利用工业废渣和生活炉渣生产水泥

利用工业废渣和生活炉渣生产水泥（共6篇）

篇1：利用工业废渣和生活炉渣生产水泥

利用工业废渣和生活炉渣生产水泥

1前言 随着水泥工业的不断发展,工业废渣在水泥生产中的应用取得了很大的进展,特别是近几年工业废渣在水泥生产中代替原料的.应用,不同程度地降低了成本,降低了工业废渣对环境的污染.云南省昭通市镇雄县位于云南省东北部,人口100多万,是云南省人口第一大县.

作 者：谢立灏 鲁绍松 作者单位：谢立灏(云南省建材科研设计院,昆明,650221)

鲁绍松(镇雄县南台水泥厂,657200)

刊 名：建材发展导向英文刊名：DEVELOPMENT GUIDE TO BUILDING MATERIALS年，卷(期)：1(z2)分类号：关键词：

篇2：利用工业废渣和生活炉渣生产水泥

吉林亚泰水泥有限公司自1993年6月投产以来,一直采用传统的三组分配料方案进行生产.7月份公司开始研究利用湿粉煤灰替代粘土及用石灰石、铁矿石、硅石配料生产.4月份又开始用镍渣替代铁矿石配料,降低硅石的.掺加量,经过多次工业性试验,熟料质量有了一定的提高,磨损得到了降低,有利于操作和质量控制.在现代化的窑外分解窑及大型中卸烘干磨上,采用湿粉煤灰、镍渣替代粘土、铁矿石配料,利用工业废渣做混合材双掺生产出的高掺量工业废渣的P・C32.5R复合硅酸盐水泥、P・O32.5R普通硅酸盐水泥及P・O42.5R以上品种的水泥取得了成功,工业废渣掺量P・C32.5R为40.3%,P・O32.5R为34.3%.产品质量经国家水泥质量监督检验中心检验各项理化指标达到或超过了国家标准(GB175-)(GB12958-1999)的要求.

作 者：刘玉峰 朱小东 作者单位：刘玉峰(吉林亚泰水泥有限公司,长春,双阳,130617)

朱小东(吉林省建筑材料工业设计研究院,长春,130062)

篇3：利用工业废渣和生活炉渣生产水泥

天业水泥是新疆天业 (集团) 有限公司循环经济产业链的最后一环, 现拥有7条水泥生产线、1条湿法电石渣生产线和6条新型干法电石渣及废渣制水泥生产线, 主要原料电石渣、粉煤灰、炉渣、硫酸渣、石灰粉末、柠檬酸渣、铜渣、电石炉收尘灰、煤矸石等工业废渣均来源于天业集团内部各产业。公司始终坚持循环经济的发展理念, 遵循“减量化、资源化、再利用”的原则, 废弃物利用率高达82.5%, 生产的各品种等级的普通水泥、复合水泥均达到国家优质产品要求, 并取得产品认证, 成功试制并生产出了硅酸盐P·Ⅱ52.5低碱水泥。

2 可行性分析综述

天业水泥共拥有7条生产线, 其中青松天业拥有一条年产35万吨熟料的生产线, 其使用的原料主要为电石渣、风积沙、硫酸渣、铜渣、炉渣、粉煤灰、硅石、石灰粉末等。

(1) 以降低熟料中的R2O含量为标准选择原料

从表1数据可以看出, 虽然现有原材料成分虽然可以满足开发硅酸盐P·Ⅱ52.5低碱水泥要求, 但必须将熟料中的R2O含量控制在0.60%以下。钙质、铁质原料均能满足要求, 而硅铝质原料碱含量较高, 无法达到<1.0%的要求, 搭配碱含量低的硅质校正原料, 可降低熟料中碱含量, 经优选后用硅石代替风积沙。

配料方案确定:电石渣、风积沙、硫酸渣、铜渣、炉渣、粉煤灰、硅石。

方案一:根据正交试验法配料, 计算熟料的碱含量为0.60%, 符合不超过0.60%的要求。

从表2数据可以看出, 由于风积沙及粉煤灰的碱含量较高, 为了降低熟料中的碱含量, 此方案降低了风积沙及粉煤灰用量, 配料方案中采取低KH值、低SM值、中AM值。实际生产中熟料28d强度较低, 同时, 熟料在煅烧过程中虽然KH值较低易烧, 但由于SM值较低, 熔剂矿物相对较多, 窑中大块熟料相对较多, 易结圈, 虽然加大用煤量, 但熟料还是存在烧不透的现象, 熟料f Ca O偏高。

