利用碱渣制备白色阿利尼特水泥

1、本科生毕业论文题 目： 利用碱渣制备白色阿利尼特水泥 英文题目： preparation of white alinite cement from sode residue 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 材无机非金属材料工程 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2011年 6 月 15 日-摘 要摘 要随着纯碱工业的不断发展，碱渣的堆积问题越来越严重，而且污染生态环境。目前，水泥产业规模庞大，在水泥生产中利用廉价的废弃物，变废为宝，是解决这一问题的重要途径之一。本试验采用碱渣、石灰石为水泥主要原料，以叶腊石为辅助作料，制备白色阿利尼特水泥。通过分析其主要成分发现，碱渣化学成分与

2、砂岩（石灰石）很接近，可以部分或全部取代石灰石用作水泥原料。本实验在了解碱渣的物理性能基础上，用碱渣取代部分石灰石，研究、设计生料配比方案，对生料煅烧制度进行研究，确定最佳石膏掺量。对烧出的熟料矿物性能进行分析后，制备得到白色阿利尼特（alinite）水泥，测试其各项物理性能表明，用碱渣煅烧水泥的各项性能均符合国家标准，28d抗折强度达4.6mpa，抗压强度达45mpa，而且该水泥白度高、粘性均比普通硅酸盐水泥好，是一种很好的建筑胶凝材料。而且以碱渣制得的白色水泥的煅烧温度低（1150），白水alinite水泥不仅低温形成、低钙组成，而且熟料易磨。烧好的熟料不需快速急冷，初凝终凝时间间隔短，具

3、有快硬早强的特点。因此，利用碱渣生产水泥不但可节约资源，而且可减轻环境污染，因而具有良好的应用前景。关键词：碱渣，白水泥，alinite，煅烧温度，强度。abstractabstractwith the continuous development of soda ash industry, the alkaline up problems, and pollution of ecological environment is more and more serious. at present, the cement industry, large scale in the cement pr

4、oduction process ,taking advantage of cheap waste reuse, to solve the problem, is one of the important ways. this test will use the alkaline and cement limestone as main material for synthesizing auxiliary condiments, preparation of the white cement alinite. through the analysis of the main ingredie

5、nts found that chemical composition and removing sandstone (limestone) is very close, can some or all of the raw materials used for cement instead. this experiment in understanding the physical properties of the alkaline based on removing part of limestone, replace with research, the design scheme o

6、f raw material, ratio of raw material calcined system, to determine the optimal dosage of gypsum. to burn out the clinker mineral performance analysis and prepare getting white alisher nita (alinite) cement, the physical performance shows that in alkaline cement firing of various performance which c

7、onform to the national standard, 28 d the flexural strength of 4.6 mpa, compressive strength with winds of 45 mpa, and the cement white degree is high, viscous are better than ordinary portland cement , is a kind of very good architecture gelled material. and, in alkaline system of white cement calc

8、ining temperature (1150 ), alinite cement not only low temperature formation, low calcium composition, and clinker grinding easily. burn good clinker need not fast urgent cold, initial setting final set, and the short time between with rapid hard early strong characteristic. therefore, the use of al

9、kaline cement production not only can save resources, and can reduce the environment pollution, thus has a good application prospect 。key words：soda residue, white cement, alinite, burning temperature, strengthi目 录目 录引言1第一章 综述21.1 碱渣的来源及现状21.2 碱渣综合利用的前景31.2.2 化工方面的应用41.2.3 环境保护方面的应用51.2.4 农渔业方面的应用61

10、.3 存在的问题61.4 研究意义71.5 研究目标7第二章 试验研究方案82.1 碱渣作原料煅烧熟料及生产水泥的研究82.1.1 本研究的具体内容82.1.2 本研究的技术路线82.3 试验材料及其设备92.3.1 试验材料92.3.2 试验设备10第三章 试验研究过程113.1 碱渣作原料生产水泥113.1.1 配料计算113.1.2 生料的制备113.1.3 水泥的配制123.1.4 水泥物理性能检测123.2 水泥的各项物理性能检测133.2.1 水泥胶砂流动度133.2.2 水泥胶砂干缩性14第四章 试验结果讨论154.1 碱渣的物化性能154.1.1 化学组成154.1.2 矿物组

