利用錳渣、礦渣、石灰石制備復(fù)合水泥的相關(guān)研究

關(guān) 琳

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)水泥有限公司， 湖北 荊門 448000）

0 引言

在工業(yè)產(chǎn)業(yè)運(yùn)行及發(fā)展的過(guò)程中，出現(xiàn)了較多的大型鋼鐵產(chǎn)業(yè)以及有色金屬企業(yè)，這些企業(yè)每年都會(huì)出現(xiàn)大量的錳渣、礦渣、石灰石等廢渣產(chǎn)生，但是并沒(méi)有合理使用這些廢棄物，導(dǎo)致資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。伴隨技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)錳渣、礦渣、石灰石廢渣的利用，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合水泥的制備，這種方法運(yùn)用中可以減少水泥的摻量，并降低生產(chǎn)成本，避免廢渣污染現(xiàn)象的發(fā)生，為水泥企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供支持。因此，在現(xiàn)階段水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到錳渣、礦渣、石灰石等資源利用的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合水泥制備方法，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新，以便滿足行業(yè)的發(fā)展需求。

1 實(shí)驗(yàn)概況

1.1 材料選擇

選擇某水泥廠的熟料；錳渣，為某合金廠的排放錳渣；礦渣，為某鋼廠礦渣；石灰石，為該地區(qū)的石灰石。水泥，熟料與5%的石膏粉磨合，超過(guò)表面積360m2/kg；所使用的水資源為城市用水。

1.2 材料化學(xué)成分

原料化學(xué)成分如表一所示。

表一 主要原料化學(xué)成分

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 原材料選擇

在原材料制備的過(guò)程中，應(yīng)該將礦渣以及錳渣放置在 105℃的狀況下進(jìn)行烘烤，在材料含水量小于1%的狀態(tài)時(shí)分別取出5kg的材料進(jìn)行粉磨，比表面積分別大于410m2/kg、450m2/kg。選擇5kg的石灰石小磨中粉，比表面積需要大于600m2/kg。這種微粉的比表面積測(cè)量方法與《水泥比表面積測(cè)定方法（勃氏法）》相同。

2.2 粒度測(cè)試

在粒度測(cè)試的過(guò)程中，采用了LS-POP（VI）激光粒度分析儀進(jìn)行顆粒級(jí)配狀態(tài)的分析。

2.3 水泥膠砂實(shí)驗(yàn)

水泥膠砂實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，應(yīng)該將粉磨完成之后的熟料、錳渣、礦渣、石灰石等，按照不同比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中水泥膠砂實(shí)驗(yàn)通常采用了40mm×40mm×160mm的長(zhǎng)方體模型，將相關(guān)的材料試塊放在20±1℃的水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。并按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO）》的檢定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 無(wú)激發(fā)劑的三摻對(duì)水泥強(qiáng)度的影響

通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，在無(wú)外加劑的狀況下，對(duì)錳渣、礦渣、石灰石形成的水泥強(qiáng)度進(jìn)行分析。結(jié)果如表二。研究中結(jié)果如下：第一，按照固定石灰石摻量10%的條件下，進(jìn)行不同錳渣、礦渣比例的摻入調(diào)整。在混合材料的摻入量逐漸增加時(shí)，水泥強(qiáng)度呈現(xiàn)出下降的狀態(tài)，但是，當(dāng)混合材料的總產(chǎn)量不會(huì)超過(guò) 50%的狀態(tài)時(shí)，研究結(jié)果達(dá)到了P·C32.5的水泥強(qiáng)度要求；在摻量為60%時(shí)，早期的水泥強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)要求，但是，后期的強(qiáng)度會(huì)高于標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)了資源嚴(yán)重浪費(fèi)的問(wèn)題。第二，在相同水泥比例的狀況下，錳渣比例增加 3d的強(qiáng)度有所上升，而且，28d之后強(qiáng)度降低，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)主要是由于錳渣早期強(qiáng)度好，但是后期強(qiáng)度弱所造成的。第三，水泥比例在60%的狀態(tài)下時(shí)，錳渣以及礦渣摻入比例對(duì)3d的強(qiáng)度影響并不是很大，抗壓能力較強(qiáng)，而且，對(duì)錳渣以及礦渣比例的抗折影響較小，存在著不規(guī)律的變化，各個(gè)階段水泥的抗折強(qiáng)度發(fā)生了一定變化。通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，摻入錳渣、礦渣、石灰石的水泥，早期強(qiáng)度相對(duì)較低，主要是由于該種類型的水泥在早期主要以水化以及熟料礦物形式為主，錳渣以及礦渣在潛在狀態(tài)下并沒(méi)有得到充分性的發(fā)揮，但是，隨著熟料礦物質(zhì)水化的變化，會(huì)出現(xiàn)更多的堿性物質(zhì)，該種物質(zhì)激發(fā)錳渣、礦渣的活性，整個(gè)后期水泥的強(qiáng)度會(huì)逐漸增大。

