混合材资源复掺优选方案.docx
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混合材资源复掺优选方案
混合材资源复掺优选方案研究
一、概述
随着我公司各大型新型干法生产线陆续投产,已成为西南地区首个千万吨级水泥企业。
而相应而来的是,水泥年产量增加,所需混合材资源增大,同时随着川内乃至乐山地区众多生产线的投产,各混合材资源价格也水涨船高,如何在今后激烈的市场竞争中赢得主动,最重要的就是降低生产成本。
本方案研究的目的就是在周边众多可用混合材当中,优选出最佳混合材进行水泥配料,提高水泥强度,增加混合材掺量,降低生产成本。
本研究依据现有的水泥国家标准和行业标准,分别采用我公司水泥熟料,周边地区众多原材料资源,进行混合材潜在水硬性试验、活性指数试验、水泥配比试验,得到了比较好的规律性结果,得出了各混合材在使用中对水泥性能的影响,提出了石灰石、铁合金渣、碱渣、粉煤灰、窑灰的最佳合理混合材配料方案,该方案若实施,将发挥出各混合材的强度激发最高值,对我公司在水泥生产中降低生产成本的措施提供了重要依据。
2、试验用原材料
(1)硅酸盐水泥
熟料取自九里制造一厂一车间,熟料破碎缩分后用化验室统一小磨进行粉磨,比表面积控制在350±10m2/Kg,共粉磨20磨,粉磨完成后对样品进行搅拌均匀用于试验。
(2)岷江粉煤灰
取自岷江火电厂,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%。
(3)其亚粉煤灰
取自其亚铝业,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%。
(4)德胜铁合金渣
取自德胜钢铁,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%。
(5)川投铁合金渣
取自川投峨铁,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%。
(6)碱渣
取自五通,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%。
(7)砂岩
取自峨眉乐都红新砂岩矿,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%。
(8)硅砂矿
取自峨眉罗目硅砂矿,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%。
(9)玄武岩
取自峨眉高桥某玄武岩粉厂,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%。
(10)铜矿渣
取自云南,为我公司配置生料用铁质校正原料,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%。
(11)石灰石
取自我公司自备石灰石矿山,为我公司配置生料用石灰质原料,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%。
(12)窑灰(增湿塔回料)
取自我公司九里制造一厂一车间。
(13)生料磨收尘
取自我公司九里制造一厂一车间。
(14)钢渣
取自沙湾不锈钢厂,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%。
(15)锰渣
取自洪雅峨雅水泥,为该厂正使用的水泥混合材,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%。
(16)石膏
取自我公司现用石膏堆场,用化验室统一小磨进行粉磨,细度控制在2.0±0.5%,用于混合材活性试验。
3、试验方案
水泥的国家标准规定了不同水泥品种中混合材的允许掺加量和性能指标,为确定各种混合材的性能和对水泥性能的影响,特确定以下试验方案。
1、对所有混合材进行潜在水硬性试验。
2、对所有混合材进行活性试验,确定各混合材的活性指数。
3、用硅酸盐水泥与各混合材进行配比试验,检测各混合材对水泥性能的影响。
4、依据各项试验结果,优选最佳混合材资源复掺方案。
4、各混合材潜在水硬性试验结果
本试验按照国家标准GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》进行,其原理为:
工业废渣细粉与石膏细粉均匀与水混合后,潜在水硬性的材料能在湿空气中凝结硬化,并在水中继续硬化。
试验完成后,观察浸水试饼形状完整与否进行潜在水硬性判断。
表1水硬试验结果表
试验样编号
