河北聯(lián)合大學本科生畢業(yè)論文題目利用原狀鎂渣生產水泥研究英文題目RESEARCHONPRODUCTIONOFCEMENTWITHUNDISPUTEDMAGNESIUMSLAG學院材料科學與工程學院專業(yè)無機非金屬材料工程班級姓名學號指導教師2011年06月14日摘要隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)廢渣的堆積問題日益嚴重，如果這些工業(yè)廢渣得不到很好的處理，不但會占用大量土地，而且還會污染環(huán)境。水泥產業(yè)規(guī)模龐大，在水泥生產中利用這些廢渣，不但可以解決堆放問題，而且還能有較好的經濟效益。本試驗采用原狀鎂渣為原料，通過分析其主要成分發(fā)現，原狀鎂渣可以作為生產水泥的原料。本實驗在了解鎂渣的物理性能基礎上，用鎂渣、石灰石、鐵尾礦石以及鋁礬土，設計配料方案，配制生料并進行了煅燒。對燒出的熟料礦物進行分析后，制備成普通硅酸鹽水泥，測試其各項物理性能表明，用原狀鎂渣煅燒制成水泥的各項性能均符合國家標準，28D抗折強度達640MPA，抗壓強度達485MPA。在利用原狀鎂渣作為混合材的研究試驗中發(fā)現，分別以原狀鎂渣、礦渣、粉煤灰以及硝化鎂渣作混合材，通過對比表明以原狀鎂渣為混合材的水泥的3D、28D的抗折及抗壓強度比礦渣和粉煤灰以及硝化鎂渣的略低；其28D抗折強度為752MPA,抗壓強度為437MPA。因此，利用原狀鎂渣生產水泥和作混合材都可行，這樣不但可節(jié)約資源，而且還能減輕廢渣對環(huán)境的污染，因而具有良好的應用前景。關鍵詞鎂渣，水泥，熟料，混合材，鐵尾礦石ABSTRACTWITHTHEINDUSTRYDEVELOPINGINCREASINGLY,THESTACKINGOFITSWASTERESIDUEBECOMESMOREANDMORESERIOUSIFTHISPROBLEMCANNOTBEPROCESSEDPROPERLY,NOTONLYWILLALARGERANGEOFLANDBETAKENUP,BUTALSOITCANPOLLUTEOURENVIRONMENTHOWEVER,THEREISSOMEGOODSOLUTIONASWEALLKNOWTHATTHESCALEOFCEMENTPRODUCTIONISHUGE,SUPPOSETHATIFWECANMAKEUSEOFTHESEWASTERESIDUEDURINGTHECEMENTPRODUCTION,THESTACKINGPROBLEMWILLBESOLVED,MOREOVER,ITCANBRINGUSGREATECONOMICEFFICIENCYINTHISEXPERIMENT,WEUSEDTHEORIGINALMAGNESIUMDREGSASRAWMATERIALTHROUGHANALYZINGTHEIRPRINCIPLECONSTITUENT,WEFOUNDTHATTHEORIGINALMAGNESIUMDREGSCANBEREGARDEDASTHECRUDEMATERIALOFCEMENTPRODUCTIONONTHEBASISOFUNDERSTANDINGTHEPHYSICALPROPERTYOFMAGNESIUMDREGS,WEDESIGNEDTHEINGREDIENTPLANWITHTHEMAGNESIUMDREGS,THELIMESTONE,THEHARDTAILOREASWELLASTHEBAUXITETHENWEMADEUPTHECRUDEMATERIALSANDCALCINEDTHEMAFTERANALYZINGTHEBURNEDMATERIALS,WEMADETHEMTHEORDINARYPORTLANDCEMENTTESTINGITSEACHPHYSICALQUALITYINDICATEDTHATEVERYPROPERTYOFTHECEMENTWHICHISMADEFROMBURNEDMAGNESIUMDREGSARECONFORMTOTHENATIONALSTANDARDSTHE28DANTIBOOKLETINTENSITYREACHES64MPA,ANDTHECOMPRESSIVESTRENGTHREACHES485MPADURINGTHESTUDYOFUSINGORIGINALMAGNESIUMDREGSASTHEMIXEDMATERIAL,WEMADETHEMIXEDMATERIALBYUSINGTHEORIGINALMAGNESIUMDREGS,THEGANGUE,THEPULVERIZEDCOALASHASWELLASTHENITRATIONMAGNESIUMDREGSRESPECTIVELYTHROUGHTHECONTRAST,WEDISCOVEREDTHATTHEANTIBOOKLETINTENSITYANDCOMPRESSIVESTRENGTHOFTHE3DAND28DCEMENTWHICHTAKETHEORIGINALMAGNESIUMDREGSASITSMIXEDMATERIALSARESLIGHTLYLOWERTHANOTHERS,ITS28DANTIBOOKLETINTENSITYIS752MPAANDTHECOMPRESSIVESTRENGTHIS437MPATHEREFOREITISFEASIBLETOUSETHEORIGINALMAGNESIUMDREGSTOPRODUCECEMENTANDMIXEDMATERIALINTHISWAY,NOTONLYCANWESAVERESOURCES,BUTALSOWECANREDUCETHEENVIRONMENTPOLLUTIONDUETOTHEWASTERESIDUETHUSTHISMETHODHASABRIGHTAPPLIEDPROSPECTKEYWORDSMAGNESIUMSLAG,CEMENT,CLINKER,MIXEDMATERIALS,IRONTAILORE目錄摘要IABSTRACTII目錄III引言1第一章綜述111廢渣的危害112鎂渣的利用現狀1121利用鎂渣作礦化劑2122鎂渣作為新型墻體材料2123利用鎂渣制備混凝土膨脹劑2125鎂渣作為路用材料3126鎂還原渣的廢熱利用3127鎂渣在生產加氣混凝土當中的應用4128鎂渣在國外的研究利用情況413存在的問題414研究意義515研究目標516研究方法5第二章試驗研究方案621鎂渣作原料煅燒熟料及生產水泥的研究6211研究具體內容6212研究技術路線622鎂渣作混合材的研究7221研究具體內容7222研究技術路線723試驗材料及其設備8231試驗材料8232試驗設備924鎂渣作原料生產水泥9241配料計算9242生料的煅燒10243水泥的配制10244水泥物理性能檢測1025水泥物理性能檢測12251水泥的各項物理性能檢測12252水泥膠砂流動度12第三章試驗結果討論1331鎂渣的物化性能13311化學組成13312礦物組成13313鎂渣的活性1432鎂渣對熟料煅燒的影響15321鎂渣對生料易燒性的影響15322鎂渣煅燒水泥熟料的化學成分分析17323鎂渣煅燒水泥熟料的礦物組成1733鎂渣煅燒水泥的物理性能19331標準稠度用水量19332凝結時間20333安定性20334抗折及抗壓強度2134鎂渣作混合材的研究22341鎂渣作混合材對水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性的影響22342鎂渣作混合材對水泥膠砂強度的影響22結論25參考文獻26謝辭27引言隨著社會的不斷進步，工業(yè)進入了快速發(fā)展時期，隨之而來的工業(yè)廢渣日益增多。近年來，鎂和鎂合金正成為現代汽車電子通信等行業(yè)的首選材料，被譽為“21世紀的綠色工程材料。我國鎂工業(yè)取得了長足的發(fā)展，原鎂及鎂合金產量每年都呈增長趨勢。從2000年起，我國成為全球最大的金屬鎂生產國,連續(xù)7年保持世界鎂生產量和出口量的第一，受到世界鎂行業(yè)的關注1。鎂工業(yè)快速發(fā)展的同時，也產生了大量的工業(yè)廢渣，利用硅熱法煉鎂，以目前的生產工藝和和普遍的白云石礦物組成情況，每生產1T鎂將會產生6T的還原鎂渣2，利用“皮江法”煉鎂,每生產1T原生鎂錠,還原鎂渣排量為7T左右3,也就是說，每生產1T的金屬鎂，就將產生6、7T左右的還原鎂渣，每年將產生數百萬噸的還原鎂渣。有數據表明目前我國每年的礦石采掘總量為50億T，每年排放的工業(yè)固體廢渣6億T，累計堆存量高達70億T，占地100萬畝以上，其中還原鎂渣的堆積存量占8000萬T以上，且每年以200萬T排渣量遞增4。這些還原廢渣如果得不到很好的處理，堆放要占用大量的土地，并且還會造成環(huán)境污染，特別是一些有害的有毒金屬，一旦進入地下水源，后果不堪設想，會嚴重威脅人類的身體健康。同時，丟棄這些廢渣也會造成資源的浪費。如何充分的利用這些廢渣，使其變廢為寶，變害為利，是當前迫切需要解決的重大問題。我們應該響應國家節(jié)能減排的方針，以可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標來探討充分利用工業(yè)廢渣的重大深遠意義。在我國，很多鎂廠產生的鎂渣都是作為廢棄物直接扔掉，隨著鎂渣的大量堆積，大量的土地被占用，并且嚴重的威脅著人類賴以生存的環(huán)境和人類的身體健康，有效、合理的利用鎂渣具有顯著的社會效益和經濟效益。目前，針對鎂渣作為礦化劑、新型墻體材料以及在混凝土中的應用都有人作了專門的研究。本論文將對鎂渣作為生產水泥的生產原料及作為混合材方面進行深入的研究。擴展鎂渣的利用途徑，進而對改善人類的生存環(huán)境作出一點貢獻。第一章綜述11廢渣的危害廢渣大致可以分為兩大類，工業(yè)廢渣和生活廢渣。工業(yè)廢渣是指工業(yè)生產中或環(huán)境污染控制處理構筑物中排出的固體或泥狀物。工業(yè)廢渣危害的主要途徑是通過散發(fā)毒物、引起燃燒、爆炸、腐蝕金屬與建筑物、傳染疾病和引起危害環(huán)境的各種化學反應。工業(yè)廢渣的數量巨大，成分復雜，有的還有毒性。其危害主要有占用土地損傷地表、污染土地危害生物、淤塞河床污染水源、飛揚粉塵污染大氣。