11、成154.1.3 粒度分布164.2 碱渣对熟料煅烧的影响174.2.1 对生料易烧性的影响174.2.2 碱渣煅烧水泥熟料的岩相分析184.2.4 碱渣煅烧水泥熟料的矿物组成204.3 碱渣煅烧水泥的物理性能214.3.1 标准稠度用水量224.3.2 凝结时间224.3.3 安定性234.3.4 抗折及抗压强度26结论28参考文献29谢辞3030河 北 联 合 大 学 毕 业 论 文引言碱渣（又称白泥）为氨碱法制纯碱的废渣。近年来，我国纯碱生产发展迅速；目前，纯碱生产能力约为1000万t/a,其中，我国氨碱法生产纯碱能力约为5000 kt，副产品废渣-碱渣近500万吨。一个年产80万吨的纯

12、碱厂，每年用于废渣排放的运行需投入1000万元，耗资巨大。废液、废渣如任意排放，将造成海域、河流不同程度的污染和淤塞，水产养殖也遭到破坏。碱碱渣沉积占用土地或海域形成“白海”，危机航道，成为安全隐患1已有研究8.9表明，碱渣可用于制备（白色阿利尼特水泥）建筑材料、工程土、复合肥料。氨碱厂碱渣的排出量巨大，若不采用综合利用措施，排入海域或河流会对水体环境造成污染破坏；大量碱渣的堆积,不仅需要相当的资金投入,而且对生态环境造成一定影响,同时也带来一系列问题。另外,碱渣严重污染环境。碱渣对环境的污染大体通过三种途径:(1)碱渣在风化过程中逸出某些有害气体,经大气传播而进行污染;(2)极细的碱渣细粒受

13、风吹的作用(甚至可形成沙暴),使周围环境受到严重危害;(3)遇到汛期,碱渣连同雨水流入农田、河流,使地下水造成危害。对碱渣的综合利用，变废为宝，具有较明显的社会效益和经济效益，其综合利用的前景较为广阔2。因此，本实验尝试用碱渣和石灰石为主要原料，以叶腊石为校正辅助料，研究不同配比、不同的煅烧制度，石膏的最佳掺量，烧制白色阿利尼特水泥。而且还应尽可能从整体上加以利用。一方面，随着基本建设规模的不断扩大，建筑用水泥及混凝土材料的消费量与日剧增。国家早就禁止各种行业以粘土作原料，砂岩也不再是鼓励使用的原料，而税收政策倾向支持各种废弃物的利用方面。另一方面，目前能够大宗利用碱渣的各种方式很少，而以碱渣

14、作白色水泥原料，既节省部分粉磨能耗和煅烧能耗，又为碱渣的充分利用提供了一条重要途径。第一章 综述1.1 碱渣的来源及现状纯碱被称之为工业之母，广泛用于建材、化工、冶金等行业。我国目前已是世界上最大的纯碱生产国，2006年纯碱产量达到500万吨，约70%以上的纯碱采用“氨碱法”生产，氨碱厂碱渣的治理历史是制约国内外纯碱行业发展的瓶颈。中国加入世贸后，随着国家环境治理政策法规的健全，对国内纯碱企业的环保要求进一步提高，如果今后国内纯碱行业在氨碱企业的废渣、非废液有序排放及综合利用方面仍没有实质性进展，将严重制约纯碱行业的健康发展。因此，碱渣的综合利用及其治理技术的研究具有深远的社会及经济意义。目前

