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1、对水泥混合材的思考 封培然:对水泥混合材的思考中图分类号: . 文献标识码: 文章编号: ? ? 一 对水泥混合材的思考封培然四川利森建材集团有限责任公司,四川什邡 摘 要:随着水泥产量的增加,混合材的竞争日益激烈。通过对廉价混合材应用过程中出现问题的描述,提出了解决的对应措施,着力实现混合材的就地取材,积极提高水泥企业混合材实用技术水平;同时注重对新型混合材的试验开发研究,从而促进水泥行业向绿色环保的可持续发展方向前进。关键词:水泥;混合材;品种;活性;措施 , :, ., , ? . , .: ; ; ;粉煤灰和石灰石。这与混合材的地域分布有很大关前言系,更重要的是这几种混合材经过多年的推
2、广形成水泥中掺加混合材的作用主要是提高水泥产 了较好的使用经验。水泥企业和建筑工程商的习惯量,降低水泥生产成本,调节水泥强度等级,改善水 很难改变,同时考虑到维持水泥质量稳定的需要,水泥性能与质量,综合利用工业废弃物,减少环境污 泥企业一般较少更改已经使用多年的混合材资源。染,实现水泥工业的生态化。这是过去水泥行业 然而,随着水泥产量的飞速增长,到 年底我国对水泥混合材的普遍认识,也是水泥教材中经典的 水泥产量达到 . 亿,如果按照 %的混合材掺描述,然而随着水泥工业的发展和新技术的不断应 加量计算,每年混合材的需要量将超过 . 亿 ,即用,许多传统的观念都需要随之改变。本文通过对 使按照 %
3、的掺加量计算水泥混合材的需要量依然超过 亿。因此依靠工业废弃物作为混合材的水水泥生产企业的调查,研究了水泥混合材在使用中普遍存在的问题,期望在资源和能源价格日益升高 泥行业很难获得足够数量和标准要求的混合材资以及环境保护要求趋严格的条件下,为水泥混合源。粗略估计根据我国粗钢产量 亿计算,每吨粗材的改变和开拓提供新的思路。 钢产生 粒化高炉矿渣,且随着近年来钢铁冶炼技术的进步,钢渣和炉渣数量也在逐步减少,按照水泥混合材应用中存在的问题每吨粗钢产生 . 粒化高炉矿渣估计, 年产生. 混合材的资源与种类 粒化高炉矿渣约 亿 。粉煤灰是火力发电厂燃煤根据通用硅酸盐水泥标准 / ? 中 锅炉排出的废渣,
4、根据博思数据研究中心网站提供有关水泥混合材的规定,水泥中掺加的混合材种类 的资料显示,粉煤灰 年的排放量约为. 亿,包括粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材、砂岩 并且集中分布在华北地区的陕西、山西、内蒙古。从和石灰石五种,并根据昆合材料是否符合 /, 上述矿渣和粉煤灰的资源特点来看,它们的数量不/ , / , / 标准的要求,将粒 足以满足水泥工业对混合材的需求,而且资源分布化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混不均,粉煤灰多数集中在煤炭产区,矿渣较多分布在合材料分为活性混合材或者非活性混合材,非活性 大型钢厂周围,这与水泥企业的分散布局存在很大混合材在上述基础上增加了石灰石和砂岩。
5、 矛盾。事实上,目前水泥中使用的混合材种类远不止 图 给出了最近 年来的矿渣、粉煤灰和水泥上述几种,但是应用最广泛的是矿渣包括矿渣粉 ,的产量统计数据。其中矿渣产量部分由当年的生铁水淀工程型封培然:对水泥混合材的思考静 蕞 囊 。等 一一 弦 。产量推算而来,按照每吨生铁产生. 矿渣计算。由于最近几年铁矿石大多从国外进口,铁矿石菖三中的铁含量增加,排出矿渣量可能低于折算系数,因 此计算值存在偏高的可能。粉煤灰的产量也很难在相关资料中完全查到,部分粉煤灰产量由火电发电量折算而来。从图 中可以看出,尽管粉煤灰和矿渣产量呈现明显的逐年上升趋势,然而与水泥产量的上升趋势相比,它们的增加幅度较小。如果按
