用于水泥生產(chǎn)的頁(yè)巖

□□馮云

用于水泥生產(chǎn)的頁(yè)巖

Shale Utilization for Cement Production

□□馮云

1 頁(yè)巖的分類

頁(yè)巖是一種沉積巖，成分比較復(fù)雜，除含粘土礦物（如高嶺石、蒙脫石、水云母、拜來(lái)石等）外，還含有許多碎屑礦物（如石英、長(zhǎng)石、云母等）和自生礦物（如鐵、鋁、錳的氧化物與氫氧化物等），具有頁(yè)狀或薄片狀層理，用硬物擊打易裂成碎片，常見(jiàn)類型有：（1）黑色頁(yè)巖，含有較多的有機(jī)質(zhì)；（2）碳質(zhì)頁(yè)巖，含有大量已碳化的有機(jī)質(zhì)，常見(jiàn)于煤系地層的頂?shù)装?；?）油頁(yè)巖，含一定數(shù)量的瀝青，黑棕色、淺黃褐色等，層理發(fā)育，燃燒有瀝青味；（4）硅質(zhì)頁(yè)巖，含有較多的玉髓、蛋白石等，SiO2含量在85%以上；（5）鐵質(zhì)頁(yè)巖，含少量鐵的氧化物、氫氧化物等，多呈紅色或灰綠色；（6）鈣質(zhì)頁(yè)巖，含 CaCO3為 10%～30%。 此外，頁(yè)巖混入一定砂質(zhì)成分的，稱為砂質(zhì)頁(yè)巖。

全國(guó)各地頁(yè)巖均有不同數(shù)量的分布，各地所使用頁(yè)巖的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

2 頁(yè)巖用于生料配料的研究和應(yīng)用

由表1可知，頁(yè)巖與粘土的化學(xué)成分比較接近，故可替代粘土用于生料配料， 如江西德安水泥廠（1991年）[1]在機(jī)立窯上用頁(yè)巖代替粘土配制生料生產(chǎn)出合格熟料，遼寧撫順大伙房水泥有限公司（2006年）[2]利用油母頁(yè)巖全部代替粘土進(jìn)行若干次工業(yè)試驗(yàn)后生產(chǎn)出了優(yōu)質(zhì)熟料（立窯），安徽銅陵水泥有限公司（2007年）[3]用頁(yè)巖代替粉砂巖進(jìn)行配料（回轉(zhuǎn)窯），不僅改善了生料的易磨性和易燒性，而且生產(chǎn)的熟料強(qiáng)度比粉砂巖還有所提高。

3 頁(yè)巖用作混合材生產(chǎn)水泥的研究和應(yīng)用

3.1 燒頁(yè)巖用作混合材生產(chǎn)水泥

燒頁(yè)巖是頁(yè)巖或油母頁(yè)巖經(jīng)自燃或煅燒后的產(chǎn)物，它屬于人工火山灰質(zhì)混合材，只要相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)滿足GB／T 2847－2005標(biāo)準(zhǔn)要求便可以作為水泥混合材使用[4]，故使用之前必須進(jìn)行相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)。

在上世紀(jì)80年代湖北京山縣水泥廠（1983年）[5]就已研究和使用過(guò)燒頁(yè)巖作混合材生產(chǎn)水泥；武漢理工大學(xué)材料研究與測(cè)試中心的牟善彬等人（2002年）[6]曾對(duì)宜昌地區(qū)某水泥廠附近的頁(yè)巖進(jìn)行過(guò)研究，認(rèn)為在700～800℃范圍內(nèi)煅燒的頁(yè)巖火山灰合格,且活性較高,可以用作水泥活性混合材料；昆明理工大學(xué)的洪建平等人（2008年）[7]對(duì)陜西鎮(zhèn)安縣地區(qū)的硬頁(yè)巖進(jìn)行了研究，其中對(duì)該地區(qū)硬頁(yè)巖的化學(xué)成分和礦物組成進(jìn)行了分析,利用膠砂強(qiáng)度比試驗(yàn)法和火山灰活性試驗(yàn)法研究了不同煅燒溫度下硬頁(yè)巖的火山灰活性,并通過(guò)X射線衍射分析 (XRD)和掃描電鏡分析(SEM)技術(shù)進(jìn)行了分析，認(rèn)為該地區(qū)硬頁(yè)巖的較高活性溫度范圍為600～700℃，最佳煅燒溫度為650℃，從而可以將煅燒過(guò)的頁(yè)巖作為水泥活性混合材使用。