工業(yè)廢渣堆積不利用，就會大量侵占農田，直接破壞農業(yè)生產，妨礙城市環(huán)境衛(wèi)生，使人類直接受其危害，還會破壞地球表面的綠化植被。廢渣中含有許多有害的物質，這些廢渣大部分都是露天堆放的，年深月久，經過風吹雨打，是那些有害物質隨雨水滲入底層，造成大面積的土壤污染。在土壤中發(fā)生累積而被農作物吸收，毒害農作物。另一方面，這些有毒物質在雨水、雪水的作用下，進入江河湖海，造成水體的污染。這些都將嚴重的威脅著人類的健康和生存。工業(yè)廢渣經過生物分解或者內部發(fā)生化學反應，會產生大量的有害氣體，污染空氣。如煤矸石含有一定量的固定炭和硫。堆積越厚，內部溫度越高，遇到炎熱、刮風天氣，就會引起煤矸石的自燃，產生大量的二氧化硫等有害氣體，污染空氣。有的廢渣還會產生大量的粉塵，對環(huán)境造成污染。12鎂渣的利用現狀鎂行業(yè)是一個資源輸入量較大的行業(yè)，1噸商品鎂錠的資源輸入總量和資源直接輸入量分別為76噸和24噸，生態(tài)包袱是資源輸入量的31倍1。我國每年都會產生數百萬的鎂還原渣，這些還原廢渣如果得不到很好的處理，不僅對周圍環(huán)境造成污染，還會占用大量土地，以及可能的對地下水的污染。各大金屬鎂廠大多也都根據自身的特點，結合當地條件，在合理利用金屬鎂渣方面都有不少成功的經驗，以下結合相關文獻，總結這方面的應用情況。121利用鎂渣作礦化劑趙海晉、高建榮、孫素貞等人在研究鎂渣配料煅燒水泥熟料動力學中發(fā)現5摻加鎂渣可顯著減低熟料形成反應的表面活化能和熟料的燒成溫度。他們指出，鎂渣摻入可加速熟料礦物的形成和FCAO吸收，使反應活化能降低，反應速率加快。原因可能是鎂渣中的一些組分如C2S、C2S、CF等熟料中間礦物。減少了水泥熟料中CACO3分解和粘土礦物脫水所需的熱焓，同時在煅燒過程中作為外來界面，促進了C3S的結晶。鎂渣中含有的CAF2還具有礦化劑的作用，也能促進硅酸鹽礦物的形成，從而改善生料的易燒性。黃叢運、柯勁松、張明飛等人在研究鎂渣替代石灰石配料燒制硅酸鹽水泥熟料中指出6由于鎂渣中含有C2S、CF等初級礦物，這些礦物在熟料燒成過程中降低了晶體的成核勢能，起到誘導結晶的效果，因而使鎂渣改善了生料的易燒性。ALTAN7還研究了CAF2和MGO對熟料煅燒的影響，證實MGO可降低熟料中FCAO，在高飽和的條件下可以促進CAO的吸收?？傊V渣可以改善生料的易燒性，具有礦化劑的效果。122鎂渣作為新型墻體材料山西省建筑科學研究院的趙愛琴對利用鎂渣研究新型墻體材料進行了研究8，其研究表明將鎂渣破碎粉磨至008MM方孔篩篩余15的細度后，再與磨細礦渣粉、活性激發(fā)劑按一定比例混合，經過輪碾攪拌振壓成型養(yǎng)護等程序后可以生產出密度小、強度高、耐久性好的新型墻體材料，其各項指標均能達到相關的技術指標。這種新型墻體材料不僅性能優(yōu)良，而且其生產工藝簡單，成本低廉，有較為廣闊的市場前景。實現了工業(yè)廢渣的綜合利用，符合國家資源綜合利用政策，為鎂渣的利用開辟了一條新的道路，具有顯著的社會效益和經濟效益。123利用鎂渣制備混凝土膨脹劑南峰、伍勇華、田榮等人在研究利用鎂渣制備混凝土膨脹劑中指出9膨脹混凝土設計和制備最基本的一條準則是在水化硬化過程中膨脹發(fā)展和強度發(fā)展要協(xié)調的進行。經研究表明，采用以氧化鈣和氧化鎂為主要成分的鎂渣配制混凝土膨脹劑是可行的。但是，單獨采用鎂渣早期膨脹率較低，不能滿足混凝土膨脹劑的標準要求，但摻加石膏作為激發(fā)劑后可以顯著增加早期限制膨脹率，對早期強度提高也會有很大的幫助。但是，目前對鎂渣制備混凝土膨脹劑的研究還不是很充分，如氧化鈣和氧化鎂這兩種膨脹源之間的相互影響，不同激發(fā)劑對鎂渣膨脹性能的影響，鎂渣膨脹劑與混凝土摻合料及水泥中其他組分的相互影響，摻鎂渣膨脹劑的長期耐久性等問題，都有待進一步研究。隨著這些研究的深入進行，才能使鎂渣膨脹劑在混凝土中應用的更可靠，也為合理利用鎂渣提供一條新的途徑。124鎂渣在脫硫方面的應用鎂渣中的主要成分是CAO和SIO2，從山西的某鎂廠提供的數據中表明，鎂渣中CAO的含量高達53，且大部分都是活性的CAO。一般鍋爐用煤的脫硫技術是將煤與石灰石直接投放入鍋爐燃燒室內，石灰石在高溫下煅燒生成氧化鈣，氧化鈣與煙氣中的二氧化硫氣體進行氣固反應，生成亞硫酸鈣，亞硫酸鈣在高溫下被氧化生成硫酸鈣，達到固硫的目的?？梢钥闯?，在其中起固硫作用的是CAO，而鎂還原廢渣中有超過50的CAO，所以，很自然的能聯(lián)想到使用鎂還原渣來脫硫。喬曉磊、金燕在金屬鎂渣作為脫硫劑的性能實驗研究中的結果表明10在一定的條件下，預計鎂渣的脫硫效果可達到765，并且鎂渣脫硫的最佳溫度范圍與流化床鍋爐燃燒溫度相吻合，鎂渣作為脫硫劑是可行的。但是，鎂渣脫硫還存在一些問題，他們從鎂渣的微觀結構中看出，生成的CASO4堵塞了鎂渣孔隙，導致反應停滯。如何提高鎂渣的孔隙率成為鎂渣脫硫的關鍵技術。任玉生、徐寧等將鎂渣作為循環(huán)流化床鍋爐濕法脫硫劑研究中指出11鎂渣中的氧化鈣和氧化鎂在溶于水后會結合鈣鎂離子，與SO2反應性強，吸收速度快，脫硫塔對SO2的吸收率可達95以上，并且此工藝設備簡單，較常規(guī)法脫硫投資可節(jié)省一半以上。