煤灰渣生產普通硅酸鹽水泥的質量及其效益分析

戴昌軍

摘要：目前，大部分水泥生產企業主要使用粒狀高爐礦渣生產水泥，但在水泥生產銷售高峰期，高爐礦渣粒度價格也在不斷上漲，導致水泥生產成本上升，不同程度地降低了生產企業的經濟效益。為了降低水泥生產成本，我們使用蒸汽機車排出的煤灰渣作為水泥外加劑進行實驗研究工作，并進一步分析了煤炭的使用質量和效益灰渣生產普通硅酸鹽水泥。

關鍵詞：煤灰渣；普通硅酸鹽水泥；效益

煤灰渣是工業廢棄物，堆放占用大量的場地，并污染環境。綜合利用這些廢渣生產水泥，不僅有利于減少污染、減少礦物資源開采量、保護環境、維護生態、還能降低水泥生產成本、提高水泥質量、增強產品的市場競爭能力具有顯著的社會效益和經濟效益。我們同某水泥廠合作，在兩臺機立窯上分別利用硅錳渣、鎳渣、煤矸石配料燒成熟料，煤灰渣作混合材生產普硅水泥，取得了良好的效果。

1、煤灰渣硅酸鹽水泥應用現狀

進入21世紀以來，中國工業建筑用建筑材料的性能要求越來越高，重視工業廢渣的開發利用變得越來越重要。目前，我國煤灰渣的排放對環境造成了嚴重的污染。它主要是一種固體工業廢棄物，其排放量相對較大，來自火力發電廠。年平均排放量約為5.6億噸。為了減少煤灰渣對環境的危害，對煤灰渣的特性進行了研究和分析。有關人員發現，將煤灰渣作為混凝土加入，可以有效提高混凝土的包裝性，減少用水量。加強混凝土的強度和耐久性，在輕骨料混凝土的制備過程中加入一定量的煤灰渣不僅可以改善混凝土的各種性能，而且可以解決煤灰渣造成的環境污染。本文對不同含量的煤灰渣輕骨料混凝土的強度進行了試驗，找出了煤灰渣摻入后的最佳混凝土性能，分析其特性，并提出了一些改進措施和方法。具體有很大的幫助。

我國從1956年開始研制硅酸鹽水泥，至今已經有五十多年的發展歷史了，其技術已經相當成熟，且應用也非常廣泛，在各大鋼廠、陶瓷廠以及建筑加工廠都有廣泛的使用。用硅酸鹽水泥配制的硅酸鹽水泥混凝土有著優越的物理和化學性能，質量輕、強度高、功能廣泛等特點使它的應用也越來越廣泛。據相關部門數據統計，截止2010年我國硅酸鹽水泥混凝土建筑的工業和民用建筑面積大1031萬多平米，其使用十分廣泛，且建筑質量非常好。但是隨著社會的不斷進步，硅酸鹽水泥混凝土的各項性能不再滿足人們建設的需求，所以需要對其性能進行改進和重新配制。通過實驗表明，在硅酸鹽水泥混凝土中加入一定量的煤灰渣可以提高其力學性能，所以說加強對硅酸鹽水泥混凝土的研究刻不容緩。

2、原材料化學成分和配料方案

2.1原材料化學成分

煤灰渣是一種含硅鋁化合物的人工類火山灰質混合材，由干煤灰渣內部有很多空隙，使熟料中的fCaO水化形成Ca（OH）2，，體積有膨脹余地，能夠消除水泥中fCao的破壞作用。利用煤灰渣代替等量粒化高爐礦渣后，不僅從可比材料價值方面降低單項成本，而且所生產的普通水泥的力學強度亦有不同程度的提高。由于煤灰渣的比重和容重均較低，而且具有較大的標準稠度和具有火山灰的性質，所以水泥的比重隨著煤灰渣摻量的增加而減小，標準稠度、凝結時間相比增大和延長。

2.2配料方案

該廠原來使用石灰石、鎳渣、粘土、無煙煤、氟硫復合礦化劑配料生產普通硅酸鹽水泥。為了進一步降低成本，同時創造條件爭取享受國家有關資源綜合利用的優惠政策可以減免稅金，增強企業產品的市場競爭能力，使用石灰石、硅錳渣、鎳渣、煤矸石、無煙煤進行配料生產熟料，將煤灰渣作為混合材生產普通硅酸鹽水泥。

