煤矸石在水泥工业中的应用

1、煤矸石在水泥工业中的应用煤矸石在水泥工业中的应用王翠萍(山西煤炭职业技术学院,山西太原030031)摘要:介绍了以煤矸石为原料生产水泥的几种方法,阐述了煤矸石的主要成分对水泥组成,水化,凝结,硬化的影响.关键词:煤矸石:水泥;特性中图分类号:td849.5文献标识码:a文章编号:10088881f2006)02008802随着煤炭生产的不断发展,矿山的矸石排出量与日俱增,矸石山越来越多,占地面积越来越大.近年来,许多国家都在研究和发展将煤矸石应用于水泥工业的新工艺技术.一,煤矸石作原燃料生产水泥以煤矸石作为原燃料生产水泥,主要是根据煤矸石和粘土的化学成分相近,可代替粘土提供硅铝质原料,再加上煤

2、矸石能释放一定的热量,可节省部分的燃料的特点.1,生产普通水泥多数煤矸石是一种粘土质原料,它主要提供熟料所需的酸性氧化物sio和a120,.根据煤矸石生产水泥的特点,可按成分中对配料影响较大的a10,含量的多少,将煤矸石分为低铝(205%),中铝(305%)和高铝(405%)三类.低铝矸石的成分与粘土相似,用于生产普通水泥时,和粘土的配料相同.使用中铝煤矸石生产水泥,熟料中a10,含量达78%,基本仍和普通水泥配料相同.(1)普通水泥熟料的矿物组成水泥熟料并不是各种氧化物简单混合而成,而是由各种氧化物经高温煅烧相互作用而生成的矿物组成.因此,水泥熟料是一种由矿物组成的结晶细小的人造岩石.组成水

3、泥熟料的主要矿物有四种.1)硅酸三钙(3cao?sio2简写为cs),由cao和sio2化合而成.特性是水化和凝结快,生成物早期和后期强度均较高.2)硅酸二钙(2cao?sio2简写为c2s),由cao和sio2化合而成.水化,凝结,硬化速度较cs慢.3)铝酸三钙(3cao?a120简写为c),由cao和a10,化合而成.水化,凝结,硬化相当快.4)铁铝酸四钙(4cao?a1203?fe203,简写为c4af),由cao,a10,和fe0,化合生成.它不影响水泥的凝结,硬化,强度,在煅烧熟料的过程中,能降低熟料的熔融温度和液相黏度,有利于c的生产.回转窑和立窑烧制普通水泥熟料,其矿物组成的波动

4、范围见表1.表l普通水泥熟料的矿物组成(%j熟料类别c3sc2sccafsojmgolr2o回转窑熟料42-6115324111o一181.54.5i1.3立窑熟料38552o一3347132o<1.5<4.5ii.收稿日期:20051011巍蠢作者简介:王翠萍(19650,山西煤炭职业技术学院副教授,(2)普通水泥熟料的化学成分熟料的化学成分主要由cao,sio,a10,和fe0,四种氧化物组成,总含量95%以上.还含有少量的其他氧化物,如mgo,02,so3,na20,k20,p20等.普通水泥熟料的主要化学成分波动范围见表2.表2普通水泥熟料的化学成分(%j熟料类别caosi

5、02a12o3fe203回转窑熟悉62672【卜4472立窑熟料62-662【卜2574-.5煤矸石配料熟料60-6717244-627(3)普通水泥熟料的率值1)石灰饱和系数(kh)石灰饱和系数是熟料中cao和sio实际化合的数量与理论上全部形成硅酸三钙所需cao数量的比值.kh值一般在0.800.95范围内.kh值越大,硅酸三钙含量越高,水泥具有快硬高强的特性,但要求煅烧温度较高.kh值过低,熟料中硅酸二钙的含量增多,强度发展缓慢,早期强度低.2)硅酸率(n)硅酸率是熟料中sio含量与a10,和fe0,含量的比值.n值反映熟料中硅酸盐矿物(c3s+c2s)与溶剂矿物(c,a+cf)的相对含

