利用堿渣制備阿利尼特水泥的研究

1、-I-本科生畢業(yè)論文題 目利用堿渣制備阿利尼特水泥的研究英文題目： Research on Preparati on of Ali niteCeme nt from Soda Residue學(xué) 院：材料科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè)：材料化學(xué)班 級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：2011年6月14日摘要鑒于堿渣污染的日益嚴(yán)重，為提高堿渣的利用價(jià)值，本實(shí)驗(yàn)以堿渣和石灰石為主要 原料，在實(shí)驗(yàn)室電阻爐里燒制出了阿利尼特水泥熟料。分析了熟料燒成所需適宜的生料 組成和最佳煅燒溫度，并研究了石膏摻量對(duì)阿利尼特水泥強(qiáng)度的影響，以及阿利尼特水 泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時(shí)間。結(jié)果表明：以堿渣和石灰石為主要原料合成阿利尼特 水

2、泥熟料需外摻少量鐵尾礦砂提供 SiO2以及少許助溶劑以降低燒成溫度；較適宜的生 料化學(xué)組成為堿渣75%，石灰石20%，鐵尾礦砂4.3%，螢石0.7%;最佳的煅燒溫度為 1180C ;添加適量石膏有助于提高阿利尼特水泥的早期抗壓強(qiáng)度，緩解其凝結(jié)時(shí)間；阿 利尼特水泥較普通硅酸鹽水泥有較低的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和較短的凝結(jié)時(shí)間。關(guān)鍵詞：堿渣，阿利尼特水泥，熟料，抗壓強(qiáng)度 AbsrtactAbstractIn view of the worse ning polluti on of soda residue, to improve the use value, this study of using sod

3、a residue and limest one as raw materials in the laboratory resista nee furn ace to burn out of Alinite in cement clinker, clinker burning analysis suitable raw material required for the compositi on and the best calci nati on temperature, and the gypsum content of ceme nt on the strength of Alinite

4、 and Alinite normal consistency of cement water and setting time. The results showed that: the soda residue and limestone as the raw materials of cement clinker Alinite to be a small amount of iron mine tailings mixed with SiO 2 as well as to provide little help to lower the sin teri ng temperature

5、of the solve nt; more appropriate for the chemical composition of raw materials 75% caustic sludge, limestone 20%, 4.3% iron tailings, fluorite, 0.7%; optimum calcination temperature is 1180 匚;add the appropriate amount of gypsum help improve the early strength of cement Alinite and easeits setting

6、time; Alinite cement than Portla nd ceme nt has a lower sta ndard con siste ncy water and shorter sett ing time.Key Words： soda residue, Alinite cement, clinker, compressive strength目錄iii目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 引言 1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第一章綜述 3

7、HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.1堿渣 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 堿渣的來(lái)源 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.1.2堿渣的性質(zhì) 3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.1.3堿渣發(fā)展的現(xiàn)狀、水平及利用 3 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.2石灰石 7 HYPERLINK l bookmark22 o Curren

8、t Document 石灰石的性質(zhì) 7 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 1.2.2石灰石的現(xiàn)狀 7 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 1.2.3石灰石的應(yīng)用 8 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 1.2.4石灰石的分類 9 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 石灰石的發(fā)展前景 9 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 1.3石膏 9 HYPERLINK

9、 l bookmark38 o Current Document 原料 9 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 石膏膠凝材料的分類 9 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 1.4阿利尼特水泥 10第二章試驗(yàn)研究方案 122.1原料、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 12原料 12 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 2.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 13 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 2.2試驗(yàn)方法 14 HYPERLINK l boo

10、kmark48 o Current Document 2.2.1原料的粉磨、混合 14 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 2.2.2生料的制備、煅燒 14 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 2.2.3水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的測(cè)定方法 14 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 2.2.4水泥凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定方法 15 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 確定石膏的摻量的方法 15目錄 IV226強(qiáng)度的測(cè)定方法

11、 15 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 227礦物成分的分析 16 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 第三章試驗(yàn)結(jié)果討論 17 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 3.1水泥生料配比的確定 17 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 配比1和配比2 17 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 3.1.2配比3和配比4 19 HYPERLINK l book

12、mark76 o Current Document 3.2煅燒溫度的確定 21 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 3.3水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的測(cè)定 21 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 3.4石膏摻量的確定 22 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 3.5凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定 23 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 3.6強(qiáng)度的測(cè)定 23結(jié)論 24 HYPERLINK l bookmark86 o Cur

13、rent Document 參考文獻(xiàn) 25謝辭 錯(cuò)誤！未定義書簽。河北聯(lián)合大學(xué)畢業(yè)論文 引言堿渣又稱作 白泥”是氨堿法制堿過程中排放的廢渣。是世界公認(rèn)的公害之一。每 年大量的堿渣源源不斷地流向大自然，危害環(huán)境，占用農(nóng)田、污染江河湖海，浪費(fèi)了大 量資源。因此，合理地利用堿渣已成為國(guó)內(nèi)外急需解決的課題。純堿是重要的化工原料， 廣泛應(yīng)用于冶金、化工、紡織、造紙、醫(yī)藥和食品等工業(yè)領(lǐng)域。制堿業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占 有重要的地位。我國(guó)氨堿法制堿可達(dá) 421萬(wàn)噸/年。由于氨堿法純堿生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)， 每生產(chǎn)1噸純堿要向外排放0.3噸的堿渣，一個(gè)年產(chǎn)80萬(wàn)t純堿的工廠，每年用于廢渣 排放的費(fèi)用約需1000萬(wàn)元。一般情

