粉煤灰硅酸盐水泥的研制实验报告.docx

1、粉煤灰硅酸盐水泥的研制实验报告唐 山 学 院水泥方向综合实验题目： 粉煤灰硅酸盐水泥的研制环境与化学工程系09无机非金属材料（）班系 别：_班 级：_朱晓丽姓 名：_指 导 教 师：_2012年7月10日粉煤灰硅酸盐水泥的研制摘 要凡是由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为粉煤灰硅酸盐水泥。粉煤灰硅酸盐水泥的研制实验，是通过对原料的化学分析，确定原料的化学组成，从而确定配方。根据种类的不同，各个组分的配比不同。本次试验主要用石灰石、铝矾土、钢渣、砂岩、粉煤灰与石膏来配制粉煤灰硅酸盐水泥。实验初期主要是原材料的准备阶段：（1）主要原料的制备的加工；对天然矿物原料与工业废

2、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. 用实验室的小颚式破碎机，小球磨机进行破碎与粉磨至要求的细度.然后研磨过0.08mm方孔筛，达到实验所需细度。（2）主要原料的分析检验；对所备齐的原料进行采样与制样，进行CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO和烧失量等分析。实验中期主要是生料的制备阶段：（1）配料计算； 根据实验要求确定实验组数与生料量。 确定生料率值。 以各原料的化验报告单作依据进行配料计算。（2）配制生料；按配料称量各种原料，放在研钵中研磨、过筛、压饼、试烧。（3）生料煅烧。实验末期主要是水泥制备阶段： 1石膏、混合材的加工；石

3、膏中三氧化硫的测定2熟料的分析检验3选取合理的比例进行配料4把熟料、混合材、石膏混匀制成水泥5水泥性能的测定。水泥的质量主要取决于水泥熟料的质量，而熟料的质量与水泥生料成分、均匀性与煅烧过程和煅烧的热工制度有关。因此，在水泥的研究与生产中往往通过实验来了解生料的易烧性和研究书了得煅烧过程，从而为水泥的生产提供依据。关键词：原料 生料 熟料 水泥 混合材 石膏 研磨 化学分析 试烧 熟料煅烧 性能测定 烧失量 含水量 2.1.2.1石灰石的附着水分测定7 2.5.3试体强度的测定171 引言1.1粉煤灰硅酸盐水泥概述凡是由硅酸盐水泥熟料粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为粉煤灰硅酸盐水

4、泥。水泥中粉煤灰的参加量按质量百分比计为20%40%。允许参加不超过混合材总量的1/3的粒化高炉矿渣。此时混合材总参加量可达50%，但粉煤灰量仍不得少于20%或超过40%。粉煤灰水泥结构比较致密，比表面积较小，而且对水的吸附能力小得多，同时水泥水化的需水量又小，所以粉煤灰水泥的干缩性就小，抗裂性也好。此外，与一般掺活性混合材的水泥相似，水化热低，抗腐蚀能力较强等1.2粉煤灰硅酸盐水泥的经济效益与社会效益粉煤灰是具有一定活性的火山灰质混合材料它具有潜在活性高，矿物体化学稳定性好，颗粒细，有害物质少，可以改善混凝土或砂浆物理性能等优点。综合利用粉煤灰做水泥混合材能够改善生态环境、变废为宝、节约能源

5、，增产水泥，降低成本，具有显著的社会效益、环境效益、经济效益，是一项利国、利民、利企业的工作，符合保护土地，合理开发自然资源的基本国策。我国因为有效地推广粉煤灰硅酸盐水泥的生产和使用，特制定了粉煤灰硅酸盐水泥标准，为我国五大水泥品种之一。我国是煤炭资源丰富的国家，是世界最大的煤炭生产国和煤炭消费国。以煤为燃料的火力发电发展迅速，发电量达1.3亿千瓦小时，其中火力发电占79.6%，由此而产生的粉煤灰排放量逐年增加，至2002年底，全国粉煤灰排放量1.6亿吨，粉煤灰的堆存量达8亿多吨，占地20多万亩，随着电力工业的发展，其排出量还将逐步增加，如不加以好的利用，就会占用农田，堵塞江河，污染环境。粉煤