表二 無(wú)外加劑是礦渣、錳渣以及石灰石三摻的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2 早期激發(fā)劑對(duì)三摻水泥的強(qiáng)度影響

研究中，對(duì)自制有機(jī)物無(wú)機(jī)物復(fù)合早強(qiáng)激發(fā)劑的影響問(wèn)題進(jìn)行分析，結(jié)果如表三所示。對(duì)于自制的激發(fā)劑而言，通常由有無(wú)機(jī)鋁鹽以及兩種高分子單子所組成，在水泥早期配置中會(huì)產(chǎn)生活性鋁離子，在水泥水化活性較強(qiáng)的狀況下產(chǎn)生較強(qiáng)的水化產(chǎn)物，并逐漸形成高分子聚合物。在該種復(fù)合激發(fā)劑運(yùn)用的狀況下，可以通過(guò)配置形成一定濃度的水溶液，通常狀況下，會(huì)將其中的水泥質(zhì)量控制在1.5%的狀態(tài)。同時(shí)，在加入激發(fā)劑之后，不同水泥情況的水泥強(qiáng)度有所提升，例如，3d抗壓強(qiáng)度增加值為2-4MPa，抗折強(qiáng)度增加空間為0.1-0.7MPa。對(duì)于未加激發(fā)劑之前的水泥，早期存在著強(qiáng)度低、后期強(qiáng)度高的問(wèn)題，這種制備方法無(wú)法滿足復(fù)合水泥的制備需求，降低復(fù)合水泥的整體強(qiáng)度。而通過(guò)復(fù)合激發(fā)劑的利用，可以更好的提高水泥強(qiáng)度，解決上述存在的問(wèn)題，并充分滿足現(xiàn)代復(fù)合水泥的制備需求。

表三 自制有機(jī)物無(wú)機(jī)物復(fù)合早強(qiáng)激發(fā)劑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3 經(jīng)濟(jì)配比的項(xiàng)目研究

在研究中可以發(fā)現(xiàn)，錳渣以及石灰石的市場(chǎng)價(jià)格較低，是礦渣價(jià)格的一半，按照成本需求以及強(qiáng)度指標(biāo)的分析，結(jié)果如下：第一，在混合材料摻量增加的狀況下，水泥的強(qiáng)度也會(huì)逐漸增加，這種現(xiàn)象主要是由于混合材料微粉比表面積相對(duì)較大，而且，需要較多的水潤(rùn)顆粒進(jìn)行表面處理，增加水泥水量，滿足水泥配置的基本需求。第二，在混合摻量增加的狀況下，水泥凝結(jié)時(shí)間會(huì)逐漸增加，主要是由于混合材料的活性相對(duì)較低，而且水化速度較慢，在大量混合材料摻入的狀況下，可以緩解水泥，提高水泥的強(qiáng)度。

4 發(fā)展前景

通過(guò)對(duì)錳渣、礦渣以及石灰石材料的分析，材料價(jià)格相對(duì)較低，而且，大量的錳渣、礦渣以及石灰石會(huì)逐漸代替高活性材料，降低水泥的生產(chǎn)成本，促進(jìn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。對(duì)于小型水泥企業(yè)的粉磨站而言，通常是購(gòu)買價(jià)格較高的熟料進(jìn)行水泥生產(chǎn)，熟料價(jià)格逐漸上漲，這種現(xiàn)象會(huì)增加水泥廠的成本支出，無(wú)法滿足企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。而通過(guò)錳渣、礦渣以及石灰石等材料的運(yùn)用，不僅可以實(shí)現(xiàn)水泥的低成本生產(chǎn)，而且可以保證水泥強(qiáng)度，促進(jìn)行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

本次試驗(yàn)中，具體結(jié)論如下：

5.1 試驗(yàn)中，復(fù)合水泥的強(qiáng)度會(huì)隨著混合材料摻量增加逐漸減小，錳渣對(duì)水泥的強(qiáng)度影響相對(duì)較大。

5.2 在混合材料總量一定的狀況下，混合材料會(huì)在不同配比的狀況下對(duì)復(fù)合水泥強(qiáng)度帶來(lái)影響。

因此，在現(xiàn)代復(fù)合水泥配置的過(guò)程中，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到復(fù)合水泥中存在的影響因素，結(jié)合這些問(wèn)題構(gòu)建針對(duì)性的制備方法，實(shí)現(xiàn)錳渣、礦渣以及石灰石的科學(xué)運(yùn)用，為現(xiàn)代水泥行業(yè)的發(fā)展提供支持。