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影响白色硅酸盐水泥白度的因素分析
2017-06-16

由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料、适量石膏及符合GB/T2015-2005《白色硅酸盐水泥》规定的混合材料,磨细制成水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥,简称“白水泥”

1.白水泥的典型特征是拥有较高的白度,色泽明亮,主要用于建筑内外的装饰,如地面、楼面、台阶,以及建筑立面的线条、装饰图案、雕塑等。在实际生产过程中,要实现国家标准所规定的各项产品性能要求是不容易的,这些产品性能的影响因素是多方面的。因此,深入分析各类影响因素,改进相应的生产工艺,对提高白水泥产品的综合质量具有十分重要的意义。

    2.白色硅酸盐水泥白度的影响因素 

2.1原料的影响

  普通硅酸盐水泥呈灰或灰褐色,这是由水泥熟料中的一系列过渡金属的氧化物所引起的。按照对颜色的影响程度由大到小,这些过渡金属依次是:铬、锰、铁、钴、钒、镍、钛。这些元素在白水泥熟料中的含量要尽可能地少。从白水泥生产的实践表明,白水泥熟料中,当Fe203质量分数在0.45%~0.70%时,熟料呈淡绿色;而当Fe203质量分数降至0.35%~0.40%时,即呈白色(略带淡青色),所以对于白水泥而言,一般Fe203含量应低于水泥质量的0.5%在等量的情况下,氧化锰、氧化铬对白水泥白度的影响更加显着。世界各国对白水泥染色元素的氧化物的控制有一定的区别。国内白水泥熟料Fe203<0.5%,MnO<0.015%,Cr2O3<0.0305%法国,熟料中氧化锰的含量控制在0.0066%以下,氧化铬含量控制在0.0035%以下;瑞士白水泥熟料中氧化锰的含量控制在0.01%~0.03%以下,氧化铬含量控制在0.01%~0.03%以下。因此,在实际生产中,必须十分注重白水泥原料的精选,尽可能地选择上述过渡金属含量低的原料。保证达到白水泥的品质指标,石灰质原料通常是纯度较高的石灰石或者白垩,w(CaO)>55%,w(Fe2O3)<0.5%;硅铝质原料一般采用白粘土、瓷土、硅石、叶腊石和高岭土等,并要求其w(Fe2O3)<1.0%
  但是,这些过渡金属对白水泥白度的影响规律和机理是复杂的,并不是说,有这些金属氧化物的熟料白度就一定低。产生这种变化的原因在于过渡金属之间的相互作用,相互干扰;此外,过渡金属在熟料的形成过程中,也有充当矿化剂的作用,从而改变了矿物的形成,改变了各矿物间的比例与结构。

2.2燃料


  熟料的形成需要在较高的温度下煅烧而成,需要消耗大量的能量。由于白水泥生料配料的高饱和比、高硅率、高铝率,典型“三高”的特点,导致白水泥生料难烧,通常比普通硅酸盐水泥煅烧温度高100~150℃。
  因而一方面,要求燃料热值高(发热量>27200kJ),燃烧速度快且能完全燃烧(挥发分25%~32%),从而保证足够的烧成温度;另一方面,从提高白度的角度考虑,除了原材料中带入的Fe2O3之外,燃料中的Fe2O3也是熟料中Fe2O3的一个重要来源,因此要求燃料带入的Fe2O3的总量尽可能的少。燃料的灰分含量及其中的Fe2O3都低,即灰分<12%,且灰分中的w(Fe2O3)<0.8%.
  从上述两个要求来考虑,白水泥生产最为合适的燃料应该是没有灰分的燃料,即油气类资源,如重油和天然气资源,石油焦,阿尔博安庆白水泥生产线采用的燃料即是石油焦

2.3设计率值


  因为硅酸盐水泥是由两种以上的氧化物化合而成的,在水泥生产中用各氧化物之间的比例,即率值,作为生产控制的指标,从而反应出对熟料矿物组成和性能的影响。我国采用的是石灰饱和系数KH、硅率SM和铝率IM.
  首先,石灰饱和系数反应的是C3S、C2S二者之间的比例关系
  当熟料的硅率和铝率相同时,提高了KH,相同于提高了C3S的相对含量。过渡金属在C2S中染色能力要强于C3S[7].所以,提高石灰饱和系数,熟料的白度和强度都能提高,这从国内外的生产实践来看也是符合的。但是,高饱和系数的配料难以烧透,这也会导致游离氧化钙的量增加,使熟料质量下降。正常生产中,将KH控制在0.90~0.95比较合适。
  白水泥的硅率也较高,硅率SM还表示熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例关系,相应反应了熟料的质量和易烧性。
  白水泥熟料要控制Fe2O3的含量,希望Fe2O3越少越好,则反应到铝率则是铝率越高越好。但是实际生产中,铝率作为控制指标的意义不大,只是用来确定配料方案。