煤矸石是煤礦煤層中的伴生礦物。它在采煤過程中產生并作為廢物匯集在一起。另外，在生產過程中煤炭使用者，如焦化廠和洗煤廠的廢棄物，占據了很大的空間，堆放和處理、污染環境成為公共危害。然而，從礦物學角度來看，煤矸石含有高Al2O3，中等量的SiO2和少量的碳。這是一種用于煅燒水泥的優質粘土材料。在煅燒期間，高嶺石分解可提供活性。非常好的Al2O3和SiO2有利于水泥礦物的形成；煤矸石熱量約8300kg/kg，可節約燃煤、降低成本。

3、煤灰渣生產普通水泥的特點及效益分析

據有關部門統計，中國煤炭儲量為100824.2萬噸，居世界前列。然而，中國煤炭燃燒對煤灰渣造成的環境影響也是世界上最高的。煤灰渣主要是一種固體工業廢棄物，火電廠排放量較大。煤灰渣會增加空氣懸浮顆粒物濃度，對空氣質量產生較大影響，對地表水和底部造成嚴重污染。因此，據說煤灰渣的處理是中國最迫切的問題。通過有關部門的研究，煤灰渣可以改善硅酸鹽水泥混凝土的力學性能。這對我們來說是個好消息。它可以在減少環境污染的情況下提高混凝土的性能。這一發現無疑是對具體發展的貢獻，分析不同煤灰渣摻入量的硅酸鹽水泥混凝土的強度。

多數水泥生產廠家用粒化高爐礦渣生產普通水泥，但就目前礦渣的價格，烘干后其成本約在135元八左右，而煤灰渣價格只有5元八左右，兩種材料差價在130元左右，相比之下，以煤灰渣代替等量的粒化高爐礦渣生產普通水泥，其潛在的效益是巨大的。以一個年產5萬噸普通水泥企業為例，以平均比例10%煤灰渣代替等量粒化高爐礦渣，每年可使用煤抓渣.05萬噸（代替礦渣用量0.5萬噸）年生產總成本降低65萬元，即每生產一噸水泥成本降低13元。

4、關鍵工藝措施

4.1嚴格控制生料細度

原料細度需要更精細，并且可以增加反應體系的比表面積和表面能。它有利于分子在反應系統中的遷移并與合成礦物發生碰撞。該植物的原始粗材料是粗糙的，<0.08篩余量少于8%，并且0.2篩篩網未被控制。放大后，觀察到0.08目的細濾渣，主要是白色石灰石顆粒和黑鎳渣顆粒，這部分石灰石顆粒較大，分解形成的CaO團簇難以分散并與其他分子遷移形成礦物。剩余部分以fCaO的形式存在于熟料中，這減少了反應中涉及的CaO的量。類似地，過大的鎳渣顆粒不能分散和遷移，并且局部形成鐵含量高的鐵水孔。熟料中灰白色的點是由局部還原氣氛引起的高鐵相物質，甚至是FeO或Fe。

4.2提高成球質量

每個人都認識到煅燒小球的好處。關鍵是要采取有效措施確保這項技術的實施。通過計算，我們可以看到顆粒的大小和體積效應。可以看出，隨著丸粒直徑的增加，體積增加數倍。根據燒結過程的傳質機理，燃燒這些顆粒所需的時間顯著增加。容易形成燃燒不良的材料；隨著球團尺寸的增加可能導致中心氧化氣氛不足，還原殼材料的形成以及熟料后期強度降低，根據我們的試驗，28d的抗壓強度降低了約5MPa。有必要建立嚴格的崗位責任制度，在維持球板時將粒徑為5mm-10mm的顆粒增加到80%以上，并為煅燒操作創造條件。

4.3加強立窯煅燒操作

該配料方案所使用的原料中硅錳渣、鎳渣含有大量的低價態金屬氧化物，原料分析其燒失量是負值，能夠降低系統的低共熔點，降低高溫熔體的粘度，能夠促進礦物的形成。但是要求加強煅燒操作，必須保證物料在充分的氧化氣氛中燒成，否則熟料強度急劇下降，安定性不合格。因此要求機立窯全風操作，快燒急冷；采取這些措施后燒出的熟料結塊好散料少，外觀呈深黑色塊狀并且無死燒料。

5、結語

綜上所述，采用煤灰渣代替礦渣生產普通水泥從工藝上是可行的，水泥性能可靠，同時企業可獲得較大的經濟效益。其次，當采用煤灰渣做混合材時，生產普通24水泥摻量要蕊12%，生產復合水泥摻量要20%為宜。最后要加強進廠煤灰渣的均化，以利提高水泥強度的均勻性。

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