6、灰的处置受到整个社会的关注。因此，自从1978年国家把它确立为资源综合利用突破口以来，如何对粉煤灰资源进行合理有效的利用，成为我国经济和社会发展的一项长远战略方针。 粉煤灰主要由活性二氧化硅和氧化铝组成，因此它可代替粘土组分进行配料，用于水泥生产。粉煤灰用于水泥生产，不仅具有经济效益，还有社会效益，集中表现为：1）节省燃料一方面由于粉煤灰的生产过程就相当于一个熟化过程，当用它替代粘土时就省掉粘土用于熟化消耗的热量；另一方面由于粉煤灰含有一定数量未完全燃烧的碳粒，在某些粉煤灰水泥生产中得到应用。因此，在粉煤灰水泥生产的配料中可减少加入煤量。2）增加产量，降低电能 粉磨普通硅酸盐水泥时，参加粉煤灰

7、作混合材料，能起到一定的的助磨作用，使磨机产量有所提高，降低单位电耗。3）降低产品成本，改善水泥某些性能粉煤灰比生产传统水泥的原材料易得，价廉，能降低产品成本。4）保护环境，变废为宝 像我们这样一个燃煤大国，能使粉煤灰资源得到很好的再生利用，对避免生态环境恶化，实现可持续发展，造福子后代具有重要意义。1.3粉煤灰硅酸盐水泥的理论技术分析与发展趋势(1) 国水泥制造理论与技术分析 新型干法水泥生产技术窑外预分解技术是新型干法水泥技术的核心，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

8、解窑系统和离线式预分解窑系统。“三传一反”过程变成了悬浮态气固间的“三传一反”过程，大提高了各过程的效率和速率，达到了提高回转窑生产能力的目的，降低了单位熟料的各种物资消耗，最终实现了提高经济效益的目的回转窑生产技术水泥工业在发展过程中出现了不同的生产方法和不同类型的回转窑，按生料制备的方法可分为干法生产和湿法生产，与生产方法相适应的回转窑分为干法回转窑和湿发回转窑两类。干法回转窑与湿法回转窑相比优缺点正好相反。干法将生料制成生料干粉，水分一般小于1，因此它比湿法减少了蒸发水分所需的热量。中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差。所以原料混合不好，成分不均

9、匀。(2)粉煤灰硅酸盐水泥的现状与技术发展趋势采用两高三分超细法新工艺生产早强型粉煤灰硅酸盐水泥技术是现今工艺最合理，技术最成熟的粉煤灰水泥生产技术。它的特点是：1）成功地解决了粉煤灰早期强度低，凝结时间长的问题。2）采用两点掺入三分法利用，粉煤灰利用量大掺量高达40%，效益显著。3）使熟料高强，快凝，从技术上来说是一个突破。4）解决了代塑性生料同样烧出优质熟料的重大问题。5）采用干法排灰，粉煤灰分制堆放均化和使用高细粉磨是两高三分超细法的重大技术措施。采用两高三分超细法新工艺生产早强粉煤灰硅酸盐水泥，吨水泥利用灰渣40%50%（用作混合材3035%，代替粘土料10%左右），若建一条20万吨/

10、年生产线，年可创产值4000多万元，利税500多万元，利用粉煤灰12万吨。经济效益、社会效益和环境效益都十分可观。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：等)排放以与低品位原燃料、工业废弃物的资源化利用等方面具体表现在两个方面：一是国际水泥工业技术装备上新型干法水泥生产技术向着大型化、节能化以与自动化方向发展。二是水泥与水泥基材料的研究是以水泥的生态化制备、先进水泥基材料、水泥的节能和高性能化、废弃物的资源化利用以与水泥制备和应用

