淺析高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料生產關鍵技術

高顯束鐘文王 敏張坤悅

（1中國建筑材料科學研究總院，北京 100024；2 嘉華特種水泥股份有限公司，四川 樂山 614003）

淺析高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料生產關鍵技術

高顯束1鐘文2王 敏1張坤悅1

（1中國建筑材料科學研究總院，北京 100024；2 嘉華特種水泥股份有限公司，四川 樂山 614003）

本文基于材料創新的角度，通過礦物組成優化設計，制備出高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料，提高貝利特硅酸鹽水泥的早期強度，降低水泥制備過程的碳排放和能源消耗，并淺析生產關鍵技術。

高強高貝利特；生產；關鍵技術

1 前 言

國內外水泥基材料的研究是以節能、環保、降耗以及實現水泥高性能化為重點，以期開發新型節能水泥熟料體系，提高水泥性能、降低能源和資源消耗、減少環境污染、提高水泥的應用效能。近年來，隨著我國經濟的騰飛，帶動了水泥工業的快速發展，目前，我國水泥產量已占世界總產量的60%左右。然而，水泥工業巨大的產能基數，使其成為資源能源消耗最大、CO2排放最多的產業之一，對資源、能源和環境構成了巨大的挑戰。水泥工業向低消耗、低排放轉型最有效技術途徑之一是發展以貝利特（Belite，2CaO·SiO2，C2S）為主導礦物的低鈣綠色水泥。低鈣硅酸鹽水泥在制備過程中消耗石灰石少，煅燒溫度低，可以大幅度降低資源能源消耗與CO2排放，是水泥工業未來發展重點和方向。

以貝利特為主導礦物的硅酸鹽水泥體系的研究源于20世紀30年代，近幾十年來，德國、日本、瑞典、印度等國家都曾開展過相關的研究工作，但沒能有效解決高C2S含量下水泥早期強度較低的難題。本文從水泥基材料技術創新的角度出發，開發低鈣、低能耗的高強高貝利特硅酸鹽水泥生產及應用關鍵技術，實現水泥工業的低碳生產、性能提升和規模應用，顯著降低水泥制備全過程的碳排放和能源資源消耗，推動我國水泥工業的技術進步和節能減排。

2 高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料制備技術研究

采用嘉華特種水泥股份有限公司生產用石灰石、石英砂、低堿頁巖、鋁礦廢石、銅礦渣和石膏等生產用原材料進行不同C2S和C3A含量高強高貝利特硅酸鹽水泥制備。原材料化學成分如表1所示。

表1 原材料化學成分分析

根據高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料C2S含量為40%～70%的要求，按照熟料中C3S、C2S、C3A的不同含量設計方案并配制生料進行煅燒得到高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料。高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料的率值和礦物組成見表2。

表2 高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料樣品率值和礦物組成

將制得的高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料摻加適量的石膏，混合均勻，將SO3含量控制在2.0%～2.3%，即得到高強高貝利特硅酸鹽水泥樣品。按照相關國家標準分別進行高強高貝利特硅酸鹽水泥樣品凝結時間和3d、7d和28d水泥膠砂強度試驗，試驗結果見表3。從測試結果可知，經優化匹配后的高強高貝利特硅酸鹽水泥在礦物組成范圍C2S＞40%，C3A含量為2%～6%時，高強高貝利特硅酸鹽水泥7d抗壓強度大于22MPa，28d抗壓強度大于54MPa。

表3 高強高貝利特硅酸鹽水泥樣品物理性能檢驗結果

3 高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料生產控制關鍵技術

針對高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料礦物組成設計和燒成工藝特點，研究生料均勻性、入窯分解率、燒成帶溫度、冷卻機篦速與風量風壓等關鍵工藝參數對高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料的燒成與熟料質量的影響，并在此基礎上優化生產工藝參數，確定高強高貝利特硅酸鹽水泥的工業化生產控制關鍵技術。

1）生產的高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料C2S含量40%～65%。

2）提高生料均勻性。生料的波動對熟料立升重、f-CaO和強度的影響較大。入窯生料均勻性越好，窯況會越好，越有利于高強高貝利特硅酸鹽水泥熟料的煅燒，使f-CaO會降低，同時越有利于熟料質量的穩定和提高。

3）適當降低喂料量。生料喂料量增大，預熱效果減弱，物料在窯內翻滾不完全，熱交換降低，熟料質量變差。當生料喂料量略低于設計臺產喂料量時，更有利于薄料快轉，長焰順燒，及C2S晶體的結晶，后期強度會更好的發揮。

4）控制燒成溫度。燒成過程中篦速適當減慢，料層加厚，窯頭溫度上升，熟料冷卻效果好，對熟料強度有一定提升。風量加大，冷卻效果明顯，對熟料質量有利。燒成溫度正?；蛘Ｆ?，熟料結粒越好，質量越好。

5）適當提高二次風溫，在不產生還原氣氛的前提下，適當加大窯頭用煤量，有益于燒成帶熱力強度。

6）合理控制分解率。分解率低于90℅，物料預熱較差，將增加燒成帶熱負荷，燒成溫度有呈下降趨勢，熟料質量有所變差。分解率控制在90%～96%，可減輕燒成壓力，熟料質量變好。

4 結 語

高強高貝利特硅酸鹽水泥的生產難度較大。在生產過程中應合理選材，并對生產工藝參數進行調整控制，總結經驗，在完善的質量控制體系保障下進行。

Belief analysis on production key technology of high strength high belite portland cement clinker

Basing on the viewpoint of material innovation, we prepare high strength high belite Portland cement clinker,through mineral composition optimization design, which improves the early strength, reduces carbon emissions and energy consumption during cement production process．And we analyses the key techniques in the production simply．

high strength high belite；production；key technology

TQ172．7文獻識別碼：B

1003-8965(2017)03-0051-01

國家“十二五”科技支撐計劃（課題編號：2014BAE05B01）