技术 | 提高白水泥熟料白度的原材料优选实验

前言

白水泥的生产工艺及矿物组成与普通硅酸盐水泥大致相似，但白水泥对质量的要求主要是白度和强度，而影响白水泥熟料白度的因素很多，包括原材料及燃料、生料的质量、熟料的煅烧及熟料的漂白冷却等。其中原燃料是最主要的因素，因为原材料中Fe、Mn、Ti、Cr等着色元素的氧化物的含量，尤其是Fe₂O₃的含量对白水泥白度的影响最大。因此，在白水泥生产过程中，对原燃材料中着色元素含量的控制是提高熟料白度最基本的保障。本文针对影响白水泥白度的因素寻找白水泥生产原材料的最佳优化组合进行研究实验。

一、原材料预处理及成分分析

1.1 原材料的预处理

实验所用的材料石灰石、铝质材料、硅质材料等用烘箱在105℃条件下烘干2h后，自然冷却，使用小型振动磨粉磨至80μm筛筛余≤10％，装入密封袋中保存使用。

1.2 原材料成分分析

对实验所需各种原材料进行化学成分分析，其分析结果如表1所示。

表1 原材料化学成分分析(%)

二、原材料优选实验

考虑白水泥的生产工艺及矿物组成，结合白水泥白度高，强度高的要求，初步设计高饱和比，高硅率的配料方案，饱和比KH=0.97±0.02，SM=5.4±0.3，IM=2.5±0.1，进行实验。

2.1 石灰石最佳优选方案

白色硅酸盐水泥的组分与普通硅酸盐水泥虽然大致相似，但亦有不同，主要是含铁量低，一般熟料中w(Fe₂O₃)≤0.35％。对上述石灰石化学成分对比分析可以看出，石灰石Ⅰ和石灰石Ⅱ都属于典型的钙高铁低的高品质石灰石，都可做生产白水泥熟料的优质钙质原料使用。高镁废石作为石灰矿山开采中最常见的采矿废石，因其高镁夹层中MgO超标，绝大部分含量超过3.5％，不能直接作为水泥原料使用，否则会引起水泥产品的安定性不良。而高镁废石虽然MgO成分较高，但其CaO能达到52％以上，w(Fe₂O₃)≤0.15，可利用其CaO含量高，Fe₂O₃含量低，碱含量低的特点，在白水泥生产中与石灰石混合使用，既能起到变废为宝，吸收工业固废的环境治理效果，又能起到良好的搭配均化作用为白水泥熟料的生产及产品的研制提供了得天独厚的优势。

优选法要求控制除需要优选的因素外其他变量处于同一条件，通过做优选因素变量组的对比实验，最后通过分析得出最佳的实验因素。设计实验方案见表2，将#1、#2、#3三组样品经混合均匀后放入实验室高温炉内，在1450℃条件下煅烧30min后取出水淬冷却，快速烘干后用小磨研磨30min(比表面积≥300m2/kg)。水淬冷却的方法为：将高温熟料直接导入冷水中，急速冷却至100℃以下，将水倒掉后，快速烘干，得到白水泥熟料的白度基本上接近最高白度，在实际工业生产过程中得到的熟料白度因其生产工艺的缺陷、煤粉的掺入及环境的影响，在此基础上至少要损失2.0以上。然后对熟料物理性能进行检测分析，其检测结果如表2所示。

表2 石灰石优选生料配比及熟料物理性能

从表2中可以看出，#3白度较低，主要是石灰石Ⅲ的Fe₂O₃含量较高，不适用白水泥的生产。而#1、#2两组都还比较好，但白度还是不够理想。结合高镁废石钙高铁低的特点，采用石灰石Ⅰ搭配高镁废石使用，均化降低其生料中Fe₂O₃的含量。

再次设计优化石灰石配比实验方案，选取石灰石Ⅰ与高镁废石进行比列搭配混合，可以起到很好的配比均化效果。设计样品#4、#5两组，配比见表3，按上述实验方法进行熟料煅烧实验，对其熟料物理性能进行检测分析，结果见表3。

表3 石灰石搭配生料配比及熟料物理性能

由表3可知，两种搭配方案都能起到很好的效果，通过高镁废石与石灰石Ⅰ的搭配使用，具有优化生料配比结构、提高白水泥品质的作用，对工业生产具有重要的参考价值。同时通过对工业固废的回收利用，不仅从原材料上起到了提质降本的效果，也是节能减排，保护环境的一项重要举措。

2.2 硅质材料的最佳优选方案

白水泥生产硅质材料可以分为页岩、叶腊石(本实验选用含铝较高的叶腊石)、矽砂等几种。按照石灰石最佳优选方案，将石灰石Ⅰ+高镁废石(1：1)作为石灰石样(以下称混合石灰石)、铝矾土作为控制变量，硅质材料作为优选变量，设计实验方案见表4，对比上述#4样。经过熟料煅烧实验，对其熟料物理性能进行检测分析，其检测结果如表4所示。

表4 硅质材料优选生料配比及熟料物理性能

由表4可知，#8样效果较好，且与#样比较接近，#6、#7样白度差距较大。矽砂及叶腊石在白水泥生产中可作为硅质原料的首选，而叶腊石的加入可大幅降低铝质材料的消耗。矽砂的Fe₂O₃含量极低，非常有利于提高白水泥熟料的白度，但由于矽砂的SiO₂含量极高，耐磨性较差，对工业生产窑内煅烧产生不利影响，因此，在使用矽砂配料进行工业生产时需加入少量的矿化剂，降低熟料煅烧温度，促进熟料中C₃S的形成。

2.3 铝质材料最佳优选方案

铝矾土Fe₂O₃低、碱低、SO₃低、铝高(品质好)，作为铝质材料能够满足白水泥的生产需要，也被当前大部分白水泥厂家所使用，由于铝矾土主要产地在贵州，从贵州采购运输，其运输成本较高，故选用价格较低的工业废铝渣进行配比实验。首先对各原材料进行成分分析，采用铝渣和铝渣与铝矾土1：1搭配使用配料，设计实验方案见表5，对比#4样，再进行熟料煅烧实验，对其熟料物理性能进行结果分析，其检测结果如表5所示。

表5 铝质材料优选生料配比及熟料物理性能

从表5可知，铝矾土与铝渣1：1搭配使用，可达到铝矾土单独使用的效果，而使用铝渣100％代替铝矾土，则其白度略有损失。主要原因是铝渣中含有微量的部分融化的冰晶石、氟化铝等熔融的盐及碳阳极脱落产生的碳等杂质，会影响熟料的白度，但因用量极少，所以影响程度不大，完全满足实际质量指标要求。

三、结论

经过上述实验，综合考虑白水泥熟料白度、强度、生产成本等诸多因素，在实际生产过程中，配料率值可采用偏高饱和比，高硅率的配料方案。原材料中钙质原料可采用优质石灰石与高镁废石按1：1搭配使用，硅质原料采用矽砂或叶腊石，因矽砂和叶腊石均具有地域的限制条件，同时叶腊石的Al₂O₃含量较丰富，可以大幅降低铝质材料的消耗。因此，生产企业可根据成本要求，择优选择矽砂或叶腊石作为硅质材料。铝质原料采用铝渣或铝渣与铝矾土搭配，可降低生产成本。

作者：程海平，覃爱平，龙继承，徐合宙，孙亮亮

来源：《葛洲坝石门特种水泥有限公司》

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