15、的“氨碱法”工艺每生产1吨纯碱，需要排放含水量60%左右的固体碱渣1吨，占地几十平方公里。以天津建厂为例，近百年来该厂排放出的碱渣从产区蔓延到海边，天长日久形成了占地3.9万平方公里、高达15米、碱渣总量3600万立方米的三座碱渣山。如此大量的碱渣，如果长期得不到合理的处理和利用，不仅造成资源浪费，而且消耗大量的人力、物理、财力加以管理，侵占田地、污染环境、破坏生态平衡2，尤其碱渣中含有的钠离子和氯离子容易造成土壤盐碱化，给生产带来不利影响。目前国内大多数碱厂采用氨碱法生产纯碱，废液废渣的处理归纳起来有两种方法，一是排放到渣场，如天津碱厂；二是直接流入海湾，如大化碱厂、青岛碱厂等。天津碱厂，大

16、化碱厂建成最早，排放的废渣最多，急需处理的问题最为突出3。而对于国外氨碱厂的废液废渣的排放处理，以俄国氨碱厂的排放问题最为严重。俄国是一个纯碱生产大国，氨碱厂占了一大半，且大部分在内地，统计结果表明，仅建立排渣场的废渣堆存费用超过了其加工成商品呢的费用。欧洲各国氨碱厂对废渣的处理措施比较得力。例如英国将洗好的废渣与精制的盐水兑合后排入不分开采的盐洞中；其他国家先将悬浮在废液中的碱渣，出去大量的氯化钙和氯化钠，澄清后的碱渣用河水冲淡再送入排渣场，易于作为建筑堤垻之用，起到了较好的效果。田氨碱相当丰富的美国到了1986年关闭了1881年-1935年建立的九个大型氨碱厂，改用天然碱加工生产纯碱。关闭

17、主要原因是能源和污染问题。被关闭的氨碱厂，对废渣废液的处理也曾进行了大量的研究工作3。1.2 碱渣综合利用的前景碱渣的综合利用和治理，既可以减少环境污染，又可以回收资源，变废为宝，具有良好的社会效益和经济效益。综合起来，当前国内外对碱渣的利用和治理，主要有以下几个方面4。1.2.1 工程建筑方面的应用(1)生产普通硅酸盐水泥我国天津碱厂研究了以粉煤灰和粘土作为硅材料配料与碱渣混合，所得产品可达到（gb175-85）425#水泥的标准，碱渣在配料中占60%80%,用量大，该研究已完成中试。然而，利用碱渣烧制水泥，存在两大技术难点，一是碱渣中大量可溶氯化物的脱除；二是碱渣中镁盐的含量高，这两大难点

18、制约着碱渣水泥的进一步开发应用。对于碱渣脱氯，青岛建筑工程学院的娄性义等探讨了用电化学方法处理碱渣的机理和技术，研究表明，这种方法可以取得良好的脱氯效果。对于镁盐，目前还没有有效的方法进行脱除。 (2)制碱渣土及填垫材料漳州高速公路咨询服务有限公司肖志旺等的研究表明，碱渣自身或与增钙灰、粉煤灰、水泥等材料拌和后，均可形成碱渣土，压实后其物理力学性能高于一般素土，可用作房屋、车间地坪基地及道路路基。研究表明碱渣土是一种性能良好的工程用土，不仅可以用于大规模的低洼地区和滩涂工程填垫，而且可以提高改善周围的生态环境，带来来巨大的直接经济效益。(3)制碱渣砖华以湿排粉煤灰、原状湿碱渣为主要原料，掺大连

19、化工厂利用碱渣制成的碳化砖，产品质量可达到红砖标准。盐城工学院的侯贵加适量的硅酸盐水泥熟料及细集料，制得了符合jc293-91要求的粉煤灰-碱渣砖。由于碱渣砖含有的氯化物在自然环境中会发生潮解现象，影响产品的性能。因此，需要对碱渣中的氯化物进行预先脱除。国内尽管对碱渣砖进行许多研究，但主要停留在实验阶段，还未能进行大批量生产及应用5。(4)制沥青混合材填料随着公路交通事业的快速发展，作为沥青填料的石灰石也大量耗尽，造成资源紧缺，而且碱渣的主要成分是碳酸钙，因此，可以用碱渣代替石灰石制沥青混合料填料。东南大学的钱春香等研究认为碱渣作为沥青混合料填料是可行的和安全的，除了可以显著提高沥青混合料的高

