1、原材料的化學(xué)成分分析

1.1 化學(xué)成分

原材料的化學(xué)成分、煤的工業(yè)分析和生料化學(xué)成分分別見(jiàn)表1~3

1.2、電石渣的粒徑分布

由圖1可以看出，電石渣中細(xì)顆粒較多。該電石渣中1 μm～60 μm的顆粒大約占90%，80 μm以上的顆粒極少。

1.3、配料計(jì)算

率值設(shè)定為：KH=0.89±0.01；SM=2.33±0.01；IM=1.61±0.01。試樣配比見(jiàn)表3，生料化學(xué)成分見(jiàn)表4。

2、摻入電石渣對(duì)預(yù)分解系統(tǒng)的影響

當(dāng)采用電石渣替代部分石灰石生產(chǎn)水泥熟料時(shí)，必須要考慮到預(yù)熱器和分解爐的結(jié)構(gòu)，由于水泥預(yù)熱器系統(tǒng)C1～C4溫度區(qū)間一般為300～800 ℃，C5及分解爐的溫度區(qū)間一般為850～920 ℃，所以在920 ℃以下時(shí)電石渣配制生料與常規(guī)生料存在差異。

（1）系統(tǒng)內(nèi)主要的化學(xué)反應(yīng)及發(fā)生反應(yīng)的溫度區(qū)域不同

在系統(tǒng)的低溫段主要存在以下化學(xué)反應(yīng)：

Ca(OH)2 = CaO + H2O                 (1)

CaO + CO2 = CaCO3                   (2)

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O         (3)

通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算[5]得到圖2，以此來(lái)判定反應(yīng)(1)～反應(yīng)(3)發(fā)生的可能性。由文獻(xiàn)[6]可知，當(dāng)△G<0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，△G越小，對(duì)應(yīng)的K值越大，反應(yīng)速率越快。如圖2所示，當(dāng)溫度達(dá)到500 ℃，反應(yīng)(1)自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)(2)和反應(yīng)(3)在常溫下自發(fā)向右進(jìn)行，隨著溫度的升高，反應(yīng)(2)和反應(yīng)(3)向它們的逆反應(yīng)方向進(jìn)行的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。所以當(dāng)生料中電石渣溫度升至450～550 ℃，其主要成分Ca(OH)2開(kāi)始分解，分解反應(yīng)提前在預(yù)熱器中發(fā)生；生料中的Ca(OH)2和新生成的性質(zhì)活潑的游離CaO可能會(huì)吸收所有煙氣中的CO2，生成難分解的CaCO3，直至850 ℃以上的高溫區(qū)域，CaCO3分解的逆向反應(yīng)才得到完全抑制，分解過(guò)程得以加速[7]；此外這些新生成的CaO也很容易與生料中的SiO2、Fe2O3、Al2O3等氧化物發(fā)生反應(yīng)，并隨溫度升高，反應(yīng)速度加快[8]。

另外，電石渣脫水釋放的水蒸氣與窯氣帶入的R2O、SO2、Cl-等組分發(fā)生凝聚反應(yīng)形成堿的氫氧化物和硫酸鹽沉積而循環(huán)富集。上述各反應(yīng)極易造成預(yù)熱器和分解爐的錐體部分產(chǎn)生黏附堵塞。

（2）熟料形成熱不同

CaCO3分解時(shí)需要吸收大量的熱量，其分解吸熱為1 660 kJ/kg，遠(yuǎn)高于Ca(OH)2 1 160 kJ/kg的分解吸熱。因此，當(dāng)電石渣替代部分石灰石燒制水泥熟料時(shí)可降低熟料的形成熱。如表4所示，隨著電石渣摻量的增加，生料的燒失量也隨之減少，當(dāng)電石渣摻量達(dá)到30%時(shí)，生料的燒失量較空白試樣降低約7%，理論上可以降低熟料的料耗，即獲得相同產(chǎn)量的水泥熟料所消耗的生料量將減少，系統(tǒng)的廢氣量也會(huì)相應(yīng)地減少，粉磨、燒成電耗、燒成熱耗及通風(fēng)動(dòng)力諸方面均會(huì)有效地降低熟料能耗，從而減少窯系統(tǒng)的熱負(fù)荷，提高熟料產(chǎn)量。