6、照 水泥中一定比例的掺加混合材计算,显然矿渣与粉月份煤灰两者之和远远无法满足水泥产量增长对混合材图 西南地区某钢厂的矿渣中氧化钛含量产量的需求。事实上,随着新型干法水泥的发展,预分解窑熟料质量日益提高,统计结果显示,水泥中熟氧化钛含量应低于 . %;以钒钛磁铁矿为原料在高料掺加量已由 %逐步降低至 %左右,显然混合炉冶炼生铁时所得的矿渣,可以放宽至 %。但从材的掺加比例是在上升的,这更加剧了混合材资源图 中可以看出,该公司所得的粒化高炉矿渣氧化的不足。目前大多数的水泥企业都感到混合材价格 钛含量已经超出国家标准孑,并且从趋势上看还在日益上涨的压力,这成为制约水泥行业发展的又一 增加。个重要因素
7、。水泥企业为了降低生产成本必须采用廉价混合材,而廉价混合材往往是低活性混合材,这必然造成熟料掺加量的增加,从而与使用混合材降低成本、资源综合利用、降低环境污染的目的背道而驰。事实上,混合材的活性除去与自身的物理化学结构有关,还与外界环境的作用有关。外界环境的作用包括两方面,分别是物理作用和化学作用;而添加助磨剂类物质可以激活混合材内部的活性物质,而外部机械作用可以改变混合材的表面性能和边缘晶体结构,这些都可以起到活化混合材的作用,从而提高混合材与水泥熟料之间的化学反应。混合材颜色除了矿渣和粉煤灰以外,余下的混合材主要是. 混合材活性火山灰质混合材,它包括天然火山灰质混合材料和正是由于工业废弃物
8、供应不足,导致混合材资 人工火山灰质混合材料两类。目前普遍应用的多数源竞争激烈 从而引发了昆合材活性的下降;同时随为人工火山灰质混合材,其中使用量相对较大的主着煤炭和钢铁企业的整合,粉煤灰和矿渣资源日益 要是煤矸石,烧黏土或者烧页岩。使用人工火山灰集中;而且大型钢铁企业已经参与矿渣粉的制备,而 质混合材存在的问题主要是该类昆合材往往数量较大型火电企业也在进行粉煤灰的分级。这些因素直 少,分布不集中,不能连续供应,从而影响水泥的生接引起优质混合材资源的价格上涨,目前粉煤灰和 产。随着混合材资源的竞争,很多企业开始逐步加矿渣的价格有的甚至已经高于水泥熟料的价格。因 入低活性的火山灰质混合材。对于自
9、燃过的煤矸石此为了降低生产成本,采用混合材的企业将不得不 或者烧黏土来说,较大的掺加量对水泥颜色的改变采用低活性的矿渣和粉煤灰进行水泥生产。 已经不容忽视,也成为顾客投诉的热点,这是在混合图 是西南地区某钢厂的矿渣中 含量的变材资源相对富裕的情况下较少遇到的。这其中也包化趋势图。从图 中可以明显的看出矿渣中氧化钛 括采用沸腾炉渣或者流化床煅烧的红色粉煤灰.含量呈现明显的上升趋势,而矿渣中的氧化钛以钙 从图 中可以看出自燃过的煤矸石和沸腾炉渣钛矿形式存在; 是一种惰性矿物,因此均显示暗红色,因此掺加一定量的自燃煤矸石类物含量较高时,矿渣活性下降。我国标准规定,矿渣中质做混合材使用,会明显影响水泥
10、的色泽。对于使一 , 一水淀工程些一一 殇?一? . 混合材的检测方法 一 随着水泥用混合材种类的增加和水泥混合材品质的下降,便捷迅速的检测水泥混合材的品质愈发重要,过去通过检测混合材活性的方法与水泥强度之间的相关性不强的问题也就更加凸显;而且国家对建筑材料健康环保的要求也在增加,有毒有害废 弃物也逐渐被企业所重视。表 给出了水泥工业使图 自然煤矸石和沸腾炉渣用工业废渣所遵循的国家标准,修订于 的标准合材的水泥企业来说,除了降低混合材的 距离目前已经过去 年,目前多数的优质混合材资,应该从补色、掩蔽、吸附、除色、细度等等 源已经枯竭,而国家标准中并没有更新适用范围更生方面采取相应的技术措施,以
11、设法降低带 加宽泛的检测方法。表 水泥用混合材国家标准材对水泥色泽的影响;同时要积极改变用建立示范工程。例如建立一座完全使用该标准名称 颁布年份 适用范围己的公路桥,通过户外试验证明水泥颜色并的灰色,而且有其他颜色;其他颜色水泥既乏挥了混合材资源就地取材的特点,又不影哥性能,且还可使水泥建筑物很好地融人当境。这样既可推广水泥,又能引导消费者。材的掺加量多数水泥企业来讲,获得优质混合材的数水泥产量。随着新标准剔除. 强度保证强度的基础上,多数水泥企业都感到混 随着水泥产量的急剧增加,水泥对混合材的需参加量明显减少;要在国家标准的限制范围 求数量也突飞猛进。没有国家标准的支持,很难说步增加普通硅酸
