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低成本高摻石灰石助磨劑應用研究

2016-01-25 10:45:17

石灰石是水泥制造企業使用量最多的原材料。每生產一噸水泥熟料約需使用一噸左右的石灰石。因此現代大型水泥企業均有自備石灰石礦山,并盡可能靠近石灰石礦山建廠以降低建設費用和運輸成本。但石灰石礦山在開采過程中往往會有一些蓋層或夾層因CaO 含量過低而被廢棄或加工成建筑石料或少量用作水泥混合材(摻加量一般不超過6%)。如能將石灰石在開采過程中的低品位石灰石大量用作水泥混合材,不僅可以大幅降低水泥制造成本,克服爐渣、粉煤灰等原材料愈來愈難以采購的困境,還可以有效利用廢棄資源,保護環境并享受到國家資源綜合利用減免所得稅政策。

近幾年來,國內一些知名助磨劑生產企業和研究結構在大量利用石灰石做水泥混合材方面做了深入研究,并取得了可喜成果。在保證水泥性能基本不變的前提下,石灰石摻量可達到20%-30%,也為水泥企業帶來了可觀效益。但普遍存在配方與加工工藝復雜,應用成本過高等不足。作為水泥企業和合作單位,能開發一種配方簡單、加工方便、成本更低的高摻石灰石助磨劑對水泥企業將更為有益。

實驗研究

1.實驗原材料

P1 型助磨劑:屬普通型助磨劑,符合JC/T 667-2004《水泥助磨劑》行業標準。適用于以粉煤灰、爐渣或其它他火山灰質材料和少量非活性材料作為混合材的通用水泥品種。摻加量0.10%。

ZW-7 型助磨劑:一種能大量摻加石灰石作為水泥混合材的以醇胺類和激發材料為主的低成本型助磨劑。符合JC/T 667-2004《水泥助磨劑》行業標準。摻加量0.10%。

其他:熟料、脫硫石膏、爐渣、粉煤灰、石灰石。

2. 實驗方法

將實驗用熟料、石灰石分別破碎至粒徑小于7mm,爐渣、脫硫石膏晾干。按照表中的配比,每次配料5kg,將各種實驗材料分別準確稱量后加入Φ500×500水泥試驗小磨中。再按實驗方案分別加入P1 型助磨劑和ZW-7 型助磨劑,開機粉磨35min。

經粉磨后的水泥,分別按照相應國家標準和行業標準進行MgO、SO3、CI-、安定性、細度、比表面積、標準稠度用水量、凝結時間、膠砂強度、水泥顆粒粒度分布狀況等檢驗。

實驗結果及分析

1.實驗結果分析

(1)不論是不摻助磨劑的1-3 號樣品和摻加助磨劑的4-9 號樣品,隨著石灰石摻加量增加和熟料摻加量減少,45μm 篩余降低,比表面積增加。這是由于石灰石的易磨性好于熟料。而摻加兩種助磨劑后,45μm 篩余明顯低于1-3 號樣品,比表面積同樣增加明顯。摻加P1型助磨劑的4-6 號樣品比1-3 號樣品45μm 篩余降低1.6%,比表面積增加8m2/kg;摻加ZW-7 型助磨劑的7-9號樣品比1-3 號樣品45μm 篩余降低2.2%,比表面積增加14m2/kg。說明ZW-7 型助磨劑助磨效果顯著,能有效提高粉磨效率。

(2)摻加ZW-7 型助磨劑的7-9 號樣品明顯改善了水泥的顆粒粒度分布狀況,< 3μm 顆粒比1-6 號樣品均明顯減少,3μm-32μm 顆粒比1-3 號樣品增加9.3%,比摻加P1 型助磨劑的4-6 號樣品增加5.3%,32μm-65μm 顆粒和> 65μm 顆粒分別比1-3 號樣品降低5.8%1.7%,比摻加P1 型助磨劑的4-6 號樣品降低3.0%0.8%。一般認為,在水泥顆粒級配分布中,< 1μm> 65μm 的顆粒最好為0%,< 3μm > 45μm 的顆粒最好< 10%,3μm-32μm 顆粒應> 65%。摻加ZW-7 型助磨劑的7-9 號樣品,3μm-32μm 顆粒達到63%-64.4%,< 3μm 顆粒處于10% 左右。

