煤矸石活化劑技術的應用研究

譚蘇來,蔡漢銘,張筱婧

(1.新疆青松建材有限責任公司, 烏魯木齊843000;

2.新疆青松建材化工(集團)股份有限公司銷售公司, 烏魯木齊843000)

煤矸石活化劑技術的應用研究

譚蘇來1,蔡漢銘1,張筱婧2

(1.新疆青松建材有限責任公司, 烏魯木齊843000;

2.新疆青松建材化工(集團)股份有限公司銷售公司, 烏魯木齊843000)

因煤矸石具有活性,可作為混合材料在水泥中使用;可通過加入煤矸石活化劑解決水泥強度及需水量等問題;通過取樣及不同階段試驗獲取相應數據得出相應結論;煤矸石活劑技術適合于新疆某企業生產的青松水泥;在水泥質量滿足用戶需求的情況下節約了成本,降低了電能。

煤矸石; 活化劑; 技術; 試驗

新疆地區的煤矸石經過高溫活化(自燃)后,晶格、晶型發生了變化,產生了大量的晶體缺陷,因而煤矸石具有活性,可以作為混合材使用,但同時帶來煤矸石摻量、水泥需水量增大等問題。當煤矸石作為主要混合材料在水泥中應用時,需解決水泥強度及需水量等問題,這些問題可以通過加入煤矸石活化劑加以解決。活化劑為表面活性物質,對煤矸石有化學活化的作用和一定的助磨作用,另外,也可對煤矸石進行機械活化。摻加活化劑在經濟上、操作上是一個可行的方法。

1 第一階段小磨試驗

1.1 取樣試驗

經過市場調研和技術分析,大摻量煤矸石活化劑和大摻量石灰石活化劑,此技術適合我企業生產的青松水泥。現場取了熟料、煤矸石、粉煤灰、礦粉、石膏等樣品,由北京中國礦業大學進行選型試驗,對新疆的煤矸石進行物理和化學方面的分析,并做了小磨試驗,見表1。

為了更好的分析研究水泥的顆粒分布情況,對出磨后的水泥從微觀粒度上對其進行分析,試驗結果見表2。

水泥顆粒的粒徑分布是影響水泥性能的重要參數,不同的粒徑分布直接影響水泥的化學和力學特性。比較公認的水泥最佳顆粒級配為3～32μm對強度增長起主要作用。通常情況下,0～3μm顆粒決定1 d強度,3～32μm顆粒影響28 d強度,越多越好,大于60μm顆粒基本上只起到填充的作用。

1.2 第一階段試驗結論

因本次試驗是根據新疆的原材料進行活化劑選型調整性試驗,表1可以看出,添加活化劑后,與空白相比,水泥各齡期膠砂強度均有較大幅度提高。煤矸石活化劑的加入,與未摻水泥試樣相比,水泥C-1的3 d強度提高4.4 MPa,7 d強度提高4 MPa,28 d強度提高4 MPa;水泥C-2的3 d強度提高3.5 MPa,7 d強度提高2.5 MPa,28 d強度提高3.9 MPa;水泥C-3的3 d強度提高3.5 MPa,7 d強度提高4.0 MPa,28 d強度提高6.1 MPa;活化劑對火山灰類混合材活性激發效果顯著。

從表2可知,3～32μm顆粒含量較多, 60μm以上顆粒含量較少,由于煤矸石硬度較小,易粉磨,增大摻量下,水泥中煤矸石細顆粒較多,使水泥的整體比表面積增大。進一步分析水泥顆粒粒徑分布,這與前面比表面積和細度的測量結果一致。本次粉磨試驗結果在正常范圍之內,未出現過粉磨現象。

加入煤矸石活化劑后,對水泥的凝結時間和安定性沒有影響,對水泥的標準稠度用水量有較大影響。空白水泥的標準稠度較大,不符合國家標準;加入活化劑后,標稠有較大幅度的下降,在國標規定的28±2的范圍內。煤矸石活化劑的加入,有效解決了高摻量煤矸石水泥需水量大的問題。

尚待解決的是煤矸石加多后水泥顏色偏紅問題,水泥顏色可以通過調整其他混合材的配比有效改善。

與原來的生產工藝相比,煤矸石的摻加量增加了20%～30%,就環境方面而言,有效處理了廢棄物煤矸石,減少了對環境的危害。

2 第二階段活化劑驗證小磨試驗

2.1 公司內試驗

根據第一階段試驗結論,結合本公司的生產實際,設計了不同水泥配比和不同活化劑的幾組對比配方,在公司內進行了第二次驗證試驗,第二次驗證試驗結果見表3。

從表3中數據可以看出,添加活化劑后,相對空白,各種活化劑均取得較好的效果,尤其是添加活化劑1#,活化激發效果最好,適應各種配比。

第一組試驗:外摻25%的礦粉,煤矸石和粉煤灰的摻量16%,水泥后期強度發展較好,均達到42.5水泥的標準。相對空白,摻加活化劑1#,3 d強度提高2 MPa,7 d提高0.3 MPa,28 d提高1.6 MPa。