12、盐水泥中混合材的掺加量 企业不会滥掺滥用。显然,这既不利于建筑物使用越大。因此国内水泥企业开始转向复合硅 寿命,也不符合水泥工业利用工业废弃物向低碳环己的生产,尽管国家标准中要求复合硅酸盐 保发展的要求。建立垃圾焚烧灰、炭质页岩、循环流合材掺加量不超过 %,但随着优质混合 化床固硫灰等新的混合材使用标准,加快建立高钛勺枯竭,复合水泥中掺入的混合材量也是越 矿渣、原状煤矸石等混合材活性检测方法与水泥强通过提高水泥细度来提高混合材用量是多 度之问的关系,实现便捷快速的监控进厂混合材技均选择,但就一般的水泥粉磨设备控制 术等等,这些都是水泥企业面临的重要课题,也是水筛余为 的情况已经比较困难;而且随
13、着水 泥技术进步的重要表现。另外利用计算技术,通过提升,水泥的粉磨电耗,水泥与外加剂的相混合材化学成分的变化,预测水泥强度的变化趋势,其使用性能也出现劣化。 也是混合材监测的重要方向。上讲,我国水泥工业利用工业废物的数量解决措施.趋势 ,见表 。从表 中同时可以看出,虽董物总量是在增加,但是增幅在明显降低。. 实现混合材的优化组合要的贡献就在于预分解窑熟料对立窑熟料 水泥中掺加两种或多种混合材,可不同程度地而随着这一技术进步的完成,那么水泥混合 提高水泥的力学强度和混合材掺量见表 ,这己量必然呈稳定或者下降趋势,因此解决水泥 在很多水泥厂中得到了应用。然而,同一种混合材参加量还需要更多的措施和
14、方法。与不同种类的其它混合材搭配组合进行复掺,其水泥具有极不相同的强度效应。表 水泥中固体废渣利用量采用最佳的混合材组合方式,不仅能够最大幅度地提高水泥强 . . . . . . ? .度,而且可以更多地利用廉价混一一水诳工疆?封培然:对水泥混合材的思考合材和增加混合材掺量。别昆合材按照酸碱性、活性与惰性的合理搭配,组合分析表 中 可以看出,单一使用某种工业废渣 的各类混合材陛质差别越大,越有利于取其优势,补与多种工业废渣的搭配相比,掺加量既有所增加,并 其不足。如果要提高早期强度需要碱性与惰性混合且也有利于水泥强度的增长。例如矿渣的使用,单材;如果期望提高后期强度需要酸性与活性混合独使用矿渣
15、与矿渣搭配石灰石既弥补了矿渣水泥早 材。这样既能够使水泥的早期强度、后期强度均有期强度偏低的缺陷,也扩展了混合材掺加量。根据提高,而且可较多地利用廉价混合材和增加混合材上述试验结果,实现混合材的优化组合需要不同类 掺量,借以降低成本,节能减排。表 混合材种类及组合方式对水泥强度的影响. 使用水泥外加剂,提高水泥中石膏的作用 开路水泥粉磨系统中使用助磨剂也有类似的效果,水泥中石膏的作用不仅仅是调节凝结时间,同 不过需要注意助磨剂与工业副产石膏的相容性问题时石膏的化学成分可以成为激发水泥混合材活性的 ,防止助磨剂效果的损失。重要条件。根据过去许多混合材激发剂的研究,多提高熟料强度,数的激发剂都具有
16、硫酸根离子,石膏的使用正好具 提高水泥熟料强度可以明显地降低水泥中熟料有这一优势。图 就是使用激发剂和没有使用的水 的掺加量,从而能提高混合材掺加量。从表 我国泥强度对比 ,从图 中可以看出使用激发剂后,水 水泥熟料的掺加量就可以看出,随着近年来预分解泥 抗压强度提高 ., 抗压强度增加. 窑熟料数量的提高,高质量的新型干法水泥熟料取 。由此可知,对水泥中混合材的激发就是对水 代立窑熟料,水泥中熟料的掺加量在逐步降低。当泥强度的灭献。同样,水泥助磨剂也有类似激发剂 然随着混合材掺量的提高,预分解窑熟料强度进一的效果。大此斤展多种石膏的搭配,例如天然石膏 步提高的空间越来越小,目前将普通硅酸盐水
17、泥熟和磷石膏的合理搭配,既可以降低天然石膏的使用 料抗压强度提高至 已经比较困难。因量,又可以提高水泥强度,降低水泥生产成本。另在表 国内熟料水泥掺加量窒懋嘿趟图 加与未加激发剂对水泥各龄期强度的影响一一水淀工程此必须扩宽其他的技术途径,尤其是在提高熟料早 源;拥有的各种自然资源很难达到活性混合材的要期强度方面。目前一般的熟料早期强度大约在 求;等等。若当地的水泥企业只能依靠长途运输各 ,而使用电石渣部分代替石灰石作为钙质原 种工业废渣,那从整个社会的资源消耗看,也没有实料可以得到早期强度为的熟料,这无疑是增现最佳配置;从水泥企业的成本来看,也不利于偏远加混合材掺加量的有效方式。除此之外可以采
