譚蘇來,蔡漢銘,張?bào)沔?/p>

(1.新疆青松建材有限責(zé)任公司, 烏魯木齊843000;

2.新疆青松建材化工(集團(tuán))股份有限公司銷售公司, 烏魯木齊843000)

煤矸石活化劑技術(shù)的應(yīng)用研究

譚蘇來1,蔡漢銘1,張?bào)沔?

(1.新疆青松建材有限責(zé)任公司, 烏魯木齊843000;

2.新疆青松建材化工(集團(tuán))股份有限公司銷售公司, 烏魯木齊843000)

因煤矸石具有活性,可作為混合材料在水泥中使用;可通過加入煤矸石活化劑解決水泥強(qiáng)度及需水量等問題;通過取樣及不同階段試驗(yàn)獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)得出相應(yīng)結(jié)論;煤矸石活劑技術(shù)適合于新疆某企業(yè)生產(chǎn)的青松水泥;在水泥質(zhì)量滿足用戶需求的情況下節(jié)約了成本,降低了電能。

煤矸石; 活化劑; 技術(shù); 試驗(yàn)

新疆地區(qū)的煤矸石經(jīng)過高溫活化(自燃)后,晶格、晶型發(fā)生了變化,產(chǎn)生了大量的晶體缺陷,因而煤矸石具有活性,可以作為混合材使用,但同時帶來煤矸石摻量、水泥需水量增大等問題。當(dāng)煤矸石作為主要混合材料在水泥中應(yīng)用時,需解決水泥強(qiáng)度及需水量等問題,這些問題可以通過加入煤矸石活化劑加以解決。活化劑為表面活性物質(zhì),對煤矸石有化學(xué)活化的作用和一定的助磨作用,另外,也可對煤矸石進(jìn)行機(jī)械活化。摻加活化劑在經(jīng)濟(jì)上、操作上是一個可行的方法。

1 第一階段小磨試驗(yàn)

1.1 取樣試驗(yàn)

經(jīng)過市場調(diào)研和技術(shù)分析,大摻量煤矸石活化劑和大摻量石灰石活化劑,此技術(shù)適合我企業(yè)生產(chǎn)的青松水泥?，F(xiàn)場取了熟料、煤矸石、粉煤灰、礦粉、石膏等樣品,由北京中國礦業(yè)大學(xué)進(jìn)行選型試驗(yàn),對新疆的煤矸石進(jìn)行物理和化學(xué)方面的分析,并做了小磨試驗(yàn),見表1。

為了更好的分析研究水泥的顆粒分布情況,對出磨后的水泥從微觀粒度上對其進(jìn)行分析,試驗(yàn)結(jié)果見表2。

水泥顆粒的粒徑分布是影響水泥性能的重要參數(shù),不同的粒徑分布直接影響水泥的化學(xué)和力學(xué)特性。比較公認(rèn)的水泥最佳顆粒級配為3～32μm對強(qiáng)度增長起主要作用。通常情況下,0～3μm顆粒決定1 d強(qiáng)度,3～32μm顆粒影響28 d強(qiáng)度,越多越好,大于60μm顆粒基本上只起到填充的作用。

1.2 第一階段試驗(yàn)結(jié)論

因本次試驗(yàn)是根據(jù)新疆的原材料進(jìn)行活化劑選型調(diào)整性試驗(yàn),表1可以看出,添加活化劑后,與空白相比,水泥各齡期膠砂強(qiáng)度均有較大幅度提高。煤矸石活化劑的加入,與未摻水泥試樣相比,水泥C-1的3 d強(qiáng)度提高4.4 MPa,7 d強(qiáng)度提高4 MPa,28 d強(qiáng)度提高4 MPa;水泥C-2的3 d強(qiáng)度提高3.5 MPa,7 d強(qiáng)度提高2.5 MPa,28 d強(qiáng)度提高3.9 MPa;水泥C-3的3 d強(qiáng)度提高3.5 MPa,7 d強(qiáng)度提高4.0 MPa,28 d強(qiáng)度提高6.1 MPa;活化劑對火山灰類混合材活性激發(fā)效果顯著。

從表2可知,3～32μm顆粒含量較多, 60μm以上顆粒含量較少,由于煤矸石硬度較小,易粉磨,增大摻量下,水泥中煤矸石細(xì)顆粒較多,使水泥的整體比表面積增大。進(jìn)一步分析水泥顆粒粒徑分布,這與前面比表面積和細(xì)度的測量結(jié)果一致。本次粉磨試驗(yàn)結(jié)果在正常范圍之內(nèi),未出現(xiàn)過粉磨現(xiàn)象。

加入煤矸石活化劑后,對水泥的凝結(jié)時間和安定性沒有影響,對水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量有較大影響。空白水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度較大,不符合國家標(biāo)準(zhǔn);加入活化劑后,標(biāo)稠有較大幅度的下降,在國標(biāo)規(guī)定的28±2的范圍內(nèi)。煤矸石活化劑的加入,有效解決了高摻量煤矸石水泥需水量大的問題。

尚待解決的是煤矸石加多后水泥顏色偏紅問題,水泥顏色可以通過調(diào)整其他混合材的配比有效改善。

與原來的生產(chǎn)工藝相比,煤矸石的摻加量增加了20%～30%,就環(huán)境方面而言,有效處理了廢棄物煤矸石,減少了對環(huán)境的危害。

2 第二階段活化劑驗(yàn)證小磨試驗(yàn)

2.1 公司內(nèi)試驗(yàn)