方案二:根据正交试验法配料, 计算熟料的碱含量为0.53%, 符合不超过0.60%的要求。

从表3数据可以看出, 此方案熟料28d强度较低, 同时, 熟料在煅烧过程中产生黏散料, 升重低, 熟料结粒不密实, 结构疏松易碎, 产生较多的细熟料粉进入篦冷机, 由二次风吹起并带入窑前产生起砂现象, 且烧结范围窄。

方案三:根据正交试验法配料, 计算熟料的碱含量为0.51%, 符合不超过0.60%的要求。

从表4数据可以看出, 此方案熟料28d强度较高, 同时, 熟料在煅烧过程中, 随着AM值提高, 适当调整SM值, 稳定KH值, C3A在7.00%左右时, 产生黏散料现象减少, 且熟料结粒相对较密实, 升重均在1 200~1350g/L之间, 基本无飞砂现象产生。

对比三个方案可知, 方案三更符合要求, 熟料强度也可以达到要求。

(2) 调整水泥配料, 选择合适的混合材和缓凝剂 (表5)

根据几种物料的碱含量, 我们决定选择钢渣、脱硫石膏分别作混合材和缓凝剂, 使水泥中的碱含量稳定在0.51%±0.05%, 28d抗压强度在58.0MPa以上。

通过以上分析可知:用现有原料, 通过修改配料方案及调整生产工艺参数, 可以生产出硅酸盐P·Ⅱ52.5低碱水泥。

3 生产实践

表6为生产低碱熟料前配料表。

经过对低碱熟料近一个月的试生产, 最终生产出了合格的低碱硅酸盐水泥熟料, 抽样检测结果见表7。

高碱熟料在煅烧时, 液相的粘度会降低, 虽然粘度降低有利于A矿的生成, 但是液相提前出现, 物料发黏形成大块等会给熟料煅烧带来巨大的影响。熟料煅烧过程中结皮、结块、堵塞烟室 (烟室平均每星期要捅一次) , 窑内结蛋结圈及长厚窑皮, 黄心料、欠烧料、飞砂严重, 熟料f Ca O高等问题经常出现, 熟料高碱也相应制约了熟料抗压强度。

从表7可以看出, 首先, 低碱熟料在配生料时, 适当提高了AM值, 在煅烧时根据实际情况调整了SM值, 稳定了KH值, 有利于熟料结粒而降低高碱对液相粘度的影响, 使熟料易烧, 从而减少飞砂料。其次, 适当调整系统用风, 提高二次、三次风温, 使煤粉的燃烧更加充分, 烧成带热力更加集中。在煅烧过程中采用薄料快烧, 篦冷机方面采用厚料层操作, 以提高二次、三次风温。二次、三次风温的提高, 除了有利于煅烧、降低煤耗, 同时还能稳定投料量, 提高窑的转速, 做到薄料快烧。熟料升重90%以上在1 200~1 300g/L, f Ca O含量85%能控制在0.8%~1.5%之间, 也解决了碱高对熟料28d抗压强度和与外加剂适应性的影响, 同时煅烧过程中, 结皮、结块、堵塞、黄心料、欠烧料、飞砂严重、熟料f Ca O高等现象减少, 提高了熟料质量。

进行硅酸盐P·Ⅱ52.5低碱水泥的试生产后, 取样送自治区质检站进行了检验, 结果见表8。

从表8数据可以看出, 水泥送样结果各项指标均符合国标要求。

4 分析讨论

(1) 废渣制高等级水泥与石灰石磨制水泥的不同

与传统的石灰石磨制水泥在配料方案上略有不同, 废渣制高等级水泥, 熟料三率值要求中KH值、高SM值、中AM值, 除在煅烧的热工制度上略有调整外, 窑的转速要快, 达到“薄料快烧”, 其他没有明显变化。

(2) 废渣制水泥对水泥性能的影响

从以上试验结果可以看出, 最终生产出的水泥各项指标均达到并优于国标要求, 废渣对水泥各项性能无客观影响。

5 结语

(1) 将风积沙更换为硅石, 使熟料易烧, 降低了煤耗, 增加了熟料台时产量, 熟料的28d强度值平均在60MPa以上, 水泥混合材的掺加量平均提高了5.0%。

(2) 废渣利用率由82.5%提高到92.0%。

(3) 水泥、熟料完全符合国标要求, 使废渣的利用有了新的起点, 提高了市场竞争力, 创造了更大的经济效益。

(4) 只要合理有效利用废渣, 完全可以生产出高等级特种水泥。

篇4：利用工业废渣和生活炉渣生产水泥

炭化煤球渣是化肥厂生产合成氨过程中产生的煤渣, 主要成分是熟石灰和煤灰, 烧失量主要来源于未燃尽的煤, 其化学成分以氧化物的形式存在, 所以易烧性好, 可塑性中等。高碳粉煤灰是化肥厂生产合成氨过程中, 煤球燃烧炸裂后, 随废气进入收尘器收集到的粉料, 含有较多的未燃烧的煤。因此, 可以利用当地化肥厂的炭化煤渣和高碳粉煤灰代替部分石灰石、粘土及部分无烟煤, 生产出强度较高、质量较好的水泥熟料。同时由于炭化煤渣球都以氧化物形式存在, 减少了原料分解热, 使熟料热耗明显降低。