14、況下，堿渣采取地表堆積的處理方式，大量的堿渣 沉積后形成一片 白?！痹斐闪藚^(qū)域環(huán)境的污染。如此大量的堿渣，長(zhǎng)期得不到合理的 處理和利用，不僅造成資源浪費(fèi)，需要消耗大量的人力、物力、財(cái)力加以管理，還占用 了大量的土地，污染了環(huán)境，破壞了生態(tài)平衡。由于堿渣本身具有的特殊性質(zhì)，其處理 難度很大，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和堆積場(chǎng)形勢(shì)的日益緊張，堿渣的處理已然成為亟待解 決的問題，所以必須積極地探索堿渣的處理利用技術(shù)。因此，堿渣的綜合治理與利用，既可以減少環(huán)境污染，取得良好的環(huán)境效益。同時(shí) 又可以回收資源，變廢為寶，具有良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。綜合起來(lái)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)堿 渣的治理和利用，主要有以下幾個(gè)方面：1）制

15、土壤改良劑或鈣鎂多元復(fù)混肥料。堿渣中主要成分為CaCO3、Mg（OH）2,它們都是鈣鎂多元復(fù)混肥的基礎(chǔ)原料，配以適量的尿素、KCl可制得土壤改良劑或鈣鎂多元復(fù)混肥料。2）生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥。堿渣的主要成分是 CaCO3、Mg（OH）2,其次為CaO、SiO2 等，因而可以此生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥。3）生產(chǎn)碳化磚。由堿渣制得的碳化磚其抗壓、抗折強(qiáng)度都高于普通紅磚，只是單 重稍大，可作一般建筑用磚。4）制建筑凝膠材料。用堿渣生產(chǎn)的建筑凝膠材料，其粘合力強(qiáng)、凝固快、強(qiáng)度高， 可作為建筑裝飾的粘合劑，制作混凝土和輕型墻體材料。5）用于工程土。堿渣經(jīng)煅燒后系憎水硬性石灰，這種石灰具有加固土的作用。這種 工程

16、土可用于工業(yè)與民用建筑地基或道路路基，也可作為低洼地的填墊材料。除上述應(yīng)用外，還有人研究用來(lái)制備公路路基材料、做脫硫劑、制備膨脹劑、制備 CaCb 等。盡管有了上述的研究及應(yīng)用，但用量還很少，有的只是處于研究階段。尋求一種能大 量、有效利用堿渣的方法，還需要進(jìn)行更深入的研究。第一章綜述1.1堿渣1.1.1堿渣的來(lái)源在氨堿法制堿過程中，為了分解 NH4CI，使氨能循環(huán)使用，在系統(tǒng)中加入石灰乳進(jìn) 行蒸氨，此過程生成的雜質(zhì)從蒸餾塔底排出，即為堿渣。堿渣的組成主要取決于制堿原 料(石灰石及海鹽)的成分。本此試驗(yàn)使用的堿渣來(lái)自唐山三友化工股份有限公司。1.1.2堿渣的性質(zhì)1物理性質(zhì)堿渣呈灰色塊狀，含水量

17、 50.5%,堿渣的固相顆粒非常細(xì)，其中 95%以上固相的粒 度小于25微米3。由于堿渣粒度小，比表面積大，粒子帶負(fù)電3，因而具有凝膠的性質(zhì)， 一方面有利于提高堿渣參加化學(xué)反應(yīng)的活性(如脫硫)，另一方面，也會(huì)造成堿渣固相 沉積慢，脫水困難。2化學(xué)性質(zhì)受制備原料的影響，堿渣中所含的元素種類多樣，且以鈣、氯等元素為主。以唐山三友化工的堿渣為例，采用化學(xué)方法分析其中得到主要成分，結(jié)果見表1-1。從表1-1中可以看出，堿渣主要由 CaCQ、CaCb、NaCI、Mg(OH)2、Ca(OH)2組成。表1-1堿渣干樣主要成分分析結(jié)果/%成分碳酸鈣氫氧化鈣氯化鈣氯化鈉氫氧化鎂氯化鎂含量53.16.012.56

18、.37.04.7由于氯化物含量較高，堿渣易吸濕潮解，使得堿渣的再利用，特別是在建筑行業(yè)的 利用受到一定的限制。堿渣的 pH值在1012之間，是一種高堿性物質(zhì)，具有腐蝕 性。1.1.3堿渣發(fā)展的現(xiàn)狀、水平及利用目前的“氨堿法”工藝每生產(chǎn)1t純堿，需要排放含水量60%左右的固體堿渣1t4到目前為止，全國(guó)累積堆存的堿渣已超過 1億噸，占地幾十平方公里。就塘沽來(lái)說(shuō)，曾 經(jīng)堆積有3600萬(wàn)立方米的堿渣山，并且堿渣山表層干燥的粉末，隨風(fēng)飛揚(yáng)，造成空氣 粉塵污染，對(duì)周圍的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成了嚴(yán)重的阻礙。如此大量的堿渣，如果長(zhǎng)期 得不到合理的處理和利用，不僅造會(huì)成資源的浪費(fèi)，而且需要消耗大量的人力、物力、

