开题报告(2)(DOC)

唐山学院

水泥方向综合实验

开题报告

实验题目：矿渣硅酸盐水泥的研制

环境与化学工程系

系别：_________________________

班级：_________________________

姓名：___________________

指导教师：_________________________

2015年6月16 日

一、生产矿渣硅酸盐水泥的社会效益和经济效益

凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号P·S。A型矿渣掺量> 20%且≤50%, 代号P.S.A，B型矿渣掺量>50%且≤70%,代号P.S.B，允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替矿渣，代替数量不得超过水泥重量的8%，替代后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20%。

矿渣硅酸盐水泥对硫酸盐类侵蚀的抵抗能力及抗水性较好；耐热性好；水化热低；在蒸汽养护中强度发展较快;在潮湿环境中后期强度增进率较大。适和在地下、水中和海水中的工程，以及经常受较高水压的工程和大体积混凝土工程适用。

1.矿渣硅酸盐水泥的经济效益

我国的矿产资源丰富，每年产生的矿渣量巨大，且价格低廉，矿渣硅酸盐水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比A型矿渣掺量>20%且≤50%,B型矿渣掺量>50%且≤70%,利用矿渣生产水泥可以大大降低水泥原料的成本，增加水泥的产量。

水泥的生产过程是一个大量消耗能源的过程，生产熟料需要消耗大量的燃料煤和大量的电能。利用活化矿渣微粉生产水泥可节省约40%的燃料，每年可节约大量的优质煤炭，节约电能。

因此，矿渣硅酸盐水泥既降低了原料成本、提高产量，又节约能源具有可观的经济效益。

2.矿渣硅酸盐水泥的社会效益

矿渣硅酸盐水泥的原料粒化高炉矿渣是高炉炼铁工业的副产品。据有关统计资料显示，2014年我国共生产高炉矿渣4亿吨，且整体的利用率不高，剩余的大量废弃矿渣堆积占用大量土地，并对周围的地下水，空气等产生严重的污染，破坏了生态平衡。国家也在大力加强对废弃矿渣的利用与治理工作。将其掺加在矿渣硅酸盐水泥中，大大提高了矿渣的利用率，减少了矿渣对周围环境的破坏，保护了生态平衡，产生了巨大的社会效益。

二、矿渣硅酸盐水泥的理论研究现状与发展趋势

随着对我国对矿渣硅酸盐水泥的不断研究与改进，矿渣硅酸盐水泥的种类越来越丰富，性能越来越好。随着技术的不断改进，之前因钢渣中游离氧化钙（f-CaO)和游离氧化镁（f-MgO)造成水泥安定性不良的现象得到解决，这大大加速了矿渣硅酸盐水泥的发展，与在建筑工业中的运用。

目前，国家大力提倡发展环境友好型社会，对矿渣的应用也得到重视，高矿渣含量硅酸盐水泥，快硬矿渣硅酸盐水泥，复合矿渣硅酸盐水泥等逐渐被研制和发展。由于矿渣硅酸盐水泥特性明显，抗硫酸盐性能及抗水性能优于其他品种水泥，耐热性好、水化热低、比较适合在大型工程、地下工程或水下工程中使用。

未来，随着科学技术的不断进步，矿渣硅酸盐水泥会得到更好的发展，人们不再局限于只使用粒化高炉矿渣来生产矿渣硅酸盐水泥，将会采用更多种类的矿渣来进行生产，甚至是富含铬等重金属和有毒金属的矿渣，最大限度上降低矿渣对环境的影响，随着石灰石矿山的不断消耗，有理由相信复合矿渣硅酸盐水泥将会逐渐取代普通硅酸盐水泥，成为未来水泥发展的主要方向。

三、硅酸盐水泥的技术现状与发展趋势

近几年，我国通过技术的不断创新与开发，以及对国外先进技术的引进，使得我国矿渣硅酸盐水泥技术不断提高。

大力发展窑外预分解窑技术是现在水泥生产技术的主要方向，也是当代新型干法水泥煅烧技术发展的主流技术，它是在悬浮预热器窑的基础上进一步发展而成。现代窑外预分解技术按分解炉与回转窑的相对位置关系的不同，又分为在线式预分解窑系统和离线式预分解窑系统。优化分解炉内的热量传递、质量传递、动量传递和化学反应过程（简称“三传一反”过程）。具体来说就是加强与促进生料与燃料在分解炉内的分散、混合与均布，优化与完善分解炉内燃料的利用与燃料的燃烧，组织与强化分解炉内的有效传热引导与保证分解炉内生料的快读分解，从而达到提高分解炉综合效率的目的。即遵循“以物料的高度分散为前提，以燃料的高效与完全燃烧为关键，以生料的有效分解为目的，以环境保护和社会责任为己任”的原则来改善与完善分解炉。

未来，国际水泥工业的发展趋势是以节能、降耗、环保、改善水泥质量和提高劳动生产率为中心，实现清洁生产和高效率集约化生产，走可持续发展的道路。研究的重点主要是围绕水泥工业节能降耗、减少了有害气体( CO 、SO

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等)排放以及低品位原燃料、工业废弃物特别是矿渣的资源化利用等方面。

