煤矸石在水泥工业中的应用

煤矸石在水泥工业中的应用　王翠萍　（山西煤炭职业技术学院，山西摘太原０３００３１）　（２）普通水泥熟料的化学成分　熟料的化学成分主要由ＣａＯ、ＳｉＯ　、、Ａ１　０，和Ｆｅ　０，四　种氧化物组成，总含量９５％以上。还含有少量的其他氧化　物，如ＭｇＯ、　０２、ＳＯ３、Ｎａ２０、Ｋ２０、Ｐ２０　等。普通水泥熟料的　要：介绍了以煤矸石为原料生产水泥的几种方法，阐　主要化学成分波动范围见表２。　表２　普通水泥熟料的化学成分（％Ｊ　熟料类别　回转窑熟悉　立窑熟料　述了煤矸石的主要成分对水泥组成、水化、凝结、硬化的影　响。　Ｃ　ａＯ　６２—６７　６２＂－＇６６　Ｓｉ０２　２【卜　４　２【卜　２　Ａ１２Ｏ３　４￣７　５￣７　Ｆｅ２０３　２　４－．５．　关键词：煤矸石：水泥；特性　中图分类号：ＴＤ８４９．５　文献标识码：Ａ　文章编号：　１　００８—８８８１　ｆ２００６）０２—００８８—０２　随着煤炭生产的不断发展，矿山的矸石排出量与日俱　增，矸石山越来越多，占地面积越来越大。近年来，许多国　家都在研究和发展将煤矸石应用于水泥工业的新工艺技　术。　煤矸石配料熟料　６０＂－－６７　１７￣２４　４＂－＇６　２～７　（３）普通水泥熟料的率值　１）石灰饱和系数（ＫＨ）　石灰饱和系数是熟料中ＣａＯ和ＳｉＯ　实际化合的数量　与理论上全部形成硅酸三钙所需ＣａＯ数量的比值。ＫＨ值　一般在０．８０～０．９５范围内。ＫＨ值越大，硅酸三钙含量越高，　一、煤矸石作原燃料生产水泥　水泥具有快硬高强的特性，但要求煅烧温度较高。ＫＨ值过　低，熟料中硅酸二钙的含量增多，强度发展缓慢，早期强度　低。　以煤矸石作为原燃料生产水泥，主要是根据煤矸石和　粘土的化学成分相近，可代替粘土提供硅铝质原料，再加　上煤矸石能释放一定的热量，可节省部分的燃料的特点。　１、生产普通水泥　２）硅酸率（ｎ）　硅酸率是熟料中ＳｉＯ　含量与Ａ１　０，和Ｆｅ　０，含量的比　值。ｎ值反映熟料中硅酸盐矿物（Ｃ３ｓ＋Ｃ２ｓ）与溶剂矿物　（Ｃ，Ａ＋Ｃ　Ｆ）的相对含量。ｎ值过大时，熟料较难烧成，煅烧　时液相量较少：ｎ值过小时，熔融物含量过多，煅烧时易结　大块。　多数煤矸石是一种粘土质原料，它主要提供熟料所需　的酸性氧化物ＳｉＯ　和Ａ１２０，。根据煤矸石生产水泥的特点，　可按成分中对配料影响较大的Ａ１　０，含量的多少，将煤矸　石分为低铝（２０±５％）、中铝（３０±５％）和高铝（４０±５％）三类。　低铝矸石的成分与粘土相似，用于生产普通水泥时，和粘　土的配料相同。使用中铝煤矸石生产水泥，熟料中Ａ１　０，含　量达７～８％，基本仍和普通水泥配料相同。　３）铝氧率（ｐ）　铝氧率是熟料中Ａ１　０，含量与Ｆｅ　０，含量的比值。Ｐ值　反映熟料中铝酸三钙和铁铝酸四钙的相对含量。Ｐ值过大，　Ｃ　含量高，液相黏度大，不利于游离氧化钙的吸收，还会　使水泥急凝：Ｐ值过小，窑内烧结范围窄，不易于掌握煅烧　操作。　