19、財(cái)力加以管理，侵占土地、污染環(huán)境、破壞生態(tài)平衡。堿渣的綜合治理與利用，既可以 減少環(huán)境污染，又可以回收資源，變廢為寶，具有良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。綜合起來(lái)， 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)堿渣的治理和利用，主要有以下幾個(gè)方面：1）制土壤改良劑或鈣鎂多元復(fù)混肥料。堿渣中主要成分為CaCO Mg（OH2，它們都是鈣鎂多元復(fù)混肥的基礎(chǔ)原料，配以適量的尿素、KCl可制得土壤改良劑或鈣鎂多元復(fù)混肥料。2）生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥。堿渣的主要成分是 CaCO Mg（OH），其次為CaO SQ2等， 因而可以此生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥。3）生產(chǎn)碳化磚。由堿渣制得的碳化磚其抗壓、抗折強(qiáng)度都高于普通紅磚，只是單 重稍大，可作一般建筑用磚。4）

20、制建筑凝膠材料。用堿渣生產(chǎn)的建筑凝膠材料，其粘合力強(qiáng)、凝固快、強(qiáng)度高， 可作為建筑裝飾的粘合劑，制作混凝土和輕型墻體材料。5）用于工程土。堿渣經(jīng)煅燒后系憎水硬性石灰，這種石灰具有加固土的作用。這種 工程土可用于工業(yè)與民用建筑地基或道路路基，也可作為低洼地的填墊材料。除上述應(yīng)用外，還有人研究用來(lái)制備公路路基材料、做脫硫劑、制備膨脹劑、制備 CaCb 等。盡管有了上述的研究及應(yīng)用，但堿渣的用量還很少，有的只是處于研究階段。尋求 一種能大量、有效利用堿渣的方法，還需要進(jìn)行更深入的研究。（1）工程建筑方面利用堿渣制備水泥，是科研人員研究較多的一個(gè)課題。20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)科學(xué)家在水泥生料中加入 C

21、aCb共同煅燒，發(fā)現(xiàn)可以使水泥熟料燒成溫度從1450C降低至1100C，從而節(jié)約能源，這種節(jié)能水泥被稱作阿利尼特水泥（Alinite cement）。本文就是對(duì)利用堿渣制備阿利尼特水泥進(jìn)行研究。 我國(guó)天津堿廠研究了以粉煤灰和粘土作為硅 材料配料與堿渣混合，所得產(chǎn)品可達(dá)到（GB175 - 85） 425#水泥的標(biāo)準(zhǔn)，堿渣在配料中占 60 %80 %，用量大，該研究已完成中試。鹽城理工學(xué)院的候貴華與山東建材學(xué)院的張 柏壽等分別進(jìn)行了用堿渣生產(chǎn)阿利尼特水泥的研究 2，蘇州鋼鐵廠的鄒蘇萍等則進(jìn)行了 利用煙矸石、堿渣生產(chǎn)新型水泥的研究，均取得了不錯(cuò)的效果。然而，利用堿渣燒制水 泥，存在兩大技術(shù)難點(diǎn)，一是

22、堿渣中大量可溶氯化物的脫除；二是堿渣中鎂鹽的含量高。 這兩大難點(diǎn)制約著堿渣水泥的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。對(duì)于堿渣脫氯，青島建筑工程學(xué)院的婁 性義等探討了用電化學(xué)方法處理堿渣的機(jī)理和技術(shù)，研究表明，這種方法可以取得良好 的脫氯效果。對(duì)于鎂鹽，目前還沒有有效的方法進(jìn)行脫除。制堿渣磚。大連化工廠利用堿渣制成的碳化磚，產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)到紅磚標(biāo)準(zhǔn)。鹽城工 學(xué)院的侯貴華以濕排粉煤灰、原狀濕堿渣為主要原料，摻加適量的硅酸鹽水泥熟料及 細(xì)集料，制得了符合JC293 - 91要求的粉煤灰-堿渣磚。由于堿渣磚含有的氯化物在自 然環(huán)境中會(huì)發(fā)生潮解現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的性能。因此，需要對(duì)堿渣中的氯化物進(jìn)行預(yù)先脫 除。國(guó)內(nèi)盡管對(duì)堿渣磚進(jìn)

23、行了許多研究，但主要停留在試驗(yàn)階段，還未能進(jìn)行大批量生 產(chǎn)及應(yīng)用。填海造地及筑壩堆積。日本將堿渣漿液用自動(dòng)板框壓濾機(jī)脫水后，使堿渣與粘土和 工業(yè)垃圾混合填海造地。而我國(guó)大化集團(tuán)則在其造船新廠和大化廠區(qū)之間的海域筑起一 條長(zhǎng)約2km的大壩，將壩南的海底堿渣淤泥吹填到壩北的池內(nèi)造地，總面積約45萬(wàn)吊。堿渣填海造地，不僅可以減少堿渣堆積占用土地造成污染， 而且可以增加可用土地面積， 對(duì)于像日本這樣陸地面積貧乏的國(guó)家，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。制造空心磚。傳統(tǒng)粘土磚的生產(chǎn)消耗大量的煤，每生產(chǎn)1萬(wàn)塊磚平均消耗標(biāo)準(zhǔn)煤1.3 噸，每年燒磚耗標(biāo)準(zhǔn)煤6000萬(wàn)噸，占全國(guó)用煤量的6%造成了資源的極大浪費(fèi)。用廢 渣空心磚

