水泥生產中氯離子揮發的動態模擬

徐迅 汪瀾 牛云輝 齊硯勇 謝國棟

（1.中國建筑材料科學研究總院綠色建筑材料國家重點實驗室，北京 100024；2.西南科技大學材料科學與工程學院，四川綿陽 621010）

0 前 言

原料中過高的氯會嚴重影響預分解窯的穩定生產，其主要表現為預熱器系統的頻繁結皮，如下料管結皮、窯尾煙室結皮等。那么在利用含氯原料生產水泥時，對氯元素在不同溫度范圍內揮發特性的了解具有比較重要的工程意義，對于生產上因高氯原料引起的結皮堵塞情況采取相應的處理措施有所指導。

本文利用自主開發的模擬回轉窯高溫煅燒平臺，以含氯電石渣、砂巖、頁巖、硫酸渣作為原料，同時以外摻NaCl引入氯離子來研究不同氯離子含量對生料中氯揮發特性的影響。

1 試驗原材料及方法

1.1 試驗原材料

電石渣、砂巖、頁巖、硫酸渣來自于四川某水泥公司，其化學成分見表1。試驗中設定的三率值為：KH=0.9、SM=2.5、IM=1.6。實際計算出率值為：KH=0.90、SM=2.49、IM=1.60，其配比見表1。

各生料試樣按設定的配合比配料，選取化學純NaCl作為Cl-的引入，分別添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的NaCl來配料煅燒。

1.2 試驗方法

1.2.1 高溫試驗臺

本試驗臺利用高鋁管作為生料煅燒的模擬回轉窯，依靠管式爐加熱，直流減速電機帶動齒輪傳動，使得高鋁管以3～4rin/min的速度轉動，整個爐體固定后呈2.36°的傾斜角度。高溫試驗臺見圖1。

圖1 高溫試驗臺示意圖

1.2.2 動態煅燒過程

（1）生料成球

對生料進行預加水人工成球，料球控制在5mm以下。

（2）煅燒制度

將烘干后的生料小球試樣放置于1000℃的高溫爐內保溫15min，然后移入高溫試驗臺，在1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃5個不同的煅燒溫度下對生料進行煅燒。通過調整回轉窯轉速來調整保溫時間。整個煅燒氣氛保持為氧化氣氛，燒成的熟料取出急冷。

表2 動態模擬煅燒方案

1.2.3 氯離子和游離鈣的測定

氯離子含量按《水泥原材料中氯離子的測定方法》（JC/T420）檢驗；游離氧化鈣的測定按《水泥化學分析方法》（GB/T176）檢驗。

2 結果與分析

在不同煅燒溫度下，不同Cl-摻量對生料煅燒和Cl-揮發率的影響結果見表3。

圖2 煅燒溫度和Cl-摻量對煅燒試樣fCaO的影響

從表3和圖2可以看出，fCaO的含量隨著煅燒溫度的升高而降低。外摻Cl-和未外摻Cl-的基準樣相比，外摻Cl-在各煅燒溫度下都使得fCaO含量降低更多；摻量越高，fCaO含量降低越多。這是因為NaCl的摻入有可能作為礦化劑，有助于液相的提前出現和液相量的增加，有利于C3S的生成，所以fCaO的含量有所下降。

在同一煅燒溫度時，隨著NaCl含量的增加，fCaO含量下降更多，可能是由于礦化作用的增強，使得C3S更加易于形成。但fCaO含量下降的幅度不是很大，并隨著煅燒溫度的升高，fCaO含量趨于相當，在煅燒溫度達1400℃后，其含量趨于一個穩定值。

圖3 煅燒溫度和Cl-摻量對Cl-揮發性的影響

從表3和圖3可以看出，Cl-揮發率隨著煅燒溫度的升高而升高。外摻Cl-的試樣和未外摻Cl-的基準樣相比，外摻Cl-試樣在各煅燒溫度下Cl-揮發率都高出較多，煅燒溫度達1350℃以后，其Cl-揮發率都達到99%以上。從基準樣來分析，自身帶入Cl-揮發率隨著煅燒溫度升高也在升高，但在1450℃時揮發率才達81.3%。

在同一煅燒溫度下，不考慮基準試樣時，隨著NaCl含量的增加，Cl-揮發率有所增加，但基本上趨于穩定，這時外摻進入的Cl-基本上在高溫下都揮發了。

3 結 論

（1）同一外摻氯離子條件下，Cl-揮發率隨著煅燒溫度的升高而升高。煅燒溫度達到1350℃以后，其Cl-揮發率都在99%以上。

（2）外摻Cl-對熟料燒成影響較大。在各煅燒溫度下，外摻不同含量Cl-后，fCaO均低于未外摻Cl-的基準樣。并且在相同煅燒溫度下，外摻Cl-摻量增加，fCaO的含量下降明顯，說明在熟料煅燒過程中，氯離子可以起到礦化劑的作用，利于C3S的形成。