125鎂渣作為路用材料鎂渣中含有大量的氧化鈣鎂，并且具有較高的活性，與石灰、水泥結合，可以作為道路路基的混合料。徐祥斌、羅序燕、李長勇在研究鎂還原渣的利用現狀中指出2鎂渣和粉煤灰中所含的活性成分基本相同，但鎂渣中的鈣鎂含量卻比粉煤灰中的高的多，其氧化鈣鎂的含量到達了三級鈣鎂生石灰的標準。張習賢、趙永義、梁全福進行了鎂渣作為鋪路材料的室內試驗和室外實驗研究，獲得了很好的效果，證明了使用鎂渣作為路面基層的應用是可行的。126鎂還原渣的廢熱利用剛從還原罐中扒出的鎂還原渣，其溫度都在1000以上，其中蘊含著大量的熱能。傳統(tǒng)的以及目前的工藝都是將其散落于還原爐前，不僅還原鎂渣中的大量的熱能得不到利用，還會導致車間環(huán)境的嚴重惡化。近期由鄭州輕金屬研究院邱志祥等人研制開發(fā)的新型氣力清渣機已經完成工業(yè)試驗，實驗結果非常好，正打算進行市場推廣工作。這種設備的投入使用，將對硅熱法煉鎂產生重大的影響，而且也能夠很好的利用鎂還原渣中蘊含的大量熱能2。127鎂渣在生產加氣混凝土當中的應用陳恩清、吳連平在研究鎂還原渣和粉煤灰生產加氣混凝土工藝中指出3鎂還原渣和粉煤灰在濕法處理過程中組分發(fā)生水化反應，加氣混凝土結構形成，包括MGO在內體積不穩(wěn)定物質的體積變化可以被微孔緩沖，避免了“體積不安定”對制品性能的危害。同時其含有的礦物質結合成復鹽，體積穩(wěn)定，經過長期實驗研究證明，還原鎂渣和粉煤灰的制品是穩(wěn)定的。根據鎂渣的特殊性，以粉煤灰和還原鎂渣生產加氣混凝土的理論上是可行的。加氣混凝土的生產原材料為粉煤灰、還原鎂渣、硫酸鈣、鋁粉和氣泡穩(wěn)定劑等。將粉煤灰和還原鎂渣磨細到一定細度，再經過計量、攪拌澆筑、預養(yǎng)發(fā)氣、蒸壓養(yǎng)護、拆模堆放等生產工序，生產成加氣混凝土制品。128鎂渣在國外的研究利用情況因為鎂行業(yè)是個高污染、高能耗的行業(yè)，而且自動化程度一直不高，且勞動環(huán)境惡劣的問題一直很難解決。所以，近年來歐美和日本以及加拿大等發(fā)達國家逐步停止了鎂的生產，而中國已經成為世界上最大的鎂生產國和出口國。2007年中國鎂產品出口總量為408千噸，仍高居世界鎂生產的第一位，而同期西方國家原鎂減產60千噸。因為西方發(fā)達國家鎂的逐年減產，所以其在鎂還原渣的利用方面的研究進行的比較少。就目前所能查到的文獻來看，巴西聯(lián)邦大學的CARLOSASOLIVEIRA、ASRIANAGGUMIERI、ABIDIASMCOMES等學者對鎂還原廢渣進行了研究12，他們的研究結果表明，鎂還原渣摻入到砂漿中后于硅酸鹽水泥相比，試樣中所含的堿性氧化物成分極低，可以提高砂漿的耐久性。13存在的問題目前國內外對鎂渣的研究和應用，都還存在著不足。如用金屬鎂渣作為脫硫劑，鎂渣的消化量不大，每噸含硫質量分數為1的煤大概只能消耗掉不足三十公斤的鎂廢渣。而我國2007年產生了超過400萬噸鎂還原廢渣。可以看出鎂渣在脫硫方面的應用遠遠不能消耗掉產生的廢渣。利用鎂渣煅燒水泥，由于鎂渣中MGO含量偏高，不利于配料計算或對石灰石品位要求較高。目前，在鎂渣的運輸和存放過程中也存在問題，不利于保存鎂渣的活性。本次實驗采用的是原狀鎂渣，原狀鎂渣的活性較高，但是不利于存放。所以還要注意鎂渣的活性保持問題。14研究意義（1）保護環(huán)境；（2）節(jié)省資源；（3）減少國家和企業(yè)經濟損失。15研究目標（1）探索利用鎂渣和鋁礬土、鐵尾礦石生產水泥的配料方案；（2）提出新型干法回轉窯生產工藝方面的建議；（3）制造出符合國家標準的水泥實驗室樣品；（4）研究以鎂渣作混合材制備水泥的可行性。16研究方法（1）將鎂渣粉磨到規(guī)定細度后，通過XRD衍射測鎂渣的礦物組成。（2）在P1水泥中摻入30的原狀鎂渣，按GB/T17671進行水泥膠砂強度試驗，分別測定和對比樣的3、28D強度，28D強度之比即鎂渣的活性指數。（3）在P1水泥中摻入20混合材（原狀鎂渣、原狀鎂渣和礦渣、原狀鎂渣和粉煤灰、原狀鎂渣和硝化鎂渣），測水泥安定性、凝結時間、膠砂強度（3D、28D）。（4）用鎂渣代替部分石灰石在1400度溫度下燒制水泥熟料，測熟料的易燒性（FCAO含量）和化學成分及礦物組成。（5）用燒制成的水泥熟料加一定比例的石膏制成硅酸鹽水泥，然后測制成的水泥的各種性能。（6）根據實驗出來的數據進行分析并討論結果。第二章試驗研究方案21鎂渣作原料煅燒熟料及生產水泥的研究本研究首先對鎂渣的物理性能進行深入的研究，在了解鎂渣物理性能的基礎上針對其化學成分進一步確定利用鎂渣作原料煅燒水泥的配料方案，探討用鎂渣配料對熟料煅燒的影響。然后用煅燒的熟料摻入一定量的石膏配制成水泥，進行一系列的性能檢測并對結果進行分析與討論。211研究具體內容1鎂渣的物理性能化學組成，礦物組成，活性及其特性。2鎂渣煅燒水泥配料方案的確定（1）配料計算首先初定熟料的三個率值KH、SM、IM。然后根據各原料的化學組成假定原料的配合比，根據假定的配合比計算相應的熟料組成，并計算出相應的率值，用計算出的率值和初定的率值進行比較。