利用铁尾矿制备硅酸盐水泥熟料的试验研究

【摘要】：硅酸盐水泥熟料主要由粘土和石灰石为原料制备而成,水泥熟料的生产会消耗大量的自然资源,因此水泥行业一直在寻求代替原料。随着钢铁行业的快速发展,铁尾矿的排放量巨大,但铁尾矿的综合利用率又低,大量堆存的铁尾矿不仅占用大量土地,还可能对环境造成二次污染。利用铁尾矿作为原料制备硅酸盐水泥熟料不仅能处理大量的铁尾矿,还能为水泥工业提供新的廉价原料,对环境保护有积极的意义。本研究针对河南某地铁尾矿高铝的特点,进行利用铁尾矿作为硅铝质原料制备硅酸盐水泥熟料的试验研究。首先考察铁尾矿配料制备硅酸盐水泥熟料时,熟料率值石灰饱和系数(KH)、硅酸率(SM)和铝氧率(IM)对水泥熟料烧成的影响,寻求合适的水泥熟料的熟料控制范围,然后通过XRD、TG-DSC、SEM和水化热分析对铁尾矿硅酸盐水泥熟料的烧成过程和水化过程进行研究。通过掺杂提高生料的易烧性,制备出高C_3S水泥熟料,研究掺杂对高C_3S水泥熟料熟料的烧成及C_3S的表观活化能的影响。通过分别用粘土和铁尾矿制备成分相同的熟料,分析两种熟料的特性,研究铁尾矿代替粘土制备硅酸盐水泥熟料的可行性。主要研究内容及结果如下:(1)生料的易烧性随着熟料率值KH和SM的升高而变差,KH高于0.97及SM高于2.8时,会显著影响生料的易烧性,导致熟料烧成困难,而IM在0.9~1.7范围内对熟料的烧成影响不大。铁尾矿制备的硅酸盐水泥熟料的物理性能优良,在熟料率值为(KH=0.94,SM=2.5,IM=1.5)时,其强度能达到52.5强度等级。(2)熟料在1350℃时液相烧结,f-CaO含量迅速降低,C_3S大量生成,C_3S晶体发育良好,晶体边缘清晰,晶粒尺寸较小。熟料主要矿相是C_3S,C_2S,C_3A和C_4AF,与硅酸盐水泥熟料的特征矿物一致。硅酸盐水泥的水化产物主要是氢氧化钙、C-S-H凝胶和少量的钙矾石。水化3d时,C_3A已经水化完全,还未少量的C_4AF和大量的C_3S和C_2S未水化。水化至28d时,C_4AF水化完全,还有少量的C_3S和C_2S还未水解完全,水泥浆体有大量的C-S-H凝胶生成,水泥浆体的孔洞被填充,结构越来越致密。(3)掺入CaF_2、CaSO_4能够降低CaCO_3的分解温度,促进熟料的液相烧结,改善生料的易烧性,降低C_3S的表观活化能,促进C_3S的形成,使高C_3S水泥熟料在正常烧成温度下烧成。单掺时CaSO_4比CaF_2的效果好,复掺比单掺的效果好。(4)铁尾矿与传统原料粘土相比,铁尾矿制备的生料有更高的反应活性和易烧性。两种硅酸盐盐水泥熟料的矿物组成,水化产物及物理性能接近,表明铁尾矿代替粘土原料对熟料矿物的生成和熟料的胶凝性能不会造成影响,但铁尾矿硅酸盐水泥熟料有较低的水化热。