（１）普通水泥熟料的矿物组成　水泥熟料并不是各种氧化物简单混合而成，而是由各　种氧化物经高温煅烧相互作用而生成的矿物组成。因此，　水泥熟料是一种由矿物组成的结晶细小的人造岩石。组成　水泥熟料的主要矿物有四种。　’　普通水泥熟料的率值要控制在表３的范围内。　表３普通水泥熟料的率值　熟料类别　回转窑熟悉　立窑熟料　１）硅酸三钙（３ＣａＯ・ＳｉＯ２简写为Ｃ　Ｓ），由ＣａＯ和ＳｉＯ２　化合而成。特性是水化和凝结快，生成物早期和后期强度　均较高。　ｌａＨ　０．８５＿ｏ．９３　０．８４－０．９０　Ｐ　１．７＿２．５　１．８＿２．２　Ｐ　１．０＿１．５　２）硅酸二钙（２ＣａＯ・ＳｉＯ２简写为Ｃ２Ｓ），由ＣａＯ和ＳｉＯ２　化合而成。水化、凝结、硬化速度较Ｃ　Ｓ慢。　３）铝酸三钙（３ＣａＯ・Ａ１２０　简写为Ｃ　），由ＣａＯ和　Ａ１　０，化合而成。水化、凝结、硬化相当快。　煤矸石配料熟料　０．８１＿ｏ．９６　１．３＿２．５　０．８５　．０　２、生产快硬水泥　用Ａ１　０，含量为２８．０８％的中铝煤矸石代土生产快硬　水泥。原燃料化学成分见表４。采用立窑煅烧工艺，所得熟　４）铁铝酸四钙（４ＣａＯ・Ａ１２０３・Ｆｅ２０３，简写为Ｃ４ＡＦ），由　ＣａＯ、Ａ１　０，和Ｆｅ　０，化合生成。它不影响水泥的凝结、硬化、　料的化学成分和矿物组成见表４、表５。熟料的各率值为：　ＫＨ值＝０．８７５　ｎ＝１．７４　ｐ＝１．３７　表４原燃料化学成分（％Ｊ　名称　烧失量　Ｓｉｏ２　Ａ１　２０３　Ｆｅ２０３　ＣａＯ　ＭｇＯ　生料配比　煤矸石　１２．７５　５７，２４　２５．１４　１．８６　０．９２　０．５３　石灰石　４１．６８　３．８３　０．３９　０．３５　５３．２５　０．５３　石粉　２．０４　１９．８６　１１．２４　６２．１８　１．９４　１．８９　５０．３２　３５．５Ｏ　３．９８　５．６８　０．７８　１４．７５　８Ｏ．１７　５．Ｏ８　强度，在煅烧熟料的过程中，能降低熟料的熔融温度和液　相黏度，有利于Ｃ　的生产。　回转窑和立窑烧制普通水泥熟料，其矿物组成的波动　范围见表１。　表ｌ　普通水泥熟料的矿物组成（％Ｊ　熟料类别　Ｃ３Ｓ　Ｃ２Ｓ　Ｃ　ＣＡＦ　ＳＯｊ　Ｍ　ｇｏ　ｌ　Ｒ２Ｏ　回转窑熟料　４２－６１　１５—３２　４—１１　１Ｏ一１８　１．５　４．５　Ｉ　１．３　立窑熟料　３８—５５　２Ｏ一３３　４—７　１３—２Ｏ　＜１．５　＜４．５　Ｉ　Ｉ．　无烟煤　收稿日期：２００５—１０—１　１　巍蠢　原理工大学２００４级硕士研究生。　作者简介：王翠萍（１９６５０，山西煤炭职业技术学院副教授，　维普资讯 http://www.cqvip.com