2铅锌尾矿

铅锌尾矿是铅锌矿选矿后排出的粉状废渣, 并有一定的可塑性, 其可塑性指数达到10以上。根据不同产地的铅锌矿化学成分差异较大, 大致可以分为两种类型:一种是主要成分是ZnS的硫化锌矿, 一种是主要成分为CaO和MgO较高的含硫较低的氧化锌矿。用铅锌尾矿代替部分原料生产水泥可以取得良好的效果, 熟料强度明显提高, f-CaO降低, 生产煤耗也有一定程度的降低, 同时, 由于铅锌尾矿是粉末状, 易磨性好于石灰石和铁矿石, 可以提高粉磨效率。所以用铅锌尾矿代替部分石灰石及全部铁粉、石膏是比较好的选择。

3铜锌尾矿和锡矿

铜锌尾矿是铜矿和锌矿经过破碎、酸洗等选矿处理后剩下的废渣, 呈浅灰色, 粒径50 mm左右的粒状物。锡渣是在冶炼金属锡时排出的熔融物, 经过水淬处理后成为粒径为5 mm左右的黑色颗粒, 这两种废渣的水分均在15%左右。经研究发现, 在使用时铜锌尾矿为主, 锡渣为辅, 进行双掺 (铜锌尾矿为6.5%, 锡矿为1.5%) 时, 强度较高, 效果最佳。主要由于铜锌尾矿和锡渣均含有较多的微量元素, 使生料组分数增多, 况且生料的元素在煅烧过程中, 生成液相的最低共熔点会更低, 液相量增加有利于水泥熟料烧成, 使产量提高, 热耗降低。尤其是微量元素中CuO会使矿化效果更好, 所以在使用时可以提高窑台时产量和熟料的强度。

4用于补足Al2O3的工业废渣

因为不少地方的粘土中Al2O3的含量往往偏低, 满足不了生产工艺要求。但为提高水泥熟料强度, 就必须要求水泥熟料中Al2O3不小于6%, 从而达到生成较多的硅酸盐矿物和硫铝酸钙, 因此可以采用硫酸盐废渣、电厂炉渣来补充。

5煤矸石

煤矸石灰分的化学成分与粘土相近, 因此可用它代替粘土。煤矸石矿物以高岭石类为主, 具有一定的可塑性, 因此用其替代粘土, 生料球的力学性能基本能满足生产要求。有些煤矸石灰分中Al2O3含量较高, 符合当今高铝配料的要求, 因此用煤矸石代替粘土配料有利于水泥熟料强度提高。一般煤矸石发热量在4 200多 (kJ/kg) , 少数的高达8 400多 (kJ/kg) , 因此用煤矸石代替粘土不仅能节省因堆放占用农田, 同时还能节约大量的能源。除此之外, 煤矸石的水分比粘土少, 不需要烘干, 又节约大量热能。同粘土相比, 它还含有少量的稀有元素钛等氧化物, 由于稀有元素在煅烧时可起矿化作用, 因此用煤矸石代替粘土配料, 每吨生料可以节约1千克左右标煤, 提高了生料的易烧性, 降低使用标煤, 因此一些立窑企业应用煤矸石代替粘土生产水泥熟料, 取得很好的经济效益和社会效益。

6磷渣

磷渣是工业生产黄磷时排出的废渣, 在我国许多地方都有, 尤其在云南省磷渣较多。用磷渣做原料生产水泥熟料过程中, 由于磷渣含CaO和SiO2都较高, 因此可代替部分石灰石和粘土, 此外还含有少量氟、硫、磷, 是很好的天然复合矿化剂, 所以掺磷渣后能明显提高熟料强度和产量, 降低热耗。

7电石渣

电石渣是化工厂电石水解后的产物, 电石渣的主要成份为Ca (OH) 2约占70%左右, 因此可替代部分石灰石。Ca (OH) 2比石灰石中CaCO3易分解。有的立窑水泥企业将电石渣制成电石渣浆, 用来成球, 使生料球质量提高, 因此掺电石渣后水泥熟料强度和产量提高, 热耗降低。