24、塊替代傳統(tǒng)粘土磚，可為國(guó)家節(jié)省大量煤炭?？招拇u大量利用輕集料、容重小, 承重砌塊也不超過1000kg/川，可降低建筑自重，有利于實(shí)現(xiàn)建筑的輕型化。而且空心 磚的廢渣摻量可達(dá)90%左右，對(duì)環(huán)保十分有好處，廢渣利用，利利國(guó)利民。制瀝青混合料填料。隨著公路交通事業(yè)的快速發(fā)展，作為瀝青填料的石灰石也大量 消耗，造成資源緊缺，而堿渣的主要成分是碳酸鈣，因此，可以用堿渣代替石灰石制瀝 青混合料填料。東南大學(xué)的錢春香等11研究認(rèn)為堿渣作為瀝青混合料填料是可行的和安 全的，除了可以顯著提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性之外，還可以明顯改善抗剝落性能。制建筑砂漿改良劑。青島堿業(yè)公司進(jìn)行了將堿渣制成砂漿改良劑以代替建筑砂

25、漿中 的石灰膏的研究，制成的砂漿具有早強(qiáng)、抗凍和操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，并形成了相應(yīng)的技術(shù) 理論。由于堿渣中的可溶性氯化物的影響，這種砂漿使用后易使墻體表層產(chǎn)生泛霜現(xiàn)象， 嚴(yán)重的時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)產(chǎn)生墻體剝落現(xiàn)象，影響建筑物的質(zhì)量及使用價(jià)值?；し矫鏌煔饷摿?。清華大學(xué)的馬永亮等利用堿渣進(jìn)行鍋爐煙氣脫硫，取得了較好的凈化 效果，脫硫率達(dá)到75 %。天津理工學(xué)院的彭鐵成等和河北理工大學(xué)的芮玉蘭等 12也分 別對(duì)堿渣用于濕式煙氣脫硫進(jìn)行了研究， 討論了不同條件對(duì)脫硫率的影響。 山東海化公 司純堿廠則進(jìn)行了利用堿渣制煙道氣脫硫劑的配比優(yōu)選試驗(yàn)研究， 其脫硫率達(dá)到90 %。 青島純堿公司完成了堿渣乳液脫硫的工業(yè)中試，適

26、用于中、高硫煤脫硫。作橡膠填料。劉繼泉的研究表明，用堿渣作橡膠填料，可使硫化時(shí)間降低一半，伸 長(zhǎng)率提高13 %，扯斷強(qiáng)度提高53 %，具有易分散，飛塵少，操作方便的優(yōu)點(diǎn)，完全可 以代替輕質(zhì)碳酸鈣用于橡膠制品的生產(chǎn)。 用堿渣作橡膠填料可降低生產(chǎn)成本， 市場(chǎng)前景 良好。但由于目前生產(chǎn)技術(shù)還不成熟，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)工業(yè)化應(yīng)用，有待于進(jìn)一步深入研究。堿渣成分的回收與循環(huán)利用。日本川崎技術(shù)研究中心13對(duì)利用廢渣回收 NaHC03進(jìn)行了研究，可以獲得純度達(dá) 97 %的NaHC03。日本中央硝子宇部工廠也從廢渣清液 中制取了氯化。北京綠色相容化學(xué)化工研究中心經(jīng)過多年研究，于2004年6月研制出一種稱為”氨鈣雙循環(huán)

27、”的新工藝，據(jù)介紹，目前除了有少量的廢液排放外，已實(shí)現(xiàn) 廢渣的零排放。（3）農(nóng)漁業(yè)方面土壤改良劑或鈣鎂復(fù)混肥。波蘭是利用堿渣生產(chǎn)鈣鎂肥最好的國(guó)家，1974年波蘭克拉克夫堿廠將40 %的廢渣制成鈣鎂肥，1975年則將其全部制成鈣鎂肥。前蘇聯(lián)的別 列茲尼科夫斯克堿廠曾建有生產(chǎn)鈣肥的半工業(yè)生產(chǎn)裝置。從1997年開始，我國(guó)的天津堿廠與大連制堿工業(yè)研究所合作，用堿渣制得鈣肥。廣東南方制堿公司的黃志紅研究 表明，用堿渣作土壤改良劑對(duì)改良廣東酸性土壤，補(bǔ)充Ca、Mg、Si、K、P等元素，減少病害，提高產(chǎn)品品質(zhì)具有明顯作用。廣東農(nóng)科院的黃慶等認(rèn)為，堿渣可作為華南地區(qū) 酸性土壤良好的調(diào)理劑。國(guó)內(nèi)外研究和實(shí)踐的經(jīng)

28、驗(yàn)證明，堿渣用于土壤改良劑，對(duì)酸性 土壤能夠取得良好的效果，值得推廣。制作鉀肥。天津順鴻堿渣地產(chǎn)開發(fā)有限公司對(duì)堿渣與鉀長(zhǎng)石制氯化鉀技術(shù)進(jìn)行了研 究，取得成功并獲得了專利，該技術(shù)能有效實(shí)現(xiàn)鉀長(zhǎng)石中的不溶鉀轉(zhuǎn)化為氯化鉀，轉(zhuǎn)化 率達(dá)90 %，具有良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。海水養(yǎng)殖池底和水質(zhì)改良劑。青島堿廠與中國(guó)科學(xué)院海洋研究所共同開發(fā)出了將堿 渣用于治理養(yǎng)殖水體微環(huán)境的技術(shù)， 堿渣經(jīng)過改性處理后，成為一種優(yōu)良的海水養(yǎng)殖池 底和水質(zhì)改良劑，對(duì)滅菌、增加鈣鎂含量及活性硅酸含量、防止池塘滲漏、調(diào)節(jié)水體酸 堿度、降低水產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)成本、減少發(fā)病率，均有良好效果。（4）環(huán)境保護(hù)建設(shè)生態(tài)園區(qū)。法國(guó)頓巴斯堿廠 1873年

