前言

白水泥的生產(chǎn)工藝及礦物組成與普通硅酸鹽水泥大致相似，但白水泥對(duì)質(zhì)量的要求主要是白度和強(qiáng)度，而影響白水泥熟料白度的因素很多，包括原材料及燃料、生料的質(zhì)量、熟料的煅燒及熟料的漂白冷卻等。其中原燃料是最主要的因素，因?yàn)樵牧现蠪e、Mn、Ti、Cr等著色元素的氧化物的含量，尤其是Fe₂O₃的含量對(duì)白水泥白度的影響最大。因此，在白水泥生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)原燃材料中著色元素含量的控制是提高熟料白度最基本的保障。本文針對(duì)影響白水泥白度的因素尋找白水泥生產(chǎn)原材料的最佳優(yōu)化組合進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)。

一、原材料預(yù)處理及成分分析

1.1 原材料的預(yù)處理

實(shí)驗(yàn)所用的材料石灰石、鋁質(zhì)材料、硅質(zhì)材料等用烘箱在105℃條件下烘干2h后，自然冷卻，使用小型振動(dòng)磨粉磨至80μm篩篩余≤10％，裝入密封袋中保存使用。

1.2 原材料成分分析

對(duì)實(shí)驗(yàn)所需各種原材料進(jìn)行化學(xué)成分分析，其分析結(jié)果如表1所示。

表1 原材料化學(xué)成分分析(%)

考慮白水泥的生產(chǎn)工藝及礦物組成，結(jié)合白水泥白度高，強(qiáng)度高的要求，初步設(shè)計(jì)高飽和比，高硅率的配料方案，飽和比KH=0.97±0.02，SM=5.4±0.3，IM=2.5±0.1，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.1 石灰石最佳優(yōu)選方案

白色硅酸鹽水泥的組分與普通硅酸鹽水泥雖然大致相似，但亦有不同，主要是含鐵量低，一般熟料中w(Fe₂O₃)≤0.35％。對(duì)上述石灰石化學(xué)成分對(duì)比分析可以看出，石灰石Ⅰ和石灰石Ⅱ都屬于典型的鈣高鐵低的高品質(zhì)石灰石，都可做生產(chǎn)白水泥熟料的優(yōu)質(zhì)鈣質(zhì)原料使用。高鎂廢石作為石灰礦山開(kāi)采中最常見(jiàn)的采礦廢石，因其高鎂夾層中MgO超標(biāo)，絕大部分含量超過(guò)3.5％，不能直接作為水泥原料使用，否則會(huì)引起水泥產(chǎn)品的安定性不良。而高鎂廢石雖然MgO成分較高，但其CaO能達(dá)到52％以上，w(Fe₂O₃)≤0.15，可利用其CaO含量高，F(xiàn)e₂O₃含量低，堿含量低的特點(diǎn)，在白水泥生產(chǎn)中與石灰石混合使用，既能起到變廢為寶，吸收工業(yè)固廢的環(huán)境治理效果，又能起到良好的搭配均化作用為白水泥熟料的生產(chǎn)及產(chǎn)品的研制提供了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

優(yōu)選法要求控制除需要優(yōu)選的因素外其他變量處于同一條件，通過(guò)做優(yōu)選因素變量組的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，最后通過(guò)分析得出最佳的實(shí)驗(yàn)因素。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表2，將#1、#2、#3三組樣品經(jīng)混合均勻后放入實(shí)驗(yàn)室高溫爐內(nèi)，在1450℃條件下煅燒30min后取出水淬冷卻，快速烘干后用小磨研磨30min(比表面積≥300m2/kg)。水淬冷卻的方法為：將高溫熟料直接導(dǎo)入冷水中，急速冷卻至100℃以下，將水倒掉后，快速烘干，得到白水泥熟料的白度基本上接近最高白度，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中得到的熟料白度因其生產(chǎn)工藝的缺陷、煤粉的摻入及環(huán)境的影響，在此基礎(chǔ)上至少要損失2.0以上。然后對(duì)熟料物理性能進(jìn)行檢測(cè)分析，其檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 石灰石優(yōu)選生料配比及熟料物理性能

從表2中可以看出，#3白度較低，主要是石灰石Ⅲ的Fe₂O₃含量較高，不適用白水泥的生產(chǎn)。而#1、#2兩組都還比較好，但白度還是不夠理想。結(jié)合高鎂廢石鈣高鐵低的特點(diǎn)，采用石灰石Ⅰ搭配高鎂廢石使用，均化降低其生料中Fe₂O₃的含量。

