一種新型粉煤灰質混合材在通用水泥粉磨生產中的應用探討

王基弘，張海彬

（勝利油田營海實業集團有限公司，山東 東營 257000）

0 引言

目前水泥生產行業由于產業政策的調整，已經面臨更加激烈的競爭局面，因為沒有熟料資源，他們只能通過不斷降低粉磨生產成本，來追求利益的最大化。這就要求水泥粉磨企業在生產中不斷研究探索，不斷尋找不影響水泥質量、廉價的原材料替代品。勝利油田營海實業集團有限公司面對效益突破的重重桎梏，不斷創新，利用地處油區的優勢，在環保要求不斷提高的大背景下，結合油田廢棄物處理產業，終于在油田新興行業——油泥砂焚燒中找到了新型的替代品，為水泥生產進一步挖潛增效開辟了一條嶄新的路子。經過對油泥砂焚燒廢棄物的大量試驗研究，確認其性質屬于粉煤灰同質材料，對其使用方法進行了創新，對其在各個品種水泥中使用效果進行了驗證，得到了滿意的答案。

1 研究工藝原理介紹

1.1 油泥砂焚燒背景簡介

目前，在各大油田及主要采油區，由于石油開采及儲運，都會產生大量的污染油泥砂，這種陸地石油開采、儲運等流程中污染的泥砂，經過收集、沉積、固化、高溫焚燒處理，在 960℃ 高溫焚燒過程中產生的大量爐底渣及收塵飛灰。在國內目前最好的焚燒處理方法就是流化床焚燒技術，但在油泥砂焚燒技術推廣的過程中，避免不了仍然會遇到焚燒爐底渣及飛灰的二次污染問題，此關鍵問題不解決就很難對油泥砂焚燒行業進行全面推廣。

1.2 工藝結合簡介

勝利油田營海實業集團有限公司最先在油泥砂焚燒廢棄物再利用上進行了研究，最終證明此廢棄物符合通用水泥行業粉煤灰質材料的標準，利用效果良好，可替代部分粉煤灰，效益可觀。應用工藝流程為：（1）爐底渣在水泥粉磨前摻系統中加入，對前摻稱體進行改造，安裝加料漏斗；一般加入量可控制在 4%～8% 之間，過多加入由于水份及燒失量的影響會對水泥的質量產生影響。（2）飛灰在水泥后摻系統中直接加入，在后摻工藝系統中增加 1～2 路儲存罐及計量鉸刀，連入總控制系統中。加入時它可以替代優質粉煤灰，加入量根據產品質量的要求控制在 5%～10% 之間。

2 試驗用原材料

2.1 油泥砂焚燒飛灰

油泥砂處理焚燒過程中，大型專業除塵器實施除塵降塵處理，收集細灰定時排出，通過鉸刀傳送到儲存鋼板庫中進行儲存，同時儲存庫設有發散口，可以外放發散裝車。

本試驗油泥砂焚燒飛灰產自勝利油田，化學性質見表 1，物理性能指標見表 2。

表 1 油泥砂焚燒飛灰化學成份 %

表 2 油泥砂焚燒飛灰物理性能

2.2 油泥砂焚燒爐底渣

油泥砂處理焚燒過程中，由于高溫熔融原理，少量焦結料預冷形成顆粒狀物料，經過焚燒爐爐底通道排出爐體，再經水霧冷卻，由鏟車清理至專門存放棚內，儲存備用。

這里所用爐底渣樣品來自勝利油田，事先進行烘干處理，粉磨至百分百通過 80μm 方孔篩。化學成份見表3，物理性能見表 4。

表 3 爐底渣化學成份 %

表 4 物理性能

2.3 其他原材料

2.3.1 出磨水泥

采用日常配比生產的出磨水泥。其基本配比為：熟料 84%，石子 5%，脫硫石膏 6%，粗粉煤灰 5%，連續取樣 2 小時，進行過篩混勻縮分而成。 水泥性能見表5。

表 5 水泥性能指標

2.3.2 礦渣粉

采用中鐵集團礦渣粉，具體檢驗數據見表 6。

表 6 礦渣粉性能

2.3.3 粉煤灰

采用勝利油田勝利發電廠粉煤灰，這里所用粉煤灰合格樣品事先進行粉磨至百分百通過 80μm 方孔篩，具體檢驗數據見表 7。

表 7 粉煤灰性能

2.3.4 外加劑

采用勝利油田營海集團混凝土生產專用聚羧酸高效減水劑，品牌為中國西卡，固含量為 9.7%，混凝土減水率 28.5%。

3 試驗過程

3.1 試驗配合比

此次試驗采用生產線實際樣品，試驗配比根據營海生產實際配料確定，在出磨水泥基礎上后摻礦粉為10%，后摻不同比例的粉煤灰、飛灰和爐底渣三種對比原材料，采用正交方式配型；具體試驗配比方案確定見表 8。

