水泥生产中氯离子挥发的动态模拟

2014-04-26徐迅汪澜牛云辉齐砚勇谢国栋

四川水泥 2014年3期

徐迅汪澜牛云辉齐砚勇谢国栋

（1.中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室，北京 100024；2.西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳 621010）

0 前言

原料中过高的氯会严重影响预分解窑的稳定生产，其主要表现为预热器系统的频繁结皮，如下料管结皮、窑尾烟室结皮等。那么在利用含氯原料生产水泥时，对氯元素在不同温度范围内挥发特性的了解具有比较重要的工程意义，对于生产上因高氯原料引起的结皮堵塞情况采取相应的处理措施有所指导。

本文利用自主开发的模拟回转窑高温煅烧平台，以含氯电石渣、砂岩、页岩、硫酸渣作为原料，同时以外掺NaCl引入氯离子来研究不同氯离子含量对生料中氯挥发特性的影响。

1 试验原材料及方法

1.1 试验原材料

电石渣、砂岩、页岩、硫酸渣来自于四川某水泥公司，其化学成分见表1。试验中设定的三率值为：KH=0.9、SM=2.5、IM=1.6。实际计算出率值为：KH=0.90、SM=2.49、IM=1.60，其配比见表1。

各生料试样按设定的配合比配料，选取化学纯NaCl作为Cl-的引入，分别添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的NaCl来配料煅烧。

1.2 试验方法

1.2.1 高温试验台

本试验台利用高铝管作为生料煅烧的模拟回转窑，依靠管式炉加热，直流减速电机带动齿轮传动，使得高铝管以3～4rin/min的速度转动，整个炉体固定后呈2.36°的倾斜角度。高温试验台见图1。

图1 高温试验台示意图

1.2.2 动态煅烧过程

（1）生料成球

对生料进行预加水人工成球，料球控制在5mm以下。

（2）煅烧制度

将烘干后的生料小球试样放置于1000℃的高温炉内保温15min，然后移入高温试验台，在1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃5个不同的煅烧温度下对生料进行煅烧。通过调整回转窑转速来调整保温时间。整个煅烧气氛保持为氧化气氛，烧成的熟料取出急冷。

表2 动态模拟煅烧方案

1.2.3 氯离子和游离钙的测定

氯离子含量按《水泥原材料中氯离子的测定方法》（JC/T420）检验；游离氧化钙的测定按《水泥化学分析方法》（GB/T176）检验。

2 结果与分析

在不同煅烧温度下，不同Cl-掺量对生料煅烧和Cl-挥发率的影响结果见表3。

图2 煅烧温度和Cl-掺量对煅烧试样fCaO的影响

从表3和图2可以看出，fCaO的含量随着煅烧温度的升高而降低。外掺Cl-和未外掺Cl-的基准样相比，外掺Cl-在各煅烧温度下都使得fCaO含量降低更多；掺量越高，fCaO含量降低越多。这是因为NaCl的掺入有可能作为矿化剂，有助于液相的提前出现和液相量的增加，有利于C3S的生成，所以fCaO的含量有所下降。

在同一煅烧温度时，随着NaCl含量的增加，fCaO含量下降更多，可能是由于矿化作用的增强，使得C3S更加易于形成。但fCaO含量下降的幅度不是很大，并随着煅烧温度的升高，fCaO含量趋于相当，在煅烧温度达1400℃后，其含量趋于一个稳定值。

图3 煅烧温度和Cl-掺量对Cl-挥发性的影响

从表3和图3可以看出，Cl-挥发率随着煅烧温度的升高而升高。外掺Cl-的试样和未外掺Cl-的基准样相比，外掺Cl-试样在各煅烧温度下Cl-挥发率都高出较多，煅烧温度达1350℃以后，其Cl-挥发率都达到99%以上。从基准样来分析，自身带入Cl-挥发率随着煅烧温度升高也在升高，但在1450℃时挥发率才达81.3%。

在同一煅烧温度下，不考虑基准试样时，随着NaCl含量的增加，Cl-挥发率有所增加，但基本上趋于稳定，这时外掺进入的Cl-基本上在高温下都挥发了。