3.2 生頁(yè)巖用作混合材生產(chǎn)水泥

生頁(yè)巖即未經(jīng)煅燒或自燃的頁(yè)巖，關(guān)于用其直接作混合材生產(chǎn)水泥的研究與應(yīng)用，也有相關(guān)的實(shí)例。廣東惠東縣水泥二廠的黃兆博（1997年）[8]對(duì)此作了較詳細(xì)的研究：對(duì)所用頁(yè)巖的微量元素、火山灰性、28d抗壓強(qiáng)度比及其適宜摻加量進(jìn)行了研究，不足之處是化學(xué)分析中未見(jiàn)SO3的分析數(shù)據(jù)和放射性的檢測(cè)結(jié)果，而且用生頁(yè)巖直接作水泥混合材使用目前尚無(wú)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)支持，故此項(xiàng)研究及應(yīng)用具有一定的局限性。為尋求最佳頁(yè)巖摻量,甘肅天水祁連山水泥有限公司的李拓[9]使用綠色頁(yè)巖作混合材單摻和與其他種類混合材復(fù)摻進(jìn)行了簡(jiǎn)單的強(qiáng)度試驗(yàn)，并于2004年起將頁(yè)巖作為混合材正式用于水泥生產(chǎn)。另外還有一些企業(yè)將頁(yè)巖直接拿來(lái)當(dāng)作“合法”混合材使用[10]，或者僅通過(guò)與其他火山灰質(zhì)材料 （煤矸石）進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比試驗(yàn)[11]后便加以利用的實(shí)例。

4 生頁(yè)巖作水泥混合材的探討

4.1 用作水泥混合材料的相關(guān)規(guī)定

GB／T2847－2005明確規(guī)定火山灰質(zhì)混合材分為天然和人工兩種火山灰質(zhì)混合材料。其中天然火山灰質(zhì)混合材料包括火山灰、凝灰?guī)r、沸石巖、浮石、硅藻土或硅藻石，人工火山灰質(zhì)混合材料包括煤矸石、燒頁(yè)巖、燒粘土、煤渣、硅質(zhì)渣。另外，根據(jù)GB 175－2007通用硅酸水泥所用混合材料的要求和分類[12]可知，可用于生產(chǎn)水泥的混合材料必須是符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的?；郀t礦渣、粒化高爐礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材，這些材料根據(jù)活性指標(biāo)的不同又可分為活性和非活性兩種類型，同時(shí)在非活性混合材料中還明確了石灰石和砂巖也可作為混合材料使用。由此可見(jiàn)，生頁(yè)巖在上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中均未出現(xiàn)。

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4.2 生頁(yè)巖用作水泥混合材亟待解決的問(wèn)題

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并未規(guī)定生頁(yè)巖可作為水泥混合材使用，但實(shí)際上已有許多水泥企業(yè)并未做深入的研究和試驗(yàn)便將頁(yè)巖自行作為“合法”的混合材，這一點(diǎn)必須引起相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管理部門(mén)的重視。因?yàn)椴煌赜虻捻?yè)巖其成巖和地質(zhì)條件可能千差萬(wàn)別，不能認(rèn)為別人可以用頁(yè)巖作混合材便盲目認(rèn)為自己也可以使用。使用生頁(yè)巖作混合材，水泥凝結(jié)時(shí)間會(huì)有不同程度的延長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量會(huì)增加，從而導(dǎo)致混凝土干縮率增大而影響建筑物的耐久性。