18、取特 区域的长久发展。因此,严格限制水泥混合材种类种水泥与普通水泥复合的形式提高熟料强度,例如 是没有必要的。防止企业质量掺假与滑坡,可以通使用普通熟料和硫铝酸盐水泥熟料搭配可以提高 过政府职能部门的强有力的监控实现;也建议企业%以上的混合材掺加量。 多展开混合材资源的普查与试验研究,最大限度保. 改善水泥色泽 证企业生产与质量的提升。多数水泥企业对带有颜色的混合材都采取弃之 . 改善水泥粉磨工艺状况不用的方法,然而随着混合材资源的紧缺,带有颜色 水泥粉磨系统的缺陷最根本的是水泥细度较的混合材的不能利用也变成了一种浪费,因此应该粗,不利于水泥早期水化和强度发展,改善水泥粉磨从提升水泥技术方面加
19、以解决该问题。最简单的改工艺最根本的是改善水泥成品细度。目前依然有较变带色混合材的影响是掩盖,例如红色的混合材可 多的水泥企业采用一台开路水泥磨粉磨物料,这显以和黑色混合材搭配使用,降低红色对水泥色泽的 然与先进的高效挤压研磨设备的配合使用在水泥粒影响;其次可以根据颜色互补原理,使用互补色将颜 度级配上有较大的差距。实践表明,在混合粉磨系色调整为白色;还可以使用吸附剂使有色的混合材 统中,复合硅酸盐水泥中 ?的颗粒只有达到脱去颜色;另外可以适当调整混合材细度来改善水%才能充分发挥混合材的性能。文献 的研究泥的色泽。实际上通过化学的方式也能有效降低混结果表明 .方孔筛的筛余每增加%,则水泥合材色
20、泽,例如变价金属的处理。我们知道氧化铁 的 抗压强度降低 . ,这也就是说每增加颜色较为鲜艳,可以改变含有氧化铁混合材的铁离 个百分点的 筛余就需要降低 个百分点的混子价态,在冷却时及缺氧处理就可以改变其色泽;但 合材掺加量。实践也表明,在原闭路粉磨系统前增是这样可能成本较高,可积极与混合材上游企业合 加辊压机等预粉磨设备能极大提高水泥磨产量。如作解决。 文献的改造表明,增加辊压机后水泥磨产量由此外,对于某区域某种有色混合材资源丰富的 / 提高到了 . ,比表面积由 / 提地区,改变客户对水泥色泽的使用习惯,也是值得尝 高到,混合材掺加量增加 %。由此可知,试的重要工作,尤其是实现混合材的就地
21、取材具有水泥粉磨工艺对混合材掺加量的影响是显著的。另重要意义,杜绝水泥质量与水泥色泽相联系的错误 外不合理的水泥粉磨工艺造成的水泥水分变化、温认识更为重要。对于企业内部而言,严格控制熟料度升高等情况就更加严重,生产中也应该极力避免。质量防止黄心料的出现,也非常重要。结语. 扩展混合材资源种类扩大混合材资源种类是有效解决混合材资源短 随着水泥企业效益的下滑和水泥企业之间缺的重要方式,不过这往往需要国家标准的支持,单竞争的日益激烈,合理地开发和使用混合材资源已个企业很难做到。过去对于复合水泥曾经有过允许 经成为关系企业成本与生存的关键。水泥企业既要开拓新混合材的标准,但是由于企业滥掺滥用,新的立足
22、与自身实际情况,加快混合材资源的开发,积极国家标准对混合材资源进行了限制。随着水泥可持 改造水泥粉磨设备,提高企业熟料强度,也要面向未续发展的进步,新的废弃物在不断的出现,包括焚烧来大力开发各种潜在混合材资源,避开水泥混合材垃圾灰、不锈钢钢渣、锰铁合金渣、油页岩等都可以 缺陷的影响。用做混合材 ”。因此扩展混合材的种类既有利于全面提高水泥生产技术,朝水泥绿色环保实现水泥生产降低成本,也有利于水泥向环保绿色 方向发展,充分发挥混合材资源对水泥企业降低生方向发展。产成本、优化水泥性能方面的重要作用,是新形势下实现混合材资源的本地化也需要进一步扩大混 水泥企业实现自身经济利益和社会责任的途径。合材资源。例如在南方水力发电较多,粉煤灰资源匮乏;很多地区没有钢铁企业,也无法得到矿渣资下转第 页一 一 水淤工程型