若計算的結果不符合要求，則調整原料配合比，再進行重復計算，直至符合要求。（2）水泥性能測定水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性、水泥抗折及抗壓強度等3鎂渣對熟料煅燒的影響（1）鎂渣對生料易燒性的影響（2）水泥熟料的礦相及礦物組成212研究技術路線1查閱相關文獻，對相關知識進行深入了解并制定研究方案。2根據各種原料的化學成分及初定率值進行配料計算，確定生料配方。3粉磨并篩分原料，以達到生產水泥所需粒度，并根據所制定配方配制生料。4生料的煅燒。煅燒好的熟料進行XRD測試，游離氧化鈣含量測試，礦相分析并對測試結果進行分析。5將熟料粉磨，按一定比例加入石膏，制成水泥。6對所配制的水泥的各項性能進行檢測。7最后對試驗結果進行分析處理并得出相應結論。22鎂渣作混合材的研究本研究分別利用鎂渣、礦渣、粉煤灰作混合材料配制成水泥，然后對不同摻量所配成的三種水泥進行性能檢測，并進行結果的分析討論和比較，通過比較體現利用鎂渣作混合材生產水泥的若干價值所在，從而進一步體現本研究的意義。221研究具體內容1分別利用鎂渣、礦渣、粉煤灰作混合材配制成水泥，通過對比研究鎂渣作混合材對水泥性能的影響規(guī)律水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性、水泥抗折及抗壓強度等。2分別利用鎂渣、礦渣、粉煤灰作混合材配制成水泥，通過對比研究鎂渣作混合材對水泥砂漿流動度、強度的影響。222研究技術路線1查閱相關文獻，對相關知識進行深入了解并制定研究方案。2粉磨并篩分原料，以達到水泥生產所需的粒度。3將熟料粉磨，加入一定比例的混合材與石膏，制成水泥。4對所配制的三組水泥進行各項性能的測定。5研究三種原料作混合材對水泥砂漿流動度、強度和的影響。6對所測試的結果進行分析討論并經過比較得出相應結論。檢索文獻制定方案機理分析機理分析配料計算制定配方原料粉磨配制生料XRD測熟料礦物組成煅燒生料試驗結果分析水泥性能檢測水泥粉磨23試驗材料及其設備231試驗材料本試驗的原材料有石灰石、鐵尾礦石、鋁礬土、鎂渣、以及水泥熟料。其中鎂渣取自山西運城聞喜鎂廠，各種原材料均取自唐山冀東水泥廠。除此之外，所需原料還包括粉煤灰、石膏、礦渣。（粉煤灰、礦渣是作為混合材加入水泥中，而石膏則用來調整水泥的凝結時間）試驗所用原材料化學成分見下表表21試驗原材料化學成分名稱SIO2AL2O3FE2O3CAOMGOK2ONA2OR2OSO3LOI石灰石58012407749940640650090523888鐵尾礦石5756107713734431351硝化鎂渣282528506401274101301018137原狀鎂渣3097155553531579008014019013083鋁礬土380137047330690370160090201348石膏679223079283721804102004737062077注R2ONA2O0658K2O；LOI代表燒失量232試驗設備表22試驗所需設備/儀器及其型號24鎂渣作原料生產水泥本試驗根據鎂渣的物理化學性能，以鎂渣部分或全部取代粘土質原料，設計若干配料方案進行優(yōu)選，測定熟料性能及礦物組成，再制備普通硅酸鹽水泥，測試水泥的各項性能。241配料計算根據新型干法水泥生產技術所規(guī)定熟料的率值范圍，初步設定所生產水泥熟料的三個率值分別為KH0897,SM243,IM127。然后根據所定率值進行配料計算，直到符合要求為止，從而得到試驗的生料原料配合比。本實驗共是設計了兩組生料配合比生料A和生料B。表23、24分別為本實驗的生料A、B的原料配合比及各生料的主要化學成分。試驗設備儀器型號備注鄂破機破碎原料與熟料球磨機XMQ24990粉磨原料與熟料高溫箱式電阻爐SX813煅燒水泥生料X射線粉末衍射儀BDX3280對鎂渣及熟料進行掃描水泥標準養(yǎng)護箱GB、T1767140A養(yǎng)護水泥試體電熱鼓風干燥箱1012干燥物料沸煮箱F231A檢驗水泥安定性水泥凈漿攪拌機SS160B攪拌水泥凈漿水泥膠砂攪拌機JJ5攪拌水泥膠砂水泥膠砂振實臺ZS15振實模具內試體壓力試驗機NYL300測定水泥試體抗壓強度電動抗折試驗機DKZ5000測定水泥試體抗折強度比長儀測定水泥干縮試體長度水泥凝結時間測定儀測定水泥凈漿凝結時間表23生料A原料配合比及主要化學成分（）表24生料B原料配合比及主要化學成分（）242生料的煅燒預先制好的模具，將生料放入模具中，設置好升溫制度，然后把盛放生料的模具放入高溫箱式爐中，關好爐門，調節(jié)電流讓爐子自動升溫，達到最高溫度后讓其保溫120分鐘，然后迅速取出燒制好的熟料，并用電風扇吹讓其迅速急冷。最后將冷卻好的熟料經過一定的處理之后進行檢測，包括X射線衍射測試，熟料的礦相分析等。243水泥的配制將煅燒好的熟料粉磨成粉狀并通過008MM的方孔篩。過篩后的熟料粉按照水泥質量5的石膏配制成水泥。配制好水泥后即可進行各項水泥性能的檢測。244水泥物理性能檢測1標準稠度用水量按照GB/T13462001水泥標準稠度用水量測定方法（調整水量試錐法）進行。