試論高硫煤對硅酸鹽水泥熟料燒成及顯微結構的影響

郭俊林 徐瑞豪

(河南省豫鶴同力水泥有限公司， 河南 鶴壁 458000)

Cement production 水泥生產

試論高硫煤對硅酸鹽水泥熟料燒成及顯微結構的影響

郭俊林 徐瑞豪

(河南省豫鶴同力水泥有限公司， 河南 鶴壁 458000)

近年來，我國環境保護戰略在逐步推進，日益嚴重的環境污染問題嚴重阻礙了這一戰略的發展進程，高硫煤作為煤炭資源的一種,在工業生產中被廣泛應用，硫成分對硅酸鹽水泥熟料質量具有重要影響。本文對此展開分析,能夠提高高硫煤利用率，能夠提高高硫煤在工業生產中的應用價值。

高硫煤；硅酸鹽水泥；熟料燒成；礦物結構

0 前言

我國針對高硫煤在水泥生產中的研究經驗不夠豐富，并且在這一方面的報道較少，合理控制硫含量能夠提升熟料質量以及利用率，這對礦相結構優化具有積極作用。有針對性的為其制定熟料燒成方案有利于優化熟料性能，探究影響規律，從中可見，本文對此展開分析現實意義明顯。

1 高硫煤對硅酸鹽水泥熟料燒成的影響

1.1 實驗內容和方法

選取南桐煤礦（1#）、長陽煤礦（2#）、永川煙煤（3#）和湖南桑植煤礦（4#）四種，所取煤樣進行粉碎處理、烘箱烘干，最后放置在干燥器內，化學成份分析如下表所示。

表1 煤的工業分析及全硫分析（wt%）

表2 煤灰的化學成分（wt%）

實驗配料方案為高鋁率、高硅率和中飽和比，方案具體應用的過程中應降低中飽和比，適度提高高鋁率和高硅率，本實驗中所選熟料高鋁率值為1.5，高硅率值為2.4，中飽和比值為0.88。針對水泥熟料樣品應用的煅燒溫度分別為1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃。不同溫度下試樣均呈餅狀，其中后三種溫度試樣顏色由灰褐色變為灰黑色，并且溫度升高的同時，體積狀態和形狀也會相應發生變化。對此常用六種方法對其進行測試，主要有熟料巖相結構分析、水泥熟料化學成分分析、固硫效率、水泥生料液相溫度明確、X射線衍射分析、微區成分分析[1]。

1.2 實驗結果和分析

高溫顯微鏡：硅酸鹽在925℃左右主要發生碳酸鈣分解反應，隨著二氧化碳氣體的增多，質點運動形式主要為熱運動，并且轉移法則由高向低，同時，粒子會向空隙方向轉移；硅酸鹽在1000℃左右主要發生固相反應，并形成C2S、C2F、CA、C3A、CF、C12A7、C4AF等礦物；1255℃左右主要出現液相現象；1500℃之后，試樣樣品逐漸熔化、塌陷。

易燒性分析：硅酸鹽水泥熟料被高硫煤煅燒時，所產生的固相反應易被游離氧化鈣（f-CaO）吸收，同時，硫含量越高（＞5.2%）易燒性效果會相應降低。

熟料化學結果分析：熟料三氧化硫與游離氧化鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣間的關系表示如下，三氧化硫小于0.8%時，其與游離氧化鈣呈成比例相關，易燒性影響較大；三氧化硫增加時，硅酸三鈣明顯減少，碳酸二鈣明顯增加；熟料三氧化硫煅燒時，鋁酸三鈣量會相應減少；熟料三氧化硫與鐵鋁酸四鈣間的關系并無具體規律可尋[2]。