表５熟料化学成分和矿物组成（％）　Ｓｉ０２　Ａ１２Ｏ３　Ｆｅ，Ｏ３　ＣａＯ　ＭｇＯ　２１　４０　７００　煤矸石活性的高低，除与化学成分、细度有关外，主要　取决于热处理温度。煤矸石煅烧过程中，当加热到某一温　ＣＡＦ　ｌ５　５６　Ｃ３Ｓ　Ｃ２Ｓ　２４　６４　Ｃ　９８６　度时，黏土矿物分解，晶格破坏，变成非晶质，形成无定性　ＳｉＯ：和Ａ１：０，，具有活性。再继续加热到一定温度时，又重结　晶，新晶相增多，非晶质相应减少，活性降低。因此，煤矸石　有一个最佳的煅烧温度，一般为６５０～９００￣Ｃ，此时煅烧产物　的活性最高。　５　ｌ２　６５　３２　０．９８　０　５８　４８　４４　●　３、生产早强水泥　利用Ａｌ２０　为２５～２７％的煤矸石，配以石灰石、石膏和　萤石制成生料，在立窑上烧成以Ｃ　Ｓ为主，又含氟铝酸盐　（Ｃ。。Ａ　・ＣａＦ２）、无水硫铝酸盐（Ｃ　３・ＣａＳ０４）以及少量Ｃ２Ｓ、　Ｃ４ＡＦ、ＣａＳＯ＋￣ＣａＳ等矿物的熟料。熟料烧成温度为１３５０～　１４１０℃。熟料外掺ｌ～３％经１０００￣左右煅烧的石膏用以增　三、煤矸石无熟料水泥及少熟料水泥　煤矸石无熟料水泥是以煅烧煤矸石为主要原料，掺入　强，并以１．５～３％二水石膏调节凝结时间。粉磨细度为４９００　适量石灰、石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。煤计石少熟　孔筛筛余１０％以下，一天硬冻强度可达３０．０Ｍｐａ以上，２８　天达６０．０Ｍｐａ以上。这种水泥不仅早期强度发展快，而且　后期强度继续增长，具有作业性能良好和微膨胀不收缩等　特点。　４、煤矸石制双快水泥　采用４２％Ａ１：０３的高铝煤矸石和ＣａＯ为５２％左右的　石灰石配料，在立窑制氟铝酸钙型双快水泥。熟料的主要　成分是Ｃ３Ｓ、Ｃ。．Ａ　・ＣａＦ　、Ｃ２Ｓ、Ｃ４ＡＦ。通常一天强度可达２０～　３０Ｍｐａ，２８天达４０～６０　Ｍｐａ，可作为喷射水泥用于锚喷支　护。　二、煤矸石作水泥混合材料　煅烧后的煤矸石经磨细、加水并与石灰或硅酸盐水泥　拌成胶泥状态，在常温常压下起化学反应，生成稳定的不　溶于水的水化硅酸钙和水化铝酸钙，在空气中硬化，在水　中继续硬化，产生强度。因此，煤矸石煅烧后，含有活性　ＳｉＯ　和Ａ１　０３，就可以作为活性火山灰质混合材使用。　料水泥也是以煤矸石为主要原料制成，但用熟料代替石灰　作为主要原料之一。它与无熟料水泥相比，具有凝结快、早　期强度高、劳动条件好、省去蒸汽养护、简化使用工艺等特　点。以上两种水泥，可作为砌筑水泥使用。　生产工艺流程是用煅烧煤　ｆ石、石灰加少量熟料或单　用熟料、石膏按比例配合磨细，然后入库即获得无熟料或　少熟料水泥。　煤矸石的技术要求与作混合材料生产火山灰水泥基　本相同。要求含碳量低、活性高、成分稳定。煅烧温度在　６５０￣１０００￣Ｃ之间。石灰（或熟料）是提供Ｃａ（０Ｈ）：与煅烧矸　石中活性组分作用生成硬性胶凝材料的原料。一般用量变　动在１５￣３０％之间。大都采用新鲜生石灰。石膏加入是为了　加速水泥硬化，提高强度。一般加量为３～５％。根据水泥中　ＳＯ，的总含量在３．５—４％来控制石膏的掺加量。　近几年，煤矸石在水泥工业中的应用得到高度的重视　和快速的发展，形成了一种生产水泥的新工艺新技术，具　有很高的环保价值和经济价值。