配合比LOICAOSIO2AL2O3FE2O3石灰石57053888499458124077鋁礬土663134806938013704733原狀鎂渣363208353153097155553配合比LOICAOSIO2AL2O3FE2O3石灰石59293888499458124077鋁礬土628134806938013704733原狀鎂渣333508353153097155553鐵尾礦石1081351443575610771373稱好500G水泥試樣，并根據水泥的的品種、混合材的摻入量、細度等量取好試樣達到標準稠度大致所需水量（各組試樣均約1425ML）。最后以試錐下沉深度為282MM時，所用水量作為該水泥試樣的標準稠度有水量。如下沉深度不在此范圍，應增加或減少量，直至下沉深度至282MM時為止。2凝結時間按照GB/T13462001水泥凝結時間測定方法進行。將按標準稠度用水量制成的水泥凈漿一次裝滿準備好的圓試模，振動數次，刮平，立即放入養(yǎng)護箱中養(yǎng)護。記錄水泥全部加入水中的時間，并以此做為凝結時間的起始時間。在養(yǎng)護箱中養(yǎng)護30MIN后，從養(yǎng)護箱內取出試件進行第一次測定。測定時，當試針沉至距底板4MM1MM時，為水泥達到初凝狀態(tài)；當試針沉入試體05MM時，為水泥達到終凝狀態(tài)。凝結時間用MIN表示。測定中,臨近初凝時每隔5MIN測定一次，臨近終凝時每隔15MIN測定一次。到達初凝或終凝時立即重測一次，以檢驗結果的準確性。3安定性按照GB/T13462001水泥安定性檢驗方法（試餅法）的規(guī)定進行。按標準稠度用水量拌制好凈漿。取一部分分成兩等份，使呈球形，分別置于100MM100MM的兩塊玻璃板上，成型、養(yǎng)護，經過沸煮箱沸煮后，冷卻，如果目測觀察無裂縫，直尺檢查無彎曲，則安定性合格。反之，為不合格。當兩塊試餅其中有一塊不合格時，則為不合格。4抗折與抗壓強度按照GB/T176711999水泥膠砂強度檢驗方法的規(guī)定進行。用40MM40MM160MM的標準三聯(lián)體試模成型。每成型三條試體需用水泥450G，標準砂1350G，水225G。成型后放入水泥標準養(yǎng)護箱內養(yǎng)護，經24小時后脫模，然后將試體放入水中繼續(xù)養(yǎng)護，試體間應有間隙，水面至少要高出試體2CM。養(yǎng)護水每兩周更換一次。然后分別測試體3D、28D的抗折及抗壓強度。注抗壓強度計算抗壓強度計算公式RCFC/A公式（31）式中RC抗壓強度/MPA；FC破壞荷重/N；A受壓表面積/MM2抗折及抗壓強度以每組試體的強度的平均值作為試驗結果。當其中有超出平均值10時，則排除不用，而用其它兩個數據取平均值作為試驗結果。各試體強度記錄至01MPA，平均值計算精確至01MPA。25水泥物理性能檢測本研究采用冀東熟料，分別用原狀鎂渣、原狀鎂渣礦渣、原狀鎂渣粉煤灰、原狀鎂渣硝化鎂渣作為混合材，再加入相同比例的石膏分別制成水泥。通過比較，研究鎂渣對水泥物理性能的影響規(guī)律；并在鎂渣的物化性能基礎上，研究鎂渣作混合材制成的水泥對水泥膠砂流動度的影響。251水泥的各項物理性能檢測按照上述方法，分別對四組摻入不同混合材的水泥編號，然后進行標準稠度用水量、凝結時間、抗壓及抗折強度測定。252水泥膠砂流動度按照GB/T24192005水泥膠砂流動度測定方法的規(guī)定進行。膠砂制備按GB/T17671有關規(guī)定進行。試驗設備、拌和水、樣品應符合GB/T176711999中第4條試驗室和設備的有關規(guī)定。將試樣準備好后立刻開動跳桌，完成25次跳動。跳動完畢，用卡尺測量膠砂底面互相垂直的兩個方向直徑，計算平均值，取整數，單位為毫米。該平均值即為該水量的水泥膠砂流動度。流動度試驗，從膠砂加水開始到測量擴散直徑結束，應在6MIN內完成。要不斷調整水灰比，直到擴散直徑達到130140MM。第三章試驗結果討論31鎂渣的物化性能311化學組成鎂渣取自山西運城聞喜金屬鎂廠，其主要化學組成見表21由表中化學成分可見，鎂渣的主要化學成分為SIO2、AL2O3、FE2O3、CAO、MGO，屬于CAOSIO2AL2O3FE2OMGO體系。從這些成分來看，說明鎂渣具有部分或全部代替水泥原料煅燒水泥熟料的可能性。另外，鎂渣的化學組成有一個最大的特點，就是MGO含量特別高，達到79。因此，需要控制別的原料的MGO的含量，從表23原料A的配合比可以看到鎂渣可以完全取代硅質原料砂巖進行熟料的煅燒，然而生料B卻需要補充一定量的鐵質原料方可得生料的配方。312礦物組成圖31為鎂渣的XRD圖譜，從圖中可以看出運城聞喜鎂渣的主要礦物成分硅酸一鈣、硅酸二鈣、方鎂石、硅酸鐵鈣。圖31鎂渣的XRD圖譜CSC2SMGOCA4FE9O17313鎂渣的活性在PI水泥中摻入30的鎂渣，按GB/T17671進行水泥膠砂強度試驗，分別測定和對比樣的3D、28D強度，強度之比即為鎂渣的活性指數。并用同樣的方法測量粉煤灰（FA）活性，并與鎂渣活性比較。PI水泥、摻加30的鎂渣和摻加30的粉煤灰的3D、28D抗折強度、抗壓強度和膠砂流動度見表31。