2 高硫煤對硅酸鹽水泥熟料燒成及顯微結構的作用

2.1 實驗內容與方法

從上述介紹中可知，熟料燒成受高硫煤硫含量影響顯著，本實驗選取湖北長陽煤礦為原料，分析不同添加劑對熟料煅燒的影響。按照不同比例配置三組生料，生料配置組一MgO分別為0.9%、1.8%、2.4%、2.8%和3.8%。生料配置組二添加0.8（0.6%K2O+0.3%Na2O）,生料配置組三添加1.7%（1.3%K2O+0.5%Na2O）的R2O。其中組一煅燒溫度分別為 1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃，組二和組三煅燒溫度為1350℃。組一熟料在不同溫度條件下煅燒呈塊狀，顏色由棕色變為黑色，并且顏色隨溫度增高而加深，二組和三組煅燒溫度達1350℃時，熟料形狀為塊狀，同樣顏色會隨溫度升高而加深。

測試方法：游離氧化鈣常用甘油乙醇法對其進行測試，測試電壓為35kV，電流為28mA，應用高性能生金相顯微鏡進行巖相結構分析，其中，硫元素、鎂元素通過SEM-EDS法對其進行分布測定。

2.2 MgO對含硫熟料燒成的作用

易燒性分析：將組一氧化鎂含量試樣在1300℃下煅燒一個半小時后的熟料進行游離氧化鈣測試，以此為易燒性的判斷依據。從顯示結果可知，湖北長陽高硫煤中加入適量氧化鎂對其煅燒，當煅燒溫度低于1250℃時，生料易燒性改善效果不明顯，煅燒溫度升高時，游離氧化鈣含量會相應降低，大體來講，氧化鎂含量在3.5%時，生料易燒性良好。

熟料XRD測試分析：氧化鎂適量添加后，生料易燒性會被改善，同時，還能促進物質轉化，制約三氧化硫的不利影響，從實驗可知，氧化鎂含量應控制在4.5%以下。

熟料巖相結構分析：保持煅燒溫度為1350℃，1.8%和3.8%氧化鎂試樣進行巖相實驗對比分析，分析結果顯示，氧化鎂添加后，巖相結構能夠得到有效性改善，并且氧化鎂含量與巖相結構成正比例相關。

2.3 R2O對含硫熟料燒成的作用

熟料XRD測試分析：煅燒溫度控制在1350℃，煅燒時間為一小時，對組二和組三進行XRD測試分析，生料易燒性受R2O含量影響較小，R2O與三氧化硫發生反應后會產生C3S、C4AF，單獨摻加R2O能夠在一定程度上優化易燒性能，但整體效果不夠明顯，同時，不利于削弱硫的消極作用。

熟料燒成條件：煅燒溫度在 1400℃左右，并且會出現大量液相量，C3S也會相應形成，液相黏度會有效降低。熟料內含有較多三氧化硫時，適當添加堿或者氧化鎂，能夠相應降低液相黏度，加快 C3S結晶速度，縮短結晶時間。其中氧化鎂能夠加快核化過程，促進C3S形成。此外，巖相結構溫度在1350℃時，應用高硫煤對其進行熟料煅燒，適量加入氧化鎂能夠有效降低硫的阻礙作用，合理優化C3S結構，并且礦晶體尺寸能夠調整到適合范圍。

3 結論

綜上所述，高硫煤作為水泥生產的主要資源，以往對此展開的研究較少，并且高硫煤對硅酸鹽水泥熟料燒成及顯微結構影響方面的研究也相對較少，本文針對這一影響展開有效性分析，有利于提高高硫煤在水泥生產中的利用率，有利于促進水泥生產活動順利完成。除此之外，還應不斷提升測試手段，優化參與測試設備的性能，對其展開深入探究，以此優化熟料的使用性能，充分發揮添加劑在熟料性能方面的優化作用。

[1]何順愛,凌紅軍,朱曉燕. 生料細度對硅酸鹽水泥熟料燒成的影響[J]. 水泥工程,2012,05:23-26.

[2]龍志強,王振林. 陰離子摻雜對硅酸鹽水泥熟料燒成的影響[N]. 重慶理工大學學報(自然科學),2014,08:44-49.

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1007-6344（2017）10-0001-01