29、投用的渣場(chǎng)，經(jīng)過綠化、植樹，現(xiàn)在已經(jīng) 是翠草青青、綠樹成蔭的綠色小丘，丘頂有網(wǎng)球場(chǎng)、酒吧、及其他休閑設(shè)施，第二渣場(chǎng) 也正在綠化。我國(guó)塘沽堿渣山也歷時(shí) 5年，從科技攻關(guān)入手，實(shí)施了大規(guī)模環(huán)境治理， 把占地390多hm2的堿渣山治理成了美麗的城市花園，塘沽區(qū)堿渣治理項(xiàng)目也因此榮 獲由國(guó)家建設(shè)部評(píng)選的” 200年中國(guó)人居環(huán)境范例獎(jiǎng)”。山體上的紫云公園被專家認(rèn)為是 國(guó)內(nèi)乃至全世界唯一的利用工業(yè)廢料建設(shè)的環(huán)保型公園。利用堿渣建設(shè)生態(tài)園區(qū)，變廢為寶，可解決大量堿渣利用的難題，徹底根治了堿渣污染，值得大力提倡。治理赤潮與水華。Yu Z等14研究表明，改性白泥堿渣的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在 49 %99 % 之間，無(wú)機(jī)絮

30、凝劑與過氧化氫均在 0.1 %50 %之間，把改性白泥與海水或淡水混合成 均勻的懸浮液，噴射到引起赤潮和水華的海藻上面，能夠降低自然水域的pH值，顯著地減少海藻。制殺菌保健產(chǎn)品。2005年8月，青島堿業(yè)股份有限公司12從堿渣中提煉出了一種 用于養(yǎng)魚、養(yǎng)蝦池內(nèi)的名為 生態(tài)寶”的殺菌增產(chǎn)保健產(chǎn)品，此產(chǎn)品經(jīng)過多次試用，效果 十分明顯。目前，該技術(shù)已正式投入使用，但對(duì)堿渣的需要量不高，使得每年的治理量 有限。1.2石灰石1.2.1石灰石的性質(zhì)物理性質(zhì)碳酸鈣是石灰石的主要組成部分，石灰石是生產(chǎn)玻璃的主要原料。石灰和石 灰石大量用作建筑材料，也是許多工業(yè)的重要原料。碳酸鈣可直接加工成石料和 燒制成生石灰。

31、化學(xué)性質(zhì)狀態(tài)：白色粉末。無(wú)臭、無(wú)味。露置空氣中無(wú)反應(yīng)，不溶于醇。性質(zhì)：遇稀 醋酸、稀鹽酸、稀硝酸發(fā)生泡沸，并溶解。高溫條件下分解為氧化鈣和二氧化碳。 水溶性：幾乎不溶于水在含有銨鹽或三氧化二鐵的水中溶解。1.2.2石灰石的現(xiàn)狀中國(guó)是世界上石灰?guī)r礦資源豐富的國(guó)家之一。除上海、香港、澳門外，在各省、直轄市、自治區(qū)均有分布。據(jù)原國(guó)家建材局地質(zhì)中心統(tǒng)計(jì)，全國(guó)石灰?guī)r分布面積達(dá)43.8萬(wàn)KM2（未包括西藏和臺(tái)灣），約占國(guó)土面積的 1/20，其中能供做水泥原料 的石灰?guī)r資源量約占總資源量的1/41/3。為了滿足環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡，防止水土流失，風(fēng)景旅游等方面的需要，特別是隨著我國(guó)小城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃的不斷完善和

32、落實(shí)，可供水泥石灰?guī)r的開采量還將減少。全國(guó)已發(fā)現(xiàn)水泥石灰?guī)r礦點(diǎn)七、八千 處，其中已有探明儲(chǔ)量的有1286處，其中大型礦床 257處、中型481處、小型486處（礦石儲(chǔ)量大于 8000萬(wàn)噸為大型、40008000萬(wàn)噸為中型、小于 4000萬(wàn)噸為 小型），共計(jì)保有礦石儲(chǔ)量 542億噸，其中石灰?guī)r儲(chǔ)量504億噸，占93% ;大理巖儲(chǔ)量38億噸，占7%。保有儲(chǔ)量廣泛分布于除上海市以外29個(gè)省、直轄市、自治區(qū)，其中陜西省保有儲(chǔ)量 49億噸，為全國(guó)之冠；其余依次為安徽省、廣西自治區(qū)、 四川（含重慶市）省，各保有儲(chǔ)量 3430億噸；山東、河北、河南、廣東、遼寧、 湖南、湖北7省各保有儲(chǔ)量3020億噸；黑龍江

