粉煤灰中SO3對水泥品質的影響及脫硫粉煤灰用作混合材生產水泥的技術細節

發布日期:2022-6-21 17:08:45 點擊次數: 字體顯示:【大】  【中】  【小】

          作為混合材使用的粉煤灰的細度不僅通過影響粉煤灰品質來影響水泥質量,還對系統產量有影響;對粉煤灰燒失量不加控制,一定會影響水泥成品的標準稠度需水量;SO3質量分數不應超過3.0%的粉煤灰作混合材使用,不僅影響水泥安定性,還會延長水泥的凝結時間;脫硫粉煤灰作為混合材使用,摻加量應控制不超過8%;脫硝粉煤灰用于水泥生產,必須控制銨離子含量不大于200mg/kg。

【粉煤灰中SO3對水泥品質的影響】

          按照GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》國家標準(以下簡稱1596標準)6.12中的規定,粉煤灰中SO3質量分數不應超過3.0%,如果超過這個指標的粉煤灰作混合材使用,就會形成鈣礬石膨脹影響水泥安定性,延長水泥的凝結時間。


——形成鈣礬石膨脹影響水泥安定性

          眾所周知,鈣礬石(三硫型水化硫鋁酸鈣)膨脹會導致水泥安定性不合格。為了確保不因為SO3摻量超標導致的水泥安定性不合格,需要采用水浸法檢驗安定性。關于水浸法檢測安定性的方法,在JC/T1099-2009《硫鋁酸鹽改性硅酸鹽水泥》建材行業標準中7.7.2條有規定,從養護到水中浸泡需要28d時間。

 

          關于水中浸泡方法測試水泥安定性,國內一位資深的水泥混凝土專家建議:一是應該用試餅法和雷氏夾法同時測試;二是浸泡時間不夠,應延長浸泡時間,90d后再按標準檢查雷氏夾和試餅,這樣的測試更能充分說明問題;三是水浸實驗所用粉煤灰摻加量,應顯著高于實際生產使用時的摻加量。如在生產時摻加10%20%時,實驗室試驗中所摻粉煤灰應摻到30%;如在生產時摻加30%時,實驗室試驗中就應該用50%摻加量。

 

 

——導致水泥凝結時間延長

          案例4N公司水泥初凝時間由原220min左右突然延長到420min左右,最長的450min。經檢測,水泥成品中的SO3含量為2.22%,經過多方排查原因,后來懷疑到可能是混合材中的粉煤灰出了問題。取樣檢驗當時所用粉煤灰SO3含量,已經達到6.12%,遠高于國標要求。改用礦渣和爐渣混合材代替粉煤灰后,水泥凝結時間轉為正常。


【脫硫粉煤灰作混合材生產水泥】

          電廠實施煙氣干法(半干法)脫硫后產生的脫硫產物—脫硫粉煤灰(以下簡稱脫硫灰)。脫硫灰與普通灰的化學成分區分很大,脫硫灰中的燒失量、CaOSO3含量明顯偏高,其含SCa的礦物主要有CaSO4CaSO31/2H2O及 CaO,還有CaOH2CaCO3。

          由于電廠脫硫粉煤灰中含有CaSO3,對水泥凝結時間影響很大。1596標準6.4條明確規定其中半水亞硫酸鈣(CaSO31/2H2O)含量不大于3.0%。對于這個指標,一位資深水泥混凝土專家認為這個指標太寬了。根據他的工作實踐,他認為(CaSO31/2H2O)含量應不大于0.5%,寬松一點也不應該大于1.0%。超過1.0%時則應該按檢測粉煤灰活性指數規定的方法摻30%脫硫灰制備水泥砂漿來測試凝結時間,以作為脫硫灰是否能使用的進廠檢驗項目之一。


——快速區分普通粉煤灰和脫硫灰實驗方法

          脫硫灰由于其和普通粉煤灰品質不同,作為混合材使用,無論是對水泥凝結時間還是強度都會有一定的影響,在實際生產中還是分別存放,分別使用較好。因此,快速區分二者是進貨檢驗必須首先需要解決的問題。

