利用锂渣代替粘土烧制水泥熟料的试验
-
- 锂渣经岩相分析及X射线衍射分析结果表明,其主要矿物组成为SiO2:40%;方解石(CaCO3):12%;石膏(CaSO4·2H2O):14%;刚玉(Al2O3):6%;三水铝石(Al2O3·3H2O):12%;红柱石(Al2O3):11%,其它还有少量玻璃相、高岭石及极少量的碳酸锂(Li2CO3)。
- 根据GB6763-86〈建筑材料用工业废渣放射性物质限制标准〉的规定,工业废渣必须经过放射性检测,低于限制标准才能用作建筑材料的原料。掺工业废渣的建筑材料产品必须符合国家标准GB9196-88〈掺工业废渣建筑材料产品放射性物质控制标准〉规定要求。根据GB9196-88,我们在国家建材测试中心对锂渣进行了放射性强度检测。检测结果见表2。经计算,锂渣的放射性强度符合国家标准,说明锂渣完全可以用于生产建筑材料。
- 表2 锂渣放射性检测
放射性核素
226Ra
232Th
40K
备注
比活度/(Bq/kg)
82.9
34.2
154
不确定度<±15%
- 1.2 石灰石
- 试验采用当地的石灰石,外观呈灰白色块状,CaO含量较高,MgO等杂质含量很少。其化学成分见表3。
- 表3 石灰石、铁矿粉化学成分 ％
名称
Loss
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Fe2O3
石灰石
41.50
4.24
0.30
53.44
0.17
0.61
铁矿粉
0.94
23.36
3.32
1.88
0.76
64.20
- 1.3 铁矿粉
- 试验用铁质校正原料为当地的铁矿粉,外观为红棕色粉状。其化学成分见表3。
- 2 试验
- 2.1 生料易烧性试验
- 为了探索锂渣配制生料的易烧性,特以锂渣代替粘土配制的生料与粘土为原料配制的生料进行了对比试验,同时为消除其它因素的影响,试验采用了相同的生料率值、加工工艺及煅烧制度。
- 试验用普通的配料方案(KH=0.96、SM=2.10、IM=1.28)配制生料,然后按GB9965-88〈水泥生料易烧性试验〉方法进行,试验结果见表4。其中试样L1为锂渣配制的生料,试样L2为粘土配制的生料,为了使L2与L1具有相同的率值,在配制L1时使用了少量的试剂Al2O3以调整IM值。
- 表4 不同温度下生料易烧性试验(fCaO含量) %
温度/℃
800
900
1000
1100
1200
1300
1350
1400
1450
L1
17.0
46.8
38.3
32.5
18.0
6.9
4.4
2.0
0.80
L2
12.4
50.0
42.5
30.0
15.5
5.0
2.3
1.5
0.79
- 从表4可以看出,生料L1和L2在各种温度下煅烧后的fCaO含量基本吻合,由此可见,以锂渣代替粘土配制的生料和以粘土为原料配制的生料易烧性基本一致,熟料的烧成温度基本一致。因此,使用锂渣代替粘土生产硅酸盐水泥熟料不会影响水泥厂原有的烧成温度,也不会影响水泥熟料的质量。
- 2.2 烧成温度影响
- 为研究煅烧温度对水泥熟料质量的影响,分别对不同温度下所烧成的熟料采用反光显微镜进行岩相分析,并将各熟料加入4%的石膏磨细,测定其强度,结果见表5。
- 表5 不同煅烧温度下熟料的强度 MPa
温度
/℃抗折强度
抗压强度
3d
7d
28d
3d
7d
28d
1300
0.8
1.3
2.2
4.3
6.4
12.0
1400
3.8
5.7
7.0
19.1
31.3
49.2
1450
4.5
6.3
7.5
22.3
32.7
58.3
- 岩相分析及表5表明:在低温1300℃烧制的熟料中主要矿物为C2S、C4A3
及fCaO,矿物晶体细小,基本上没有C3S,在该温度下烧成熟料速凝且安定性不良;虽然熟料中含有适量的早强型矿物C4A3
,但由于生料中其它成分的影响(如MgO含量较低,并含有一定量的碱),使得在低烧成温度下,C2S不能吸收fCaO形成C3S,以致烧成的熟料质量较差。在1400℃烧制的熟料主要矿物为C3S、C3S、C3A、C3AF及fCaO;该熟料的凝结时间、安定性合格,强度较好。当煅烧温度高达1450℃,达到一般水泥熟料的烧成温度时,熟料中C3S大量生成,fCaO含量降低,熟料质量很好,此时熟料主要矿物为C3S、C2S、C3A、C4AF及fCaO。
- 以上试验结果表明:该熟料烧成温度应大于1400℃,即烧制该熟料时应采用正常烧成温度而不宜采用低温烧制。
- 2.3 率值影响试验
- 根据锂渣成分特点,我们用三种原料(锂渣、石灰石、铁矿粉)的配料方案,选择适宜的矿物组成及率值进行配料。
- 为了解石灰饱和系数KH值变化对熟料质量的影响,采用硅率SM=2.10、铝率IM=1.26～1.28基本不变,KH值为0.92～0.98配制的生料。在相同的试验条件下经煅烧至1450℃后,测定其fCaO含量(见表6)及其力学性能(见表7)。
- 表6 不同KH值的生料煅烧后fCaO含量 %
温度/℃
1300
1350
1400
1450
KH=0.94
7.5
4.3
1.9
0.9
KH=0.98
14.0
8.1
2.8
1.0
- 从表6中可以看出:当煅烧温度较低时,fCaO含量随着KH值提高而增加,但随着煅烧温度的升高,fCaO含量差距减少;当煅烧温度达到烧成温度,此时fCaO含量基本接近。表明当提高KH值时,将使生料的易烧性下降,只有采取较高的煅烧温度以及延长煅烧时间,才能保证熟料质量。
- 表7 不同KH值时熟料的强度 MPa
KH值
抗折强度
抗压强度
3d
7d
28d
3d
7d
28d
0.92
3.9
5.0
6.0
16.0
23.6
36.5
0.94
4.4
6.0
7.4
21.0
28.8
55.4
0.96
5.2
6.5
