用工业废渣生产缓凝水泥的方法探讨

  0 引言

  路基缓凝水泥用于公路路基，用来稳定砂砾（包括砾石土）、碎石，水泥含量一般为5%，不宜超过混合料总重的6%。由于施工拌料、铺平、压实时间较长，必须在水泥凝结时间之前完成，因此根据施工时间要求水泥的初凝时间大于4h，终凝时间不小于6.5h。我公司自2006年5月开始研制道路用路基缓凝水泥，2006年9月投入工业生产，通过多种方案的对比优选，采用旋窑熟料与立窑熟料对掺，利用电厂脱硫石膏与磷石膏搭配，加矿渣、粉煤灰、电厂炉渣等工业废渣进行生产，既满足了公路建设所需水泥性能，又消耗了工业废渣，达到了节约能源、减少污染、降低生产成本、增加企业效益的目的，实现了资源的综合利用。

  1 生产方法

  我公司有两条2500t/d新型干法水泥生产线，原有六条Φ3m×11 m机立窑生产线，用熟料加石膏进行调节，初凝时间只有3.0h，后采取增加石膏的方法，凝结时间有所延长，但不能满足用户要求。采取磨头加入0.5%～0.8%缓凝剂生产缓凝水泥，通过试验，凝结时间能够达到，但混合材掺量低，水泥生产成本高，后用2500t/d新型干法旋窑熟料与立窑熟料搭配，掺加磷石膏、电厂脱硫石膏、矿渣、粉煤灰、电厂炉渣等工业废渣进行生产，水泥性能达到用户要求，生产成本降低，可消耗大量的工业废渣。

  2 原材料成分

  立窑熟料为本集团生产的熟料，旋窑熟料为本公司两条2500t/d 新型干法旋窑熟料，其熟料成分见表1；磷石膏为山东临沂地区某磷肥厂生产的废渣、脱硫石膏为鲁南电厂烟气脱硫产生的废渣；电厂炉渣为当地济宁电厂所排工业废渣，粉煤灰为鲁南电厂、曲阜电厂所排废渣，矿渣为山东莱芜钢厂所排工业废渣，见表2～7。

  3 试验方案

  3.1 旋窑熟料与立窑熟料对比试验

  旋窑熟料与立窑熟料的生产工艺不同，配料方案不同，熟料的矿物组成有较大差异。旋窑熟料的C3S的含量为55%左右，而立窑熟料的C3S含量为45%左右，旋窑熟料的SM较高，在2.7左右，而立窑熟料的SM只有2.0，表现在凝结时间和强度上差别较大；立窑熟料的初凝时间较旋窑熟料的初凝时间长105min, 立窑熟料的终凝时间较旋窑熟料的终凝时间长135min，利用立窑熟料凝结时间长的特点，有利于延长缓凝水泥的凝结时间。为增加混合材的掺量，保证水泥强度，采用旋窑熟料与立窑熟料搭配使用，进行试验，见表8。

  从表8可以看出，随着立窑熟料掺加量的增加，初凝时间在逐渐增长，强度在下降，当立窑熟料掺到30%，与旋窑熟料掺量相等时，凝结时间最长，且强度降到控制指标低限（水泥3d强度内控指标为≥15MPa）。因此用立窑熟料与旋窑熟料各掺30%作为熟料的比例进行试验。

  3.2 脱硫石膏与天然石膏对比试验

  电厂脱硫石膏与天然二水泥石膏相比，小磨试验证明前者有较好的缓凝效果，见表9。

  小磨试验后，我们在2号水泥磨上开始用脱硫石膏代替二水石膏生产水泥，指标为：细度≤5%；SO₃：1.8%±0.2%；混合材掺量为：30%±1%；其中磨头16%电渣，加3.5%脱硫石膏，磨尾：16%粉煤灰，共生产66h。大磨试验结果见表10。

  3.3 不同比例的石膏、磷石膏、混合材掺量的小磨试验

  从表11可知随磷石膏掺量的增加，水泥的凝结时间会增长，但熟料强度会下降，当加到6%时会出现明显的强度下降，因此磷石膏掺量应小于6%。

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  4 方案的选择

  从表11可以看出，生产方案共设计13个，通过小磨试验，凝结时间能够达到缓凝要求的只有G1、G2、G3、G5、G7、G11等六个方案；方案G11是采取高掺矿渣微粉方案，3d强度只有12.4MPa，且成本高，强度不合格；方案G7采用磷石膏与二水天然石膏对掺方案，强度和凝结时间合格，但熟料掺加量较高，水泥成本高；方案G5采用磷石膏与二水天然石膏混掺方案，强度和凝结时间合格，但熟料掺加量较高，水泥成本高；方案G3属矿渣高掺方案，由于矿渣易磨性较差，水泥粉磨台时产量低，电耗高，成本高；方案G2磷石膏掺量较高，强度低，以上方案不宜采用；采用方案G1成本较低（表12）,是可行的方案。