20、温稳定性之外，还还可以明显改善抗剥落性。（5）生产建筑胶凝材料焦作化工三厂（1000 kt/a）、天津碱厂等20世纪80年代初开始，对碱渣生产建筑胶凝材料进行研究，其中焦作化工厂与天津新型建筑工业公司研究室合作，围绕碱渣制备胶凝材料进行了小试和中试，于1990年通过了原化工部组织的技术鉴定。该技术采用半湿法生产工艺，以碱渣、灰渣、锅炉炉渣及煤矸石为原料，以研磨、配料、炼制、粉末等工艺，最终得到一种水硬性建筑材料，可黏贴大理石、马赛克等，具有粘结力强、凝固时间短等优点6。（6）制建筑砂浆改良剂青岛碱业公司进行了将碱渣制成砂浆改良剂以代替建筑砂浆中的石灰膏的研究，制成的砂浆具有早强、抗冻和操作简便

21、等特点，并形成了相应的技术理论。由于碱渣中的可溶性氯化物的影响，这种砂浆使用后易使墙体表层产生泛霜现象，严重的时间长了会产生墙体剥落现象，影响建筑物的质量及使用价值。1.2.2 化工方面的应用（1）作橡胶填料刘继泉的研究表明，用碱渣作橡胶填料，可使硫化时间降低一半，伸长率提高13%，扯断强度提高53%，具有易分散，飞尘少，操作方便的优点，完全可以代替轻质碳酸钙用于橡胶制品的生产。用碱渣作橡胶填料可降低生产成本，市场前景良好。但由于目前生产技术还不成熟，国内外尚无工业化应用，有待于进一步深入研究。 (2) 烟气脱硫清华大学的马永亮等利用碱渣进行锅炉烟气脱硫，取得了较好的精华效果，脱硫率达到75%

22、。天津理工大学的彭铁成等和河北联合大学的芮玉兰等分别对碱渣用于湿式烟气脱硫进行了研究，讨论了不同条件对脱硫率的影响。山东海化公司纯碱厂则进行了利用碱渣制烟道气脱硫剂的优选试验研究，其脱硫率达到90%。(3) 碱渣成分的回收与循环利用日本川崎技术研究中心对利用碱渣回收nahco3进行了研究，可以获得纯度达97% nahco3。日本中央硝子宇部工厂也从废渣中制取了氯化钙。北京绿色相容化学化工研究中心经过多年研究，于2004年6月研制出一种称为“氨钙双循环”的新工艺，据介绍，目前除了有少量的废液排放外，以实现废渣的零排放。1.2.3 环境保护方面的应用（1）建设生态园区法国顿巴斯碱厂1873年投用的

23、渣场，经过绿化、植树，现在已经青青、绿树成荫的绿色小丘，丘顶由网球场、酒吧、及其他休闲设施，第二渣场也正在绿化。我国塘沽碱渣山治理成了美丽的城市花园。利用碱渣建设生态园区，变废为宝，可解决大量碱渣利用的难题，彻底根治了碱渣污染，值得大力提倡。（2）制杀菌保健产品2005年8月，青岛碱业股份有限公司从碱渣中提炼出了一种用于养鱼、养虾池内的名为“生态宝”的杀菌增产保健产品，此产品经过多次使用，效果十分明显。目前，该技术已正式投入使用，但对碱渣的需要量不高，使得每年的治理量有限。 （3）作为绿色建设的新土源天津泰达园林绿化公司研究中心的科研人员大胆进行废弃物资源化的研究和实验，在天津滨海新区的绿化建

