利用鋰渣代替粘土燒制水泥熟料的試驗(yàn)
-
- 鋰渣經(jīng)巖相分析及X射線衍射分析結(jié)果表明,其主要礦物組成為SiO2:40%;方解石(CaCO3):12%;石膏(CaSO4·2H2O):14%;剛玉(Al2O3):6%;三水鋁石(Al2O3·3H2O):12%;紅柱石(Al2O3):11%,其它還有少量玻璃相、高嶺石及極少量的碳酸鋰(Li2CO3)。
- 根據(jù)GB6763-86〈建筑材料用工業(yè)廢渣放射性物質(zhì)限制標(biāo)準(zhǔn)〉的規(guī)定,工業(yè)廢渣必須經(jīng)過放射性檢測,低于限制標(biāo)準(zhǔn)才能用作建筑材料的原料。摻工業(yè)廢渣的建筑材料產(chǎn)品必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB9196-88〈摻工業(yè)廢渣建筑材料產(chǎn)品放射性物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)〉規(guī)定要求。根據(jù)GB9196-88,我們?cè)趪医ú臏y試中心對(duì)鋰渣進(jìn)行了放射性強(qiáng)度檢測。檢測結(jié)果見表2。經(jīng)計(jì)算,鋰渣的放射性強(qiáng)度符合國家標(biāo)準(zhǔn),說明鋰渣完全可以用于生產(chǎn)建筑材料。
- 表2 鋰渣放射性檢測
放射性核素
226Ra
232Th
40K
備注
比活度/(Bq/kg)
82.9
34.2
154
不確定度<±15%
- 1.2 石灰石
- 試驗(yàn)采用當(dāng)?shù)氐氖沂?外觀呈灰白色塊狀,CaO含量較高,MgO等雜質(zhì)含量很少。其化學(xué)成分見表3。
- 表3 石灰石、鐵礦粉化學(xué)成分 ％
名稱
Loss
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Fe2O3
石灰石
41.50
4.24
0.30
53.44
0.17
0.61
鐵礦粉
0.94
23.36
3.32
1.88
0.76
64.20
- 1.3 鐵礦粉
- 試驗(yàn)用鐵質(zhì)校正原料為當(dāng)?shù)氐蔫F礦粉,外觀為紅棕色粉狀。其化學(xué)成分見表3。
- 2 試驗(yàn)
- 2.1 生料易燒性試驗(yàn)
- 為了探索鋰渣配制生料的易燒性,特以鋰渣代替粘土配制的生料與粘土為原料配制的生料進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),同時(shí)為消除其它因素的影響,試驗(yàn)采用了相同的生料率值、加工工藝及煅燒制度。
- 試驗(yàn)用普通的配料方案(KH=0.96、SM=2.10、IM=1.28)配制生料,然后按GB9965-88〈水泥生料易燒性試驗(yàn)〉方法進(jìn)行,試驗(yàn)結(jié)果見表4。其中試樣L1為鋰渣配制的生料,試樣L2為粘土配制的生料,為了使L2與L1具有相同的率值,在配制L1時(shí)使用了少量的試劑Al2O3以調(diào)整IM值。
- 表4 不同溫度下生料易燒性試驗(yàn)(fCaO含量) %
溫度/℃
800
900
1000
1100
1200
1300
1350
1400
1450
L1
17.0
46.8
38.3
32.5
18.0
6.9
4.4
2.0
0.80
L2
12.4
50.0
42.5
30.0
15.5
5.0
2.3
1.5
0.79
- 從表4可以看出,生料L1和L2在各種溫度下煅燒后的fCaO含量基本吻合,由此可見,以鋰渣代替粘土配制的生料和以粘土為原料配制的生料易燒性基本一致,熟料的燒成溫度基本一致。因此,使用鋰渣代替粘土生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料不會(huì)影響水泥廠原有的燒成溫度,也不會(huì)影響水泥熟料的質(zhì)量。
- 2.2 燒成溫度影響
- 為研究煅燒溫度對(duì)水泥熟料質(zhì)量的影響,分別對(duì)不同溫度下所燒成的熟料采用反光顯微鏡進(jìn)行巖相分析,并將各熟料加入4%的石膏磨細(xì),測定其強(qiáng)度,結(jié)果見表5。
- 表5 不同煅燒溫度下熟料的強(qiáng)度 MPa
溫度
/℃抗折強(qiáng)度
抗壓強(qiáng)度
3d
7d
28d
3d
7d
28d
1300
0.8
1.3
2.2
4.3
6.4
12.0
1400
3.8
5.7
7.0
19.1
31.3
49.2
1450
4.5
6.3
7.5
22.3
32.7
58.3
- 巖相分析及表5表明:在低溫1300℃燒制的熟料中主要礦物為C2S、C4A3
及fCaO,礦物晶體細(xì)小,基本上沒有C3S,在該溫度下燒成熟料速凝且安定性不良;雖然熟料中含有適量的早強(qiáng)型礦物C4A3
,但由于生料中其它成分的影響(如MgO含量較低,并含有一定量的堿),使得在低燒成溫度下,C2S不能吸收fCaO形成C3S,以致燒成的熟料質(zhì)量較差。在1400℃燒制的熟料主要礦物為C3S、C3S、C3A、C3AF及fCaO;該熟料的凝結(jié)時(shí)間、安定性合格,強(qiáng)度較好。當(dāng)煅燒溫度高達(dá)1450℃,達(dá)到一般水泥熟料的燒成溫度時(shí),熟料中C3S大量生成,fCaO含量降低,熟料質(zhì)量很好,此時(shí)熟料主要礦物為C3S、C2S、C3A、C4AF及fCaO。
- 以上試驗(yàn)結(jié)果表明:該熟料燒成溫度應(yīng)大于1400℃,即燒制該熟料時(shí)應(yīng)采用正常燒成溫度而不宜采用低溫?zé)啤?