配比
配置重量
加水量
试饼个数
试饼情况
1
80%粉煤灰粉(岷江)+20%石膏粉
300g
98
2
正常硬化
2
80%硅粉煤灰粉(其亚)+20%石膏粉
300g
126
2
边缘破裂严重,主体未散掉
3
80%碱渣粉+20%石膏粉
300g
115
2
主体崩散
4
80%砂岩粉+20%石膏粉
300g
70
2
主体崩散
5
80%硅砂矿粉+20%石膏粉
300g
69
2
正常硬化
6
80%玄武岩粉+20%石膏粉
300g
76
2
主体崩散
7
80%铁合金渣粉(德胜)+20%石膏粉
300g
96
2
边缘破裂严重,主体未散掉
8
80%铁合金渣粉(川投)+20%石膏粉
300g
105
2
主体崩散
9
80%铜矿渣粉+20%石膏粉
300g
80
2
表面层脱落,正常硬化
10
80%石灰石粉+20%石膏粉
300g
54.5
2
正常硬化
11
80%生料收尘粉+20%石膏粉
300g
88
2
主体崩散
12
80%增湿塔回料+20%石膏粉
300g
91
2
主体崩散
13
80%%钢渣+20%石膏粉
300g
59
2
正常硬化
14
80%锰渣+20%石膏粉
300g
61
2
主体崩散
从表1可以看出,其中岷江粉煤灰、其亚粉煤灰、德胜铁合金渣、峨胜矿山石灰石、云南铜矿渣、罗目硅砂矿、沙湾钢渣均具有良好的潜在水硬性,其他主体崩散的各混合材则不具备潜在水硬性。
5、各混合材活性指数试验结果
本试验按照国家标准GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》进行,其原理为:
在硅酸盐水泥中掺入30%的工业废渣细粉,用其28天抗压强度与该硅酸盐水泥28天抗压强度进行比较,以确定其活性高低。
其中要求调整试验样品中SO3含量与对比水泥中SO3相同,相差不大于0.3%。
表2各混合材活性指标结果表
试验样编号
配置重量
混合材(30%)
理论SO3
28d强度
活性指数
HS01
450g
---
2.38
63.5
---
HS02
450g
煤灰粉(岷江)
2.80
60.2
94.8%
HS03
450g
粉煤灰粉(其亚)
2.53
54.3
85.5%
HS04
450g
碱渣粉
2.32
51.2
80.6%
HS05
450g
砂岩粉
2.45
37.6
59.2%
HS06
450g
硅砂矿粉
2.41
38.3
60.3%
HS07
450g
玄武岩粉
2.46
40.6
63.9%
HS08
450g
铁合金渣粉(德胜)
2.38
45.8
72.1%
HS09
450g
铁合金渣粉(川投)
2.48
48.1
75.7%
HS10
450g
铜矿渣粉
2.48
42.0
66.1%
HS11
450g
石灰石粉
2.48
42.8
67.4%
HS12
450g
生料收尘粉
2.47
38.6
60.8%
HS13
450g
生料增湿塔回粉
2.45
41.4
65.2%
HS14
450g
钢渣粉
2.41
42.5
78.3%
HS15
450g
锰渣粉
2.43
43.0
79.2%
注:
由于岷江粉煤灰SO3含量较高,无法达到与其他试验样同等SO3含量,另有的混合材不易磨,细度较粗,无法小磨至控制目标,可能对正常活性指数有所影响。
对比以上结果,可以看出岷江粉煤灰、其亚粉煤灰、德胜铁合金渣、川投铁合金渣、五通碱渣、洪雅锰渣、沙湾钢渣均具有良好活性,其活性指数可换算成水泥强度,表示为1Kg水泥产生的强度等于多少Kg混合材产生的强度。
另结合潜在水硬性试验可以看出,碱渣、锰渣虽不具备潜在水硬性,但其活性指数高,石灰石、硅砂矿、铜矿渣虽具备潜在水硬性,但活性指数低。
六、水泥配比试验结果
(—)水泥配比试验方案
1、将90%的硅酸盐水泥与各混合材混合材按10%的掺量与进行配合比试验,找出各混合材对水泥性能的影响。
2、将各混合材按其中两种进行1:
1复掺,寻找混合材之间的相互激发作用,以求找出活性高和复掺能再次激发强度的优质混合材。
(二)两种方案的试验数据
表3混合材单掺10%对水泥性能的影响
编号
配比
标准稠度
凝结时间
抗折强度
抗压强度
初凝
终凝
3天
7天
28天
3天
7天
28天
DC001
90%P.I+10%岷江粉煤灰粉
24.40
97
146
7.1
8.0
10.0
32.4
44.1
65.2
DC002
90%P.I+10%其亚粉煤灰粉
24.90
104
146
6.7
7.7
9.6
31.0
42.9
63.0
DC003
90%P.I+10%德胜铁合渣粉
22.60
84
120
6.4
7.8
9.5
28.0
39.6
