用磷渣配料提高熟料強(qiáng)度

林發(fā)堯

?

用磷渣配料提高熟料強(qiáng)度

林發(fā)堯

（華潤(rùn)水泥（金沙）有限公司 貴州省畢節(jié)市 551802）

磷渣配料，是通過磷渣中的微量元素P2O5及CaF2，對(duì)熟料煅燒起礦化作用，改善生料易燒性，降低熟料高溫液相粘度，促進(jìn)熟料C3S形成及析晶，改善熟料礦物組成，提高熟料28天強(qiáng)度。

磷渣；CaF2；P2O5；熟料強(qiáng)度

引言

華潤(rùn)水泥（金沙）有限公司是一條由成都院設(shè)計(jì)總包承建，日產(chǎn)5000噸熟料的新型干法窯生產(chǎn)線。公司從2014年7月份投產(chǎn)以來，熟料28天強(qiáng)度一值不高，平均在53~54MPa左右，距離控股指標(biāo)58MPa相差較大，并且與周邊水泥廠56~57MPa相差較大。這不但影響公司業(yè)績(jī)，混合材摻量也減少，增加公司生產(chǎn)成本。公司給質(zhì)管部下達(dá)命令，必須把熟料28天強(qiáng)度提起來。

為了提高熟料28天強(qiáng)度，我們對(duì)周邊原材料做再一次普查，發(fā)現(xiàn)周邊有磷渣，并且儲(chǔ)量非常豐富。磷渣中含有P2O5及CaF2。記得七八年前有一位水泥老專家跟我講過，熟料中P2O5在0.3%以內(nèi)，它有助于提高熟料28天強(qiáng)度，但是P2O5超過0.3%，熟料28天強(qiáng)度下降非常歷害。而CaF2（螢石）以前立窯作礦化劑，提高熟料28天強(qiáng)度。P2O5會(huì)延長(zhǎng)水泥凝結(jié)時(shí)間，甚至可能導(dǎo)致水泥不凝結(jié)。經(jīng)過公司會(huì)議討論，決定分階段試驗(yàn)。

配料原理

磷渣是磷礦經(jīng)過淬冷而成的。磷渣中含有大量CaSiO3微晶，這些微晶對(duì)熟料礦物形成具有良好的晶核誘導(dǎo)作用，能降低C3S形成的活化能，加速C3S的形成，促進(jìn)水泥熟料的燒成。磷渣中含有微量元素P2O5及CaF2，而這些P2O5及CaF2具有良好的礦化作用，有利于改善生料的易燒性和提高熟料28天強(qiáng)度。磷渣中的氟化物在高溫與水蒸氣作用下生成氫氟酸，而氫氟酸氣體與CaCO3生成反應(yīng)重新生成CaF2，在高溫作用下，CaF2生成高活性的CaO，從而加速了CaCO3的分解和固相反應(yīng)的進(jìn)行。同時(shí)氫氟酸還破壞了SiO2的晶格，使其活性，改變了SiO2的的反應(yīng)能力，促進(jìn)SiO2的反應(yīng)。在熟料形成過程中，磷渣中的氟參與固溶和形成過渡相，改變熟料礦物組成和結(jié)晶形態(tài)，使晶體變形，活性提高，反應(yīng)能力增強(qiáng)，液相提前出現(xiàn)，液相提前增加，因而使擴(kuò)散作用和燒結(jié)速度增大，降低了燒成溫度。同時(shí)F-降低液相粘度和表面張力的作用，有利于Ca2+的擴(kuò)散，促進(jìn)C2S吸收CaO形成C3S的反應(yīng)進(jìn)行。P2O5與F-共同存在，可以彼此強(qiáng)化對(duì)方礦化作用。在水泥水化的堿性溶液中P2O5和Ca2+生成不溶于水的磷酸鈣和氟羥灰石沉淀于水泥顆粒表面，生成保護(hù)性薄膜，阻止水泥水化，延長(zhǎng)水泥凝結(jié)時(shí)間。但是只要對(duì)P2O5含量加以控制，水泥凝結(jié)時(shí)間還是可控。

化學(xué)反應(yīng)式

CaF2+2H2O==2HF+Ca(OH)2↓ ? ? ? ? ? Ca(OH)2==CaO+H2O

2HF+CaCO3==CaF2+H2O+CO2↑

2CaO+SiO2+CaF2→2C2S?CaF2 ? ? ? ? ? 2C2S?CaF2→αC2S+CaF2

αC2S+CaO+CaF2→3C2S?CaF2 ? ? ? ? ? 3C2S?CaF2→C2S+液相

1、理論配料計(jì)算

原、燃材料

表1單位%

物料名稱水份LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOP2O5CaF2AadQnet.ad（kj/kg) 石灰石1.1039.257.192.471.6048.201.12//// 砂巖17.602.6185.646.723.410.620.41//// 磷渣13.310.9834.963.730.9139.863.404.356.09// 頁(yè)巖16.45.8551.1716.0812.093.143.10//// 煤灰//52.3025.5112.202.321.79//// 煤炭/////////29.4322780