根據(jù)第一階段試驗(yàn)結(jié)論,結(jié)合本公司的生產(chǎn)實(shí)際,設(shè)計(jì)了不同水泥配比和不同活化劑的幾組對比配方,在公司內(nèi)進(jìn)行了第二次驗(yàn)證試驗(yàn),第二次驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見表3。

從表3中數(shù)據(jù)可以看出,添加活化劑后,相對空白,各種活化劑均取得較好的效果,尤其是添加活化劑1#,活化激發(fā)效果最好,適應(yīng)各種配比。

第一組試驗(yàn):外摻25%的礦粉,煤矸石和粉煤灰的摻量16%,水泥后期強(qiáng)度發(fā)展較好,均達(dá)到42.5水泥的標(biāo)準(zhǔn)。相對空白,摻加活化劑1#,3 d強(qiáng)度提高2 MPa,7 d提高0.3 MPa,28 d提高1.6 MPa。

第二組試驗(yàn):外摻5%的礦粉,增大煤矸石和粉煤灰的摻量31%,水泥活化效果明顯,相對空白水泥,摻加活化劑1#后,水泥早期和后期強(qiáng)度發(fā)展較好,均達(dá)到32.5水泥的國家標(biāo)準(zhǔn)。相對空白,3 d強(qiáng)度提高2.8 MPa,7 d提高2 MPa,28 d提高3.2 MPa。

第三組試驗(yàn):不摻礦粉,增大煤矸石和粉煤灰的摻量41%,水泥活化效果明顯,空白水泥未達(dá)到32.5水泥標(biāo)準(zhǔn),摻加活化劑1#后,水泥早期和后期強(qiáng)度發(fā)展較好,均達(dá)到32.5水泥的國家標(biāo)準(zhǔn)。相對空白,3 d強(qiáng)度提高2.7 MPa,7 d提高2.7 MPa,28 d提高4.3 MPa。

2.2 現(xiàn)場試驗(yàn)

根據(jù)公司內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)論和第一階段的試驗(yàn)情況,設(shè)計(jì)了不同組別,選擇五家渠青松水泥廠作為現(xiàn)場試驗(yàn)點(diǎn),進(jìn)行活化劑驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

第一組實(shí)驗(yàn)不加礦粉,2#和5#與空白樣比較漲幅最好,達(dá)到2.5 MPa以上,3 d強(qiáng)度在30 MPa以上,單加煤矸石和粉煤灰的水泥,3天強(qiáng)度到28 d強(qiáng)度漲幅在20 MPa以上,28 d強(qiáng)度預(yù)計(jì)可以達(dá)到50～51 MPa以上,3 d和28 d強(qiáng)度均高,滿足客戶要求。

第二組實(shí)驗(yàn)加了礦粉8%,空白樣雖然是27.5 MPa。但加了活化劑5#,水泥3 d強(qiáng)度都達(dá)到32.5 MPa以上,增加了5個MPa,依據(jù)經(jīng)驗(yàn)加了8%的礦粉和活化劑后,3 d強(qiáng)度到28 d強(qiáng)度漲幅至少在22 MPa以上,故水泥28 d強(qiáng)度至少在54 MPa以上,3 d和28 d強(qiáng)度均高,滿足客戶要求。

第三組是32.5水泥不加礦粉試驗(yàn),3 d強(qiáng)度在20 MPa以上,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),單加煤矸石和粉煤灰的水泥3～28 d漲幅在19 MPa以上,預(yù)計(jì)28 d強(qiáng)度在39以上。

第四組是32.5水泥加礦粉10%,3 d強(qiáng)度在20 MPa以上,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),加煤矸石和粉煤灰及礦粉的水泥3～28 d漲幅在21 MPa以上,預(yù)計(jì)28 d強(qiáng)度在41以上。

2.3 第二階段試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出隨著煤矸石和粉煤灰量的增加,煤矸石活化劑對煤矸石和粉煤灰的活化作用更強(qiáng),水泥各齡期強(qiáng)度增幅也增大,可以達(dá)到國標(biāo)水泥要求,大大降低了水泥成本。

熟料摻量在55%、礦粉摻量在5%時,摻加活化劑可以生產(chǎn)32.5水泥;或熟料摻量在58%～60%,不摻礦粉,煤矸石和粉煤灰35%～37%,摻加活化劑可以生產(chǎn)32.5水泥;熟料摻量在75%～78%時,摻加活化劑可以生產(chǎn)42.5水泥。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),綜合考慮水泥強(qiáng)度、需水量、水泥顏色、成本等問題,選擇活化劑為1#為最佳,復(fù)合32.5水泥最佳配比為:加礦粉時:熟料50%～55%,煤矸石16%～20%,粉煤灰15%,礦粉5%～10%,石膏5%;不加礦粉時:熟料58%～60%,煤矸石15%,粉煤灰20%～22%,石膏5%。

普通42.5水泥最佳配比為:加礦粉時:熟料80%,煤矸石7%,粉煤灰3%,礦粉5%,石膏5%;不加礦粉時:熟料80%,煤矸石5%,粉煤灰5%,石膏5%。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

熟料新線按225.98元/t,熟料老線按233.27元/t,煤矸石按45元/t,粉煤灰按50元/t,礦粉按215元/t,石膏60元/t,煤矸石活化劑10 000元/t(摻量為千分之一)計(jì)算,經(jīng)濟(jì)核算如表5所示。

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TU521.4;TD849+.5

B

1671-4733(2015)02-0006-05

10.3969/j.issn.1671-4733.2015.02.002

2015-03-20

譚蘇來(1966-),男,安徽阜陽人,計(jì)量工程師,從事企業(yè)設(shè)備管理工作,電話:13579277811。