表 8 試驗配合比

3.2 試驗檢驗數據匯總

按照既定配比方案，統一將試樣配制成均勻的試驗樣品，統一按照確認的檢測方案進行檢測，同時進行兩次重復性檢測驗證。

3.2.1 第一次檢測數據匯總

見表 9。

3.2.2 第二次檢測數據匯總

見表 10。

4 試驗結果分析

（1）兩次重復檢測對比，數據再現性比較好，說明數據可靠性是良好的，試驗方案是規范的。

（2）通過平行對比分析，數據規律性比較明顯，油泥砂焚燒飛灰、爐底渣與粉煤灰摻加效果一致，水泥各項性能基本符合材料單檢理論值，隨著摻加量增加，性能變化規律較明顯；強度性能作為重要驗證指標，變化規律略有起伏，但整體規律是隨著摻加量的提高，強度規律性下降，特別是 3d 抗折、抗壓強度與普通粉煤灰規律非常吻合；水泥 28d 強度較 3d 強度保持略好，但整體也在隨著飛灰、爐底渣的摻加量增加逐漸下降。

（3）按照通用水泥性能標準衡量，在使用粉煤灰、飛灰、爐底渣三種不同粉煤灰質混合材料時，水泥各項性能都能夠滿足標準要求。

表 9 第一次檢測數據

表 10 第二次檢測數據

（4）試驗數據顯示飛灰、爐底渣的綜合性能特別是在外加劑相容性、強度活性等指標上還要優于普通電廠粉煤灰。

5 生產驗證

按照理論確定的最佳驗證方案，在使用粉煤灰、油泥砂焚燒飛灰、油泥砂焚燒爐底渣的相同配比平行在水泥磨進行試驗生產，分別生產 8 小時，分別取入庫水泥綜合樣進行備用。生產中從磨機工況，控制措施，稱體下料等方面進行綜合評價，最終通過對三種水泥綜合樣品進行檢測、驗證進行綜合評價。

5.1 生產驗證配比（折算后）

見表 11。

表 11 生產驗證配比 %

5.2 生產驗證總結分析

生產實際驗證是在相同配比方案下進行的，按照使用粉煤灰常規前摻臺時 70 噸運行，不做任何工況調整；生產在使用焚燒飛灰時前摻粉煤灰少，臺時雖然仍為 70 噸，細度略微跑粗 1%，但由于可以實現直接后摻，綜合總臺時上升了 9%，綜合效益不差；當使用焚燒爐底渣時，相比較粉煤灰由于其水分、燒結狀態的影響，細度跑粗 1.8%，如果通過風量等手段調整影響也不大。

5.3 生產驗證樣品檢測數據

見表 12。

5.4 生產樣品檢測數據分析

從生產樣品系統檢測數據來看，不管是使用后摻飛灰還是使用前摻爐底渣，水泥各項性能與使用傳統電廠粉煤灰相比較，差別都不大，都能夠滿足水泥質量控制要求，使用后摻飛灰從強度、細度等角度來看，綜合效益要更明顯一些。

6 混凝土試驗驗證

生產驗證留存的 4#、8#、12# 水泥綜合樣品，再前期進行完水泥性能檢測后，為進一步觀察其使用性能，特進行了混凝土試拌驗證。

6.1 混凝土驗證配比及數據記錄

見表 13。

6.2 混凝土試驗驗證分析

從混凝土試驗驗證數據來看，使用三種不同粉煤灰質的水泥樣品，在混凝土配制過程中，呈現出的狀態是不同的，細度、比表面積不同產生的需水量不同對混凝土狀態產生了不同的影響，相對來說還是粉煤灰效果略好些，但由于差距不大通過有效調節完全可以解決狀態問題；強度方面，使用焚燒飛灰和爐底渣的混凝土強度保持非常良好，這是其可以進行有效調節的良好基礎。

7 結論

（1）油泥砂焚燒飛灰和爐底渣從其性能來看與電廠粉煤灰性質相同，完全滿足 GB/T 1596—2017 國家標準對于粉煤灰質混合材料的要求。

（2）從系統驗證試驗來看，油泥砂焚燒飛灰和爐底渣在通用水泥生產中應用效果較傳統粉煤灰略優異，完全可以應用于通用水泥生產。

（3）由于國家環保政策的支持，目前油泥砂焚燒飛灰和爐底渣的使用成本為 25元/噸，較粉煤灰使用成本節約 60元/噸，如果按照常規消耗 2.5 萬噸/年計算，一年可以節約配料成本在 150 萬元以上；如果能夠進一步尋找到焚燒廠家供貨渠道，還能夠創造更大的經濟效益。

8 說明

（1）油泥砂焚燒廠家較少，焚燒能力有限，所以焚燒廢棄材料的應用明顯受地域和產量制約。

（2）在通用水泥生產中如果對油泥砂焚燒飛灰和爐底渣的應用，需要對水泥生產工藝進行簡單改造，費用在 15 萬元左右。

表 12 生產驗證檢測數據

表 13 混凝土驗證數據

（3）由于材料性質不同，在使用上述兩種新型材料后，水泥生產過程控制參數需要重新制定和調整，確保水泥生產質量穩定、產量穩定。

（4）油泥砂焚燒飛灰和爐底渣摻加方式不同、效果有差異，可以單獨使用，也可以同時使用。

（5）爐底渣由于有少量焦結料存在，應用在水生產中總量不宜過大，否則會在混凝土配料過程中會出現明顯浮灰現象。