煤矸石在水泥工業(yè)中的應用

1、煤矸石在水泥工業(yè)中的應用煤矸石在水泥工業(yè)中的應用王翠萍(山西煤炭職業(yè)技術學院,山西太原030031)摘要:介紹了以煤矸石為原料生產(chǎn)水泥的幾種方法,闡述了煤矸石的主要成分對水泥組成,水化,凝結,硬化的影響.關鍵詞:煤矸石:水泥;特性中圖分類號:TD849.5文獻標識碼:A文章編號:10088881f2006)02008802隨著煤炭生產(chǎn)的不斷發(fā)展,礦山的矸石排出量與日俱增,矸石山越來越多,占地面積越來越大.近年來,許多國家都在研究和發(fā)展將煤矸石應用于水泥工業(yè)的新工藝技術.一,煤矸石作原燃料生產(chǎn)水泥以煤矸石作為原燃料生產(chǎn)水泥,主要是根據(jù)煤矸石和粘土的化學成分相近,可代替粘土提供硅鋁質(zhì)原料,再加上煤

2、矸石能釋放一定的熱量,可節(jié)省部分的燃料的特點.1,生產(chǎn)普通水泥多數(shù)煤矸石是一種粘土質(zhì)原料,它主要提供熟料所需的酸性氧化物SiO和A120,.根據(jù)煤矸石生產(chǎn)水泥的特點,可按成分中對配料影響較大的A10,含量的多少,將煤矸石分為低鋁(20±5%),中鋁(30±5%)和高鋁(40±5%)三類.低鋁矸石的成分與粘土相似,用于生產(chǎn)普通水泥時,和粘土的配料相同.使用中鋁煤矸石生產(chǎn)水泥,熟料中A10,含量達78%,基本仍和普通水泥配料相同.(1)普通水泥熟料的礦物組成水泥熟料并不是各種氧化物簡單混合而成,而是由各種氧化物經(jīng)高溫煅燒相互作用而生成的礦物組成.因此,水泥熟料是一種由

3、礦物組成的結晶細小的人造巖石.組成水泥熟料的主要礦物有四種.'1)硅酸三鈣(3CaO?SiO2簡寫為CS),由CaO和SiO2化合而成.特性是水化和凝結快,生成物早期和后期強度均較高.2)硅酸二鈣(2CaO?SiO2簡寫為C2S),由CaO和SiO2化合而成.水化,凝結,硬化速度較CS慢.3)鋁酸三鈣(3CaO?A120簡寫為C),由CaO和A10,化合而成.水化,凝結,硬化相當快.4)鐵鋁酸四鈣(4CaO?A1203?Fe203,簡寫為C4AF),由CaO,A10,和Fe0,化合生成.它不影響水泥的凝結,硬化,強度,在煅燒熟料的過程中,能降低熟料的熔融溫度和液相黏度,有利于C的生產(chǎn).

4、回轉(zhuǎn)窯和立窯燒制普通水泥熟料,其礦物組成的波動范圍見表1.表l普通水泥熟料的礦物組成(%J熟料類別C3SC2SCCAFSOjMgolR2O回轉(zhuǎn)窯熟料42-6115324111O一181.54.5I1.3立窯熟料38552O一3347132O<1.5<4.5II.收稿日期:20051011巍蠢作者簡介:王翠萍(19650,山西煤炭職業(yè)技術學院副教授,(2)普通水泥熟料的化學成分熟料的化學成分主要由CaO,SiO,A10,和Fe0,四種氧化物組成,總含量95%以上.還含有少量的其他氧化物,如MgO,02,SO3,Na20,K20,P20等.普通水泥熟料的主要化學成分波動

5、范圍見表2.表2普通水泥熟料的化學成分(%J熟料類別CaOSi02A12O3Fe203回轉(zhuǎn)窯熟悉62672【卜4472立窯熟料62"-'662【卜2574-.5煤矸石配料熟料60"-6717244"-'627(3)普通水泥熟料的率值1)石灰飽和系數(shù)(KH)石灰飽和系數(shù)是熟料中CaO和SiO實際化合的數(shù)量與理論上全部形成硅酸三鈣所需CaO數(shù)量的比值.KH值一般在0.800.95范圍內(nèi).KH值越大,硅酸三鈣含量越高,水泥具有快硬高強的特性,但要求煅燒溫度較高.KH值過低,熟料中硅酸二鈣的含量增多,強度發(fā)展緩慢,早期強度低.2)硅酸率(n)硅酸率是熟料中

