用于水泥生产的页岩

2010-08-23冯云

水泥技术 2010年4期

关键词：混合材料火山灰粘土

□□冯云

用于水泥生产的页岩

Shale Utilization for Cement Production

□□冯云

1 页岩的分类

页岩是一种沉积岩，成分比较复杂，除含粘土矿物（如高岭石、蒙脱石、水云母、拜来石等）外，还含有许多碎屑矿物（如石英、长石、云母等）和自生矿物（如铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等），具有页状或薄片状层理，用硬物击打易裂成碎片，常见类型有：（1）黑色页岩，含有较多的有机质；（2）碳质页岩，含有大量已碳化的有机质，常见于煤系地层的顶底板；（3）油页岩，含一定数量的沥青，黑棕色、浅黄褐色等，层理发育，燃烧有沥青味；（4）硅质页岩，含有较多的玉髓、蛋白石等，SiO2含量在85%以上；（5）铁质页岩，含少量铁的氧化物、氢氧化物等，多呈红色或灰绿色；（6）钙质页岩，含 CaCO3为 10%～30%。此外，页岩混入一定砂质成分的，称为砂质页岩。

全国各地页岩均有不同数量的分布，各地所使用页岩的化学成分见表1。

2 页岩用于生料配料的研究和应用

由表1可知，页岩与粘土的化学成分比较接近，故可替代粘土用于生料配料，如江西德安水泥厂（1991年）[1]在机立窑上用页岩代替粘土配制生料生产出合格熟料，辽宁抚顺大伙房水泥有限公司（2006年）[2]利用油母页岩全部代替粘土进行若干次工业试验后生产出了优质熟料（立窑），安徽铜陵水泥有限公司（2007年）[3]用页岩代替粉砂岩进行配料（回转窑），不仅改善了生料的易磨性和易烧性，而且生产的熟料强度比粉砂岩还有所提高。

3 页岩用作混合材生产水泥的研究和应用

3.1 烧页岩用作混合材生产水泥

烧页岩是页岩或油母页岩经自燃或煅烧后的产物，它属于人工火山灰质混合材，只要相关的技术指标满足GB／T 2847－2005标准要求便可以作为水泥混合材使用[4]，故使用之前必须进行相关技术指标的检测。

在上世纪80年代湖北京山县水泥厂（1983年）[5]就已研究和使用过烧页岩作混合材生产水泥；武汉理工大学材料研究与测试中心的牟善彬等人（2002年）[6]曾对宜昌地区某水泥厂附近的页岩进行过研究，认为在700～800℃范围内煅烧的页岩火山灰合格,且活性较高,可以用作水泥活性混合材料；昆明理工大学的洪建平等人（2008年）[7]对陕西镇安县地区的硬页岩进行了研究，其中对该地区硬页岩的化学成分和矿物组成进行了分析,利用胶砂强度比试验法和火山灰活性试验法研究了不同煅烧温度下硬页岩的火山灰活性,并通过X射线衍射分析 (XRD)和扫描电镜分析(SEM)技术进行了分析，认为该地区硬页岩的较高活性温度范围为600～700℃，最佳煅烧温度为650℃，从而可以将煅烧过的页岩作为水泥活性混合材使用。

3.2 生页岩用作混合材生产水泥

生页岩即未经煅烧或自燃的页岩，关于用其直接作混合材生产水泥的研究与应用，也有相关的实例。广东惠东县水泥二厂的黄兆博（1997年）[8]对此作了较详细的研究：对所用页岩的微量元素、火山灰性、28d抗压强度比及其适宜掺加量进行了研究，不足之处是化学分析中未见SO3的分析数据和放射性的检测结果，而且用生页岩直接作水泥混合材使用目前尚无相关的标准支持，故此项研究及应用具有一定的局限性。为寻求最佳页岩掺量,甘肃天水祁连山水泥有限公司的李拓[9]使用绿色页岩作混合材单掺和与其他种类混合材复掺进行了简单的强度试验，并于2004年起将页岩作为混合材正式用于水泥生产。另外还有一些企业将页岩直接拿来当作“合法”混合材使用[10]，或者仅通过与其他火山灰质材料（煤矸石）进行简单对比试验[11]后便加以利用的实例。

4 生页岩作水泥混合材的探讨

4.1 用作水泥混合材料的相关规定

GB／T2847－2005明确规定火山灰质混合材分为天然和人工两种火山灰质混合材料。其中天然火山灰质混合材料包括火山灰、凝灰岩、沸石岩、浮石、硅藻土或硅藻石，人工火山灰质混合材料包括煤矸石、烧页岩、烧粘土、煤渣、硅质渣。另外，根据GB 175－2007通用硅酸水泥所用混合材料的要求和分类[12]可知，可用于生产水泥的混合材料必须是符合相关技术标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材，这些材料根据活性指标的不同又可分为活性和非活性两种类型，同时在非活性混合材料中还明确了石灰石和砂岩也可作为混合材料使用。由此可见，生页岩在上述两个标准中均未出现。

4.2 生页岩用作水泥混合材亟待解决的问题

相关标准并未规定生页岩可作为水泥混合材使用，但实际上已有许多水泥企业并未做深入的研究和试验便将页岩自行作为“合法”的混合材，这一点必须引起相关技术标准管理部门的重视。因为不同地域的页岩其成岩和地质条件可能千差万别，不能认为别人可以用页岩作混合材便盲目认为自己也可以使用。使用生页岩作混合材，水泥凝结时间会有不同程度的延长、标准稠度需水量会增加，从而导致混凝土干缩率增大而影响建筑物的耐久性。

即使要将生页岩作为 “合法”的火山灰质混合材料加以利用，还必须满足相关的技术要求。对于火山灰质混合材的技术要求有烧失量、SO3、火山灰性、水泥胶砂28d抗压强度比和放射性这五项指标，其中仅符合烧失量、SO3和放射性这三项指标要求的火山灰质混合材料为非活性混合材料，而这三项中只要任何一项不符合要求则不能作为水泥混合材料使用。这在GB／T2847－2005标准中均有明确规定。

针对目前水泥企业对生页岩的实际利用现状，相关的技术标准管理部门应尽早明确态度，尽快为生页岩作水泥混合材规定相关的利用方法和处理措施，使利用生页岩作为水泥混合材真正合法化，让行业和社会各界认可和接受。