用于水泥生產的頁巖

□□馮云

用于水泥生產的頁巖

Shale Utilization for Cement Production

□□馮云

1 頁巖的分類

頁巖是一種沉積巖，成分比較復雜，除含粘土礦物（如高嶺石、蒙脫石、水云母、拜來石等）外，還含有許多碎屑礦物（如石英、長石、云母等）和自生礦物（如鐵、鋁、錳的氧化物與氫氧化物等），具有頁狀或薄片狀層理，用硬物擊打易裂成碎片，常見類型有：（1）黑色頁巖，含有較多的有機質；（2）碳質頁巖，含有大量已碳化的有機質，常見于煤系地層的頂底板；（3）油頁巖，含一定數量的瀝青，黑棕色、淺黃褐色等，層理發育，燃燒有瀝青味；（4）硅質頁巖，含有較多的玉髓、蛋白石等，SiO2含量在85%以上；（5）鐵質頁巖，含少量鐵的氧化物、氫氧化物等，多呈紅色或灰綠色；（6）鈣質頁巖，含 CaCO3為 10%～30%。 此外，頁巖混入一定砂質成分的，稱為砂質頁巖。

全國各地頁巖均有不同數量的分布，各地所使用頁巖的化學成分見表1。

2 頁巖用于生料配料的研究和應用

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

3 頁巖用作混合材生產水泥的研究和應用

3.1 燒頁巖用作混合材生產水泥

燒頁巖是頁巖或油母頁巖經自燃或煅燒后的產物，它屬于人工火山灰質混合材，只要相關的技術指標滿足GB／T 2847－2005標準要求便可以作為水泥混合材使用[4]，故使用之前必須進行相關技術指標的檢測。

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

3.2 生頁巖用作混合材生產水泥

生頁巖即未經煅燒或自燃的頁巖，關于用其直接作混合材生產水泥的研究與應用，也有相關的實例。廣東惠東縣水泥二廠的黃兆博（1997年）[8]對此作了較詳細的研究：對所用頁巖的微量元素、火山灰性、28d抗壓強度比及其適宜摻加量進行了研究，不足之處是化學分析中未見SO3的分析數據和放射性的檢測結果，而且用生頁巖直接作水泥混合材使用目前尚無相關的標準支持，故此項研究及應用具有一定的局限性。為尋求最佳頁巖摻量,甘肅天水祁連山水泥有限公司的李拓[9]使用綠色頁巖作混合材單摻和與其他種類混合材復摻進行了簡單的強度試驗，并于2004年起將頁巖作為混合材正式用于水泥生產。另外還有一些企業將頁巖直接拿來當作“合法”混合材使用[10]，或者僅通過與其他火山灰質材料 （煤矸石）進行簡單對比試驗[11]后便加以利用的實例。

4 生頁巖作水泥混合材的探討

4.1 用作水泥混合材料的相關規定

GB／T2847－2005明確規定火山灰質混合材分為天然和人工兩種火山灰質混合材料。其中天然火山灰質混合材料包括火山灰、凝灰巖、沸石巖、浮石、硅藻土或硅藻石，人工火山灰質混合材料包括煤矸石、燒頁巖、燒粘土、煤渣、硅質渣。另外，根據GB 175－2007通用硅酸水泥所用混合材料的要求和分類[12]可知，可用于生產水泥的混合材料必須是符合相關技術標準要求的粒化高爐礦渣、粒化高爐礦渣粉、粉煤灰、火山灰質混合材，這些材料根據活性指標的不同又可分為活性和非活性兩種類型，同時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，生頁巖在上述兩個標準中均未出現。

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4.2 生頁巖用作水泥混合材亟待解決的問題

相關標準并未規定生頁巖可作為水泥混合材使用，但實際上已有許多水泥企業并未做深入的研究和試驗便將頁巖自行作為“合法”的混合材，這一點必須引起相關技術標準管理部門的重視。因為不同地域的頁巖其成巖和地質條件可能千差萬別，不能認為別人可以用頁巖作混合材便盲目認為自己也可以使用。使用生頁巖作混合材，水泥凝結時間會有不同程度的延長、標準稠度需水量會增加，從而導致混凝土干縮率增大而影響建筑物的耐久性。

即使要將生頁巖作為 “合法”的火山灰質混合材料加以利用，還必須滿足相關的技術要求。對于火山灰質混合材的技術要求有燒失量、SO3、火山灰性、水泥膠砂28d抗壓強度比和放射性這五項指標，其中僅符合燒失量、SO3和放射性這三項指標要求的火山灰質混合材料為非活性混合材料，而這三項中只要任何一項不符合要求則不能作為水泥混合材料使用。這在GB／T2847－2005標準中均有明確規定。

針對目前水泥企業對生頁巖的實際利用現狀，相關的技術標準管理部門應盡早明確態度，盡快為生頁巖作水泥混合材規定相關的利用方法和處理措施，使利用生頁巖作為水泥混合材真正合法化，讓行業和社會各界認可和接受。

5 小結

（1）生頁巖作為粘土質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標準。

（2）生頁巖經過煅燒或自燃后稱之為燒頁巖，燒頁巖屬于一種人工火山灰質混合材料，只要其相關的技術指標滿足GB／T 2847－2005標準要求便可以作為水泥混合材使用。

（3）生頁巖用作水泥混合材料，在一些水泥企業已被使用，但目前為止相關部門尚未出臺相關的行業技術標準，應盡快為生頁巖作水泥混合材規定相關的利用方法和處理措施。

（4）使用生頁巖作為水泥混合材料前，應進行詳細全面的實驗研究工作，以確保所用生頁巖各項技術指標符合相關標準要求，并且對水泥和混凝土的性能沒有較大的負面影響。

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

[2]叢樹民，李紅娟,張忠，等.利用油母頁巖生產高標號水泥 [J].沈陽大學學報，Vol 18(2), 2006:48－49.

[3]王乃祥.用頁巖替代粉砂巖配料生產優質熟料[J].新世紀水泥導報，2008（1）：10－11.

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

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

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

[7]洪建平，陳運本，李玉壽，陳艷容.煅燒硬頁巖作水泥混合材的活性研究[J].昆明理工大學學報(理工版)，Vol 33（13），2008：24－29.

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

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

[11]張克軍，孫富軍.煤矸石與頁巖作混合材的比較 [J].新世紀水泥導報，2004年增刊：115－116.

[12]通用硅酸水泥（GB 175－2007）[G].《建筑材料標準匯編 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，工學碩士，工程師，主要從事水泥生產工藝與混凝土應用方面的研究。