6、量.n值过大时,熟料较难烧成,煅烧时液相量较少:n值过小时,熔融物含量过多,煅烧时易结大块.3)铝氧率(p)铝氧率是熟料中a10,含量与fe0,含量的比值.p值反映熟料中铝酸三钙和铁铝酸四钙的相对含量.p值过大,c含量高,液相黏度大,不利于游离氧化钙的吸收,还会使水泥急凝:p值过小,窑内烧结范围窄,不易于掌握煅烧操作.普通水泥熟料的率值要控制在表3的范围内.表3普通水泥熟料的率值熟料类别lahp回转窑熟悉0.85_o.931.7_2.5p立窑熟料0.84-0.901.8_2.21.0_1.5煤矸石配料熟料0.81_o.961.3_2.50.85.02,生产快硬水泥用a10,含量为28.08%的

7、中铝煤矸石代土生产快硬水泥.原燃料化学成分见表4.采用立窑煅烧工艺,所得熟料的化学成分和矿物组成见表4,表5.熟料的各率值为:kh值=0.875n=1.74p=1.37表4原燃料化学成分(%j名称烧失量sio2a1203fe203caomgo生料配比煤矸石12.7557,2425.141.860.920.5314.75石灰石41.683.830.390.3553.250.538o.17石粉2.0419.8611.2462.181.941.895.o8无烟煤50.3235.5o3.985.680.78原理工大学2004级硕士研究生.表5熟料化学成分和矿物组成(%)si02a12o3fe,o3ca

8、omgoc3sc2sccaf21407005l265320.9805848442464986l5563,生产早强水泥利用al20为2527%的煤矸石,配以石灰石,石膏和萤石制成生料,在立窑上烧成以cs为主,又含氟铝酸盐(c.a?caf2),无水硫铝酸盐(c3?cas04)以及少量c2s,c4af,caso+cas等矿物的熟料.熟料烧成温度为13501410.熟料外掺l3%经1000左右煅烧的石膏用以增强,并以1.53%二水石膏调节凝结时间.粉磨细度为4900孔筛筛余10%以下,一天硬冻强度可达30.0mpa以上,28天达60.0mpa以上.这种水泥不仅早期强度发展快,而且后期强度继续增长,具有

9、作业性能良好和微膨胀不收缩等特点.4,煤矸石制双快水泥采用42%a1:03的高铝煤矸石和cao为52%左右的石灰石配料,在立窑制氟铝酸钙型双快水泥.熟料的主要成分是c3s,c.a?caf,c2s,c4af.通常一天强度可达2030mpa,28天达4060mpa,可作为喷射水泥用于锚喷支护.二,煤矸石作水泥混合材料煅烧后的煤矸石经磨细,加水并与石灰或硅酸盐水泥拌成胶泥状态,在常温常压下起化学反应,生成稳定的不溶于水的水化硅酸钙和水化铝酸钙,在空气中硬化,在水中继续硬化,产生强度.因此,煤矸石煅烧后,含有活性sio和a103,就可以作为活性火山灰质混合材使用.煤矸石活性的高低,除与化学成分,细度有

10、关外,主要取决于热处理温度.煤矸石煅烧过程中,当加热到某一温度时,黏土矿物分解,晶格破坏,变成非晶质,形成无定性sio:和a1:0,具有活性.再继续加热到一定温度时,又重结晶,新晶相增多,非晶质相应减少,活性降低.因此,煤矸石有一个最佳的煅烧温度,一般为650900c,此时煅烧产物的活性最高.三,煤矸石无熟料水泥及少熟料水泥煤矸石无熟料水泥是以煅烧煤矸石为主要原料,掺入适量石灰,石膏磨细制成的水硬性胶凝材料.煤计石少熟料水泥也是以煤矸石为主要原料制成,但用熟料代替石灰作为主要原料之一.它与无熟料水泥相比,具有凝结快,早期强度高,劳动条件好,省去蒸汽养护,简化使用工艺等特点.以上两种水泥,可作为砌筑水泥使用.生产工艺流程是用煅烧煤f石,石灰加少量熟料或单用熟料,石膏按比例配合磨细,然后入库即获得无熟料或少熟料水泥.煤矸石的技术要求与作混合材料生产火山灰水泥基本相同.要求含碳量低,活性高,成分稳定.煅烧温度在6501000c之间.石灰(或熟料)是提供ca(0h):与煅