33、、浙江、江蘇、貴州、江西、云 南、福建、山西、新疆、吉林、內(nèi)蒙古、青海、甘肅13省各保有儲(chǔ)量 2010億噸；北京、寧夏、海南、西藏、天津5省各保有儲(chǔ)量52億噸。1.2.3石灰石的應(yīng)用碳酸鈣可直接加工成石料和燒制成生石灰。石灰有生石灰和熟石灰。生石灰 的主要成分是 CaO, 般呈塊狀，純的為白色，含有雜質(zhì)時(shí)為淡灰色或淡黃色。 生石灰吸潮或加水就成為消石灰，消石灰也叫熟石灰，它的主要成分是Ca（OH）2熟石灰經(jīng)調(diào)配成石灰漿、石灰膏、石灰砂漿等，用作涂裝材料和磚瓦粘合劑。水 泥是由石灰石和粘土等混合，經(jīng)高溫煅燒制得。玻璃由石灰石、石英砂、純堿等 混合，經(jīng)高溫熔融制得。煉鐵用石灰石作熔劑，除去脈石。煉

34、鋼用生石灰做造渣 材料，除去硫、磷等有害雜質(zhì)。電石（主要成分是CaC2）是生石灰與焦碳在電爐里反應(yīng)制得。純堿是用石灰石、食鹽、氨等原料經(jīng)過多步反應(yīng)制得（索爾維法） 5肛）、微粉碳酸鈣（1d v 5麗、微細(xì)碳酸鈣（0.1 pmv d 1肛）、超細(xì)碳酸鈣（0.02 pv d 0.1 pm）和超微細(xì)碳酸鈣（d 0.02耐。根據(jù)組成碳酸鈣的原子和離子的排列是否有規(guī)律，可以將碳酸鈣分為晶體 碳酸鈣和非晶體碳酸鈣。1.2.5石灰石的發(fā)展前景石灰石是石灰?guī)r作為礦物原料的商品名稱。石灰?guī)r在人類文明史上，以其在自然界中分布廣、易于獲取的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。作為重要的建筑材料有著悠久 的開采歷史，在現(xiàn)代工業(yè)中，石灰

35、石是制造水泥、石灰、電石的主要原料，是冶 金工業(yè)中不可缺少的熔劑灰?guī)r，優(yōu)質(zhì)石灰石經(jīng)超細(xì)粉磨后，被廣泛應(yīng)用于造紙、 橡膠、油漆、涂料、醫(yī)藥、化妝品、飼料、密封、粘結(jié)、拋光等產(chǎn)品的制造中。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，水泥生產(chǎn)消耗的石灰石和建筑石料、石灰生產(chǎn)、冶金熔劑，超細(xì) 碳酸鈣消耗石灰石的總和之比為1 : 3。石灰?guī)r是不可再生資源，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和納米技術(shù)的發(fā)展，石灰石的應(yīng)用領(lǐng)域還將進(jìn)一步拓寬1.3石膏1.3.1原料生產(chǎn)石膏凝膠材料的原料主要是天然石膏和化工石膏。（1、天然石膏，常用的是天然二水石膏，又稱軟石膏或生石膏，含有兩個(gè)結(jié)晶水的硫酸鈣（CaSG2HO）;天然無(wú)水石膏（CaSO）,又稱硬石膏，不

36、含結(jié)晶水，結(jié)晶緊密， 質(zhì)地比天然二水石膏硬，只可用于生產(chǎn)無(wú)水石膏水泥（需加活化劑共磨）。（2、化學(xué)石膏，指化工副產(chǎn)品及廢渣，主要成分是二水硫酸鈣和無(wú)水硫酸鈣的混合物，如磷石膏、氟石膏、鹽田石膏、硼石膏等。1.3.2石膏膠凝材料的分類石膏膠凝材料的結(jié)構(gòu)與組成都與其所含的結(jié)晶水有關(guān)。目前，公認(rèn)的石膏相有五種 形態(tài)，七個(gè)變種：CaSO4 2H20; a型與B型半水石膏(a -、B - CaSO4 0.5H2O) ; a 與型硬石膏(a -、B -CaSCOm) ； U型硬石膏(CaSOU)； I型硬石膏(CaSOl)。二水石膏，含兩個(gè)結(jié)晶水，既是石膏原料的主要成分，又是脫水石膏再水化 的最終產(chǎn)物。

37、半水石膏，含有半個(gè)結(jié)晶水，也是通過加熱二水石膏得到的，有a型和B 型兩種，分別叫高強(qiáng)度石膏和建筑石膏?？扇苄杂彩?，亦稱m型石膏，含有 0.060.11個(gè)結(jié)晶水，存在a型、B型 兩個(gè)變種；分別由a型、B型半水石膏加熱到170300r脫水制成。 無(wú)水石膏，又稱硬石膏，這種石膏不含結(jié)晶水。當(dāng)溫度加熱300700 r時(shí)，形成u型硬石膏，超過700r時(shí)為過燒石膏；當(dāng)加熱到1000r時(shí)，形成i型石膏，屬高 溫石膏，較穩(wěn)定，但不夠純，常含有雜質(zhì)CaO普通溫度一般得不到I型石膏，因?yàn)樵?000r下容易轉(zhuǎn)變成U型石膏。當(dāng)溫度為14001600r時(shí)，多分解出CaO和SO.常溫下 的無(wú)水石膏多屬U型石膏。1.4阿