6、SiO含量與A10,和Fe0,含量的比值.n值反映熟料中硅酸鹽礦物(C3s+C2s)與溶劑礦物(C,A+CF)的相對含量.n值過大時,熟料較難燒成,煅燒時液相量較少:n值過小時,熔融物含量過多,煅燒時易結大塊.3)鋁氧率(p)鋁氧率是熟料中A10,含量與Fe0,含量的比值.P值反映熟料中鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣的相對含量.P值過大,C含量高,液相黏度大,不利于游離氧化鈣的吸收,還會使水泥急凝:P值過小,窯內(nèi)燒結范圍窄,不易于掌握煅燒操作.普通水泥熟料的率值要控制在表3的范圍內(nèi).表3普通水泥熟料的率值熟料類別laHP回轉(zhuǎn)窯熟悉0.85_o.931.7_2.5P立窯熟料0.84-0.901.8_2.2

7、1.0_1.5煤矸石配料熟料0.81_o.961.3_2.50.85.02,生產(chǎn)快硬水泥用A10,含量為28.08%的中鋁煤矸石代土生產(chǎn)快硬水泥.原燃料化學成分見表4.采用立窯煅燒工藝,所得熟料的化學成分和礦物組成見表4,表5.熟料的各率值為:KH值=0.875n=1.74p=1.37表4原燃料化學成分(%J名稱燒失量Sio2A1203Fe203CaOMgO生料配比煤矸石12.7557,2425.141.860.920.5314.75石灰石41.683.830.390.3553.250.538O.17石粉2.0419.8611.2462.181.941.895.O8無煙煤50.3235.5O3

8、.985.680.78原理工大學2004級碩士研究生.表5熟料化學成分和礦物組成(%)Si02A12O3Fe,O3CaOMgOC3SC2SCCAF21407005l265320.9805848442464986l5563,生產(chǎn)早強水泥利用Al20為2527%的煤矸石,配以石灰石,石膏和螢石制成生料,在立窯上燒成以CS為主,又含氟鋁酸鹽(C.A?CaF2),無水硫鋁酸鹽(C3?CaS04)以及少量C2S,C4AF,CaSO+CaS等礦物的熟料.熟料燒成溫度為13501410.熟料外摻l3%經(jīng)1000左右煅燒的石膏用以增強,并以1.53%二水石膏調(diào)節(jié)凝結時間.粉磨細度為4900孔篩篩余10%以下,

9、一天硬凍強度可達30.0Mpa以上,28天達60.0Mpa以上.這種水泥不僅早期強度發(fā)展快,而且后期強度繼續(xù)增長,具有作業(yè)性能良好和微膨脹不收縮等特點.4,煤矸石制雙快水泥采用42%A1:03的高鋁煤矸石和CaO為52%左右的石灰石配料,在立窯制氟鋁酸鈣型雙快水泥.熟料的主要成分是C3S,C.A?CaF,C2S,C4AF.通常一天強度可達2030Mpa,28天達4060Mpa,可作為噴射水泥用于錨噴支護.二,煤矸石作水泥混合材料煅燒后的煤矸石經(jīng)磨細,加水并與石灰或硅酸鹽水泥拌成膠泥狀態(tài),在常溫常壓下起化學反應,生成穩(wěn)定的不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣,在空氣中硬化,在水中繼續(xù)硬化,產(chǎn)生強度.

10、因此,煤矸石煅燒后,含有活性SiO和A103,就可以作為活性火山灰質(zhì)混合材使用.煤矸石活性的高低,除與化學成分,細度有關外,主要取決于熱處理溫度.煤矸石煅燒過程中,當加熱到某一溫度時,黏土礦物分解,晶格破壞,變成非晶質(zhì),形成無定性SiO:和A1:0,具有活性.再繼續(xù)加熱到一定溫度時,又重結晶,新晶相增多,非晶質(zhì)相應減少,活性降低.因此,煤矸石有一個最佳的煅燒溫度,一般為650900C,此時煅燒產(chǎn)物的活性最高.三,煤矸石無熟料水泥及少熟料水泥煤矸石無熟料水泥是以煅燒煤矸石為主要原料,摻入適量石灰,石膏磨細制成的水硬性膠凝材料.煤計石少熟料水泥也是以煤矸石為主要原料制成,但用熟料代替石灰作為主要原料之一.它與無熟料水泥相比,具有凝結快,早期強度高,勞動條件好,省去蒸汽養(yǎng)護,簡化使用工藝等特點.以上兩種水泥,可作為砌筑水泥使用.生產(chǎn)工藝流程是用煅燒煤f石,石灰加少量熟料或單用熟料,石膏按比例配合磨細,然后入庫即獲得無熟料或少熟料水泥.煤矸石的技術要求與作混合材料生產(chǎn)火山灰水泥基本相同.要求含碳量低,活性高,成分穩(wěn)定.煅燒溫度在6501000C之間.石灰(或熟料)是提供Ca(0H)