晶核素在水泥生產中的應用

許硯翔 鄒晨峰 許曉亮（北京恒 生然建材科技有限公司，北京100078）

1 引言

晶核素（Crystal Core Element簡稱CCE）是將含有CaO、SiO2、Al2O3、SO3的礦物原料按適當配比磨成細粉，經750℃至1100℃高溫煅燒至部分熔融后得到的以硅鋁酸鈣和硫鋁酸鈣為主要礦物成分的無機非金屬材料。經過十余年的試驗研究，晶核素已成功應用于水泥生產過程，在降低熟料用量、提高產能、增加經濟效益方面取得了突破。試驗研究證明使用晶核素后可直接降低水泥中熟料的比例，增加混合材的摻量，提高水泥生產中的C/K（單位水泥熟料比）值，降低水泥生產成本，大幅度提高水泥生產線的產能和水泥生產企業的利潤。

2 使用晶核素的水泥配比試驗

2.1 試驗原料

水泥熟料

熟料取自金隅集團鼎鑫水泥有限公司，3d抗壓強度29.0MPa；28d抗壓強度53.5MPa。

礦粉

實驗采用的是S75級礦粉，取自河北石家莊市某廠，比表面積378.4m2/kg，活性指數76.7%。

二水石膏

河北邢臺石膏二水石膏，SO3含量43.98%。

晶核素

北京恒生然建材科技有限公司生產。

2.2 水泥配比

經過適配試驗，主要確定水泥配比晶核素的摻加量為0.5%、0.7%和0.9%，與未加入晶核素的空白水泥進行對比。使用CCE的水泥試樣編號為J，未使用CCE的水泥試樣編號為K（空白水泥），K07為J16～18的空白對比樣，原料配比列入表1。

表1 使用CCE的水泥試樣配比

2.3 水泥試樣粉磨和勾兌

將水泥熟料、二水石膏和晶核素作為母料入試驗磨粉磨至比表面積350 m2/kg左右，在混樣器中勾兌礦粉混合均勻，制成水泥樣。

表4 實際生產使用CCE的配比試驗

2.4 水泥試樣分析檢測

水泥試樣的成分分析列入表2。

表2 水泥試樣的成分分析

水泥試樣的凝結時間和強度檢測數據列入表3。

從表3數據可以看出，隨晶核素摻加量的增加凝結時間降低不明顯，3天、28天抗折和抗壓強度明顯提高。摻加0.7%晶核素的J17#水泥試樣的3天抗壓強度達到了25.8 MPa，28天抗壓強度達到了55.3 MPa，推薦晶核素的摻加量為0.7%。

2.5 晶核素用于不同水泥廠的原料和配比的試驗

根據不同水泥廠的配比、原料和水泥品種進行了不同晶核素摻加量的試驗，原料、配比和性能檢測數據列入表5。實驗結果可以為水泥廠在不同配比、原料和水泥品種生產時使用晶核素提供參考。

3 晶核素在水泥生產中的應用和經濟效益分析

3.1 晶核素在水泥生產中的應用

經過工業生產試驗驗證后，河北省某水泥廠于2009年7月-2010年4月將晶核素應用于水泥生產。球磨機規格為Φ3.0×13.0m，兩條開路粉磨生產線；平均臺時43.5t/h，采用熟料、晶核素、脫硫石膏、粉煤灰和石子入磨機粉磨后勾兌礦粉的生產工藝。2009年 7月至8月期間實際生產過程中取樣檢測數據列入表5，生產過程控制的水泥工作性能和強度指標都達到了控制標準。該廠使用晶核素前后的原料消耗數據列入表6，對數據分析表明使用晶核素后，每噸水泥的熟料消耗降低了6.7%，生產線產能提高了7.1%。

3.2 使用晶核素后的經濟效益分析

采用晶核素和后勾兌礦粉的生產工藝后，降低了水泥每噸的熟料用量，增加了混合材摻加量，對于使用晶核素后每噸水泥的直接成本、水泥產量和水泥銷售價格相互影響、變化趨勢進行了分析研究和演算，提出了適用于該工藝經濟效益的計算公式。

