本較低（表12）,是可行的方案。

  5 大磨生產(chǎn)

  2006年9月進行工業(yè)性試生產(chǎn)（表13），采用一臺Φ3m×9m水泥磨和三臺Φ2.2 m×6.5m水泥磨進行粉磨，共同進入水泥均化庫，通過多庫搭配進入水泥散裝庫，由散裝車運入工地。經(jīng)檢驗各項指標達到內(nèi)控標準，滿足用戶的要求。

  5.1 水泥控制指標

  根據(jù)用戶的需要和國家標準，制定了企業(yè)內(nèi)部路基緩凝水泥（P·C 32.5）內(nèi)控指標（表14）。

  5.2 大磨生產(chǎn)數(shù)據(jù)

  2006年10月開始正式生產(chǎn)路基緩凝水泥，所用設(shè)備為三臺Φ2.2 m×6.5m水泥磨和一臺Φ3m×9m水泥磨，全為圈流磨，出磨水泥同時進入六個小水泥均化庫，通過機械倒庫、多庫搭配進行水泥的均化。由于在水泥粉磨中加入了礦渣，物料的易磨性較原來差，水泥磨的臺時產(chǎn)量較原來生產(chǎn)P·C32.5水泥降低0.5t/h，加入0.3%的液體助磨劑，能夠改善磨內(nèi)的研磨工況，增加磨內(nèi)物料的流速，對提高磨機臺時產(chǎn)量有較好的效果，能夠提高臺時產(chǎn)量0.85t/h。表15是2006年10月連續(xù)20天的生產(chǎn)質(zhì)量情況，出磨水泥平均初凝時間為339min，平均終凝時間為397.2min，符合用戶要求，且強度完全符合P·C32.5水泥的內(nèi)控標準。

  6 生產(chǎn)中問題的處理

  用旋窯熟料與立窯料搭配，加入工業(yè)廢渣生產(chǎn)緩凝水泥，克服了單用立窯熟料生產(chǎn)強度低、混合材摻量低的缺點，也避免了用純旋窯熟料生產(chǎn)水泥凝結(jié)時間短的缺點，用高摻礦渣微粉，凝結(jié)時間能達到，但成本較高。用旋窯熟料與立窯熟料搭配，利用工業(yè)廢渣生產(chǎn)緩凝水泥性能達到要求，成本較低，但是用工業(yè)廢渣生產(chǎn)緩凝水泥在生產(chǎn)過程中應(yīng)處理好以下問題。

  6.1 磷石膏、電廠脫硫石膏水分的處理

  電廠脫硫石膏，磷石膏進廠水分較高，一般在12%～15%。物料水分高，不利于機口喂料，出現(xiàn)下料不暢、堵下料溜子、計量困難等，應(yīng)采取晾曬，使水分蒸發(fā)，晾曬后水分可降低到7%左右。

  進廠時要有一定的儲備，晾干后入大棚存放，不能隨進隨用，一是臺時產(chǎn)量低，二是下料不暢，配料不穩(wěn)，影響出磨水泥質(zhì)量，有條件的可進行烘干后使用。我公司先晾曬，從電廠進來的熱電廠爐渣溫度達到250℃左右，用鏟車將這種熱電渣與石膏按比例進行搭配，并混合均勻，使電渣與磷石膏充分接觸，利用熱電渣的熱量，能夠?qū)⑹嘀械乃诌M行蒸發(fā)，使石膏不再粘附，同時電渣為粒、塊狀，克服了單獨磷石膏不易下料的缺點。

  6.2 加強磨內(nèi)通風(fēng)，及時排出磨內(nèi)水分

  在水泥粉磨操作上要改進操作方法，將磨尾排風(fēng)機風(fēng)門，由原來的80%開到100%，目的是加大磨內(nèi)排風(fēng)，讓磨內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣及時排出磨外，減少磨內(nèi)水分的積存，利于提高磨機產(chǎn)量。

  6.3 控制進廠磷石膏的磷含量

  對進廠磷石膏的磷含量要經(jīng)常進行檢測，對于某些不具備檢測條件的水泥廠化驗室，可在省水泥質(zhì)檢站進行檢測，磷石膏P₂O₅的含量一般控制在0.3%～0.5%，磷含量過高，會引起水泥的凝結(jié)時間過長，強度下降幅度較大，應(yīng)定期檢測。我公司進廠磷石膏每批次都要到省站進行檢測，同時進廠的石膏要分清批次，打好堆存放，便于均化搭配。

  7 結(jié)束語

  用工業(yè)廢渣生產(chǎn)路基緩凝水泥，廢渣中的磷酸鹽能夠提高水泥中C3A的活性，延長C3A的誘導(dǎo)期，能夠延緩水化速度，抑制鈣礬石晶體向長度方向生長，從而避免在顆粒之間盡快形成連接橋，延緩了水泥的凝結(jié)。

  （1）通過試驗，磷石膏和天然石膏一樣可以作水泥調(diào)凝劑，但要控制好磷石膏的含磷量和進廠水分。

  （2）磷石膏可以單獨使用亦可以搭配使用，單獨使用時，當(dāng)摻量達到一定程度會降低水泥的強度。

  （3）電廠脫硫石膏與磷石膏搭配使用，緩凝效果較好，解決了新型干法水泥熟料無法生產(chǎn)緩凝水泥的矛盾，增加了混合材摻加總量。

  （4）用電廠脫硫石膏、磷石膏作緩凝劑解決了工業(yè)廢渣（電廠脫硫石膏、磷石膏）占地，污染環(huán)境問題，增加水泥企業(yè)效益。

  （5）用工業(yè)廢渣生產(chǎn)路基緩凝水泥，比生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥P·C32.5水泥能多加入工業(yè)廢渣15%，每年多消耗工業(yè)廢渣4.5萬t。節(jié)約標準煤近0.5萬t，每年節(jié)約天然石膏1.8萬t，生產(chǎn)成本每噸節(jié)約6元，年節(jié)約生產(chǎn)成本 180萬元，實現(xiàn)了資源綜合利用和經(jīng)濟的循環(huán)發(fā)展。