11、中的环境行为评价和改进等方面为研究开发重点，两者相辅相承，推动了水泥工业的可持续发展。2实验过程2.1原料2.1.1原料制备综合实验是普通硅酸盐水泥熟料的制备，设计的样品主要有石灰石、铝矾土、钢渣、砂岩等，其各种样品的制备过程大致如下：2.1.1.1石灰石样品制备从石灰石堆场上取其具有代表性的试样50Kg左右然后经颚式破碎机进行破碎致为510mm，然后经四分法缩至5Kg ，然后将其倒入球磨机中进行研磨，50min后当细度达到4%（0.08mm方孔筛）左右时，将试样从磨机中取出 ，再用四分法将样品缩至200g（其余的试样可作为配制生料的石灰石原料），用磁铁吸除其中的铁粉。将样品于玛瑙研钵中进行细

12、磨，再缩分致5g，用玛瑙研钵研磨至全部通过0.08mm方孔筛，将其放入称量瓶中于烘箱烘干，置于干燥器中作分析用。（其实石灰石可根据实验需要量全部用球磨机磨到要求细度，放入桶，为使桶物料均匀，可将20Kg细粉放入500mm500mm球磨机混15min，用磁铁吸去铁粉后再放入桶贴上标签备用。）2.1.1.2铝矾土样品的制备取有代表性的铝矾土试样15Kg，置于烘箱中烘干（或于空气中晾干），然后经颚式破碎机进行破碎致粒度为510mm，将其倒入球磨机中进行研磨，30min后，当其细度达到4%左右时，将试样从磨机中取出，用四分法将样品缩至200g（其余的试样可作为配置生料石灰石原料），余下的操作过程同石灰

13、石。2.1.1.3其他原料制备钢渣、砂岩等样品的制备过程基本上同铝矾土或石灰石2.1.2原料附着水分和烧失量的测定2.1.2.1石灰石的附着水分测定准确称取12g石灰石试样，放入预先已烘干至恒重的称量瓶中1.将称有样品的称量瓶置于105110的烘箱中（称量瓶在烘箱中应敞开盖）烘2h。2.取出称量瓶，加盖（但不应太紧），放在干燥器中冷却室温。将称量瓶紧密盖紧，称量。如此在入烘箱中烘1h。3.用同样方法冷却、称量，至恒重为止。试样中附着水分的质量分数按下式计算：W=m-m1/m100式中 W附着水分，%； m烘干前试样的质量，g； m1烘干后试样的质量，g。2.1.2.2石灰石的烧失量测定1.准确

14、称取1g已在105110烘干过的石灰石试样，放入已灼烧至衡量的瓷坩埚中。2.将瓷坩埚置于高温炉中，从低温升起，在9501000的高温下灼烧30min.取出。3.将瓷坩埚放入干燥器中冷却，称量4.如此反复灼烧，直至恒重。试样中烧失量的质量分数按下式计算：XL=m-m1/m100式中 XL烧失量，%； m灼烧前试样的质量，g； m1灼烧后试样的质量，g。2.1.2.3其他原料附着水分和烧失量的测定钢渣、砂岩、铝矾土等样品的附着水分和烧失量的测定过程基本上同石灰石2.1.2.4数据处理表1 石灰石的附着水分组别烘干前质量g烘干后质量g水分量g附着水分量平均附着水分石灰石（镍坩埚）2.01952.01

15、300.00650.320.30石灰石（瓷坩埚）2.06432.05850.00580.28表2 石灰石的烧失量名称入炉前质量g入炉后质量g烧失量g烧失量石灰石1.00500.65910.345934.42经过八组的数据平均后得出结果如下：表3 原料的烧失量与附着水分名称烧失量附着水分石灰石34.420.30铝矾土18.980.27砂岩10.160.50钢渣6.470.282.1.3石灰石的化学分析2.1.3.1试样溶液的制备（氢氧化钠熔融分析试样）1. 制备试剂氢氧化钠、盐酸、盐酸（1+5）、硝酸。2.准确称取约0.5g已在105110烘过2h的试样置于预先已熔有3g氢氧化钾的镍坩埚中，再用