即使要將生頁(yè)巖作為 “合法”的火山灰質(zhì)混合材料加以利用，還必須滿足相關(guān)的技術(shù)要求。對(duì)于火山灰質(zhì)混合材的技術(shù)要求有燒失量、SO3、火山灰性、水泥膠砂28d抗壓強(qiáng)度比和放射性這五項(xiàng)指標(biāo)，其中僅符合燒失量、SO3和放射性這三項(xiàng)指標(biāo)要求的火山灰質(zhì)混合材料為非活性混合材料，而這三項(xiàng)中只要任何一項(xiàng)不符合要求則不能作為水泥混合材料使用。這在GB／T2847－2005標(biāo)準(zhǔn)中均有明確規(guī)定。

針對(duì)目前水泥企業(yè)對(duì)生頁(yè)巖的實(shí)際利用現(xiàn)狀，相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管理部門(mén)應(yīng)盡早明確態(tài)度，盡快為生頁(yè)巖作水泥混合材規(guī)定相關(guān)的利用方法和處理措施，使利用生頁(yè)巖作為水泥混合材真正合法化，讓行業(yè)和社會(huì)各界認(rèn)可和接受。

5 小結(jié)

（1）生頁(yè)巖作為粘土質(zhì)原料可替代粘土而用于水泥生料配料，既有利于資源綜合利用又符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）生頁(yè)巖經(jīng)過(guò)煅燒或自燃后稱之為燒頁(yè)巖，燒頁(yè)巖屬于一種人工火山灰質(zhì)混合材料，只要其相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)滿足GB／T 2847－2005標(biāo)準(zhǔn)要求便可以作為水泥混合材使用。

（3）生頁(yè)巖用作水泥混合材料，在一些水泥企業(yè)已被使用，但目前為止相關(guān)部門(mén)尚未出臺(tái)相關(guān)的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)盡快為生頁(yè)巖作水泥混合材規(guī)定相關(guān)的利用方法和處理措施。

（4）使用生頁(yè)巖作為水泥混合材料前，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)全面的實(shí)驗(yàn)研究工作，以確保所用生頁(yè)巖各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，并且對(duì)水泥和混凝土的性能沒(méi)有較大的負(fù)面影響。

[1]方國(guó)雄，袁建中.用頁(yè)巖替代粘土技術(shù)研究[J].江西建材，1995（4）：37－38.

[2]叢樹(shù)民，李紅娟,張忠，等.利用油母頁(yè)巖生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)水泥 [J].沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)，Vol 18(2), 2006:48－49.

[3]王乃祥.用頁(yè)巖替代粉砂巖配料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)熟料[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)，2008（1）：10－11.

[4]《用于水泥中的火山灰質(zhì)混合材料》（GB／T2847－2005）[G].《建筑材料標(biāo)準(zhǔn)匯編 水泥（第4版）》（上）：23－31.

[5]程詩(shī)福.用燒頁(yè)巖作水泥混合材的試驗(yàn)[J].水泥，1983(8)：3，35－36.

[6]牟善彬，孫振亞.燒頁(yè)巖的水化活性及在水泥混合材中的應(yīng)用機(jī)理[J].非金屬礦，Vol 21 (1),2002:29－30.

[7]洪建平，陳運(yùn)本，李玉壽，陳艷容.煅燒硬頁(yè)巖作水泥混合材的活性研究[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版)，Vol 33（13），2008：24－29.

[8]黃兆博.利用頁(yè)巖作水泥混合材的試驗(yàn)[J].廣東建材，1997（3）：19－21.

[9]李拓.采礦廢石及綠色頁(yè)巖在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用探索[J].水泥工程，2007（1）：42－45，52.[10]何逵，溫春生.以頁(yè)巖、爐渣作雙摻混合材生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥試驗(yàn)研究 [J].建筑人造板，1998（4）：31－32，28.

[11]張克軍，孫富軍.煤矸石與頁(yè)巖作混合材的比較 [J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)，2004年增刊：115－116.

[12]通用硅酸水泥（GB 175－2007）[G].《建筑材料標(biāo)準(zhǔn)匯編 水泥 （第4版）》（上）：143－152.

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1001－6171（2010）04－0111－02

??西堯柏特種水泥有限公司，陜西 西安 710075；

2010－03－30； 編輯：呂 光

馮云（1975－），男，工學(xué)碩士，工程師，主要從事水泥生產(chǎn)工藝與混凝土應(yīng)用方面的研究。