【摘要】：相比硅酸鹽水泥,鋁酸鹽水泥快凝、快硬、早強、高強,特別是在耐高溫、耐高溫流體侵蝕、抗熱震等方面表現(xiàn)更為優(yōu)異,其因此成為耐火澆注料、耐火型材領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的高溫粘結(jié)劑。鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)制備主要以鋁礬土為原料,一般要求鋁礬土原料中Al_2O_3含量≥73.5wt%。然而,我國鋁礬土總儲存量不大,約占全球儲量的3%,且能夠滿足鋁酸鹽水泥熟料生產(chǎn)所需的高品位鋁礬土儲量更為有限,這也是造成鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)制備成本和市場售價長期處于高位的主要原因之一,因此尋找高品位鋁礬土的替代性原料成為鋁酸鹽水泥可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。鋁灰是在一次和二次鋁工業(yè)中排放的廢棄物,主要由金屬鋁、氧化鋁、鋁的氮化物和碳化物組成,目前國內(nèi)鋁灰年排放量超百萬噸,多數(shù)直接丟棄或填埋,不僅污染環(huán)境,同時也是對鋁資源的極大浪費。一次鋁灰中Al_2O_3含量高,具有部分替代高鋁礬土的潛力,國內(nèi)已有實踐利用鋁灰替代部分鋁礬土制備硫鋁酸鹽水泥熟料,取得了較好效果,但也存在縮短凝結(jié)時間的現(xiàn)象,從而在夏天使用受限。圍繞鋁酸鹽水泥工業(yè)發(fā)展對高品位鋁礬土替代性原料的迫切需求,針對一次鋁灰Al_2O_3含量高的有益特點,本研究以鋁灰部分替代高鋁礬土配制了鋁酸鹽水泥生料,利用示差掃描量熱法(TG-DSC)確定了生料的煅燒制度;利用X射線衍射(XRD),X射線熒光分析(XRF),環(huán)境掃描電鏡(ESEM)以及能譜分析(EDS)等方法研究了鋁灰的替代摻入對所制備鋁酸鹽水泥熟料礦物組成影響;此外,對所制備鋁酸鹽水泥的物理力學(xué)性能進行了分析。獲得的研究結(jié)果如下:(1)鋁灰的主要化學(xué)成分與高鋁礬土相似,從成分角度看可以替代部分高鋁礬土用于制備鋁酸鹽水泥CA50熟料。(2)鋁灰可以部分替代高鋁礬土制備鋁酸鹽水泥,其最大摻入比例宜滿足配料計算熟料中R_2O≤0.50%,礦物組成中CA+CA_2≥60%的要求(本研究條件下鋁灰最大摻入為5.50%),所制備的熟料性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T201-2015《鋁酸鹽水泥》CA50-Ⅰ要求。(3)熟料制備在節(jié)能型快速升溫高溫箱式電爐(類似中空窯)高溫煅燒過程中,堿組份、SO_3、Cl~-易發(fā)生揮發(fā),從而使熟料(化學(xué)分析)中R_2O、SO_3、Cl~-含量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著鋁灰、沸煮鋁灰摻入量的增加,可以改善鋁酸鹽水泥生料的易燒性,促進游離氧化鈣和氧化鋁的吸收,降低燒成能耗。(4)鋁灰替代高鋁礬土制備的熟料會抑制早強礦物CA的形成,使礦物CA_2增加,且晶體尺寸變小。鋁灰摻比小于5.50%時,對熟料的早強會有一定的影響,主要是6h強度略有降低,但不影響整體強度的發(fā)揮,而且1d、3d齡期的抗壓強度富余較多。但鋁灰、沸煮鋁灰大比例摻入,因SiO2、MgO帶入量明顯增加,相應(yīng)的C2AS、MA含量增加,CA、CA2含量及CA+CA2合量都大幅降低,致使所制備的熟料強度大幅降低,性能已不能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T201-2015《鋁酸鹽水泥》CA50-Ⅰ要求。本試驗條件下,滿足CA50-Ⅰ要求的鋁灰最大摻比為5.50%。(5)沸煮鋁灰摻入制備的熟料對CA、CA2的形成影響較小,且會使CA_2晶體尺寸變大。可考慮調(diào)整沸煮鋁灰摻入比例,使制備的熟料中CA+CA_2合量大于60%,檢測其物理性能以便進一步研究沸煮鋁灰的適宜摻比,提高鋁灰的處理能力。(6)隨著鋁灰、沸煮鋁灰摻入比例的增大,所制備的鋁酸鹽水泥膠砂標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量相應(yīng)增加,水泥強度成型用水灰比也相應(yīng)增加。特別是水灰比的增加,將不利于鋁酸鹽水泥強度的發(fā)揮和增長,這可能與帶入的微量元素,特別是F~-含量增加有關(guān),還有待進一步研究。研究結(jié)果表明,鋁灰可以部分替代高鋁礬土制備鋁酸鹽水泥熟料,所制得的鋁酸鹽水泥熟料經(jīng)磨細制備的鋁酸鹽水泥滿足GB/T 201-2015《鋁酸鹽水泥》CA50-Ⅰ級鋁酸鹽水泥要求,不僅降低了鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)成本,還可以減少鋁灰對環(huán)境的污染,實現(xiàn)了資源綜合利用。由于鋁酸鹽水泥的特殊性能和用途,鋁灰的化學(xué)組成與鋁礬土相似,但其物相存在形態(tài)差異較大,制備的鋁酸鹽水泥熟料礦物組成上發(fā)生了明顯的變化,因此采用鋁灰制備鋁酸鹽水泥還需要進一步的研究,以降低鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)成本,拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ172.1
【圖文】：