16、1g氢氧化钠覆盖上面，盖上坩埚盖（应留有一定缝隙）。放入已升温至400的高温炉中，继续升温至650700后，保温20min（中间可摇动熔融物一次）。取出坩埚，冷却后放入盛有100mL的热水烧杯中，盖上表面皿，适当加热，待熔融物完全浸出后取出坩埚，用热水和盐酸（1+5）洗净坩埚与盖，洗液并入烧杯中。然后一次加入15mL盐酸，立即用玻璃棒搅拌，加入数滴硝酸，加热煮沸，将所得澄清溶液冷却至室温后，移入250mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。2.1.3.2二氧化硅（氟硅酸钾容量法）碳酸钾分解试样。1、试剂硝酸、硝酸（1+20）、氯化钾、 氯化钾溶液（50g/L）、氟化钾溶液（150g/L）、氯化钾乙

17、醇溶液（50g/L）、酚酞指示剂溶液（10g/L）、氢氧化钠标准滴定溶液（0.05mol/L）2、试验步骤准确称取约0.5g已在105110烘干过的试样，置于铂坩埚中，在9501000的温度下灼烧35min。将坩埚冷却，加11.5g研细的无水碳酸钾，用玻璃棒混匀，盖上坩埚盖（留有少许缝隙），再置于9501000温度下熔融10min。将坩埚放冷，用少量热水将熔融物浸出倒入300ml烧杯中，坩埚以少量稀硝酸（1+20）和水洗净（此时溶液体积应在40ml左右）。加入10ml的150g/L氟化钾溶液，搅拌，然后一次加入15ml硝酸，以少量水冲洗表面皿与杯壁。冷却后，加入固体氯化钾，搅拌并压碎未溶颗粒，

18、直至饱和，冷却并静置15min。以快速滤纸过滤，塑料杯与沉淀用50 g/L氯化钾溶液洗涤23次，将滤纸连同沉淀一起置于原塑料杯中，沿杯壁加入10ml的氯化钾乙醇溶液与1ml的10g/L酚酞指示剂溶液，用0.05 mol/L氢氧化钠标准滴定溶液中和未洗尽的酸，仔细搅动滤纸并随之擦洗杯壁，直至溶液呈红色（不记读数）。然后加入200ml沸水（沸水应预先以酚酞为指示剂，用氢氧化钠标准滴定溶液中和至微红色），以0.05mol/L氢氧化钠标准滴定溶液滴定至微红色（记下读数）。 试样中二氧化硅的质量百分数按下式计算：式中：TSiO2每ml氢氧化钠标准溶液相当于二氧化硅的质量，mg/ml； 滴定时消耗氢氧化钠

19、标准溶液的体积，ml； m试样重量，g。2.1.3.3 EDTA配位滴定铁、铝、钙、镁试样溶液的制备（氢氧化钠熔融分 析试样）1、试剂氢氧化钠、盐酸、盐酸（1+5）、硝酸。2、分析步骤准确称取约0.5g已在105110烘干过的试样，置于预先已熔有3g氢氧化钠的银坩埚中，再用1g氢氧化钠盖在上面。盖上坩埚盖（应留有一定缝隙），置于600650的高温炉中熔融20分钟。取出坩埚，冷却后，将坩埚连同熔融物一起放入预先已盛有约100ml热水（不要太热）的300ml烧杯中。摇动烧杯，使熔块溶解。用玻璃棒将坩埚取出，并用少量水和盐酸（1+5）将其洗净，洗液并入烧杯中。然后一次加入15ml盐酸，搅拌，使熔融物