2、配比（干基）

表2 單位%

方案石灰石砂巖磷渣頁(yè)巖∑ 191.25.81.02.0100 290.55.52.02.0100 389.85.03.02.2100 489.04.64.02.4100

3、生料

計(jì)算生料成份及三率值 表3 單位%

方案LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOP2O5CaF2KHSMIM 136.1712.903.001.9144.461.140.040.061.0752.631.57 236.0012.943.001.9044.521.170.090.121.0742.641.58 335.8312.913.021.9044.581.200.130.181.0772.621.59 435.6312.973.041.9144.601.230.170.241.0722.621.60

4、熟料

計(jì)算熟料成份及三率值 表4 單位%

方案SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOP2O5CaF2KHSMIM 121.495.543.3666.951.790.060.090.9412.421.65 221.505.523.3366.861.820.130.180.9402.431.66 321.415.543.3366.781.860.200.270.9422.411.66 421.435.563.3366.601.900.260.360.9382.411.67

從配料計(jì)算來看，磷渣配比4%時(shí)，熟料達(dá)到0.26%時(shí)接近0.30%容易超過專家經(jīng)驗(yàn)值，易造成熟料28天強(qiáng)度下降風(fēng)險(xiǎn)，為了安全起見，故先不考慮配比4%方案

試驗(yàn)階段

根據(jù)配料計(jì)算，試驗(yàn)階段分三個(gè)階段，分別是磷渣干基配比1%、2%、3%，時(shí)時(shí)監(jiān)控熟料Ｐ2Ｏ5含量，確保Ｐ2Ｏ5含量控制在0.30%以內(nèi)，以免熟料28天強(qiáng)度大幅降低。從配料計(jì)算來看，熟料CaF2含量較低（根據(jù)以往立窯螢石作礦化劑經(jīng)驗(yàn)），對(duì)熟料凝結(jié)時(shí)間不會(huì)造成太大影響，故熟料CaF2不作監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)時(shí)，每個(gè)階段試驗(yàn)一個(gè)星期，轉(zhuǎn)換時(shí)過渡兩天。

試驗(yàn)階段相關(guān)數(shù)據(jù) 表5

磷渣濕基配比熟料產(chǎn)量Ｐ2Ｏ5標(biāo)準(zhǔn)煤耗KHSMF-CaO合格率熟料抗壓強(qiáng)度（Mpa)凝結(jié)時(shí)間（min) %T%Kg/T%3d28d初凝終凝 053410.02103.530.9382.4288.734.453.6108168 1.553470.09103.790.9332.4288.632.553.9112181 2.553800.16102.910.9352.4290.133.955.1130212 3.555040.25101.530.9402.4195.234.957.2141230

從表5數(shù)據(jù)可以看出，磷渣摻量在1.5%時(shí)，熟料煅燒及性能基本沒影響。到摻量2.5%時(shí)，熟料產(chǎn)量提高及煤耗降低不是很理想，但是熟料強(qiáng)度提高還是較明顯，同時(shí)凝結(jié)時(shí)間也延長(zhǎng)。到摻量達(dá)到3.5%時(shí)，Ｐ2Ｏ5含量也接近0.3%,熟料產(chǎn)量、F-CaO合格率、強(qiáng)度得到大幅提高，煤耗也大幅降低，凝結(jié)時(shí)間也延長(zhǎng)較多，但對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間還能接受。

經(jīng)濟(jì)效益

使用磷渣配料可以降低熟料標(biāo)煤耗2.0kg/T，按日產(chǎn)熟料5500噸，年運(yùn)轉(zhuǎn)率91%，年節(jié)約3653噸標(biāo)煤。煤收到基按5300kcal/kg，單價(jià)按550元每噸，年節(jié)約265萬(wàn)元。同時(shí)熟料28天強(qiáng)度提高3.6MPa，按熟料強(qiáng)度1MPa摻加1.5%的混合材，水泥可多摻5%的混合材。年生產(chǎn)水泥按200萬(wàn)噸，年可多摻10萬(wàn)噸混合材。熟料生產(chǎn)成本按150元/噸，混合材按50元/噸，年可節(jié)約1000萬(wàn)元。

結(jié)束語(yǔ)

磷渣是磷礦提取磷后的廢渣，它是一種工業(yè)垃圾。若不能得到使用，要尋找地方存放，不但占用土地，而且對(duì)周邊空氣及水源造成污染。用磷渣配料，不但解決了磷廠的污染物，同時(shí)也解決了我公司熟料28天強(qiáng)度低的問題，而且還給公司帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。

TQ172

B

1007-6344（2017）03-0002-01