- 2.3 率值影響試驗(yàn)
- 根據(jù)鋰渣成分特點(diǎn),我們用三種原料(鋰渣、石灰石、鐵礦粉)的配料方案,選擇適宜的礦物組成及率值進(jìn)行配料。
- 為了解石灰飽和系數(shù)KH值變化對(duì)熟料質(zhì)量的影響,采用硅率SM=2.10、鋁率IM=1.26～1.28基本不變,KH值為0.92～0.98配制的生料。在相同的試驗(yàn)條件下經(jīng)煅燒至1450℃后,測定其fCaO含量(見表6)及其力學(xué)性能(見表7)。
- 表6 不同KH值的生料煅燒后fCaO含量 %
溫度/℃
1300
1350
1400
1450
KH=0.94
7.5
4.3
1.9
0.9
KH=0.98
14.0
8.1
2.8
1.0
- 從表6中可以看出:當(dāng)煅燒溫度較低時(shí),fCaO含量隨著KH值提高而增加,但隨著煅燒溫度的升高,fCaO含量差距減少;當(dāng)煅燒溫度達(dá)到燒成溫度,此時(shí)fCaO含量基本接近。表明當(dāng)提高KH值時(shí),將使生料的易燒性下降,只有采取較高的煅燒溫度以及延長煅燒時(shí)間,才能保證熟料質(zhì)量。
- 表7 不同KH值時(shí)熟料的強(qiáng)度 MPa
KH值
抗折強(qiáng)度
抗壓強(qiáng)度
3d
7d
28d
3d
7d
28d
0.92
3.9
5.0
6.0
16.0
23.6
36.5
0.94
4.4
6.0
7.4
21.0
28.8
55.4
0.96
5.2
6.5
7.5
24.4
32.0
58.3
0.98
6.1
6.8
8.1
31.0
37.5
61.0
- 從表7中可以看出:提高熟料的KH值對(duì)熟料的早期強(qiáng)度影響較大。當(dāng)熟料的KH值由0.92提高到0.98時(shí),熟料的3d強(qiáng)度明顯增加;而當(dāng)熟料的KH值在0.94～0.98之間時(shí),熟料的28d強(qiáng)度變化很小。雖然熟料KH值的提高對(duì)熟料的早期強(qiáng)度影響較大,但KH值過高將導(dǎo)致熟料的fCaO含量增高從而影響水泥的安定性。試驗(yàn)表明:熟料的KH值應(yīng)在0.94～0.98之間為宜。
- 為了提高熟料的早期強(qiáng)度,我們進(jìn)行了提高熟料的鋁率IM值,以提高C3A含量的試驗(yàn)。試驗(yàn)使用的生料配料為KH=0.94、SM=2.0,IM分別為1.28和1.69(后者是為了調(diào)整IM值加入了1%的Al2O3試劑)。經(jīng)煅燒至1450℃后,測定其力學(xué)性能(見表8)。
- 表8 不同IM值時(shí)熟料的強(qiáng)度 （MPa）
IM值
抗折強(qiáng)度
抗壓強(qiáng)度
3d
7d
28d
3d
7d
28d
1.28
4.5
6.1
7.4
21.3
28.5
58.1
1.69
6.3
7.1
8.2
29.0
34.8
59.5
- 從表8可以看出,IM值提高后,熟料的早期強(qiáng)度增加幅度較大,而28d強(qiáng)度變化很小,由此可見,增加IM值也是提高熟料早期強(qiáng)度的有效方法。
- 2.4 熟料性能檢驗(yàn)
- 在上述各試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以鋰渣、石灰石、鐵礦粉為原料,配制出KH值為0.94～0.98,SM值為1.88～2.08,IM值為1.29～1.89的四組生料,進(jìn)行小批量熟料燒成試驗(yàn),然后按有關(guān)國標(biāo)對(duì)熟料進(jìn)行了各項(xiàng)物理、力學(xué)性能試驗(yàn)。
- 四組生料的配比、化學(xué)成分及有關(guān)率值見表9,熟料的化學(xué)成分及物理性能見表10。
- 表9 生料配比、化學(xué)成分及有關(guān)率值
序號(hào)
生料配比/%
生料成分/%
率值
石灰石
鋰渣
鐵礦粉
Al2O3
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
KH
SM
IM
L3
78.20
18.40
3.40