20、完全溶解，加入数滴硝酸，加热至沸，将溶液冷至室温后，移入250ml容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀待用。2.1.3.4三氧化二铁（EDTA配位滴定法）1、试剂氨水（1+1）、磺基水酸钠指示剂溶液（100 g/L）、EDTA标准滴定溶液（0.015 mol/L）2、分析步骤吸取100ml上述制备好的试样溶液，放入300ml烧杯中，用氨水（1+1）调整溶液的pH值至2.0（以精密pH试纸检验）。将溶液加热至70左右，加10滴100 g/L磺基水酸钠指示剂溶液，在不断搅拌下用0.015 mol/L EDTA标准滴定溶液缓慢滴定至亮黄色（终点时溶液温度应在60左右）。试样中三氧化二铁的质量百分数按下式计

21、算：式中：每ml氢氧化钠标准溶液相当于三氧化二铁的质量,mg/ml； V滴定时消耗氢氧化钠标准溶液的体积，ml； m试样重量，g；2.5全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比。2.1.3.5三氧化二铝（EDTA铜盐回滴定法）试剂EDTA标准滴定溶液（0.015 mol/L）、乙酸乙酸钠缓冲溶液（pH4.0）、PAN指示剂溶液（2 g/L）、硫酸铜标准滴定溶液（0.015 mol/L）。分析步骤在上述滴定铁后的溶液中，加入1015ml 0.015 mol/L EDTA标准滴定溶液（其体积记为V1），然后加水稀释至约200ml。将溶液加热至7080后，加15ml乙酸乙醇钠缓冲溶液（pH4.3），煮沸

22、12min，取下，稍冷，加56滴2g/L的PAN指示剂溶液，以0.015 mol/L硫酸铜标准滴定溶液滴定至亮紫色（其体积记为V2）。试样中三氧化二铝的质量百分数按下式计算= 式中: 每mlEDTA标准溶液相当于三氧化二铝的质量,mg/ml； V1加入EDTA标准滴定溶液的体积，ml； V2滴定时消耗硫酸铜标准滴定溶液的体积，ml； K每ml硫酸铜标准滴定溶液相当于EDTA标准滴定溶液的体积，ml； m试样重量，g； 2.5全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比。 2.1.3.6氧化钙（EDTA-配位滴定法）1、测定原理Ca2+与EDTA在pH 813时能定量络合形成无色络合物CaY2-络合物，

23、络合物的稳定常数为KCaY=1010.69。由于络合物不很稳定，故以EDTA滴定钙只能在碱性溶液中进行。在PH 89滴定时易受Mg2+干扰，所以一般在PH 12.5进行滴定。由于Ca2+的络合物指示剂很多，在水泥化学分析中，应用最普遍的有钙指示剂（NN）、甲基百里香酚蓝（MTB）以与钙黄绿素等。2、试剂三乙醇胺（1+2）、CMP混合指示剂、氢氧化钾溶液（200g/L）、EDTA标准滴定溶液（0.15mol/L）3、分析步骤吸取25mL上述制备好的试样溶液，放入400mL烧杯中。用水稀释至约250mL，加入3mL三乙醇胺（1+2）与适量的CMP混合指示剂，在搅拌下加入200g/L氢氧化钾溶液至出

24、现绿色荧光后再过量35mL（此时溶液的PH值应在13以上）。用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液滴定至绿色荧光消失并转变为粉红色（耗量为V1）试样中氧化钙的质量百分数按下式计算：XCaO=TCaOV110010/1000m式中 TCaO每mlEDTA标准溶液相当于氧化钙的质量，mg/l； V1滴定时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，ml； m试样的质量，g 10全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比2.1.3.7数据处理表4 石灰石的化学分析名称滴定溶液名称滴定前体积ml滴定后体积ml总消耗量ml成分百分含量Fe2O3EDTA溶液40.9042.101.200.72Al2O3CuSO4溶液

