高碱原料地区中热硅酸盐水泥的试制与生产

2008/10/08 00:00 来源:

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  中热硅酸盐水泥(简称中热水泥)是用于大型坝体、水电站、水库等水利工程的特种水硬性胶凝材料。本文介绍高碱原料地区中热硅酸盐水泥生产的工艺路线。  

  一、前言 

  随着我国经济的高速发展及中央在政策方面对中西部的倾斜,新疆面临快速发展的历史机遇。近几年中央对新疆的投资幅度不断加大,众多拦河大坝的修建、塔里木河治理工程、伊犁河流域治理、额尔其斯河水南调工程、各地区蓄水工程相继动工兴建,中低热硅酸盐水泥的潜在市场需求很大。在新疆160万平方公里的广阔土地上,水资源十分匮乏,且分布十分不均匀。由于新疆特殊的地域环境,各地区黏土质原料和石灰石的碱含量都偏高,不适宜中热硅酸盐水泥的生产,同时给中热硅酸盐水泥的生产企业带来很大的困难。为此,我们选择了两个具有代表性地区的水泥厂,组织对中低热硅酸盐水泥的试制与生产,并获得成功。 

  二、生产工艺 

  1、工艺技术路线及参数的选择与确定 

  本试验所采用的工艺路线与其它水泥生产相同。 

  在生产中,我们知道熟料的矿物组成,是影响水泥水化热的重要因素,其中C3A的含量对水泥水化热的影响最大,所以生料中的Al2O3含量一定要从低要求,但从煅烧工艺方面看,熔剂矿务低的生料,不易煅烧,因此,生料中的Fe2O3含量要相应提高。经过研究试验得出铝氧率值控制在1.02~0.85之间最佳。另外,水泥中的碱极易与大体积混凝土的活性骨料(活性SiO2)发生反应,严重影响坝体的安全,故中热水泥对碱含量有极严格的要求,所以要选择其它原料,来校正高碱原料中的碱含量。对燃料的要求是低的灰分和高热值,因为煤的灰分中Al2O3含量将影响中热水泥熟料C3A的成分。 

  2、原燃材料的选择 

  新疆地域广阔,生产水泥的原材料很丰富,但大部分黏土质原料碱含量偏高,且铝高硅低,不适宜作中热水泥原料,通过实地考察取样,我们发现南北疆地区均分布储量较大的高硅砂岩矿和片岩矿,SiO2含量可达90%,结晶SiO2<60%,经过大量实验研究表明:利用该原料生产中热水泥,只要配方科学,加强生料均化,优化率值匹配,不仅可以降低中热水泥中碱含量,并且可以生产出符合产品标准的产品。 

  三、优化熟料率值,确定配料方案 

  按照我国GB200—2003的规定,对C3S、C3A、f-CaO、MgO及碱含量都有严格的要求,通过数次试制,我们发现实际生产控制值也有一定的范围。 

  原燃材料的选择和配料方案的设计,是生产中热水泥的关键,因此在设计矿物成分比例时,既要兼顾水泥熟料烧成工艺和水泥强度等性能,还要兼顾水化热不能超标。显然,对C3A的含量一定要从低限制,为利于烧成煅烧,可适当提高C4AF,以增加熔剂矿物含量。另外,C2S含量要适当,以保证C3S不至于过低,这样可确保水泥早期强度。 

  我们在南北疆不同地区通过数次不同的配料方案设计,通过优化率值匹配,确定出两组率值分别适于南北疆两厂批量生产。北疆某厂率值参考值确定为:KH=0.86±0.01,n=2.5±0.1,P=0.88±0.1。南疆某厂率值参考值确定为:KH=0.89±0.02,n=2.3±0.1,P=1.0±0.1。 

  四、结论 

  (1)利用高硅砂岩代替部分黏土,可降低生料中的碱含量,从而满足中热水泥的生产。 

  (2)新疆南北疆的原材料中硫碱含量普遍偏高,造成水泥硫碱含量波动较大,这就要求生产厂家对原材料进厂进行严格的分级管理,搭配合理,做到充分均化。 

  (3)硅砂岩替代部分黏土,给熟料煅烧带来不利影响,这就要求严格控制入窑生料细度,并采用薄料快转的煅烧方法,适当提高煅烧温度。 

  (4)影响中热水泥水化热的关键因素是熟料中C3A和C3S的含量。C3A的含量对水化热的影响极为显著,大量试验表明:在满足水泥的强度及其它物理性能条件下,C3A每增减1%,3d和7d水化热分别相应增减5.29J/g和6.62J/g;C3S每增减1%,3d和7d水化热分别相应增减4.02J/g和4.59J/g;C2S每增减1%,3d和7d水化热分别相应增减0.22J/g和1.02J/g;C4AF每增减1%,3d和7d水化热分别相应增减0.93J/g和2.47J/g。显而易见,严格控制C3A和C3S的含量是保证中热水泥水化热指标合格的重要措施。 

  (5)水泥不同的比表面积和粒度级配对水化热也有较大的影响,因此,也需严格控制。 

  (6)合理的原料选择和配比的确定,以及最佳率值的匹配,都是中热水泥生产的关键因素。 

  综上所述,利用新疆地区高碱原料可以生产出合格的中热硅酸盐水泥。

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