34.4
13.50
3.82
2.67
43.59
0.23
0.94
1.96
1.29
L4
78.60
18.10
3.40
34.0
13.81
3.69
2.71
42.80
0.21
0.96
2.06
1.29
L5
78.93
17.72
3.35
36.6
13.14
3.82
2.65
42.99
0.29
0.98
2.06
1.44
L6
78.90
18.20
2.90
1.00
33.5
14.05
4.45
2.50
43.12
0.21
0.94
1.88
1.89
- 表10 熟料的化學(xué)成分及物理性能
序號(hào)
化學(xué)成分/%
凝結(jié)時(shí)間/h:min
安定性
抗折強(qiáng)度/MPa
抗壓強(qiáng)度/MPa
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
fCaO
初凝
終凝
3d
7d
28d
3d
7d
28d
L3
20.18
5.82
4.50
63.72
0.53
1.11
0.86
1:51
3:05
合格
4.5
6.2
7.5
21.0
29.9
59.2
L4
19.98
5.41
4.18
64.35
0.35
1.06
1.10
1:50
3:40
合格
5.2
6.5
7.6
24.7
32.5
56.5
L5
20.02
5.75
3.99
65.91
0.48
1.48
0.96
1:58
2:25
合格
6.1
6., 8
8.1
31.2
36.8
60.7
L6
19.58
6.72
3.69
63.77
0.33
1.43
1.42
1:35
3:35
合格
6.4
7.1
8.3
29.5
33.8
58.1
- 從表10可以看出,利用鋰渣代替粘土為原料燒制的硅酸鹽水泥熟料的凝結(jié)時(shí)間正常,安定性合格,其3d、7d、28d的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度均滿足國標(biāo)中425號(hào)、525號(hào)熟料的規(guī)定。
- 3 結(jié)論
- 1)使用鋰渣代替粘土所配制的生料與用粘土配制的生料相比,兩者的易燒性基本一致。
- 2)使用鋰渣燒制熟料宜采用高石灰飽和系數(shù)(KH)配料,其KH值范圍為0.94～0.98。
- 3)使用鋰渣燒制熟料不宜采用低溫煅燒,其燒成溫度應(yīng)大于1400℃,該溫度與使用粘土原料燒制熟料的正常煅燒溫度一致。
- 4)使用鋰渣燒制熟料,選用適當(dāng)率值配料在1450℃下燒成的熟料,各項(xiàng)物理性能均達(dá)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),其標(biāo)號(hào)為425號(hào)、525號(hào)。
- 鋰渣經(jīng)巖相分析及X射線衍射分析結(jié)果表明,其主要礦物組成為SiO2:40%;方解石(CaCO3):12%;石膏(CaSO4·2H2O):14%;剛玉(Al2O3):6%;三水鋁石(Al2O3·3H2O):12%;紅柱石(Al2O3):11%,其它還有少量玻璃相、高嶺石及極少量的碳酸鋰(Li2CO3)。
|
日期 |
Loss |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Fe2O3 |
K2O |
Na2O |
SO3 |
Li2O |
|
1992.7.2 |
8.06 |
47.73 |
17.59 |
10.06 |
0.39 |
1.95 |
0.15 |
0.21 |
6.90 |
0.58 |
|
1992.8.6 |
9.02 |
48.61 |
17.54 |
9.31 |
0.16 |
2.73 |
0.20 |
0.20 |
5.57 |
0.65 |
|
1993.2.3 |
7.83 |
54.77 |
17.93 |
9.26 |
0.53 |
2.22 |
0.22 |
0.34 |
5.01 |
|
編輯：
監(jiān)督：0571-85871513
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