8金属尾砂

金属尾砂是金矿选矿排出的废渣, 金矿尾砂中含有CaO、SiO2、Fe2O3, 而且较高, 因此可部分代替铁粉, 同时代替部分石灰石和粘土, 该矿还含有FeS2和多种微量元素, 能起矿化剂作用, 所以掺金矿尾砂生料易烧性好, 使熟料中f-CaO明显降低, 强度和产量提高, 热耗降低。

9钢渣

钢渣是冶炼钢生产的废渣, 据有关资料报道, 我国每年排放钢渣量高达2 000多万吨, 占用了大量土地并污染了环境。钢渣中铁含量较高, 还有少量硅酸二钙和硅酸三钙, 除可以全部代替铁粉外, 还能提高生料球的质量。因为硅酸二钙和硅酸三钙加水后生成水化物具有胶凝性, 使料球强度提高, 改善了窑内通风, 因此用钢渣代替铁粉能使水泥熟料质量好, 产量高, 热耗降低。有些立窑水泥厂掺钢渣6%, 熟料抗压强度3天提高5MPa左右, 28天提高3MPa左右, 生料配煤量降低1.5%左右。

10铜渣和铅渣

铜渣和铅渣是冶炼铜和铅的废渣, 主要含有FeO和SiO2, 因此用它可以全部代替铁粉。同时代替部分粘土, 由于铁是以亚铁存在, 因亚铁的熔点低于Fe2O3, 在煅烧时使液相早产生, 同样烧成温度能使液相量增加, 起矿化剂作用, 所以有些立窑企业用铜渣或铅渣代替铁粉和部分粘土, 能使熟料产量、质量提高、热耗降低。

11结束语

工业废渣和金属尾矿用于水泥生产工艺中需要注意的是:一般废渣和尾矿理化性能指标和化学成分均不够稳定, 因此使用时必须对这些废渣和尾矿加强均化和生产过程的工艺指标的适时控制。水泥工业作为经济建设的重要基础, 在快速成长的同时也消耗大量的资源和能源。但水泥工业也是利用工业废渣和金属尾矿渣数量最多的行业, 也是实施“减量化、再利用、资源化”的潜力巨大的行业。同时工业废渣和金属尾矿渣利用率达到有关规定, 可以享受国家税收优惠政策, 使企业的经济效益和社会效益进一步提高。 [ID:3896]

摘要：我国各种工业废渣和金属尾矿较多, 水泥销售半径有限, 结合国家的各种政策和生产工艺要求需要, 很多企业应用了各种工业废渣和金属尾矿作为生产原料, 旨在节约资源和能源, 保护环境。从上世纪八十年代起, 已经有很多企业成功的使用了20多种废渣和金属尾矿, 取得了较好的经济效益和社会效益。笔者就工业废渣和金属尾矿渣在水泥工艺中的应用谈谈一点看法。

篇5：利用工业废渣和生活炉渣生产水泥

随着水泥需求量的大量增加，进一步加剧了能源、资源和环境的社会承载力。新的社会环境对新型干法水泥生产提出了更高的要求：除了要保证水泥产品具有优越的使用性能，还要尽可能地降低能源消耗，增加能源使用效率，使水泥工业健康稳定、可持续发展。由于新型干法生产水泥能够有效地利用工业废渣和各种废弃物，可以摆脱废弃物污染环境的局面。因此，研究和开发有效的方法和技术，充分利用废弃资源，真正使水泥生产达到绿色生产的标准，是当前亟待解决的问题。

1 利用工业废渣等废弃物的可行性

大量研究表明，水泥工业在综合利用处理工农业废弃物上具有很大的优势，水泥生产可以为工业废渣等废弃物提供一个理想的消解场所。在自身实施清洁生产的同时，还能使环境保护功能进一步地得到提升，对废弃物进行处理，使废弃物达到无害化、减量化、资源化的要求。

1.1 废渣的成分要符合水泥制备的质量要求

水泥熟料主要由硅酸盐矿物组成，基本化学成分是氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁等，而工业废渣及某些尾矿等也含有上述成分或者少量的硅酸盐矿物。

1.2 工业废渣中的矿物组成和适量微量元素有利于水泥生产

某些矿石经煅烧后所排出的废渣或者副产品中，仍含有少量铁、铝、硅、钙等水泥熟料中所含有的低级矿物和微量元素，仍然保持着某些无定形成份。

1.3 水泥干法回转窑是焚烧可燃性废弃物的最佳炉型

水泥干法回转窑具有很多特点，例如容积大、热容量高、运行稳定、煅烧温度高、废料的停留时间长、无二次污染物排出等。因此，它是焚烧可燃性废弃物的最佳炉型。

1.4 烧工业废弃物技术已有生产使用经验

利用干法回转窑焚烧工业废弃物技术，国外研究得比较早，美国从1970年开始就进行该技术的研究，此技术在80年代后期得到推广。日本等一些发达国家利用工业废渣等替代天然的原料或燃料，生产出达到质量标准并符合环保和能耗要求的合格水泥，技术成熟，工艺和设备运行可靠。为我们提供了焚烧工业废弃物的经验。