表31不同齡期膠砂強度和膠砂流動度3D/MPA28D/MPA抗折抗壓抗折抗壓膠砂流動度/MMPI61229678644873170PI30FA37618886953516166PI30硝化鎂渣41320477203458154PI30原狀鎂渣40119367083713163由上表可以計算出不同齡期的鎂渣和粉煤灰的活性指數。如圖32。不同齡期的鎂渣和粉煤灰活性指數01020304050607080901003D28D齡期活性指數/FA硝化鎂渣原狀鎂渣圖32不同齡期鎂渣和粉煤灰活性指數由表31和圖32可以得出以下結論鎂渣和粉煤灰對流動性影響。由表31中膠砂流動度可以看出，摻加了粉煤灰、鎂渣都降低了水泥的膠砂流動度。鎂渣和粉煤灰的活性指數隨時間增加而增長。說明摻加了30的鎂渣和粉煤灰的水泥膠砂強度早期較低，后期強度較高。原狀鎂渣的活性指數在3天時較粉煤灰的活性指數低一些，但在28天時原狀鎂渣的活性高于粉煤灰的活性。硝化鎂渣的活性指數在3天時較粉煤灰的活性指數高一些，但在28天時硝化鎂渣的活性低于粉煤灰的活性。32鎂渣對熟料煅燒的影響321鎂渣對生料易燒性的影響首先通過生料的TGDTA圖來確定生料的煅燒溫度，下圖分別為生料A和生料B的TGDTA圖。圖33生料A的TGDTA圖圖34生料B的TGDTA圖比較生料A、B的TGDTA圖，從液相量產生來看，都可以選擇1400作為煅燒溫度。水泥生料的易燒性是指在設定的煅燒條件下，物料中的CAO被酸性氧化物吸收形成熟料礦物的程度。生料易燒性的好壞通過將不同生料在相同煅燒條件下煅燒，用所得熟料中FCAO的含量來判定。影響生料易燒性的因素有很多，包括原料的活性、生料的潛在礦物組成、生料的均勻性和粉磨細度、熟料的率值、及微量元素等。本試驗采用相同的溫度，對生料A、B進行煅燒，然后測定熟料中FCAO的含量。試驗結果見表32。表32水泥熟料FCAO的含量水泥熟料AB煅燒溫度/14001400FCAO/027042國家標準規(guī)定，水泥熟料中FCAO的含量不得超過20，且熟料中的FCAO的含量在合適的煅燒溫度下越低越好。由表中數據可知，利用鎂渣煅燒的水泥熟料測得的FCAO的含量均比較低。通過生料的TGDTA圖和水泥熟料中FCAO的含量綜合考慮，可以確定熟料的煅燒溫度為1400。322鎂渣煅燒水泥熟料的化學成分分析水泥熟料的主要化學成分包括CAO、SIO2、AL2O3、FE2O3，四種氧化物的總含量一般在95以上，各氧化物含量通常在一范圍內波動。而且水泥熟料中各氧化物的含量，對水泥熟料的燒成和水泥的性質有重大影響。表33為鎂渣在不同溫度下煅燒的水泥熟料的化學成分，由化學滴定法測得。表33水泥熟料化學成分/樣品LOISIO2AL2O3FE2O3CAOMGOSO3A01825385734215798482024B03721645414436170519026注LOI代表燒失量323鎂渣煅燒水泥熟料的礦物組成大量的研究和實踐證明，水泥熟料的礦物組成和礦物結晶形態(tài)，決定著水泥熟料的水硬膠凝性能。硅酸鹽水泥熟料的礦物組成，可以分為硅酸鹽礦物和熔劑礦物兩大類。前者包括C3S、C2S，后者包括C3A和C4AF。兩類礦物的比值一般波動范圍不大，但在兩類礦物內，各礦物的含量變化較大，其中任何一種礦物含量的變化都會影響水泥的性質。表34為通過煅燒熟料的化學成分計算而得到的熟料的礦物組成含量。表34熟料的礦物成分百分含量/試樣C3SC2SC3AC4AFA217444807128B43229526851347試樣A的C3S含量幾乎沒有，C2S含量很高，而試樣B的C3S含量到達432，C2S含量有2952。結果顯示，熟料A不合格，其礦物成分不符合正常阿里尼特水泥熟料的礦物組成。熟料B的礦物含量基本符合合格熟料的礦物含量標準。用生料B的配方可以燒制出符合國家標準的水泥。下圖分別為不同鎂渣配比的A、B煅燒熟料的XRD圖譜。圖35生料A在1400下煅燒水泥熟料XRD圖譜圖36生料B在1400下煅燒水泥熟料XRD圖譜AC3SC2SC2SC2SCC4AFDC3AMMGOAC3SC2SC2SC2SCC4AFDC3AMMGO從以上兩組XRD衍射圖譜可以看出，分析結果顯示，整體看來兩組衍射曲線基本接近，有相同的礦物組成，都包括C3S、C2S、C3A、C4AF，而且各峰位也基本相同，但同一峰位的峰高并不一樣。B組試樣的C3S含量比A組試樣的高。33鎂渣煅燒水泥的物理性能綜合考慮生料的TGDTA圖和鎂渣對熟料煅燒的影響，將鎂渣在1400時煅燒的水泥熟料配制成水泥，進行各項性能檢測。331標準稠度用水量水泥凈漿標準稠度是為使水泥凝結時間、體積安定性等的測定具有準確的可比性而規(guī)定的，在一定測試方法下達到統(tǒng)一規(guī)定的稠度。通過試驗不同含水量水泥凈漿的穿透性，以確定水泥標準稠度凈漿中所需加入的水量。本試驗采用調整水量法通過改變拌和水量，找出拌制成的水泥凈漿達到特定塑性狀態(tài)所需要的水量。當一定質量的標準試錐在水泥凈漿中自由降落時，凈漿的稠度越大，試錐下沉的深度越小。測試時當試錐下沉深度達到規(guī)定值時，凈漿的稠度即為標準稠度。此時，500G水泥凈漿調水量即為標準稠度用水量。表35為試驗的標準稠度用水量的測試結果。