（3）通過(guò)預(yù)分解系統(tǒng)各部位廢氣量和廢氣成分的差異

生產(chǎn)一定量熟料的CaO量是一定的，而每摩爾Ca(OH)2和CaCO3分解產(chǎn)生的CO2和H2O的體積是相等的，因而摻入電石渣后預(yù)分解系統(tǒng)出口廢氣量不會(huì)變化，但Ca(OH)2和CaCO3的分解溫度有較大差異，因此，與常規(guī)生料相比，摻電石渣的生料通過(guò)預(yù)分解系統(tǒng)各部位的廢氣量有較大的變化，且隨著電石渣摻量的增加，廢氣成分中水分增加。

3、電石渣對(duì)熟料的煅燒以及性能的影響

3.1 易燒性檢測(cè)

本文對(duì)生料按國(guó)標(biāo)GB9965-1988《生料易燒性試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，研究了電石渣不同摻量替代石灰石作為鈣質(zhì)原料，以石灰石、電石渣、粘土、鐵粉作為原料來(lái)配制水泥生料，用1 450 ℃煅燒的熟料中游離氧化鈣（fCaO）含量（表5）來(lái)對(duì)比考察不同摻量電石渣質(zhì)生料的易燒性。

按一般的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為水泥熟料在1 450 ℃時(shí)fCaO介于1.5%～2.5%之間時(shí)，生料的易燒性屬于一般；fCaO含量低于1.5%時(shí)，生料易燒性較好。由所測(cè)得數(shù)據(jù)可得，用電石渣配料燒成水泥的易燒性隨電石渣摻量的增加而變好，10%~20%摻量時(shí)易燒性一般，25%～30%摻加量時(shí)生料具有良好的易燒性。

電石渣改善生料易燒性可能是由于：

（1）電石渣與石灰石分解后得到的CaO的燒結(jié)性能不同，晶體結(jié)構(gòu)也不同；

（2）隨著電石渣摻量的提高，配料中粘土類原料的含量也隨之提高，由固相反應(yīng)機(jī)理來(lái)看，粘土類原料配比的提高使生料中含石英的概率增加，從而影響生料的易燒性；

（3）電石渣的微細(xì)顆粒和較高的比表面積更有利于傳熱和傳質(zhì)，加速固體顆粒之間的反應(yīng)。

3.2、電石渣摻量對(duì)出窯熟料質(zhì)量的影響

由表6可以看出：除30%摻量的試樣外，各熟料試樣的3 d抗壓強(qiáng)度在25%范圍內(nèi)隨電石渣摻入量的增加而提高；電石渣摻加量在15%～25%范圍時(shí)，熟料28 d強(qiáng)度均比較高。當(dāng)電石渣摻量為30%（wt）時(shí)，熟料的28 d抗壓 強(qiáng)度卻顯著降低。但該試樣的飽和比KH值和硅酸率SM值均明顯低于其它試樣，計(jì)算C3S量較其他試樣低3.0%～4.9%，這勢(shì)必對(duì)于熟料強(qiáng)度產(chǎn)生明顯影響。

4、結(jié)束語(yǔ)

（1）利用電石渣配料煅燒水泥熟料，既能集減少資源消耗和廢渣利用為一體，又能改善熟料易燒性和降低燒成熱耗，是電石渣資源化綜合利用的良好途徑，且具有很好的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

（2）電石渣配料生料和普通生料在預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)主要的化學(xué)反應(yīng)及發(fā)生反應(yīng)的溫度區(qū)域不同。

（3）電石渣配料通過(guò)預(yù)分解系統(tǒng)各部位的廢氣量和廢氣成分與常規(guī)生料不同，但預(yù)分解系統(tǒng)出口廢氣量不會(huì)變化。

（4）在電石渣摻加量低于30%時(shí)，熟料28 d強(qiáng)度能達(dá)到50 MPa；摻量為20%時(shí)，熟料的28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大58.1 MPa。說(shuō)明摻加電石渣可以燒成優(yōu)質(zhì)熟料。

作者：李良 , 畢金棟 , 白玉文

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