(3)隨著熟料用量減少和石灰石用量增加,1-3 號樣品水泥標準稠度用水量加大。摻加兩種助磨劑后,水泥標準稠度用水量均稍有降低。說明兩種助磨劑均有一定的減水功效,ZW-7 型稍好。

(4)摻加助磨劑的4-9 號樣品比1-3 號樣品凝結時間縮短。摻加P1 型助磨劑的4-6 號樣品變化不太明顯。而摻加ZW-7 型助磨劑的7-9 號樣品比1-3 號樣品初凝縮短11min,終凝縮短12min。說明ZW-7 型助磨劑具有促進水泥凝結作用。

(5)摻加助磨劑的4-9 號樣品比1-3 號樣品明顯提高了水泥3d 28d 強度。摻加P1 型助磨劑的4-6 號樣品比1-3 號樣品3d 28d 抗壓強度分別提高1.0MPa和 1.2MPa ;抗折強度分別提高0.1MPa 和 0.4MPa。摻加ZW-7 型助磨劑的7-9 號樣品比1-3 號樣品3d 28d 抗壓強度分別提高3.1MPa 4.2MPa ;抗折強度分別提高0.4MPa 和 0.9MPa。說明ZW-7 型助磨劑對高摻石灰石水泥3d 28d 強度具有良好的活化激發作用。

2. 機理分析

眾所周知,石灰石屬非活性混合材,其易磨性優于水泥熟料。大量摻加石灰石水泥在研磨過程中,石灰石顆粒先與熟料顆粒磨細。由于系統中微細粒子表面能很高,具有自動降低表面能的趨勢或同時存在正負電荷吸引而使粒子團聚變大,從而阻礙了熟料與研磨體的接觸,影響了熟料的粉磨。ZW-7 型高摻石灰石助磨劑的加入,使其中更為有效的陰離子分散劑包圍于微細粒子表面或滲透于物料裂隙,進而降低了粒子的表面能,減少了粒子的團聚現象,改善了粉磨條件,使粉磨效率大幅提升。由于石灰石易磨,< 3μm 顆粒多為石灰石微粉,有利于降低水泥的孔隙率,減少水泥的需水量,提高水泥的密實度。而熟料顆粒則主要集中在3μm-32μm 區間,克服了熟料粉磨過細帶來的早期水化過快而產生的強度損失,有利于水泥3d 28d 強度的增長。

生產應用

2012 年始,河南某水泥公司通過實驗室和大磨實驗后,將低成本高摻石灰石助磨劑(ZW-7 )投入了生產應用。生產的P.C 32.5 級水泥配比為:熟料52%,低品位石灰石25%,粉煤灰18%,脫硫石膏5%。助磨劑摻加0.1%。出磨水泥再摻入S 95 級礦渣微粉10%。4-9月份累計生產P.C 32.5 級水泥45.3 萬噸,使用低品位石灰石10 萬噸,磨機臺時產量提高17%,水泥綜合制造成本降低8.9 噸,取得了顯著的經濟效益和環境效益。

結論

1.ZW-7 型助磨劑能有效提高粉磨效率,助磨效果顯著。應用證明,可提高磨機臺時產量17%。

2. ZW-7 型助磨劑在摻加石灰石25% 的情況下,3μm-32μm 顆粒達到64.4%,< 3μm 顆粒處于10%左右,有利于減少水泥需水量和混凝土坍落度經時損失。

3. ZW-7 型助磨劑具有一定的減水和促凝作用。

4. ZW-7 型助磨劑具有良好的增強效果,3d 28d抗壓強度分別提高3.1MPa 4.2MPa,抗折強度分別提高0.4MPa 和 0.9MPa。

5. ZW-7 型助磨劑能大量利用低品位石灰石作水泥混合材,變廢為寶。

 摘自——《水泥人網》

王智祥、陳新中等

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