332凝結時間水泥從加水到開始失去流動性所需的時間稱為凝結時間。水泥凝結過程的控制十分重要，為了使水泥漿和混凝土凝土便函于輸送和澆注，并使水泥和混凝土具有一定的強度，以保證施工正常進行，為此，要求水泥凝結時間不能太快或太慢。國家標準規(guī)定硅酸鹽水泥、普通水泥、礦渣水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥的凝結時間為初凝時間不得早于45MIN，除硅酸鹽水泥終凝時間不遲于65H外，其余四個品種水泥，終凝時間不得遲于10H。由表35可知，生料A燒制的熟料配制的水泥凝結時間不正常，生料B燒制的熟料配制的水泥凝結時間符合國家標準。影響水泥凝結時間的因素有很多，熟料的礦物組成、水泥的細度、水灰比（水灰比過大則水泥凝結慢）、石膏、溫度（溫度高則會加快凝結）和水泥中有機物的含量（有機物會減慢凝結）。但一般認為受熟料礦物組成和石膏的摻入量影響最大。從礦物組成看，C3A的含量是控制水泥凝結時間的決定因素。C3A水化很快，能生成水化鋁酸鈣形成網狀結構，使水泥在瞬間凝結。所以，初凝時間主要決定于C3A的含量，而終凝時間則受制于水化較C3A慢的C3S。所以，由初凝時間亦可看出試樣中C3A含量的大小。石膏的緩凝機理一般認為，C3A在石膏和石灰的飽和溶液中生成鈣釩石（AFT），并附著在水泥顆粒表面上，成為一層薄膜，阻滯了水分子以及離子的擴散，從而延緩了水泥顆粒特別是C3A的水化。該試驗中，各試樣中石膏的加入量是相等的，所以屏蔽了石膏對凝結時間的影響。333安定性反映水泥硬化后體積變化均勻性的指標稱為水泥的安定性。水泥的安定性是由水泥熟料中FCAO和MGO的含量決定的。其中FCAO的含量主要受煅燒過程的影響。FCAO水化很慢，而且還伴隨著979的體積膨脹，從而造成后期強度降低。MGO主要來自原料中的石灰石，MGO水化比FCAO更慢，而且水化時體積膨脹148，對后期強度的影響較FCAO更為嚴重。兩者水化時會發(fā)生如下反應CAOH2OCAOH2MGOH2OMGOH2經過試驗檢測，水泥試樣的安定性良好。而且由熟料的化學成分分析表中的數據顯示，熟料A的MGO的含量482，FCAO含量僅為027，熟料B的MGO的含量，FCAO含量僅為，符合國家標準規(guī)定的數值范圍，且含量均比較低。所以在正常的煅燒情況下，用鎂渣作為原料煅燒水泥安定性良好。表35水泥試體性能檢測結果凝結時間/MIN水泥的各項性能標準稠度用水量/ML初凝終凝安定性熟料A142420600合格熟料B137200360合格334抗折及抗壓強度水泥強度是指水泥試體在單位面積上所能承受的外力，它是水泥最重要的性能指標。本試驗采用40MM40MM160MM的模具成型水泥試體，所有試體均為不加混合材的硅酸鹽水泥，共成型2組，每組3條水泥試體，測定時每組中各取出1條分別測定水泥試體3D、28D的抗折及抗壓強度。表36為鎂渣煅燒水泥試體的強度檢驗結果。表36水泥試體強度3D28D抗折強度/MPA抗壓強度/MPA抗折強度/MPA抗壓強度/MPA熟料A2251000615341熟料B31017006404850從表中的數據可以看出，生料A燒制的熟料配制的水泥3D、28D的抗折、抗壓強度均較低，不符合硅酸鹽水泥的國家標準。生料B燒制的熟料配制的水泥3D、28D的抗折、抗壓強度符合硅酸鹽水泥的國家標準。所以，通過以上的數據可以說明B配方利用鎂渣作為原料可以生產出符合國家標準的實驗室水泥試樣。34鎂渣作混合材的研究341鎂渣作混合材對水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性的影響本研究分別以相同水泥質量比例的鎂渣、礦渣、粉煤灰作為混合材，采用相同量的熟料并摻入相同比例的石膏配成水泥，通過比較研究鎂渣對水泥基本性能的影響。1號試樣摻入20的原狀鎂渣，2號試樣摻入10原狀鎂渣10礦渣，3號試樣摻入10原狀鎂渣10粉煤灰，4號試樣摻入10的原狀鎂渣10的硝化鎂渣。表37為不同混合材的水泥的標準稠度用水量、凝結時間及安定性的試驗結果。表37水泥試樣物理性能凝結時間/MIN試樣混合材種類摻量均20標準稠度用水量/ML初凝時間終凝時間安定性1原狀鎂渣143260340良好2原狀鎂渣10礦渣101425250310良好3原狀鎂渣10粉煤灰10142200275良好4原狀鎂渣10硝化鎂渣10143180240良好從表中數據可以看出，四組試樣的測試結果基本相同。四組水泥試樣的標準稠度用水量均接近1425ML，3號試樣的標準稠度用水量較少。凝結時間初凝時間大概都在34個小時左右，終凝時間大概在46個小時左右，符合國家標準所規(guī)定的普通硅酸鹽水泥的凝結時間。經過比較發(fā)現1號試樣的凝結時間相對2號和3號略遲。安定性測試結果良好，所以只要水泥FCAO和MGO正常的情況下加入的混合材就不會影響水泥的安定性。342鎂渣作混合材對水泥膠砂強度的影響利用與上節(jié)相同的原料配制成4種混合材不同的水泥，然后采用4040160MM的模具成型，分別測定其水泥試體3D、28D的強度。并通過比較進行分析討論。表38分別為4組水泥試體的抗壓及抗折強度測定結果。圖37