利用鋇鹽廢渣燒制高強度熟料的研究

張冠軍，李濤，詹楠，劉磊磊

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利用鋇鹽廢渣燒制高強度熟料的研究

張冠軍，李濤，詹楠，劉磊磊

利用鋇鹽廢渣配料進行高強度水泥熟料的燒成試驗，探討了鋇鹽廢渣對水泥熟料煅燒和性能的影響。研究結果表明，摻加鋇鹽廢渣配料有利于固相反應時的質點擴散和礦物的均勻分布，促進A礦的形成和生長，改善熟料的巖相結構，能燒制出性能優良的水泥熟料。

鋇鹽廢渣；熟料煅燒；礦物形成；熟料性能

我國重晶石（BaSO4）礦資源豐富，礦體具有出露淺、品位高、易采選之特點，是生產鋇鹽（BaCO3）的優質原料。由于生產鋇鹽時重晶石的利用率最高也只達到90%，因而礦石消耗高，產生很多廢渣。鋇鹽廢渣是鋇鹽生產中產生的固體廢物，我國每年鋇鹽廢渣的產量為60萬噸以上，這些廢渣中含有大量的鋇離子，鋇鹽廢渣的排放嚴重污染了生態環境。經過試驗證明，鋇鹽廢渣經適當處理后，在熟料煅燒工程中有促進低溫煅燒、助融和礦化作用。本文用河南伊川某鋇鹽化工廠產生的鋇鹽廢渣配料進行硅酸鹽水泥熟料的燒成試驗，探討了鋇鹽廢渣對水泥熟料燒成及性能的影響。

1　試驗

1.1原料

1.1.1鋇鹽廢渣

鋇鹽廢渣的化學分析結果見表1。

本試驗選用河南伊川某化工廠生產鋇鹽后的鋇鹽廢渣作為試驗原料。

1.1.2石灰石原料、鋁質原料以及硅質原料

試驗用石灰石、鋁礬土、砂巖、鐵礦石檢測結果見表2。

2生料易燒性試驗

生料易燒性試驗依據國家標準GB/T26566-2011《水泥生料易燒性試驗方法》進行。

表1　鋇鹽廢渣化學分析結果，%

表2　石灰石、鋁礬土、砂巖、鐵礦石檢測結果，%

生料在950℃預燒30min，在1 400℃煅燒30min，出爐急冷，然后用甘油酒精法測定fCaO的含量，以不同生料在相同煅燒條件下CaO與酸性氧化物的反應程度來表征生料的易燒性。

為了找到最佳的鋇鹽廢渣摻量，選用不同的配合比（見表3），將不同配合比的生料混合均勻，分別在試驗高溫爐中試燒，燒成溫度在1 400℃下保溫1h。出爐后在空氣中冷卻得到水泥熟料，然后進行化學分析，檢測各方案的fCaO含量。

從圖1可以看出，在一定飽和比和一定鋇鹽廢渣摻量下，熟料中的fCaO隨著鋇鹽廢渣摻量的增加而降低，說明鋇鹽廢渣可促進熟料中fCaO的吸收。鋇鹽廢渣在高溫下分解為BaO和SO3，因此改變了高溫融體的酸堿性，使兩性礦物Al2O3和Fe2O3的堿性得到增強，而Al3+，Fe3+具有6個O2-配位，構成較松散的八面體，其中Al-O、Fe-O鍵較弱，在粘滯流動中易斷裂，在鍛燒時會降低液相粘度和液相出現的溫度，增加液相量，利于C3S的形成，強度隨之升高。但是，當鋇鹽廢渣摻量超過一定量，熟料中fCaO量隨鋇鹽廢渣的增加而增加，這一現象在高飽和比的樣品中尤為明顯，這是由于C2S固熔Ba2+后，產生了穩定性，繼續吸收CaO生成C3S的能力減弱。

表3　不同鋇鹽廢渣摻量化學分析

可見，BaSO4含量對熟料中fCaO有著重要影響，在1 400℃的煅燒溫度下，試樣中fCaO的含量隨著BaSO4含量的增加，呈現出先減小后增大的趨勢，說明BaSO4含量在1.0%～1.8%時，摻入鋇鹽廢渣可以改善生料的易燒性，熟料中fCaO達到最低，含量> 1.8%以后，對進一步改善易燒性無明顯效應。這說明，鋇鹽廢渣的摻入促進了熟料礦物的形成，使水泥熟料可以在1 400℃下燒成，比硅酸鹽水泥熟料燒成溫度降低約50℃，大大降低了燒成能耗。因此摻入少量的鋇鹽廢渣可以顯著地改善生料的易燒性。