7.5
24.4
32.0
58.3
0.98
6.1
6.8
8.1
31.0
37.5
61.0
- 从表7中可以看出:提高熟料的KH值对熟料的早期强度影响较大。当熟料的KH值由0.92提高到0.98时,熟料的3d强度明显增加;而当熟料的KH值在0.94～0.98之间时,熟料的28d强度变化很小。虽然熟料KH值的提高对熟料的早期强度影响较大,但KH值过高将导致熟料的fCaO含量增高从而影响水泥的安定性。试验表明:熟料的KH值应在0.94～0.98之间为宜。
- 为了提高熟料的早期强度,我们进行了提高熟料的铝率IM值,以提高C3A含量的试验。试验使用的生料配料为KH=0.94、SM=2.0,IM分别为1.28和1.69(后者是为了调整IM值加入了1%的Al2O3试剂)。经煅烧至1450℃后,测定其力学性能(见表8)。
- 表8 不同IM值时熟料的强度 （MPa）
IM值
抗折强度
抗压强度
3d
7d
28d
3d
7d
28d
1.28
4.5
6.1
7.4
21.3
28.5
58.1
1.69
6.3
7.1
8.2
29.0
34.8
59.5
- 从表8可以看出,IM值提高后,熟料的早期强度增加幅度较大,而28d强度变化很小,由此可见,增加IM值也是提高熟料早期强度的有效方法。
- 2.4 熟料性能检验
- 在上述各试验的基础上,以锂渣、石灰石、铁矿粉为原料,配制出KH值为0.94～0.98,SM值为1.88～2.08,IM值为1.29～1.89的四组生料,进行小批量熟料烧成试验,然后按有关国标对熟料进行了各项物理、力学性能试验。
- 四组生料的配比、化学成分及有关率值见表9,熟料的化学成分及物理性能见表10。
- 表9 生料配比、化学成分及有关率值
序号
生料配比/%
生料成分/%
率值
石灰石
锂渣
铁矿粉
Al2O3
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
KH
SM
IM
L3
78.20
18.40
3.40
34.4
13.50
3.82
2.67
43.59
0.23
0.94
1.96
1.29
L4
78.60
18.10
3.40
34.0
13.81
3.69
2.71
42.80
0.21
0.96
2.06
1.29
L5
78.93
17.72
3.35
36.6
13.14
3.82
2.65
42.99
0.29
0.98
2.06
1.44
L6
78.90
18.20
2.90
1.00
33.5
14.05
4.45
2.50
43.12
0.21
0.94
1.88
1.89
- 表10 熟料的化学成分及物理性能
序号
化学成分/%
凝结时间/h:min
安定性
抗折强度/MPa
抗压强度/MPa
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
fCaO
初凝
终凝
3d
7d
28d
3d
7d
28d
L3
20.18
5.82
4.50
63.72
0.53
1.11
0.86
1:51
3:05
合格
4.5
6.2
7.5
21.0
29.9
59.2
L4
19.98
5.41
4.18
64.35
0.35
1.06
1.10
1:50
3:40
合格
5.2
6.5
7.6
24.7
32.5
56.5
L5
20.02
5.75
3.99
65.91
0.48
1.48
0.96
1:58
2:25
合格
6.1
6., 8
8.1
31.2
36.8
60.7
L6
19.58
6.72
3.69
63.77
0.33
1.43
1.42
1:35
3:35
合格
6.4
7.1
8.3
29.5
33.8
58.1
- 从表10可以看出,利用锂渣代替粘土为原料烧制的硅酸盐水泥熟料的凝结时间正常,安定性合格,其3d、7d、28d的抗折强度、抗压强度均满足国标中425号、525号熟料的规定。
- 3 结论
- 1)使用锂渣代替粘土所配制的生料与用粘土配制的生料相比,两者的易烧性基本一致。
- 2)使用锂渣烧制熟料宜采用高石灰饱和系数(KH)配料,其KH值范围为0.94～0.98。
- 3)使用锂渣烧制熟料不宜采用低温煅烧,其烧成温度应大于1400℃,该温度与使用粘土原料烧制熟料的正常煅烧温度一致。
- 4)使用锂渣烧制熟料,选用适当率值配料在1450℃下烧成的熟料,各项物理性能均达有关标准,其标号为425号、525号。
- 锂渣经岩相分析及X射线衍射分析结果表明,其主要矿物组成为SiO2:40%;方解石(CaCO3):12%;石膏(CaSO4·2H2O):14%;刚玉(Al2O3):6%;三水铝石(Al2O3·3H2O):12%;红柱石(Al2O3):11%,其它还有少量玻璃相、高岭石及极少量的碳酸锂(Li2CO3)。
|
日期 |
Loss |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Fe2O3 |
K2O |
Na2O |
SO3 |
Li2O |
|
1992.7.2 |
8.06 |
47.73 |
17.59 |
10.06 |
0.39 |
1.95 |
0.15 |
0.21 |
6.90 |
0.58 |
|
1992.8.6 |
9.02 |
48.61 |
17.54 |
9.31 |
0.16 |
2.73 |
0.20 |
0.20 |
5.57 |
0.65 |
|
1993.2.3 |
7.83 |
54.77 |
17.93 |
9.26 |
0.53 |
2.22 |
0.22 |
0.34 |
5.01 |
|
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