再次設(shè)計(jì)優(yōu)化石灰石配比實(shí)驗(yàn)方案，選取石灰石Ⅰ與高鎂廢石進(jìn)行比列搭配混合，可以起到很好的配比均化效果。設(shè)計(jì)樣品#4、#5兩組，配比見(jiàn)表3，按上述實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行熟料煅燒實(shí)驗(yàn)，對(duì)其熟料物理性能進(jìn)行檢測(cè)分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 石灰石搭配生料配比及熟料物理性能

由表3可知，兩種搭配方案都能起到很好的效果，通過(guò)高鎂廢石與石灰石Ⅰ的搭配使用，具有優(yōu)化生料配比結(jié)構(gòu)、提高白水泥品質(zhì)的作用，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有重要的參考價(jià)值。同時(shí)通過(guò)對(duì)工業(yè)固廢的回收利用，不僅從原材料上起到了提質(zhì)降本的效果，也是節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境的一項(xiàng)重要舉措。

2.2 硅質(zhì)材料的最佳優(yōu)選方案

白水泥生產(chǎn)硅質(zhì)材料可以分為頁(yè)巖、葉臘石(本實(shí)驗(yàn)選用含鋁較高的葉臘石)、矽砂等幾種。按照石灰石最佳優(yōu)選方案，將石灰石Ⅰ+高鎂廢石(1：1)作為石灰石樣(以下稱混合石灰石)、鋁礬土作為控制變量，硅質(zhì)材料作為優(yōu)選變量，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表4，對(duì)比上述#4樣。經(jīng)過(guò)熟料煅燒實(shí)驗(yàn)，對(duì)其熟料物理性能進(jìn)行檢測(cè)分析，其檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 硅質(zhì)材料優(yōu)選生料配比及熟料物理性能

由表4可知，#8樣效果較好，且與#樣比較接近，#6、#7樣白度差距較大。矽砂及葉臘石在白水泥生產(chǎn)中可作為硅質(zhì)原料的首選，而葉臘石的加入可大幅降低鋁質(zhì)材料的消耗。矽砂的Fe₂O₃含量極低，非常有利于提高白水泥熟料的白度，但由于矽砂的SiO₂含量極高，耐磨性較差，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)窯內(nèi)煅燒產(chǎn)生不利影響，因此，在使用矽砂配料進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)時(shí)需加入少量的礦化劑，降低熟料煅燒溫度，促進(jìn)熟料中C₃S的形成。

2.3 鋁質(zhì)材料最佳優(yōu)選方案

鋁礬土Fe₂O₃低、堿低、SO₃低、鋁高(品質(zhì)好)，作為鋁質(zhì)材料能夠滿足白水泥的生產(chǎn)需要，也被當(dāng)前大部分白水泥廠家所使用，由于鋁礬土主要產(chǎn)地在貴州，從貴州采購(gòu)運(yùn)輸，其運(yùn)輸成本較高，故選用價(jià)格較低的工業(yè)廢鋁渣進(jìn)行配比實(shí)驗(yàn)。首先對(duì)各原材料進(jìn)行成分分析，采用鋁渣和鋁渣與鋁礬土1：1搭配使用配料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表5，對(duì)比#4樣，再進(jìn)行熟料煅燒實(shí)驗(yàn)，對(duì)其熟料物理性能進(jìn)行結(jié)果分析，其檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

表5 鋁質(zhì)材料優(yōu)選生料配比及熟料物理性能

從表5可知，鋁礬土與鋁渣1：1搭配使用，可達(dá)到鋁礬土單獨(dú)使用的效果，而使用鋁渣100％代替鋁礬土，則其白度略有損失。主要原因是鋁渣中含有微量的部分融化的冰晶石、氟化鋁等熔融的鹽及碳陽(yáng)極脫落產(chǎn)生的碳等雜質(zhì)，會(huì)影響熟料的白度，但因用量極少，所以影響程度不大，完全滿足實(shí)際質(zhì)量指標(biāo)要求。

經(jīng)過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，綜合考慮白水泥熟料白度、強(qiáng)度、生產(chǎn)成本等諸多因素，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，配料率值可采用偏高飽和比，高硅率的配料方案。原材料中鈣質(zhì)原料可采用優(yōu)質(zhì)石灰石與高鎂廢石按1：1搭配使用，硅質(zhì)原料采用矽砂或葉臘石，因矽砂和葉臘石均具有地域的限制條件，同時(shí)葉臘石的Al₂O₃含量較豐富，可以大幅降低鋁質(zhì)材料的消耗。因此，生產(chǎn)企業(yè)可根據(jù)成本要求，擇優(yōu)選擇矽砂或葉臘石作為硅質(zhì)材料。鋁質(zhì)原料采用鋁渣或鋁渣與鋁礬土搭配，可降低生產(chǎn)成本。

作者：程海平，覃愛(ài)平，龍繼承，徐合宙，孫亮亮

來(lái)源：《葛洲壩石門(mén)特種水泥有限公司》

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