24、设中，使碱渣、海湾泥、粉煤灰等工业废弃物称为滨海新区绿化建设的新土源。目前，“新土源”技术在滨海新区环城生态建设中，已进行了规模化的应用，取得了良好的效果，社会效益和经济效益明显。采用“新土源”进行绿地建设与以前用常规土相比，每平方米节约开支54.54元。滨海新区应用这项发明，两年节支1330万元7。（4）治理赤潮与水华yu z等研究表明，改性白泥碱渣的质量百分数在49%99%之间，无机絮凝剂与过氧化氢均在0.1%50%之间，把改性白泥与海水或淡水混合成均匀的悬浮液，喷射到引起赤潮和水华的还早上面，能够降低自然水域的ph值，显著地减少海藻。(5)用作公路建设在我国，氨碱法生产纯碱的企业每年都会

25、产生大量的废碱渣，堆放起来既占地方，又污染环境，制约着氨碱企业的可持续发展。为探索大规模利用工业废碱渣的新途径，通过对工业碱渣的成分分析和实验研究，结合国内外用于公路建设中水泥-粉煤灰（二灰）综合稳定材料的成功经验，按照公路工程对原材料的质量、工艺性能要求以及环保要求的试验设计原则在碱渣中分别加入水泥、石灰、粉煤灰作为结合料，配制出碱渣-石灰综合稳定土。研究发现，添加适当的外加剂后，可显著降低可能影响环境的氯离子的溶出率，并且可以作为1种胶凝材料，用作公路路面结构层综合稳定材料的固化剂。经过无侧限抗压强度试验击实试验和配合比优化试验，找到了碱渣-石灰综合稳定土的最佳配比，各项性能指标均符合国家

26、行业标准和相应的环保标准，可用作公路建设的原材料8。1.2.4 农渔业方面的应用（1）土壤改良剂或钙镁复混肥前苏联的别列兹尼科夫斯克碱厂曾建有生产钙肥的半工业生产设备。波兰是利用碱渣生产钙镁肥最好的国家，1974年波兰克拉克夫碱厂将40%的废渣制成钙镁肥，1975年则将其全部制成钙镁肥。从1997年开始，我国的天津碱厂与大连制碱工业研究所合作，用碱渣制得钙肥。广东农科院的黄庆认为，碱渣可作为华南地区酸性土壤良好的调理剂。国内外研究和实践的经验证明，碱渣用于土壤改良剂，对酸性土壤能够取得良好的效果，值得推广。（2）海水养殖池底和水质改良剂青岛碱厂与中国科学院海洋研究所共同开发出了将碱渣用于治理养

27、殖水体微环境的技术，碱渣经过改性和处理后，称为一种优良的海水养殖池底和水质改良剂，对灭菌、增加钙镁含量及活性硅酸含量、调节水体酸碱度、降低水产业生产成本，均有良好效果。（3）钾肥天津顺鸿碱渣地产开发有限公司对碱渣与钾长石制氯化钾技术进行了研究，取得成功并获得了专利，该技术能有效实现钾长石中的不溶钾转化为氯化钾，转化率达90%，具有良好的经济与社会效益。1.3 存在的问题目前，我国碱渣的综合利用程度比较低, 尤其建材、化工、环保、农业生产中, 其综合利用意义更大。在我国大多数碱厂中, 展开碱渣综台利用和环境治理的碱渣厂目前尚很少, 而且仅是单一回收, 这并没有达到综合利用的指标, 表明该项事业是

28、一个利国利民、前景可观的产业。如果从技术上解决了碱渣综合利用和环境治理, 那将会给许多矿山带来新的生机。当今世界人类所面临的主要问题是资源短缺、环境污染和人口过快增长。如果把碱渣的综合利用和环境污染解决, 其意义是深远的。目前，能够充分利用碱渣的方式并不多，以碱渣作集料是使其综合利用的最主要方式之一，而在“产碱”工艺中，各碱厂往往把碱渣堆放或直接排入河海，如果利用这部分碱渣作水泥原料烧制alinite水泥15，既节省部分粉磨能耗和烧结能耗，又为碱渣全部利用提供了一条重要途径。另一方面，从生产水泥的角度考虑，传统的生产水泥的工艺及其各项性能指标已广为人知。然而利用碱渣部分或全部代替粘土质原料，设计若干配料方案进行优选，测试熟料性能及矿物组成，再制备白色阿利尼特水泥，测试