2.4漂白方式


  冷却制度对于白水泥白度影响较大,熟料冷却是白水泥生产中最特别的一道工艺。高温白水泥熟料不能像普通硅酸盐熟料一样,简单采用篦冷机空气冷却,否则低价态的过渡金属氧化物将被氧化为高价态,从而对白度造成比较大的不利。而采取特殊的工艺,不但不会使熟料的白度下降,更能够被“漂白”.按漂白介质分,有水急冷漂白、中性介质漂白、还原介质漂白。采用水冷漂白,冷却熟料中可以形成较多的白色铝酸盐结晶,使熟料对光的反射能力大大提高,矿物结晶细小,也增加了对光的反射能力,从而提高白度。中性介质漂白主要采用的是氮气,还原介质采用的主要是焦炉煤气、丙烷等,虽然还原性介质漂白效果好,但是成本高,更重要的是,它的控制工艺比较复杂。

2.5生料粉磨与白水泥粉磨


  生料的粉磨与水泥的粉磨是水泥生产工艺中的“两磨一烧”中的“两磨”,白水泥的生产也是一致的,但由于白水泥产品高的要求,必须保证在这两次粉磨过程中,尽可能地减少Fe2O3等染色元素的污染,使用磨耗比较小的研磨体。比如,采用石质的衬板和研磨体。我国数家厂家采用小型的开路管磨,镶花岗岩衬板,以海卵石作为研磨体。这是这种磨机的产量过低,研磨体的磨耗比较大。目前而言,国内外主要采用的是高铬铸铁材料,研磨体采用刚玉球或者硅石球。为适应白水泥的生产,各国都相继开发了新型高效的磨机,各种新型的立磨发展迅速,并在实际生产中取得了比较好的效果。

2.6影响白水泥白度的其它因素


  很多的白水泥厂的熟料多呈现绿色的倾向,这是因为熟料当中Cr2O3的含量过多。Cr2O3的来源一部分来源于原料,还有一部分可能来源于含Cr的耐火砖。熟料在水泥窑的高温条件下,少量的耐火砖损耗熔入了熟料当中,而往往耐火砖当中含有较丰富的Cr.为解决这一个问题,可以采用镁基的耐火砖
  为了改善性能,提高产量,白色硅酸盐水泥的制成,通常加入适量的混合材。选用白度远高于白水泥熟料白度的混合材,一方面可以提高白水泥的白度,另一方面,由于混合材的生产成本远远比白水泥熟料的烧成成本要低得多,大量混合材的掺入,可以使白水泥的成本降低。
  白水泥的细度也对白度产生影响,在一定的细度范围内,白水泥白度随着细度的增加也相应地提高,但这完全是由于水泥比表面积增大,增加了对光的反射能力,从而白度提高,是一种纯粹的物理作用

3.结语


  据不完全统计我国现有白水泥厂80多家,白水泥生产线大约160多条,80%以上的是Φ2.5m及以下的回转窑,年总生产能力约达到600多万吨但是,国内生产的白水泥品质普遍较低,低品质白水泥市场已出现严重过剩的局面,但高品质白水泥却尽产尽销。白水泥的质量和品质差仅仅是一个方面,高能耗、高污染是最大问题。对低品质、高能耗、高污染的白水泥生产线进行节能、增白技术改造,是企业生存和发展的必要手段。
(1)由于白水泥生产对原、燃材料品质要求较高,在资源日益紧张的大背景下,将会严重制约白水泥企业发展。开发使用低品质的原、燃料的白水泥生产工艺势在必行。
(2)国外的白水泥原料选择上,都比较注意原料中MnO、Cr2O3、TiO2等其它染色元素的控制而我国白水泥的生产,还基本上还只是对Fe2O3含量进行控制。为了提高国内白水泥产品的质量,白水泥厂有必要将对原料中的MnO、Cr2O3、TiO2等进行测定,将熟料中的MnO、Cr2O3、TiO2等控制在较低的水平。
(3)为了更好地对白水泥的产品进行质量控制,应该结合白水泥白度的偏色情况,进行生产工艺的调整,从而生产出颜色鲜艳的白水泥。

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