將石灰石、高鋁礬土、鋁灰分別用球磨機粉磨，煤灰用制樣粉碎機磨細，度控制在 0.080mm 方孔篩篩余小于 10%。表 2.1 原材料化學(xué)分析（wt%）Table 2.1 The Chemical composition of the raw materials(wt%)稱 Loss SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO TiO2K2O Na2O R2O SO3∑石 41.75 2.32 0.79 0.22 53.59 0.68 / 0.07 0.02 0.07 0.05 99.4土 14.64 2.06 74.73 1.70 1.08 0.78 3.33 0.31 0.03 0.23 0.83 99.4灰 5.07 5.63 64.21 1.82 4.44 7.00 2.03 0.81 3.41 3.94 0.34 94.7灰 / 50.83 40.58 3.39 1.57 0.51 / 0.39 0.10 0.36 0.87 98.2表 2.2 煙煤工業(yè)分析Table 2.2 The composition of the bituminous coal 稱 Mad Aad Vad FCad Qnet，ad（kcal/kg） 全硫 焦征特性 煤 1.13 18.30 28.13 51.03 6321 0.55 4石灰石、高鋁礬土、鋁灰的 XRD 礦物組成分析如圖 2.1 所示。

過程中煤的燃燒所產(chǎn)生的氣體不易排出，所以先將煙煤燒制成煤灰，按灰 4.94%的比例摻入，煤灰灼燒基和干燥基是一樣的�？紤]摻入煤灰的干分比為：干石灰石 44.38%，干高鋁礬土 51.97%，煤灰 3.65%。.2 鋁灰摻入方案設(shè)計據(jù)圖 1.1 實驗技術(shù)路線圖，結(jié)合鋁灰的化學(xué)分析，設(shè)計了三種摻入方案：（灰中堿含量偏高（表 2.1 所示），其摻量過大，將導(dǎo)致制備的鋁酸鹽水泥及該熟料磨細制得的鋁酸鹽水泥的堿含量超出 GB/T 201-2015《鋁酸鹽水泥.50%的要求。為分析在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)鋁灰摻量的影響，試驗設(shè)計熟料中 R2O 0.39%、0.49%，并計算其相應(yīng)的鋁灰摻量，同時化學(xué)成分控制在適宜≤Al2O3＜60.0%，SiO2≤6.0%，F(xiàn)e2O3≤2.0%；（2）暫不考慮標(biāo)準(zhǔn)對微量元、S（全硫）、Cl- 含量的要求，只要求化學(xué)成分滿足國標(biāo)要求時的最大鋁灰，即控制 50.0%≤Al2O3 ＜60.0%，SiO2 ≤9.0%，F(xiàn)e2O3 ≤3.0%；（3水洗預(yù)處理方式去除鋁灰中可溶于水的堿，再根據(jù)沸煮鋁灰的化學(xué)分析入沸煮鋁灰，以使熟料的 R2O、化學(xué)成分滿足國標(biāo)要求。 煅燒工藝制度

西南科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 18 頁3 鋁灰部分替代高鋁礬土制備 CA50 鋁酸鹽水泥3.1 基準(zhǔn)鋁酸鹽水泥制備及性能將各原料粉體按第 2 章 2.3.2.1 基準(zhǔn)生料（不摻入鋁灰）的配比設(shè)計方案，即石灰石：高鋁礬土：煤灰=44.38%：51.97%：3.65%，稱取 8000g，經(jīng) V 型混合機混勻，加入 10%的水，經(jīng)水泥膠砂攪拌機中攪拌均勻后再每次稱取 90g 放入直徑為 85mm 的壓片模具中，置于壓力機下，在 150KN 壓力保壓 30s 制成厚度 10 mm、直徑 85 mm 的波紋形料餅。將料餅在（110±5）℃的恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘干，經(jīng)恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘干，再將烘干生料餅置于鉑金片上，放入節(jié)能型快速升溫高溫箱式電爐，分別按第 2 章 2.3.3 所述的燒成制度進行煅燒，煅燒保溫時間結(jié)束時，立即打開爐門取出熟料餅和鉑金片，對燒制的熟料餅采用電風(fēng)扇急速冷卻制得熟料，并進行封裝編號，以便對熟料進行化學(xué)分析、XRD、物理性能等分析檢測。3.1.1 煅燒溫度對基準(zhǔn)鋁酸鹽水泥組成和性能影響

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本文編號：2751416