SO3含量是區分脫硫粉煤灰和普通粉煤灰的一項重要指標。但采用硫酸鋇重量法和離子交換法測定,脫硫粉煤灰中的SO3均存在較大偏差,而采用艾士卡法和X射線熒光光譜法測定比較準確,但艾士卡法最少需要8h,而X射線熒光光譜法價格昂貴尚沒有得到普遍應用。

 

          在實際生產過程中,可以利用脫硫粉煤灰作為混合材時,自身含有SO3成分具有緩凝的特點,采用一種簡易快速的測定區分方法:參照GB21372《硅酸鹽水泥熟料》國家標準,首先用化驗室Φ500mm×500mm試驗小磨制備一份磨細的純硅酸鹽水泥熟料(控制熟料粉比表面積350±10m2/kg,80μm篩余≤4.0%。為了驗證粉煤灰品種,小磨制備熟料粉時不加摻石膏)。然后分別摻加30%不同品種的粉煤灰,進行凝結時間測定。摻加了普通粉煤灰的純熟料會與不摻加石膏的純熟料一樣,隨即產生快凝現象,而摻加脫硫粉煤灰的純熟料其凝結時間處于正常狀態。在工業生產中應用這種簡易快捷的試驗方法,一般30min左右就能夠快速區分出兩種不同化學性質的粉煤灰,從而為生產現場粉煤灰的分別存放和使用提供依據。

 

——使用脫硫灰縮短水泥凝結時間的方法

          如前所述,由于脫硫粉煤灰中含有半水亞硫酸鈣CaSO31/2H2O,當作為混合材使用時,將會明顯延長水泥的凝結時間。故在實際使用中應調整脫硫粉煤灰摻加量,確保水泥成品凝結時間指標正常,以滿足用戶需求。

大磨生產過程表明,脫硫粉煤灰摻加量超過12%時,將導致水泥的凝結時間偏長,并且降低水泥的3d抗壓強度。脫硫粉煤灰摻加量在10%時,凝結時間正常,對強度沒有影響。綜合考慮各種影響因素,在實際生產中,脫硫粉煤灰摻加量應控制不超過8%。

 

          若通過改變水泥細度和水泥中的SO3指標,仍不能有效縮短水泥的凝結時間,應采用降低脫硫灰在水泥中摻加量(15%降低到10%),同時摻加5%石灰石的方法,使水泥初凝時間由304min降低到220min,終凝時間由397min降低到292min。半水石膏延長了水泥的凝結時間,與脫硫粉煤灰一起使用會產生“疊加效應”,將導致水泥凝結時間進一步延長。在粉磨過程中須控制出磨水泥溫度,減少半水石膏的產生。在降低水泥成品溫度的同時,應加快水泥成品出庫速度,減少水泥庫存時間。

 

——含有CaSO3•1/2H2O的脫硫粉煤灰的正向應用

          事物都是一分為二的,脫硫粉煤灰中因為含有CaSO31/2H2O,作為混合材而使水泥凝結時間過長。在本文中,正是利用這個特點而采用了一個簡易試驗方法來區分普通粉煤灰和脫硫粉煤灰。

在生產過程中,可以根據脫硫粉煤灰含有CaSO31/2H2O這一特性,實現兩個方面的綜合利用。

          1)代替天然石膏作緩凝劑。脫硫粉煤灰代替天然石膏作為緩凝劑是可行的,其添加量應根據其CaSO31/2H2O含量決定,由脫硫粉煤灰帶入的SO3應超過0.5%,但水泥成品中的SO3含量必須小于3.50%。

  (2)和礦渣復摻生產水泥時作為硫酸鹽活性激發劑。由于脫硫粉煤灰中含有CaSO4CaSO31/2H2O,可以作為激發礦渣化學反應活性的硫酸鹽激發劑。

 

          Z公司在Φ4.2m×13m水泥粉磨系統中,采用7%的脫硫粉煤灰和15%的;郀t礦渣復合配料,脫硫粉煤灰中含有CaSO4CaSO31/2H2O對礦渣激發效果較好,水泥抗壓強度高,在保證出廠水泥強度滿足企業內控質量標準的前提下,熟料用量降低了1%,噸水泥降低材料成本1.8元。

 

 

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