2 利用工业废渣的有效途径

目前水泥工业利用废渣主要用于原料、外加剂和替代燃料。为综合利用废渣，政府的相关部门还制定了利废的鼓励措施和政策。此外，烘干、均化、高细磨、外加剂等技术的发展是大量利用废渣进行工业生产的基础。对工业废渣的选择利用，应根据废渣的物理和化学性质，决定其使用范围。

2.1 用作生产水泥熟料的原料

2.1.1 硅酸盐水泥生料配料组分

根据工业废渣自身的化学成分，可用于替代粘土、铁质作配料组分。使用废渣不仅减少对天然资源的消耗，有的还能带入热量，减少燃料消耗。

2.1.2 生产特种水泥熟料

如：利用高铝粉煤灰代替黏土配料，生产粉煤灰中、低热水泥熟料。用化工厂生产的柠檬酸渣生产硫铝酸盐水泥;用煤矸石配料生产白色水泥等。

2.2 用作水泥外加剂

2.2.1 矿化剂

某些废渣中含有的金属微量元素是很好的矿化剂。如磷石膏、电石渣、氟石膏等含有的三氧化硫、磷、氟离子等都是天然的矿化成分，可以降低烧成温度和增加液相量。

2.2.2 水泥混合材

某些工业废渣经过冶炼煅烧，大部分具有活性或者潜在活性，可用作水泥混合材，随着高细技术的发展应用，促进了废渣利用的利用范围。

2.2.3 水泥调凝剂

含气硬性石膏系列的工业废渣如改性磷石膏等，可替代石膏作为调凝剂。

2.3 作为水泥混凝土的改性材料

用于水泥混合材的工业废渣，如矿渣、粉煤灰等，经磨细后作为混凝土的改性材料。

2.4 替代燃料

某些工农业废渣因为含有的有机物质具有可燃性，有的工业废渣本身含有热值或者低级熟料矿物，可用熟料煅烧的替代燃料。但在使用时，中控操作控制上需注意对预热器运行温度的影响。

3 处理和利用废渣需要注意的问题

水泥行业是公认的可利用废弃物量大、范围广、效果好的行业，它不仅能利用废弃物，还可以代替焚烧炉消解一些有毒害的危险废弃物。由于水泥行业利用和处置废弃物是在生产过程中进行的，因此对所处理的废弃物要进行选择，不是什么废弃物都可以随便被利用，也不是使用量不受限制，更不是随便拿来就用于配料或者用作水泥混合材。特别是用水泥窑处理废弃物时，要满足以下条件：

(1)不能影响水泥窑的正常操作运转。

(2)不能影响水泥熟料质量。

(3)不能对生产设备造成破坏和损害。

(4)在处理过程中，不能危害到操作人员的健康和生命以及影响当地的环境。废弃物的利用是一个全新的技术领域，还处于发展阶段，有它的特殊性和要求，有很多问题需要研究人员解决。

在处理和利用废渣时，需要重视以下几个问题。

3.1 事先需要明确的问题

(1)所替代常规原料和燃料的数量和成分，特别注意有害物质含量，包括有害成分、PCB、重金属元素。

(2)替代燃料的热值。

(3)了解和掌握所替代原料和燃料的理化性能，以便有针对性地进行生产工艺的预处理。

3.2 用作替代燃料使用时的注意点

3.2.1 原则

替代常规燃料后，除考虑社会和环境效益外，还要考虑到生产企业的经济效益，成分控制上必须适应水泥窑的生产工艺要求，不影响其正常稳定运行，在环保上必须确保无害排放和对产品无害。

3.2.2 最低热值要求

一般的回转窑燃气温度为1900℃，分解炉气体温度为1200℃，利用低热值燃料时，必须增加热能才能达到同样的燃气温度，在欧洲，一些国家从能量替换比上考虑，将11MJ/kg作为替代燃料的最低允许热值。

3.2.3 选择加入点

应正确选择加入点，被油和有机物污染的锯末等不能由低温处加入。因分解炉温度低，停留时间短，分解炉只能加入容易吹送、易燃的及经过粉碎的替代燃料，如塑料珠粒、加工后的废木料等。对废油、石油焦、废木料、塑料等可加入窑头，其中粉状燃烧速率快，可以和煤同时从窑头燃烧器喷入窑内，而颗粒较粗且难以燃烧的可粉碎后再与煤粉一起投入窑内。