  5 大磨生产

  2006年9月进行工业性试生产（表13），采用一台Φ3m×9m水泥磨和三台Φ2.2 m×6.5m水泥磨进行粉磨，共同进入水泥均化库，通过多库搭配进入水泥散装库，由散装车运入工地。经检验各项指标达到内控标准，满足用户的要求。

  5.1 水泥控制指标

  根据用户的需要和国家标准，制定了企业内部路基缓凝水泥（P·C 32.5）内控指标（表14）。

  5.2 大磨生产数据

  2006年10月开始正式生产路基缓凝水泥，所用设备为三台Φ2.2 m×6.5m水泥磨和一台Φ3m×9m水泥磨，全为圈流磨，出磨水泥同时进入六个小水泥均化库，通过机械倒库、多库搭配进行水泥的均化。由于在水泥粉磨中加入了矿渣，物料的易磨性较原来差，水泥磨的台时产量较原来生产P·C32.5水泥降低0.5t/h，加入0.3%的液体助磨剂，能够改善磨内的研磨工况，增加磨内物料的流速，对提高磨机台时产量有较好的效果，能够提高台时产量0.85t/h。表15是2006年10月连续20天的生产质量情况，出磨水泥平均初凝时间为339min，平均终凝时间为397.2min，符合用户要求，且强度完全符合P·C32.5水泥的内控标准。

  6 生产中问题的处理

  用旋窑熟料与立窑料搭配，加入工业废渣生产缓凝水泥，克服了单用立窑熟料生产强度低、混合材掺量低的缺点，也避免了用纯旋窑熟料生产水泥凝结时间短的缺点，用高掺矿渣微粉，凝结时间能达到，但成本较高。用旋窑熟料与立窑熟料搭配，利用工业废渣生产缓凝水泥性能达到要求，成本较低，但是用工业废渣生产缓凝水泥在生产过程中应处理好以下问题。

  6.1 磷石膏、电厂脱硫石膏水分的处理

  电厂脱硫石膏，磷石膏进厂水分较高，一般在12%～15%。物料水分高，不利于机口喂料，出现下料不畅、堵下料溜子、计量困难等，应采取晾晒，使水分蒸发，晾晒后水分可降低到7%左右。

  进厂时要有一定的储备，晾干后入大棚存放，不能随进随用，一是台时产量低，二是下料不畅，配料不稳，影响出磨水泥质量，有条件的可进行烘干后使用。我公司先晾晒，从电厂进来的热电厂炉渣温度达到250℃左右，用铲车将这种热电渣与石膏按比例进行搭配，并混合均匀，使电渣与磷石膏充分接触，利用热电渣的热量，能够将石膏中的水分进行蒸发，使石膏不再粘附，同时电渣为粒、块状，克服了单独磷石膏不易下料的缺点。

  6.2 加强磨内通风，及时排出磨内水分

  在水泥粉磨操作上要改进操作方法，将磨尾排风机风门，由原来的80%开到100%，目的是加大磨内排风，让磨内产生的水蒸气及时排出磨外，减少磨内水分的积存，利于提高磨机产量。

  6.3 控制进厂磷石膏的磷含量

  对进厂磷石膏的磷含量要经常进行检测，对于某些不具备检测条件的水泥厂化验室，可在省水泥质检站进行检测，磷石膏P₂O₅的含量一般控制在0.3%～0.5%，磷含量过高，会引起水泥的凝结时间过长，强度下降幅度较大，应定期检测。我公司进厂磷石膏每批次都要到省站进行检测，同时进厂的石膏要分清批次，打好堆存放，便于均化搭配。

  7 结束语

  用工业废渣生产路基缓凝水泥，废渣中的磷酸盐能够提高水泥中C3A的活性，延长C3A的诱导期，能够延缓水化速度，抑制钙矾石晶体向长度方向生长，从而避免在颗粒之间尽快形成连接桥，延缓了水泥的凝结。

  （1）通过试验，磷石膏和天然石膏一样可以作水泥调凝剂，但要控制好磷石膏的含磷量和进厂水分。

  （2）磷石膏可以单独使用亦可以搭配使用，单独使用时，当掺量达到一定程度会降低水泥的强度。

  （3）电厂脱硫石膏与磷石膏搭配使用，缓凝效果较好，解决了新型干法水泥熟料无法生产缓凝水泥的矛盾，增加了混合材掺加总量。

  （4）用电厂脱硫石膏、磷石膏作缓凝剂解决了工业废渣（电厂脱硫石膏、磷石膏）占地，污染环境问题，增加水泥企业效益。

  （5）用工业废渣生产路基缓凝水泥，比生产通用硅酸盐水泥P·C32.5水泥能多加入工业废渣15%，每年多消耗工业废渣4.5万t。节约标准煤近0.5万t，每年节约天然石膏1.8万t，生产成本每吨节约6元，年节约生产成本 180万元，实现了资源综合利用和经济的循环发展。