38、利尼特水泥2O世紀(jì)7O年代，前蘇聯(lián)科學(xué)家在水泥生料中加入 CaClz共同煅燒，發(fā)現(xiàn)可以使水 泥熟料燒成溫度從1450 r降低至1100r，從而節(jié)約能源，這種節(jié)能水泥被稱作阿利尼 特水泥(Ali nite ceme nt)。1977年，前蘇聯(lián)學(xué)者Ilyukhin 等用CaO SG、A12Q、CaCb4種組分合成了一種 礦物，并且認(rèn)為這種礦物的分子式可以寫成Ca n(Si 0.75 AL o.25)08 CL，這種含氯礦物被稱為阿利尼特。葉爾莫爾科耶夫進(jìn)一步的研究表明，MgO勺存在對(duì)于阿利尼特的生成至關(guān)重要，不可或缺。Neubauer等分別改變MgO摻入量、Si /A摩爾比，發(fā)現(xiàn)只有在符 合分子式

39、 Ca。Mg-x/2 V x/2(SiO 4) 3-x( A1O4) 1-xO2 CL(其中 0.35 0.5 cm的小圓餅，在90C溫度下烘干12h取出，放在匣缽里煅燒。2.2.3水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的測(cè)定方法將燒出的水泥熟料用小磨粉磨，用 0.76mm方孔篩篩析。先加入水，加水量為142.5mL， 5-10s內(nèi)加入水泥,500g攪拌，慢120s,停15s （將 葉片和鍋壁上的水泥刮入鍋中），高速攪120s。將試模和底板移至維卡儀試錐下，試桿 降至和凈漿表面接觸，擰緊螺絲1-2s，突然放松， 記錄試錐下沉的深度，以試錐下沉 深度28m 2mm的凈漿為標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿。其拌和水量為水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

40、（P）按水泥的質(zhì)量百分比計(jì)。根據(jù)測(cè)得的試錐下沉深度S（mm）,按下式（或儀 器上對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺）計(jì)算：P=33.4-0.185S當(dāng)試錐下沉深度小于13mm時(shí)，應(yīng)改用整調(diào)水量法。224水泥凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定方法包括初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。將凈漿一次性裝滿試模，振動(dòng)數(shù)次刮平，放入濕氣養(yǎng)護(hù) 箱。水泥全部加入水中的時(shí)間為凝結(jié)時(shí)間的起始時(shí)間。初凝時(shí)間的測(cè)定：30min后進(jìn)行第一次測(cè)定，在最初測(cè)定時(shí)，應(yīng)輕扶持金屬柱，使其徐徐下降，以防試針撞彎。當(dāng)臨近初凝時(shí)，每隔15分鐘測(cè)定一次，當(dāng)初凝針沉至距底板4m 1mm時(shí)，為初凝狀態(tài)，由起始時(shí)間到初凝狀態(tài)的時(shí)間為初凝時(shí)間，用“ mi n”表示；終凝時(shí)間的測(cè)定：在完成初凝時(shí)間測(cè)定

41、后，立即將試模連同漿體以平移的方式從玻璃板取下，翻轉(zhuǎn)180直徑大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放入濕氣養(yǎng)護(hù)箱中 繼續(xù)養(yǎng)護(hù)。臨近終凝時(shí)，每隔15分鐘測(cè)定一次，每次測(cè)定不能讓試針落入原針孔。當(dāng) 試針沉入試體0.5mm時(shí)，即環(huán)形附件開始不能在試體上留下痕跡時(shí)，為水泥達(dá)到終凝狀態(tài)，由水泥全部加入水中至終凝狀態(tài)的時(shí)間為水泥的終凝時(shí)間，用“ min”表示。到達(dá)終凝時(shí)，應(yīng)立即重測(cè)一次。當(dāng)兩次結(jié)論相同時(shí)，才能認(rèn)定已達(dá)初凝或終凝。2.2.5確定石膏的摻量的方法石膏的作用： 緩凝劑：一般水泥熟料中C3A含量較高，若不加緩凝劑，在使用時(shí)加水拌和后， 很快就會(huì)凝結(jié)而無(wú)法施工。摻加適量石膏就可以控制水泥的水化速度，調(diào)

42、節(jié)凝結(jié)時(shí)間。提高水泥的早期強(qiáng)度：石膏屬于礦渣的硫酸鹽激發(fā)劑，能加速礦渣水泥的硬化 過程。如果在一定范圍內(nèi)提高石膏摻入量，有利于激發(fā)礦渣活性，生成較多的鈣磯石， 使水泥石結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度增加。（摻量過大時(shí)，將引起水泥的安定性不良。3改善水泥的某些性能：如摻適量石膏可以降低干縮變形，改善水泥的耐久性。用試驗(yàn)小磨磨45分鐘。倒出后用0.9mm方孔篩篩析。測(cè)試4組，分別為加0、 3%、5%、10%的脫硫石膏的水泥，比較做出的水泥試塊的強(qiáng)度，得出最佳的石膏摻量。 2.2.6強(qiáng)度的測(cè)定方法取熟料放入密封式化驗(yàn)制樣粉碎機(jī)磨細(xì)，取500g,將其由凈漿機(jī)慢速攪拌 2min后，暫停15s，然后快速攪拌2min，迅速