3.3 其他方面

(1)提出对废弃物原料进场的质量要求。

(2)加料要均衡，防止突然过量。

(3)采用废渣或替代燃料，若带入过量的硫和氯离子时，水泥厂要加设放风系统。

(4)建立和完善我国在利用废渣方面的环保监测方法、标准和法规。

4 结束语

新型干法水泥生产中利用废渣，使废渣得到资源化利用，这是一个全新的话题。在不影响熟料性能的情况下多加入废渣，可以有效地降低水泥生产成本，还可以改善生态环境，具有良好的社会效益和经济效益。因此，应该加大对该行业的支持力度，降低消耗，挖掘设备潜能，充分发挥新型干法生产线的优势，不断地增加企业效益，使得新型干法水泥生产行业得到健康、稳定发展。

参考文献

[1]乔岭山.水泥厂利用废弃物的有关问题.水泥, 2002 (10) :12.

[2]李宪军, 张树元, 王芳芳.镁渣废弃物再利用的研究综述.混凝土, 2011 (8) .

[3]柴春省.新型干法水泥生产线实现污泥资源化利用的实践与探索.中国科技信息, 2010 (2) .

篇6：利用工业废渣和生活炉渣生产水泥

随着我国对SO2污染控制的加强,越来越多的燃煤电厂开始采用烟气脱硫技术,但由此产生的脱硫灰的“去向”却成为一大难题。电厂除硫往往是把吸收基为钙基的石灰石喷到炉膛燃烧室上部,随后石灰石瞬间燃烧生成CaO,新生成的CaO与SO2进行硫酸盐化反应生成CaSO4,并随飞灰在除尘器中收集,收集到的工业废渣称为脱硫灰,但是这样又出现新的问题和难题——脱硫灰的综合利用[1,2,3]。脱硫灰中CaO、CaSO3、CaSO4、Ca(OH)2和CaCO3等含量高,普通粉煤灰中含SiO2、Al2O3和Fe2O3较多[4]。故脱硫灰与普通粉煤灰在成分、性质上有较大的不同,目前难以有效地利用;如果只是简单地堆放脱硫灰,不但将占用大量的土地,还会对环境造成严重的二次污染[5,6]。近年来,一些科研人员也通过实验验证了使用脱硫灰可制备胶凝材料,可能是由于脱硫技术的不完善导致其质量上波动较大[7],因此影响了脱硫灰的大规模工业综合利用。电石渣是化工业的废渣,其主要成分是消石灰,而生石灰是生产蒸压加气混凝土砌块重要钙质原料,如果能成功利用电石渣取代生石灰用于加气混凝土的生产将会带来巨大的经济效益和环境效益[8]。

以工业废渣为主要原材料,研制生产新型墙体材料不仅可以使工业废弃物减量化和资源化,而且能就地取材、废物变宝、节约土地、保护环境[9]。现今建筑行业,蒸压加气混凝土砌块以其质轻、利废节土、保温隔热、吸声隔声等性能成为目前新型墙材发展中最具潜力的材料之一[10,11]。

本研究基于利用脱硫灰、电石渣等工业废渣生产蒸压加气混凝土砌块,并根据GB 11968—2006《蒸压加气混凝土砌块》的要求,通过测试成型试样的抗压强度和干密度来确定最优配合比。

1 实验原料与方法

1.1 实验原料

水泥:采用焦作坚固水泥厂生产的P·O42.5水泥。

生石灰:原料磨细至通过孔径0.15 mm的新标准方孔筛,筛余量14%,消解时间15 min,有效氧化钙含量86.92%。

粉煤灰:所用普通粉煤灰和脱硫粉煤灰均来自当地电厂,其化学成分见表1。

%

电石渣:电石渣取自水泥厂原料堆棚,为河南某化工厂的干排电石渣。其化学成分见表2。

%

铝粉:生产加气混凝土的铝粉要求有较好的发气特征;在2 min以前发气要很慢,2 min以后要大量发气,到8 min以后发气开始减慢,16 min以后发气基本结束,24 min发气反应全部结束。

外加剂:六偏磷酸钠、焦磷酸钠。

水:自来水。

1.2 试验方法

(1)试件制备

先把各种原料进行处理,在各种物料计量混合均匀,且模具已就位的情况下,即可进行料浆搅拌,在物料浇注前0.5min左右加入铝粉悬浮液、外加剂。然后浇注入模,试模规格为400 mm×100 mm×100 mm,浇注后模具推入初养室,室温为55~65℃,养护时间为150~180 min,初养成型后切割成尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的试块,最后把试块送入蒸压釜蒸养。