綜合考慮鋇鹽廢渣在熟料體系中的作用，確定BaSO4含量在1.0%～1.8%。

圖1　fCaO與BaSO4含量的關系

圖2　1400℃時熟料XRD定量分析

3熟料燒成試驗

熟料燒成試驗采用SX2-8-16硅鉬棒高溫爐煅燒，分別在1 400℃煅燒不同時間后，出爐急冷制得水泥熟料。

4分析與檢測

X射線分析采用日本理學R B/ max-3B型X-射線衍射儀，Cu、Ka靶，石墨單色器。

水泥熟料巖相分析采用DM-100C金相顯微鏡。

按照GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》進行水泥熟料的化學分析以及力學性能檢驗。

圖3　1400℃煅燒的熟料巖相圖片

5實驗結果與分析討論

5.1鋇鹽廢渣對熟料礦物形成的影響

從圖2可以看出，4號樣品在1 400℃時，熟料的礦物較為穩定，熟料的游離氧化鈣峰已經基本消失，且在原有位置出現了C2S的衍射峰。這說明由于鋇鹽廢渣的礦化作用，使得熟料的燒成溫度大大降低，從而也會使熟料鍛燒的煤耗有所降低。

近日，由中材裝備集團有限公司研發設計的首臺用于粉磨鐵礦石的TRM28.2輥磨在湖北鳳山礦業有限公司年產60萬噸鐵礦石項目順利投產達標。

該鐵礦石輥磨于2015年12月投產，并于2016年1月4日順利達產達標。經過粉磨的鐵礦石細度R80mm<20%，干基產量108t/h，輥磨主機電耗7.5kWh/t，產量和電耗均達到了保證值，磨機運行平穩，振動小，易于操作。

輥磨通過擠壓料床粉磨，能夠更好地提高鐵礦石的解離效果，適用于低品位礦石的粉磨提純。該輥磨的成功運行，為裝備集團料床粉磨裝備在礦業領域的應用做出了有益的探索。

表4　熟料化學成分分析及礦物組成，%

表5　物理性能檢驗結果

綜上所述，在1 400℃工況以后，熟料樣品fCaO變化較小，且含量較低，因此可以認為，熟料在1 400℃已經基本燒成，鋇鹽廢渣礦化作用明顯，降低熟料燒成溫度比較顯著，燒成合格水泥熟料的溫度比傳統的煅燒溫度1 450℃降低了約100℃。

5.2熟料的巖相分析

從圖3可以看出，4號樣品硅酸鹽礦物中大部分以A礦出現，輪廓清晰，多為不規則板狀；B礦較少，已找不到堆積的fCaO礦巢，但并不排除礦物中有fCaO包裹體（圖中較難發現）；硅酸鹽結晶尺寸普遍較大，A礦與B礦的分布和尺寸大小也更加均勻。該現象表明摻加鋇鹽廢渣能促進固相反應時的質點擴散和礦物的均勻分布，促進硅酸鹽礦物晶體生長發育。

5.3熟料強度

利用鋇鹽廢渣為原料的4號樣品熟料化學成分分析以及礦物組成見表4，物理性能檢驗結果見表5。

摻加鋇鹽廢渣配料對熟料力學性能的改善主要是由于鋇鹽廢渣的礦化作用，熟料中的A礦較多，礦物發育完整，尺寸和分布均勻性較好，而且由于鋇鹽廢渣的摻加，熟料礦物尤其是C3S的晶體缺陷較多，因此水化活性較高。

6　結語

（1）摻加少量的鋇鹽廢渣，可以使高阿利特硅酸鹽水泥熟料在1 350℃的較低溫度下燒成，并可以形成少量的快硬早強型礦——硫鋁酸鋇鈣，在降低熟料燒成溫度的前提下，提高了該水泥的性能。

（2）從早期強度角度分析，在本實驗條件下，BaSO4的適宜含量為1.0%～1.8%之間，熟料的最佳設計組成為：KH：0.92、SM：2.5、AM：1.5，展現了良好的早期力學性能。

（3）從后期強度角度分析，在本實驗條件下，BaSO4的適宜含量為1.0%～1.8%之間，熟料的最佳設計組成為：KH：0.92、SM：2.5、AM：1.5。在熟料MgO為4.5%左右時，仍具有較高的后期強度，說明鋇鹽廢渣的加入能固熔部分熟料MgO，提高熟料后期強度。

（4）摻加少量的硫酸鋇可以促進C3S和硫鋁酸鋇鈣礦物的形成，促進A礦、B礦的晶體發育，改善B礦的晶體結構，進一步提高了高阿利特硅酸鹽水泥的性能。

（5）摻加鋇鹽廢渣能明顯改善水泥熟料的物理力學性能，在1 400℃溫度附近煅燒，均可燒成凝結正常、安定性合格和力學性能優良的水泥熟料。

［1］常均，劉福田，蘆令超，等.利用含鋇廢渣燒制硫鋁酸鹽水泥的研究［J］.硅酸鹽通報，1996 （3）：43-47.

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中材裝備集團研發首臺粉磨鐵礦石輥磨投產達標

Research on the Preparation of High Strength Clinker with Waste Residue of Barium Salt

TQ172.44

A

1001-6171（2016）02-0035-03

通訊地址：天瑞集團鄭州水泥有限公司，河南滎陽450131；2015-08-27；編輯：趙蓮