水泥生產(chǎn)中氯離子揮發(fā)的動態(tài)模擬

徐迅 汪瀾 牛云輝 齊硯勇 謝國棟

（1.中國建筑材料科學研究總院綠色建筑材料國家重點實驗室，北京 100024；2.西南科技大學材料科學與工程學院，四川綿陽 621010）

0 前 言

原料中過高的氯會嚴重影響預分解窯的穩(wěn)定生產(chǎn)，其主要表現(xiàn)為預熱器系統(tǒng)的頻繁結(jié)皮，如下料管結(jié)皮、窯尾煙室結(jié)皮等。那么在利用含氯原料生產(chǎn)水泥時，對氯元素在不同溫度范圍內(nèi)揮發(fā)特性的了解具有比較重要的工程意義，對于生產(chǎn)上因高氯原料引起的結(jié)皮堵塞情況采取相應的處理措施有所指導。

本文利用自主開發(fā)的模擬回轉(zhuǎn)窯高溫煅燒平臺，以含氯電石渣、砂巖、頁巖、硫酸渣作為原料，同時以外摻NaCl引入氯離子來研究不同氯離子含量對生料中氯揮發(fā)特性的影響。

1 試驗原材料及方法

1.1 試驗原材料

電石渣、砂巖、頁巖、硫酸渣來自于四川某水泥公司，其化學成分見表1。試驗中設定的三率值為：KH=0.9、SM=2.5、IM=1.6。實際計算出率值為：KH=0.90、SM=2.49、IM=1.60，其配比見表1。

各生料試樣按設定的配合比配料，選取化學純NaCl作為Cl-的引入，分別添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的NaCl來配料煅燒。

1.2 試驗方法

1.2.1 高溫試驗臺

本試驗臺利用高鋁管作為生料煅燒的模擬回轉(zhuǎn)窯，依靠管式爐加熱，直流減速電機帶動齒輪傳動，使得高鋁管以3～4rin/min的速度轉(zhuǎn)動，整個爐體固定后呈2.36°的傾斜角度。高溫試驗臺見圖1。

圖1 高溫試驗臺示意圖

1.2.2 動態(tài)煅燒過程

（1）生料成球

對生料進行預加水人工成球，料球控制在5mm以下。

（2）煅燒制度

將烘干后的生料小球試樣放置于1000℃的高溫爐內(nèi)保溫15min，然后移入高溫試驗臺，在1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃5個不同的煅燒溫度下對生料進行煅燒。通過調(diào)整回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速來調(diào)整保溫時間。整個煅燒氣氛保持為氧化氣氛，燒成的熟料取出急冷。

表2 動態(tài)模擬煅燒方案

1.2.3 氯離子和游離鈣的測定

氯離子含量按《水泥原材料中氯離子的測定方法》（JC/T420）檢驗；游離氧化鈣的測定按《水泥化學分析方法》（GB/T176）檢驗。

2 結(jié)果與分析

在不同煅燒溫度下，不同Cl-摻量對生料煅燒和Cl-揮發(fā)率的影響結(jié)果見表3。

圖2 煅燒溫度和Cl-摻量對煅燒試樣fCaO的影響

從表3和圖2可以看出，fCaO的含量隨著煅燒溫度的升高而降低。外摻Cl-和未外摻Cl-的基準樣相比，外摻Cl-在各煅燒溫度下都使得fCaO含量降低更多；摻量越高，fCaO含量降低越多。這是因為NaCl的摻入有可能作為礦化劑，有助于液相的提前出現(xiàn)和液相量的增加，有利于C3S的生成，所以fCaO的含量有所下降。

在同一煅燒溫度時，隨著NaCl含量的增加，fCaO含量下降更多，可能是由于礦化作用的增強，使得C3S更加易于形成。但fCaO含量下降的幅度不是很大，并隨著煅燒溫度的升高，fCaO含量趨于相當，在煅燒溫度達1400℃后，其含量趨于一個穩(wěn)定值。

圖3 煅燒溫度和Cl-摻量對Cl-揮發(fā)性的影響

從表3和圖3可以看出，Cl-揮發(fā)率隨著煅燒溫度的升高而升高。外摻Cl-的試樣和未外摻Cl-的基準樣相比，外摻Cl-試樣在各煅燒溫度下Cl-揮發(fā)率都高出較多，煅燒溫度達1350℃以后，其Cl-揮發(fā)率都達到99%以上。從基準樣來分析，自身帶入Cl-揮發(fā)率隨著煅燒溫度升高也在升高，但在1450℃時揮發(fā)率才達81.3%。

在同一煅燒溫度下，不考慮基準試樣時，隨著NaCl含量的增加，Cl-揮發(fā)率有所增加，但基本上趨于穩(wěn)定，這時外摻進入的Cl-基本上在高溫下都揮發(fā)了。

3 結(jié) 論

（1）同一外摻氯離子條件下，Cl-揮發(fā)率隨著煅燒溫度的升高而升高。煅燒溫度達到1350℃以后，其Cl-揮發(fā)率都在99%以上。

（2）外摻Cl-對熟料燒成影響較大。在各煅燒溫度下，外摻不同含量Cl-后，fCaO均低于未外摻Cl-的基準樣。并且在相同煅燒溫度下，外摻Cl-摻量增加，fCaO的含量下降明顯，說明在熟料煅燒過程中，氯離子可以起到礦化劑的作用，利于C3S的形成。