43、將其裝入水泥模具中，制成 20X20X20mm3的小立方體試塊，立即放入濕氣養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)。待到養(yǎng)護(hù)時(shí)間后從濕氣養(yǎng)護(hù)箱中取出模具 脫模，用壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)各個(gè)試塊的壓力，取平均值，換算成單位MPa,即為所求水泥試塊的強(qiáng)度。2.2.7礦物成分的分析將燒出的熟料放入密封式化驗(yàn)制樣粉碎機(jī)磨細(xì)，過 200目的篩，進(jìn)行XRDT物成分 分析。第三章試驗(yàn)結(jié)果討論3.1水泥生料配比的確定3.1.1配比1和配比2各組配比見表3-1。表3-1生料配比表配比/%堿渣石灰石鐵尾礦砂螢石組分1208000組分2208000.7兩組配比在螢石摻量上有一定區(qū)別，燒成制度在煅燒溫度上有區(qū)別。煅燒出的水泥熟料未完全燒透，呈3種顏色，

44、灰綠色、灰色和紅棕色。三種熟料的礦物組成見圖 3-1、 圖 3-2、圖 3-3。圖:3-1 灰綠色熟料XRD由圖可見，CaO的衍射峰很高，Alinite峰與C2S峰接近，熟料中以游離CaO為主,煅燒不完全圖3-2 灰色水泥熟料XRD由圖可見，這個(gè)熟料樣品的 XRD與上一個(gè)十分相近，Alinite峰的強(qiáng)度較前一個(gè)更 大，熟料中產(chǎn)生了更多的 Alinite，但游離CaO還是主要成分，熟料依然未煅燒完全。SPC20406080008O60400020圖3-3紅棕色水泥熟料XRD這組熟料樣品中CaO勺峰最強(qiáng)最多，煅燒的最不徹底。從以上三幅圖可見，這兩組生料配比所燒制出的熟料在1200C的溫度內(nèi)煅燒不完

45、全，含有大量的游離 CaO,在后來(lái)的成型和凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定中，產(chǎn)生大量的水化熱，并 造成大體積的膨脹。效果十分不理想，如提高煅燒溫度，則有悖節(jié)能，故這兩組配比不 合適。3.1.2 配比3和配比4各組生料配比見表3-2:表3-2生料配比表配比/%堿渣石灰石鐵尾礦砂螢石組分3752050組分475204.70.7兩組配比的差別在于螢石的摻量，旨在調(diào)整生料的煅燒溫度。經(jīng)煅燒，所得熟料呈兩種顏色，大部分呈棕色，少部分呈綠色。兩種熟料的礦物組成見圖3-4、圖3-5河北聯(lián)合大學(xué)畢業(yè)論文200 o60o50400 -Ca2SiO4 -MgAI2O4 -Mg2AI4Si5O18 -Ca3MgAI4O1Ospco

46、3000200T4060圖3-4 綠色水泥熟料XRD這組熟料樣品中沒有 Alinite ，含有部分C2S和大量的Mg Al相，應(yīng)該是熟料產(chǎn)生 的液相與匣缽即鎂磚共同反應(yīng)的生成物。200180160140120-Ca12AI14O33-Ca2SiO4 -Ali nitespc008060T40 -CaO2 0 /圖3-5 棕色水泥熟料XRD河北聯(lián)合大學(xué)畢業(yè)論文 上圖中阿利尼特的衍射峰較強(qiáng)，與 C2S的特征峰接近。而CaO的衍射峰很弱，可 以看出熟料中的游離 CaO較少，故可以認(rèn)為配比4是研制阿利尼特水泥較理想的生料 配比。3.2煅燒溫度的確定一方面，在1100C、1150C、1200 r分別煅燒

47、，由于操作等各方面原因，均未能全 部燒透，但在3個(gè)溫度點(diǎn)里1200C為最佳的燒成溫度。后又進(jìn)行差熱分析，如圖3-4:圖:3-6 差熱圖由圖可見，在8294C、856.1C、1238C、1347C都出現(xiàn)了吸熱峰，8294C時(shí)CaCQ 開始分解，856 C粘土的無(wú)定形脫水產(chǎn)物結(jié)晶，各種氧化物間進(jìn)行固相反應(yīng)，出現(xiàn)少量 液相，1238C液相增多，C2S轉(zhuǎn)變成C3S。為了降低所需的燒成溫度，使之低于1200C， 配制生料4,比3中多加入0.7%的螢石做助溶劑。實(shí)際煅燒實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)配比4在1150C 還是不能很好的燒透，故將燒成溫度提高為1180C，效果比較理想。綜上，確定的最佳燒成溫度為1180C。3.3

48、水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的測(cè)定取了 500g熟料加水142.5ml，試錐的下沉深度為34mm，大于13mm，故采用固定水量法測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。計(jì)算公式為：(3-1)P%=33.4-0.185*S將S=34mm帶入上式，得：P%=33.4-0.185*34=27.11%故，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為27.11%.3.4石膏摻量的確定采用配比4在 1180C保溫2h所燒成的水泥熟料，分別添加0,3%, 5%, 10%的脫硫石 膏，制成水泥試塊，水泥試塊強(qiáng)度計(jì)算公式如下：p = A / S = 2.5 A(MPa)(3-2)p試塊強(qiáng)度值，MPa.A試塊強(qiáng)度測(cè)量值，kN2S試塊底面積，4 cm .其各齡期的抗壓強(qiáng)度如表3-3:表3-3各齡期抗壓強(qiáng)度石膏摻量/%1天3天7天013.714.419.5313.920.632.8523.024.233.21012.815.321.5P圖:3-5各齡期抗壓強(qiáng)度由表3-3和圖3-5可知，摻加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石膏的水泥試塊強(qiáng)度都高于沒有摻加 石膏的阿利尼特水泥。這說(shuō)明石膏可以激