表3 水泥試樣的凝結時間和強度檢測數據

3.2.1 計算模型的適用條件

計算模型的適用條件為使用晶核素和外摻礦粉的生產工藝，原料的原配比和新配比的項目列入表7。

表6 使用CCE前后原料消耗對比數據

表7 原料的原配比和新配比

其中X1+X2+X3 +X4=100,X4 -外摻礦粉；Y1+Y2+Y3+ Y4=100，Y4-外摻礦粉。采用CCE技術后，在保證水泥強度和性能指標的前提下，外摻礦粉量Y4大于X4（X4≥0），礦粉不需經過磨機直接勾兌成水泥產品，所以水泥產量會提高。產量提高系數K=新配比產量/原配比產量 （k1≥），若M1表示原配比產量，則M1·K為新配比產量。

3.2.2 成本核算

若C11表示原配比直接成本 、C22表示新配比直接成本，則

C11=A·X1+B·X2+C·X3+D·X4

C22=A·Y1+B·Y2+C·Y3+D·Y4

另設

C1—原配比綜合成本 C2—新配比綜合成本

Z1n—原配比中成本變量 Z2n—新配比中成本變量

則C1= C11+Z1n C2= C22+Z2n

因使用晶核素后生產水泥的人工、電費等變化不大，故Z1n約等于Z2n。

圖3可以看出，白糖添加量對酸奶品質的影響極為明顯。感官評分隨白糖添加量的添加呈現先升后降的趨勢，白糖添加量為7%時，感官評分最高；當糖添加量增至9%時，酸奶口感過甜；添加量為13%時，酸奶凝乳不均勻、稠厚感差、甜度無法適口。因此7%的糖添加量最為合適。

3.2.3 使用晶核素后增加利潤分析

P表示水泥產品價格（按照當地的實際銷售價格計算），則

原配比毛利潤：Q1=（P-C1）M1

新配比毛利潤：Q2=（P-C2）（M1·K）

計算新配比生產增加的利潤：

ΔQ=Q2-Q1

=（P-C2）（M1·K）-（P－C1）M1

=M1[K（P-C2）+ C1-P]

=M1[（K-1）P+ C1-C2·K]

當Z1n與Z2n差異的很小時，ΔQ=M1[（K-1）P+ C11-C22·K ]

則新配比生產每噸產品增加的利潤按下式計算：

Q = Δ Q /（M1·K）

=[（K－1）P+ C11－C22·K ]/K

根據表6中的數據計算該水泥廠使用晶核素后生產每噸水泥增加的利潤為：

Q =[（1.071 － 1）470+328.56 －324×1.071]/1.071 =13.98元/t

4 結論

通過上述試驗研究和分析可以得出以下結論：

1）經試驗研究證明晶核素適用于外摻礦粉的水泥生產工藝，可根據熟料、礦粉性能差異以及水泥控制指標在0.5-0.9%調整晶核素的摻加量；

2）通過某水泥廠的實際生產成本和利潤數據的計算，每噸水泥增加利潤13.98元/t，證明使用晶核素后可以明顯增加每噸水泥的利潤。

試驗研究證明使用晶核素后可直接降低水泥中熟料的比例，增加混合材的摻量，提高水泥生產中的C/K（單位水泥熟料比）值，降低水泥生產成本，大幅度提高水泥生產線的產能和水泥生產企業的利潤。

[1]硅酸鹽生產配方設計與工藝控制，武秀蘭、陳國平、稽鷹編著，化學工業出版社，2004年6月。

[2]水泥標準手冊，王剛主編，中國標準出版社，2006年11月。

[3]饒東生.硅酸鹽物理化學[M].冶金工業出版社.1991年11月(修訂版)。

[4]綠色高性能生態水泥的合成技術，趙洪義編著，化學工業出版社，2007年10月