用磷渣配料提高熟料強度

林發堯

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用磷渣配料提高熟料強度

林發堯

（華潤水泥（金沙）有限公司 貴州省畢節市 551802）

磷渣配料，是通過磷渣中的微量元素P2O5及CaF2，對熟料煅燒起礦化作用，改善生料易燒性，降低熟料高溫液相粘度，促進熟料C3S形成及析晶，改善熟料礦物組成，提高熟料28天強度。

磷渣；CaF2；P2O5；熟料強度

引言

華潤水泥（金沙）有限公司是一條由成都院設計總包承建，日產5000噸熟料的新型干法窯生產線。公司從2014年7月份投產以來，熟料28天強度一值不高，平均在53~54MPa左右，距離控股指標58MPa相差較大，并且與周邊水泥廠56~57MPa相差較大。這不但影響公司業績，混合材摻量也減少，增加公司生產成本。公司給質管部下達命令，必須把熟料28天強度提起來。

為了提高熟料28天強度，我們對周邊原材料做再一次普查，發現周邊有磷渣，并且儲量非常豐富。磷渣中含有P2O5及CaF2。記得七八年前有一位水泥老專家跟我講過，熟料中P2O5在0.3%以內，它有助于提高熟料28天強度，但是P2O5超過0.3%，熟料28天強度下降非常歷害。而CaF2（螢石）以前立窯作礦化劑，提高熟料28天強度。P2O5會延長水泥凝結時間，甚至可能導致水泥不凝結。經過公司會議討論，決定分階段試驗。

配料原理

磷渣是磷礦經過淬冷而成的。磷渣中含有大量CaSiO3微晶，這些微晶對熟料礦物形成具有良好的晶核誘導作用，能降低C3S形成的活化能，加速C3S的形成，促進水泥熟料的燒成。磷渣中含有微量元素P2O5及CaF2，而這些P2O5及CaF2具有良好的礦化作用，有利于改善生料的易燒性和提高熟料28天強度。磷渣中的氟化物在高溫與水蒸氣作用下生成氫氟酸，而氫氟酸氣體與CaCO3生成反應重新生成CaF2，在高溫作用下，CaF2生成高活性的CaO，從而加速了CaCO3的分解和固相反應的進行。同時氫氟酸還破壞了SiO2的晶格，使其活性，改變了SiO2的的反應能力，促進SiO2的反應。在熟料形成過程中，磷渣中的氟參與固溶和形成過渡相，改變熟料礦物組成和結晶形態，使晶體變形，活性提高，反應能力增強，液相提前出現，液相提前增加，因而使擴散作用和燒結速度增大，降低了燒成溫度。同時F-降低液相粘度和表面張力的作用，有利于Ca2+的擴散，促進C2S吸收CaO形成C3S的反應進行。P2O5與F-共同存在，可以彼此強化對方礦化作用。在水泥水化的堿性溶液中P2O5和Ca2+生成不溶于水的磷酸鈣和氟羥灰石沉淀于水泥顆粒表面，生成保護性薄膜，阻止水泥水化，延長水泥凝結時間。但是只要對P2O5含量加以控制，水泥凝結時間還是可控。

化學反應式

CaF2+2H2O==2HF+Ca(OH)2↓ ? ? ? ? ? Ca(OH)2==CaO+H2O

2HF+CaCO3==CaF2+H2O+CO2↑

2CaO+SiO2+CaF2→2C2S?CaF2 ? ? ? ? ? 2C2S?CaF2→αC2S+CaF2

αC2S+CaO+CaF2→3C2S?CaF2 ? ? ? ? ? 3C2S?CaF2→C2S+液相

1、理論配料計算

原、燃材料

表1單位%

物料名稱水份LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOP2O5CaF2AadQnet.ad（kj/kg) 石灰石1.1039.257.192.471.6048.201.12//// 砂巖17.602.6185.646.723.410.620.41//// 磷渣13.310.9834.963.730.9139.863.404.356.09// 頁巖16.45.8551.1716.0812.093.143.10//// 煤灰//52.3025.5112.202.321.79//// 煤炭/////////29.4322780

2、配比（干基）

表2 單位%

方案石灰石砂巖磷渣頁巖∑ 191.25.81.02.0100 290.55.52.02.0100 389.85.03.02.2100 489.04.64.02.4100

3、生料

計算生料成份及三率值 表3 單位%

方案LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOP2O5CaF2KHSMIM 136.1712.903.001.9144.461.140.040.061.0752.631.57 236.0012.943.001.9044.521.170.090.121.0742.641.58 335.8312.913.021.9044.581.200.130.181.0772.621.59 435.6312.973.041.9144.601.230.170.241.0722.621.60

4、熟料

計算熟料成份及三率值 表4 單位%

方案SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOP2O5CaF2KHSMIM 121.495.543.3666.951.790.060.090.9412.421.65 221.505.523.3366.861.820.130.180.9402.431.66 321.415.543.3366.781.860.200.270.9422.411.66 421.435.563.3366.601.900.260.360.9382.411.67

從配料計算來看，磷渣配比4%時，熟料達到0.26%時接近0.30%容易超過專家經驗值，易造成熟料28天強度下降風險，為了安全起見，故先不考慮配比4%方案

試驗階段

根據配料計算，試驗階段分三個階段，分別是磷渣干基配比1%、2%、3%，時時監控熟料Ｐ2Ｏ5含量，確保Ｐ2Ｏ5含量控制在0.30%以內，以免熟料28天強度大幅降低。從配料計算來看，熟料CaF2含量較低（根據以往立窯螢石作礦化劑經驗），對熟料凝結時間不會造成太大影響，故熟料CaF2不作監測。試驗時，每個階段試驗一個星期，轉換時過渡兩天。

試驗階段相關數據 表5

磷渣濕基配比熟料產量Ｐ2Ｏ5標準煤耗KHSMF-CaO合格率熟料抗壓強度（Mpa)凝結時間（min) %T%Kg/T%3d28d初凝終凝 053410.02103.530.9382.4288.734.453.6108168 1.553470.09103.790.9332.4288.632.553.9112181 2.553800.16102.910.9352.4290.133.955.1130212 3.555040.25101.530.9402.4195.234.957.2141230

從表5數據可以看出，磷渣摻量在1.5%時，熟料煅燒及性能基本沒影響。到摻量2.5%時，熟料產量提高及煤耗降低不是很理想，但是熟料強度提高還是較明顯，同時凝結時間也延長。到摻量達到3.5%時，Ｐ2Ｏ5含量也接近0.3%,熟料產量、F-CaO合格率、強度得到大幅提高，煤耗也大幅降低，凝結時間也延長較多，但對水泥凝結時間還能接受。

經濟效益

使用磷渣配料可以降低熟料標煤耗2.0kg/T，按日產熟料5500噸，年運轉率91%，年節約3653噸標煤。煤收到基按5300kcal/kg，單價按550元每噸，年節約265萬元。同時熟料28天強度提高3.6MPa，按熟料強度1MPa摻加1.5%的混合材，水泥可多摻5%的混合材。年生產水泥按200萬噸，年可多摻10萬噸混合材。熟料生產成本按150元/噸，混合材按50元/噸，年可節約1000萬元。

結束語

磷渣是磷礦提取磷后的廢渣，它是一種工業垃圾。若不能得到使用，要尋找地方存放，不但占用土地，而且對周邊空氣及水源造成污染。用磷渣配料，不但解決了磷廠的污染物，同時也解決了我公司熟料28天強度低的問題，而且還給公司帶來豐厚的經濟效益。

TQ172

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1007-6344（2017）03-0002-01