(2)电石渣代替生石灰的可行性分析

固定电石渣和生石灰的总掺量占原材料总质量的20%,普通粉煤灰掺量75%,水泥5%,铝粉0.06%,水料比0.58,不添加外加剂。改变电石渣的掺量分别为0、2%、4%、6%、8%、10%,测试模块的干密度和抗压强度。

(3)脱硫灰代替普通粉煤灰的可行性分析

固定脱硫灰和普通粉煤灰的总掺入量占原材料总质量的75%,生石灰12%,电石渣8%,水泥5%,铝粉0.06%,水料比0.58,不添加外加剂。改变脱硫灰的掺入量分别为0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、75%,测试模块的干密度和抗压强度。

1.3 性能测试方法

蒸压加气混凝土砌块的干密度和抗压强度按照GB/T11969—2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》进行测试。

2 实验结果与分析

2.1 电石渣代替生石灰制备砌块的可行性分析(见图1)

在其它原料比例不变,且电石渣和生石灰总掺量不变情况下,由图1可知:

(1)随着电石渣取代生石灰量的增加,砌块的干密度越小,达到最小值后又逐渐增大。这是由于电石渣主要成分为Ca(OH)2,含水量很大,可使铝粉很好地发气,当电石渣掺量达到一定值,又会限制生石灰的消解作用,使浇注料冷凝环境温度降低,反而使铝粉发气受到限制。然而GB 11969—2008中规定蒸压加气混凝土砌块的干密度应小于625 kg/m3,从这一点来说,在不影响其它性能的前提下,干密度越小越好,故电石渣的适宜掺量在8%左右。

(2)随着电石渣取代生石灰量的增加,试块的抗压强度呈下降的趋势。这主要是由于加入电石渣后,料浆稠化的时间延长,使铝粉有更充足的发气时间,成气率提高,产品的气孔率增大,从而使砌块的干密度减小,抗压强度下降。其中电石渣的掺量小于6%时,强度呈小幅线性下降,当大于8%时,抗压强度呈曲线大幅下降趋势,因此,电石渣的掺量应不大于8%。

综合考虑干密度和抗压强度,确定电石渣的掺入量为8%。

2.2 脱硫灰代替普通粉煤灰制备砌块的可行性分析(见图2)

由图2可见,在其它原料比例不变,且脱硫灰和普通粉煤灰总掺量不变的情况下。(1)随着脱硫灰掺量的增大、普通粉煤灰掺量的减小,砌块的密度呈逐渐减小的趋势。这一是由于脱硫灰的密度为2.09 g/cm3,普通粉煤灰的密度为2.28 g/cm3,即脱硫灰的密度小于普通粉煤灰;二是随着脱硫灰掺量的增加,浆体中SO42-离子越来越多,这样生石灰的水化就能越来越有效地得到抑制,浆体的硬化速度就会越来越慢,即铝粉的发气时间越来越充分,浆体硬化后的含气量越来越大。在其它性能满足要求的前提下,制品的密度越小越好,从这一点来说,脱硫灰的掺量越大越好。(2)随着脱硫灰掺量增大,砌块的抗压强度呈先上升后下降的趋势。这主要是由于加入脱硫灰后,其开始放出大量的热,在热碱的激发下,少量的二氧化硅开始表现出活性,并生成C-S-H凝胶,使早期强度提高;另外,料浆稠化的时间延长,使铝粉有更充足的发气时间,成气率提高,产品的气孔率增大,从而使砌块的密度减小,抗压强度下降。其中脱硫灰的掺量大于40%时,强度呈下降趋势,因此,脱硫灰的掺量应不大于40%。

综合以上分析,在考虑密度、抗压强度均较好的条件下,普通粉煤灰的掺量确定为45%~35%,脱硫灰的掺量为30%~40%。

2.3 原材料配比的确定

2.3.1 正交试验设计

采用正交试验进行考察,以确定9种原材料的最佳配比。在正交试验中脱硫灰、普通粉煤灰、电石渣、生石灰总质量固定,只需要2个因子。其它配料,如铝粉、水、焦磷酸钠、六偏磷酸钠,需要3个因子。每个因子按4水平进行试验,选用L1(645)的正交表。各因素水平如表1所示。

2.3.2 正交试验结果与分析

每组成型6个试件,试验结果取该组加气混凝土试块的干密度及抗压强度的平均值。试验方案和极差分析见表2。

从表2可以看出:

(1)第7组试件的干密度为585 kg/m3,抗压强度最大为3.74MPa,其组合条件是A2B3C4D1E2。第8组试件的干密度为576kg/m3,抗压强度为3.40 MPa,其组合条件是A2B4C3D2E1。这2组是本次实验中各项性能符合GB 11968—2006对B06级砌块的要求中较好的。