25、21.4031.5010.101.58CaOEDTA溶液13.5040.9027.4045.90SiO2NaOH溶液24.60 45.7021.106.29注：测定SiO2所称取的石灰石质量为0.5037g,测定其它成分时称取的石灰石质量为0.5022gTCaO=0.8413=0.7650 = 1.2008 TSiO2 =1.5020铝矾土、钢渣、砂岩的化学分析与石灰石一样2.1.4原料的所有数据处理考虑实验误差，结合八个组与实验室数据结果后得出原料的化学成分如下：表5 原料的化学分析名称CaOSiO2Al2O3Fe2O3石灰石49.807.001.820.60砂岩0.4492.582.941

26、.14铝矾土0.9540.0034.0810.22钢渣40.8217.204.4121.242.2生料2.2.1 生料配比数据处理 根据原料的化学分析确定生料组成。设KH=0.860.92 SM=2.22.6 IM=1.31.8灰石77.0钢渣为7.0%铝矾土为7.0%砂岩为9.0%按此配比得出原料成分如下： 表6 原料计算成分名称配合比%烧失量%CaO%SiO2Al2O3Fe2O3石灰石77.034.4238.355.391.400.46铝矾土7.09.210.072.802.390.72砂岩9.02.590.048.33 0.260.10钢渣7.00.372.861.20 0.311.49

27、生料41.3217.724.362.77灼烧生料61.4621.055.353.09经计算得: KH=0.874 SM=2.494 IM=1.731所得的结果均在围，故假设成立，由此配比的：表7 生料的配比名称湿物料量质量百分比称取量g石灰石77.2377.0092.40铝矾土7.027.008.40钢渣7.027.008.40砂岩9.059.0010.80注：生料一共称取120g2.2.2生料配比与制备1、配料计算：根据实验要求确定实验组数与生料量。确定生料率值。以各原料的化验报告当做依据进行配料计算。2、配置生料按配料称量各种原料，放在研磨体中研磨。要混合均匀，如果量大，则置入球磨罐中充分

28、混磨，直至全部通过0.080 mm的方孔筛。将混磨好的粉料加入15%的水，放入成型摸具中，置于压力机机座上以2025 MPa的压力压制成块，压块厚度一般不大于25 mm。将块状试样在105110下缓慢烘干半小时。 图一 成型的生料试体2.3熟料的煅烧 1.检查高温炉是否正常，并在高温炉中垫隔离垫料（刚玉砂等），防止承烧器与炉衬高温时黏结。 2.生料煅烧最高温度可按下列温度依次进行：1350、1400、1450.若有特殊需要时，也可增加其他温度。 3.把试体放入炉煅烧一段时间。4.把取出的试体冷却一会儿，放在研磨体中研磨，直至全部通过0.080 mm的方孔筛。图二 熟料试体2.4熟料化学分析 2

29、.4.1 试样溶液的制备 称取约0.5g试样置于银坩埚中，加入67gNaOH，在650左右的马弗炉中熔融1520min，取出，冷却。将坩埚放入已盛有100ml沸水的烧杯中，盖上表面皿，与电炉上加热。待熔块完全侵出后，取出坩埚，用盐酸（15）和水洗净坩埚和盖，在搅拌下一次加入25ml浓盐酸，加入1ml浓硝酸，加热至沸，冷却，转移至250ml容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。2.4.2 二氧化硅的测定 吸取50ml上述已制备好的试样溶液置于300ml的塑料杯中，加入1015ml浓硝酸，冷却至室温，加入150g/L氟化钾溶液10ml，搅拌，加入固体氯化钾，仔细搅拌至氯化钾饱和并析出，放置1520min，用中速滤纸过滤，塑料杯与沉淀用50g/L的氯化钾水溶液洗涤3次，将滤纸连同沉淀取下置于原烧杯中，沿杯壁加入10ml 50g/L的氯化钾-乙醇溶液与1ml 10g/L的酚酞指示剂，用0.15mol/L氢氧化钠溶液中和未洗尽的酸，仔细挤压滤纸与沉淀直至酚酞变红，加入200ml沸水，搅拌，用0.15mol/l氢氧化钠标准滴定溶液滴定至微