58.6
DC004
90%P.I+10%川投铁合金渣粉
22.90
83
132
6.5
7.5
9.8
29.0
39.6
60.5
DC005
90%P.I+10%碱渣粉
24.60
116
165
6.4
7.9
9.6
30.8
42.5
62.6
DC006
90%P.I+10%铜矿渣粉
21.90
84
132
6.1
7.6
9.4
27.4
38.4
58.3
DC007
90%P.I+10%硅砂矿粉
24.60
97
140
6.5
7.8
9.2
30.0
41.0
58.6
DC008
90%P.I+10%玄武岩粉
23.30
82
130
6.3
7.5
9.0
29.8
40.8
59.3
DC009
90%P.I+10%砂岩粉
24.60
80
126
6.1
7.6
9.2
28.8
39.8
57.3
DC010
90%P.I+10%峨胜矿山石灰石粉
22.90
67
107
6.7
7.8
9.7
32.9
44.5
59.4
DC011
90%P.I+10%增湿塔
23.90
85
124
6.8
8.4
10.0
32.4
44.0
60.2
DC012
90%P.I+10%收尘料
23.60
88
126
6.6
8.2
9.5
32.1
43.9
58.6
DC013
90%P.I+10%钢渣粉
22.90
110
146
6.2
8.0
8.5
28.6
40.2
58.7
DC014
90%P.I+10%锰渣粉
22.90
97
125
6.1
7.9
9.8
27.9
39.8
59.2
表4混合材双掺10%对水泥性能的影响(比例为1:
1)
编号
配比
标准稠度
凝结时间
抗折强度
抗压强度
初凝
终凝
3天
7天
28天
3天
7天
28天
SC001
90%P.I+5%德胜矿粉+5%石灰石
23.10
72
117
6.7
8.1
9.6
31.2
43.3
59.2
SC002
90%P.I+5%硅砂矿粉+5%石灰石
23.80
80
115
6.9
8.3
9.8
33.0
45.0
60.6
SC003
90%P.I+5%铜矿渣粉+5%石灰石
22.60
74
112
6.4
8.3
9.7
31.2
43.4
58.4
SC004
90%P.I+5%增湿塔料+5%岷江粉煤灰
24.60
83
119
7.0
8.6
10.3
33.2
45.9
63.8
SC005
90%P.I+5%增湿塔料+5%其亚粉煤灰
24.20
79
117
7.3
8.3
10.2
32.7
45.8
63.2
SC006
90%P.I+5%收尘料+5%岷江粉煤灰
24.30
75
114
7.0
9.0
10.4
33.4
45.5
62.6
SC007
90%P.I+5%收尘料+5%其亚粉煤灰
24.20
76
112
7.2
8.6
10.4
32.8
45.1
62.8
SC008
90%P.I+5%硅砂矿粉+5%岷江粉煤灰
24.70
82
120
7.1
8.0
9.7
31.6
43.2
62.0
SC009
90%P.I+5%德胜矿粉+5%玄武岩粉
23.10
78
121
6.6
7.9
9.2
28.8
41.0
60.0
SC010
90%P.I+5%玄武岩粉+5%岷江粉煤灰
24.10
78
118
6.9
8.1
9.8
31.2
42.9
62.8
SC011
90%P.I+5%碱渣粉+5%石灰石
23.90
79
113
7.0
8.4
10.0
33.0
45.8
62.9
SC012
90%P.I+5%钢渣粉+5%石灰石粉
22.80
90
127
6.4
8.4
9.9
31.5
43.5
59.2
SC013
90%P.I+5%锰渣粉+5%石灰石粉
22.90
83
120
6.6
8.3
9.7
30.6
42.7
58.6
(三)两种方案的试验数据分析
通过表3,表4可以看出各混合材对水泥性能的影响,以下主要以国家标准GB175-2007中对通用水泥各项物理性能指标来分析其影响:
1.混合材单掺对水泥物理性能指标影响
从表3试验数据可以看出,各混合材在单掺进行水泥配比试验后,在凝结时间上有较大变化的为碱渣,表现为初凝和终凝均比其他混合材高,其他混合材配制的水泥凝结时间均基本相同;在标准稠度上两种粉煤灰及碱渣都相对较高,证明此3种混合材需水量较大;在强度发挥上,3天强度发挥较好的是岷江粉煤灰、其亚粉煤灰、峨胜矿山石灰石、窑灰(增湿塔料)、生料收尘、碱渣6种混合材;28天强度发挥较好的是岷江粉煤灰、其亚粉煤灰、五通碱渣3种混合材,而峨胜矿山石灰石、窑灰(增湿塔料)、生料收尘3种混合材28天强度反而不高,说明后期强度发挥较好的混合材与其自身的活性指数有很大关系。