(2)对于蒸压加气混凝土砌块干密度的影响因素为:六偏磷酸钠>脱硫灰>(电石渣、水料比、焦磷酸钠),最佳配合比为:A3B1C3D4E2。对于蒸压加气混凝土砌块抗压强度的影响因素为:脱硫灰>六偏磷酸钠>水料比>电石渣>焦磷酸钠,最佳配合比为:A1B1C1D1E1。

2.3.3 确定最优配比

该正交试验有2个考核目标,即体积密度和抗压强度,这2个考核目标之间存在一定的矛盾,可利用综合平衡法来确定最优配比。

当因素的重要性相同时,即可确定该水平即为最优组合;当因素重要性不同时,选取水平应优先照顾主要因素。故由综合平衡法可确定各因素最优配比为A2B3C3D2E2。

2.4 试块的微观分析(见图5)

从图5可见,砌块中生成大量晶体的形状是片状和针棒状,形成致密的微晶结构,其强度和耐久性较好。

在加气混凝土的生产中,首先是在常温常压下铝粉与碱性水溶液之间发生反应,放出氢气使料浆膨胀,与此同时水泥和石灰等水化凝结,形成一种强度很低的多空结构坯体。然后,在高温湿热条件下,坯体中的CaO与SiO2等发生水热反应,使坯体强度大大提高,得到具有足够强度的制品。

粉煤灰和钙质材料在湿热条件下发生水化反应,生成托勃莫来石和低钙水化硅酸钙。托勃莫来石是一种板状结晶体,具有较高的强度而且干燥收缩比较小。低钙水化硅酸钙是一种半卷曲状的结晶性产物,其强度更高,但干燥收缩较大。试块内部有较多的托勃莫来石生成是最希望的,这样就能保证试块有较高的强度和较好的干缩性能。

脱硫灰和普通粉煤灰中含有的Al2O3,这些成分会与SiO2作用生成石榴石。使用生石灰和电石渣的料浆,其遇水消解成Ca(OH)2。在蒸压条件下,Ca(OH)2与硅质材料中的SiO2发生反应,生成高碱性水化硅酸钙。随着蒸压时间的延长,这些水化产物又与尚未反应的SiO2继续反应生成低碱性水化硅酸钙,最后生成低钙水化硅酸钙和托勃莫来石。

2.5 试块性能

将各种原料按照2.3中确定的最佳配比备料,并对试块进行蒸养,性能测试结果如表3所示,砌块的干密度和抗压强度达到B06标准要求,干燥收缩值、抗冻性能、导热性能均符合GB 11968—2006的要求。

3 结语

(1)电石渣、脱硫灰均是颗粒细小、比表面积大、以钙基为主要成分的固体粉末物质,适合作为蒸压加气混凝土砌块的原材料。

(2)电石渣、脱硫灰等工业废渣制备蒸压加气混凝土砌块的配比为:脱硫灰30%~40%,普通粉煤灰45%~35%,电石渣为8%,生石灰12%,水泥5%,铝粉0.06%,水料比0.58。并且制备出的蒸压加气混凝土试块的性能符合GB 11968—2006中对B06级的要求。

(3)对加气混凝土试块的强度形成机理进行了简单分析,通过扫描电镜分析得出最终的水化产物是托勃莫来石、水化石榴石和钙钒石等。

(4)采用脱硫灰、电石渣等固体废弃物生产蒸压加气混凝土,脱硫灰掺量高达30%~40%,电石渣掺量为8%,不仅可以大量有效利用工业废渣,缓解普通粉煤灰供应紧张的矛盾,更为主要的是为脱硫灰大掺量综合利用找到一个可行的途径,而且可以节约天然石膏和生石灰的使用。其研究结果对解决日益严重的脱硫灰污染环境问题和节约化石类天然资源具有重要的作用,同时在新配方下,因生产工艺方面的调整,可以节省能源,取得显著的经济效益、环境效益和社会效益。

摘要：研究利用烧结烟气脱硫灰、普通粉煤灰和电石渣等工业废渣,辅之水泥、生石灰、外加剂来制备蒸压加气混凝土砌块的可行性。实验结果显示,当脱硫灰掺量30%40%,普通粉煤灰掺量45%35%,电石渣掺量8%,水料比0.58,无需额外添加石膏,采用蒸压养护10 h时,制得的蒸压加气混凝土砌块的力学性能符合GB 11968—2006《蒸压加气混凝土砌块》对B06级的要求。

关键词：蒸压加气混凝土砌块,脱硫灰,电石渣,配合比

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