高堿原料地區(qū)中熱硅酸鹽水泥的試制與生產(chǎn)

　　中熱硅酸鹽水泥(簡稱中熱水泥)是用于大型壩體、水電站、水庫等水利工程的特種水硬性膠凝材料。本文介紹高堿原料地區(qū)中熱硅酸鹽水泥生產(chǎn)的工藝路線。  

　　一、前言 

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及中央在政策方面對中西部的傾斜，新疆面臨快速發(fā)展的歷史機(jī)遇。近幾年中央對新疆的投資幅度不斷加大，眾多攔河大壩的修建、塔里木河治理工程、伊犁河流域治理、額爾其斯河水南調(diào)工程、各地區(qū)蓄水工程相繼動工興建，中低熱硅酸鹽水泥的潛在市場需求很大。在新疆160萬平方公里的廣闊土地上，水資源十分匱乏，且分布十分不均勻。由于新疆特殊的地域環(huán)境，各地區(qū)黏土質(zhì)原料和石灰石的堿含量都偏高，不適宜中熱硅酸鹽水泥的生產(chǎn)，同時(shí)給中熱硅酸鹽水泥的生產(chǎn)企業(yè)帶來很大的困難。為此，我們選擇了兩個(gè)具有代表性地區(qū)的水泥廠，組織對中低熱硅酸鹽水泥的試制與生產(chǎn)，并獲得成功。 

　　二、生產(chǎn)工藝 

　　1、工藝技術(shù)路線及參數(shù)的選擇與確定 

　　本試驗(yàn)所采用的工藝路線與其它水泥生產(chǎn)相同。 

　　在生產(chǎn)中，我們知道熟料的礦物組成，是影響水泥水化熱的重要因素，其中C3A的含量對水泥水化熱的影響最大，所以生料中的Al2O3含量一定要從低要求，但從煅燒工藝方面看，熔劑礦務(wù)低的生料，不易煅燒，因此，生料中的Fe2O3含量要相應(yīng)提高。經(jīng)過研究試驗(yàn)得出鋁氧率值控制在1.02～0.85之間最佳。另外，水泥中的堿極易與大體積混凝土的活性骨料(活性SiO2)發(fā)生反應(yīng)，嚴(yán)重影響壩體的安全，故中熱水泥對堿含量有極嚴(yán)格的要求，所以要選擇其它原料，來校正高堿原料中的堿含量。對燃料的要求是低的灰分和高熱值，因?yàn)槊旱幕曳种蠥l2O3含量將影響中熱水泥熟料C3A的成分。 

　　2、原燃材料的選擇 

　　新疆地域廣闊，生產(chǎn)水泥的原材料很豐富，但大部分黏土質(zhì)原料堿含量偏高，且鋁高硅低，不適宜作中熱水泥原料，通過實(shí)地考察取樣，我們發(fā)現(xiàn)南北疆地區(qū)均分布儲量較大的高硅砂巖礦和片巖礦，SiO2含量可達(dá)90%，結(jié)晶SiO2<60%，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)研究表明：利用該原料生產(chǎn)中熱水泥，只要配方科學(xué)，加強(qiáng)生料均化，優(yōu)化率值匹配，不僅可以降低中熱水泥中堿含量，并且可以生產(chǎn)出符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。 

　　三、優(yōu)化熟料率值，確定配料方案 

　　按照我國GB200—2003的規(guī)定，對C3S、C3A、f-CaO、MgO及堿含量都有嚴(yán)格的要求，通過數(shù)次試制，我們發(fā)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)控制值也有一定的范圍。 

　　原燃材料的選擇和配料方案的設(shè)計(jì)，是生產(chǎn)中熱水泥的關(guān)鍵，因此在設(shè)計(jì)礦物成分比例時(shí)，既要兼顧水泥熟料燒成工藝和水泥強(qiáng)度等性能，還要兼顧水化熱不能超標(biāo)。顯然，對C3A的含量一定要從低限制，為利于燒成煅燒，可適當(dāng)提高C4AF，以增加熔劑礦物含量。另外，C2S含量要適當(dāng)，以保證C3S不至于過低，這樣可確保水泥早期強(qiáng)度。 

　　我們在南北疆不同地區(qū)通過數(shù)次不同的配料方案設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化率值匹配，確定出兩組率值分別適于南北疆兩廠批量生產(chǎn)。北疆某廠率值參考值確定為：KH=0.86±0.01，n=2.5±0.1,P=0.88±0.1。南疆某廠率值參考值確定為：KH=0.89±0.02，n=2.3±0.1，P=1.0±0.1。 

　　四、結(jié)論 

　　(1)利用高硅砂巖代替部分黏土，可降低生料中的堿含量，從而滿足中熱水泥的生產(chǎn)。 

　　(2)新疆南北疆的原材料中硫堿含量普遍偏高，造成水泥硫堿含量波動較大，這就要求生產(chǎn)廠家對原材料進(jìn)廠進(jìn)行嚴(yán)格的分級管理，搭配合理，做到充分均化。 

　　(3)硅砂巖替代部分黏土，給熟料煅燒帶來不利影響，這就要求嚴(yán)格控制入窯生料細(xì)度，并采用薄料快轉(zhuǎn)的煅燒方法，適當(dāng)提高煅燒溫度。 

　　(4)影響中熱水泥水化熱的關(guān)鍵因素是熟料中C3A和C3S的含量。C3A的含量對水化熱的影響極為顯著，大量試驗(yàn)表明：在滿足水泥的強(qiáng)度及其它物理性能條件下，C3A每增減1%，3d和7d水化熱分別相應(yīng)增減5.29J/g和6.62J/g；C3S每增減1%，3d和7d水化熱分別相應(yīng)增減4.02J/g和4.59J/g；C2S每增減1%，3d和7d水化熱分別相應(yīng)增減0.22J/g和1.02J/g；C4AF每增減1%，3d和7d水化熱分別相應(yīng)增減0.93J/g和2.47J/g。顯而易見，嚴(yán)格控制C3A和C3S的含量是保證中熱水泥水化熱指標(biāo)合格的重要措施。 

　　(5)水泥不同的比表面積和粒度級配對水化熱也有較大的影響，因此，也需嚴(yán)格控制。 

　　(6)合理的原料選擇和配比的確定，以及最佳率值的匹配，都是中熱水泥生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。 

　　綜上所述，利用新疆地區(qū)高堿原料可以生產(chǎn)出合格的中熱硅酸鹽水泥。