四、实验具体方案与实施手段

㈠原材料的准备

1．主要原料的分析检验

可选用天然矿物原料及工业废渣或化学试剂作原料。

①将需要的主要原料备齐。

②对所备齐的原料进行采样与制样，进行CaO、SiO

2、Al

2

O

3

、Fe

2

O

3

、MgO和

烧失量等分析。要求分析者提出分析报告单作原始凭证。

③对某些原料做易碎性和易磨性实验、强度、粒度、比表面积等物性检验。

2．主要原料的加工

对天然矿物原料及工业废渣需进行加工处理。一些经上述物性检验（粒度、比表面积等）不合格的原料也要进行加工处理。

①石灰石

选取化学成分符合要求的石灰石，用实验室常用的小颚式破碎机、小球磨机进行破碎与粉磨至要求的细度。

②砂岩和铝矾土或粉煤灰

选取化学成分符合要求的砂岩和铝矾土或粉煤灰。如果水分大时，应烘干，然后用小颚式破碎机、小球磨机破碎并粉磨至要求的细度。

③钢渣

选取符合要求的钢渣，然后用小颚式破碎机、小球磨机破碎并粉磨至要求的细度。

上述主要原料经加工处理后，要用桶或塑料袋等密封保存。

3．石膏与混合材料的制备

①石膏

首先对石膏进行化学成分分析，填写化验报告单作原始凭证。然后检查细度，如不符合要求要进行加工处理。

②混合材

混合材有粒状高温炉渣、粉煤灰、火山灰等。在化学成分分析后，若细度不符合要求应进行加工处理。

石膏与混合材料加工处理后，要用桶或塑料袋等密封保存。

㈡合格生料的制备

1．配料计算

①根据实验要求确定实验组数与生料量。

②确定生料率值。

③以各原料的化验报告单作依据进行配料计算。

2．配制生料

①按配料称量各种原料，放在研钵中研磨。如果量大，则置入球磨罐中充分混磨，直至全部通过0.080 mm的方孔筛。

②将混磨好的粉料加入5～7%的水，放入成型模具中，置于压力机机座上以30～35 MPa的压力压制成块，压块厚度一般不大于25 mm。

③将块状试样在105～110℃下缓慢烘干。

3．生料质量的检验

①生料碳酸钙含量的测定。

②生料化学全分析。

③生料细度、表面积测定。

㈢试烧(生料易烧性测定)

1. 试烧所需仪器、设备及器具

①电炉

试烧用电炉有硅碳棒电炉与硅钼棒电炉，根据最高烧成温度决定使用哪一种。若试烧的温度较高则选用后一种。

②试烧用坩埚的选择

坩埚在试烧过程中不能与熟料起化学反应，因此要根据生料成分、所确定的最高煅烧温度及范围来选用坩埚。若烧成温度为1500℃以上，则选用铂坩埚；若烧成温度为1350℃～1480℃，则选用刚玉坩埚；若烧成温度在1350℃以下，则选用高铝坩埚。也可用耐火材料做的匣钵来放置试烧的块料。

如在试烧过程中起反应时，可将反应处的局部熟料弃除。

③辅助设备及器具

为了给熟料冷却、炉子降温，需要吹风装置或电风扇。

此外，还需要取熟料用的长柄钳子、石棉手套、干燥器等。

2．试烧

①将生料块放进坩埚或匣钵中，按预定的烧成温度制度进行试烧。试烧结束后，戴上石棉手套和护目镜，用坩埚钳从电炉中拖出匣钵或坩埚，稍冷后取出试样，置于空气中自然冷却。并观察熟料的色泽等。

②将冷却至室温的熟料试块砸碎磨细（要求全部通过0.080 mm的筛），装在编号的样品袋中，置于干燥器内。

③取一部分样品，用甘油乙醇法测定游离氧化钙，以分析水泥熟料的煅烧

程度。

3．如果游离氧化钙高，易烧性不好，就应按上述步骤反复进行试烧(生料易烧性测定)，直到满意为止。

㈣水泥熟料的煅烧（熟料的制备）

根据试烧(生料易烧性实验)的结果，对生料及烧成制度等进行调整。

1．首先根据各原料成分及生料化验分析单提供的数据，进行熟料率值的修改、熟料矿物组成的再设计与再计算。此外，为获得优质高产低能耗的熟料，还要考虑以下几个问题：

①熟料的矿物组成与生料化学成分的关系。

②熟料反应机理和动力学有关理论知识的联系。

③固相反应的活化能及活化方式及固相反应扩散系数等的联系。

④熟料形成时液相烧结与相平衡的关系。

⑤熟料易烧性和易磨性试验效果与联系。

⑥少量助熔剂的加入作用与效果。

⑦熟料煅烧的热工制度对其熟料质量的影响。

⑧熟料的冷却速度及其对熟料质量的影响等。

2．按调整后的参数，配制新的生料。

3．将生料块放进坩埚或匣钵中，按预定的烧成温度制度进行煅烧。煅烧结束后，戴上石棉手套和护目镜，用坩埚钳从电炉中拖出匣钵或坩埚，稍冷后取出试样，立即风扇吹风冷却（在气温较低时在空气中冷却）。并观察熟料的色泽等。

4．将冷却至室温的熟料试块砸碎磨细，装在编号的样品袋中，置于干燥器内。

㈤水泥熟料性能试验

将制备好的熟料作如下实验:

1．熟料成分全分析并提供分析报告单。

2．根据化验单上的数据进行熟料矿物组成等计算以检查配料方案是否达到预期效果。

3．取部分熟料作岩相检验。

4．熟料游离氧化钙的测定。

5．细度测定。

6．掺适量石膏和混合材于熟料中，磨细至要求的细度后，作水泥强度检验。五．实验预期结果

1．粉磨得到合乎实验要求的生料

2．合理配料煅烧得到良好的水泥熟料

3. 准确完成各种物料的化学分析

4．制备合格的矿渣硅酸盐水泥制备

参考文献：

《钢渣矿渣水泥的发展与现状》张德成、谢英、丁涛国外建材科学出版社—1998.2

《无机非金属材料热工设备》姜洪舟武汉理工大学出版社—2009.5

《水泥工艺技术》肖争鸣，李坚利化工工业出版社—2006.6