据此,从以上数据可以说明,岷江粉煤灰、其亚粉煤灰、五通碱渣3种混合材较为优秀,在强度发挥上提供了重要作用,而峨胜矿山石灰石、窑灰(增湿塔料)、生料收尘这3种混合材对3天早期强度的贡献比较大。
2.混合材双掺对水泥物理性能指标影响
从表4试验数据可以看出,各混合材在按1:
1比例双掺进行水泥配比试验后,在凝结时间上无较大变化;在标准稠度上由于石灰石需水量低,在石灰石与各混合材双掺配比中,用水量均显著降低;在强度发挥上,3天强度发挥较好的是岷江粉煤灰、其亚粉煤灰与窑灰(增湿塔料)、生料收尘进行双掺,峨胜矿山石灰石与碱渣进行双掺,德胜矿渣和玄武岩进行双掺,峨胜矿山石灰石和硅砂矿进行双掺,这几种混合材双掺后,3天强度明显提高,比其中任一混合材强度单掺和两种混合材单掺的平均强度都较高,说明相互之间有强度激发作用;28天强度和3天情况基本相同,值得注意的是,岷江粉煤灰、其亚粉煤灰与窑灰(增湿塔料)、生料收尘进行双掺后,除3天强度领先,28天强度也依然领先,甚至超过了单掺其亚粉煤灰时的强度,说明窑灰(增湿塔料)、生料收尘与粉煤灰复配有较强的强度激发效果。
(七)优选方案选定
通过以上的各项试验数据及分析,先期将铁合金渣、碱渣、石灰石、粉煤灰、回灰料(含増湿塔和收尘料)、玄武岩、硅砂矿作为可优先使用的混合材考虑。
结合我公司水泥生产工艺及设备、场地及目前使用实际,水泥配料库共5个库,分为熟料库、石膏库、石灰石库、矿渣库、粉煤灰仓,目前生产配料方案为熟料81%-84%,石膏5%-6%,石灰石固定为5%,矿渣为3%-7%,粉煤灰固定为2%,其中因矿渣库为单一库,在生产使用过程铁合金渣和碱渣按2:
1混合后入料,通过优选方案中各混合材实际情况,可调整生产配料情况为:
(1)将单一粉煤灰入库改为窑灰和粉煤灰按1:
1比例混合后入库,由于粉煤灰和窑灰都为粉体,按比例搭配较困难,必须采用混合设备预先进行混合后在统一入库使用,这样可利用窑灰对粉煤灰的活性激发,提高水泥强度,达到或超过单一粉煤灰所发挥的3天和28天强度,配料比例可继续稳定在2%或提高至3%左右。
(2)在将粉煤灰和窑灰按比例搭配后,由于窑灰烧失量较高,在具有潜在水硬性及3天强度发挥较好的石灰石上,宜继续稳定掺量在5%左右,避免水泥烧失量超高,而且在石灰石和玄武岩、硅砂矿的对比上,石灰石价格便宜,易磨性好,且石灰石在3天强度发挥上高于玄武岩,故可剔除玄武岩和硅砂矿的使用。
(3)在采取以上两种调整后,将铁合金渣和碱渣按1:
1混合后入库,充分发挥碱渣活性,提高水泥强度,为此就可根据水泥3天强度及时进行矿渣的掺加量调节,直至达到控制指标范围;
在采取以上3种调整方案后,各种活性较高的混合材及相互之间的强度相互激发作用下,可直接提高水泥早期及后期强度,显著降低熟料掺量,直接降低生产成本,且在水泥的各项物理性能指标和化学指标上变化均不大,同时,由于在混合材中,石灰石易磨、粉煤灰、碱渣助磨,可显著提高台时产量,而窑灰是成品生料,其细度细,颗粒级配中均为65um以下颗粒,对水泥粉磨助磨作用也非常明显。
(八)综合经济效益分析
此优选方案如正式实行,可显著降低生产成本,增大公司产品市场价格竞争力,以下为综合经济效益分析:
(1)直接降低生产成本
表5各混合材采购价格
编号
原料名称
成本、采购价格或市场价格(吨)
1
德胜铁合金渣
110元
2
峨胜矿山石灰石
15元
3
五通碱渣
45元
4
峨胜窑灰
45元
5
岷江粉煤灰
105元
6
其亚粉煤灰
100元
7
玄武岩
20元
8
硅砂矿
25元
1从表5可以看出,铁合金渣和碱渣价格相差约60元,将其比例调整为1:
1后,以九里制造一厂按日使用1000吨综合矿渣计算,每日可直接减少配料成本约10000元,同时所带来的水泥强度更高。
2从表5可以看出,粉煤灰和窑灰价格相差约60元,将其按比例1:
1使用,按日使用350吨粉煤灰计算,每日可直接减少配料成本约10000元,同时强度可保持或超过原强度。
(2)间接降低生产成本
①在使用此优选方案后,可显著提高水泥早期和后期强度,从而降低熟料配比,增大混合材掺量,降低生产成本。
②在使用此优选方案后,预计可显著提高水泥磨台时产量约5吨,降低水泥单位电耗,降低生产成本。
(九)方案总结
此优选方案较为成熟,实际实施困难小,综合生产成本降低明显,年可直接降低生产成本700万左右,综合降低生产成本预计可超1500万,社会效益显著,每年可多利用工业废渣20万吨以上,为较为可行的技术项目。
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