第二組試驗:外摻5%的礦粉,增大煤矸石和粉煤灰的摻量31%,水泥活化效果明顯,相對空白水泥,摻加活化劑1#后,水泥早期和后期強度發展較好,均達到32.5水泥的國家標準。相對空白,3 d強度提高2.8 MPa,7 d提高2 MPa,28 d提高3.2 MPa。

第三組試驗:不摻礦粉,增大煤矸石和粉煤灰的摻量41%,水泥活化效果明顯,空白水泥未達到32.5水泥標準,摻加活化劑1#后,水泥早期和后期強度發展較好,均達到32.5水泥的國家標準。相對空白,3 d強度提高2.7 MPa,7 d提高2.7 MPa,28 d提高4.3 MPa。

2.2 現場試驗

根據公司內的試驗結論和第一階段的試驗情況,設計了不同組別,選擇五家渠青松水泥廠作為現場試驗點,進行活化劑驗證試驗。試驗結果如表4所示。

第一組實驗不加礦粉,2#和5#與空白樣比較漲幅最好,達到2.5 MPa以上,3 d強度在30 MPa以上,單加煤矸石和粉煤灰的水泥,3天強度到28 d強度漲幅在20 MPa以上,28 d強度預計可以達到50～51 MPa以上,3 d和28 d強度均高,滿足客戶要求。

第二組實驗加了礦粉8%,空白樣雖然是27.5 MPa。但加了活化劑5#,水泥3 d強度都達到32.5 MPa以上,增加了5個MPa,依據經驗加了8%的礦粉和活化劑后,3 d強度到28 d強度漲幅至少在22 MPa以上,故水泥28 d強度至少在54 MPa以上,3 d和28 d強度均高,滿足客戶要求。

第三組是32.5水泥不加礦粉試驗,3 d強度在20 MPa以上,根據經驗,單加煤矸石和粉煤灰的水泥3～28 d漲幅在19 MPa以上,預計28 d強度在39以上。

第四組是32.5水泥加礦粉10%,3 d強度在20 MPa以上,根據經驗,加煤矸石和粉煤灰及礦粉的水泥3～28 d漲幅在21 MPa以上,預計28 d強度在41以上。

2.3 第二階段試驗結論

根據以上實驗數據,得出隨著煤矸石和粉煤灰量的增加,煤矸石活化劑對煤矸石和粉煤灰的活化作用更強,水泥各齡期強度增幅也增大,可以達到國標水泥要求,大大降低了水泥成本。

熟料摻量在55%、礦粉摻量在5%時,摻加活化劑可以生產32.5水泥;或熟料摻量在58%～60%,不摻礦粉,煤矸石和粉煤灰35%～37%,摻加活化劑可以生產32.5水泥;熟料摻量在75%～78%時,摻加活化劑可以生產42.5水泥。

根據以上實驗數據,綜合考慮水泥強度、需水量、水泥顏色、成本等問題,選擇活化劑為1#為最佳,復合32.5水泥最佳配比為:加礦粉時:熟料50%～55%,煤矸石16%～20%,粉煤灰15%,礦粉5%～10%,石膏5%;不加礦粉時:熟料58%～60%,煤矸石15%,粉煤灰20%～22%,石膏5%。

普通42.5水泥最佳配比為:加礦粉時:熟料80%,煤矸石7%,粉煤灰3%,礦粉5%,石膏5%;不加礦粉時:熟料80%,煤矸石5%,粉煤灰5%,石膏5%。

3 經濟效益分析

熟料新線按225.98元/t,熟料老線按233.27元/t,煤矸石按45元/t,粉煤灰按50元/t,礦粉按215元/t,石膏60元/t,煤矸石活化劑10 000元/t(摻量為千分之一)計算,經濟核算如表5所示。

[1] 蔡漢銘,李平原,卓曼.淮南礦業集團循環經濟發展戰略SWOT分析[J].淮南職業技術學院學報,2014(6):7-11.

[2] 蔡漢銘,李平原.水泥工業發展循環經濟的思考[J].淮南職業技術學院學報,2011,11(4): 47-49.

[3] 方梅.淮南礦業集團推行循環經濟實現可持續發展[J].能源環境保護,2007,21(1):58-60.

[4] 高玲莉.淮南市發展循環經濟的思考與建議[J].淮南職業技術學院學報.2008,8(1):51-54.

[5] 張坤.循環經濟理論與實踐[M].北京:中國環境科學出版社,2003.

[6] 岳潤請.水泥工業與循環經濟[J].水泥技術, 2004(2):63-65.

[7] 孫星壽.循環經濟與水泥工業發展[J].中國資源綜合利用,2005(3):30-34.

[8] 邱瑞華.煤炭企業發展循環經濟的探討[J].淮南職業技術學院學報,2009,9(1):48-50.

[9] 李平原.吳琦,代鴻順.煤炭企業發展循環經濟的思考[J].淮南職業技術學院學報.2008,8 (2):97-99.

TU521.4;TD849+.5

B

1671-4733(2015)02-0006-05

10.3969/j.issn.1671-4733.2015.02.002

2015-03-20

譚蘇來(1966-),男,安徽阜陽人,計量工程師,從事企業設備管理工作,電話:13579277811。