硫铁尾矿矿化剂对水泥熟料煅烧及性能的影响

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230194

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2023, Vol. 51 ›› Issue (11): 74-81.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.230194

所属专题： 2023年材料科学与技术

硫铁尾矿矿化剂对水泥熟料煅烧及性能的影响

殷素红¹ 李燕梅¹ 丁伟敏² 段百涛³ 李双喜⁴

^1.华南理工大学材料科学与工程学院, 广东广州 510640
^2.华润水泥(封开)有限公司, 广东肇庆 526500
^3.广州市珠江水泥有限公司, 广东广州 510460
^4.广州市越堡水泥有限公司, 广东广州 510800

收稿日期:2023-04-06 出版日期:2023-11-25 发布日期:2023-05-12
作者简介:殷素红（1971-），女，博士，教授，主要从事水泥基材料、绿色低碳建筑材料、碱激发胶凝材料和固体废弃物资源化利用研究。E-mail:imshyin@scut. edu. cn
基金资助:
住房和城乡建设部科技计划项目(2021-K-064);广东省科技创新计划项目(2021-K20-512247)

Effect of Pyrite Tailings Mineralizer on Calcination and Properties of Cement Clinker

YIN Suhong¹ LI Yanmei¹ DING Weimin² DUAN Baitao³ LI Shuangxi⁴

^1.School of Materials Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China
^2.China Resources Cement (Fengkai) Co. , Ltd. , Zhaoqing 526500, Guangdong, China
^3.Guangzhou Zhujiang Cement Co. , Ltd. , Guangzhou 510460, Guangdong, China
^4.Guangzhou Yuebao Cement Co. , Ltd. , Guangzhou 510800, Guangdong, China

Received:2023-04-06 Online:2023-11-25 Published:2023-05-12
About author:殷素红（1971-），女，博士，教授，主要从事水泥基材料、绿色低碳建筑材料、碱激发胶凝材料和固体废弃物资源化利用研究。E-mail:imshyin@scut. edu. cn
Supported by:
the Science and Technology Planning Program of Ministry of Housing and Urban-Rural Development(2021-K-064);the Science and Technology Innovation Planning Program of Guangdong Province(2021-K20-512247)

摘要/Abstract

摘要：

水泥工业是高耗能产业，在水泥熟料烧成过程中使用矿化剂是一种有效的节能方法。而以固体废弃物作为矿化剂还可变废为宝，实现其资源化利用。文中以硫铁尾矿作为矿化剂，研究了1 350、1 400和1 450 ℃煅烧温度下，以SO₃计掺量为0、1.5%、2.0%和2.5%的硫铁尾矿烧制硅酸盐水泥熟料，并采用热分析、X射线衍射（XRD）、偏光显微镜等分析了其对水泥熟料煅烧过程、矿物组成、岩相结构和物理性能的影响。研究结果表明：以SO₃计掺量为2.0%时效果最好，在此掺量下，水泥熟料中f-CaO含量由1.84%降至1.18%，可以显著改善生料的易烧性；掺入硫铁尾矿能降低生料中CaCO₃分解的起始温度和峰值温度，并在低温下形成含硫硅酸二钙（2C₂S·CaSO₄）和硫铝酸钙（4CaO·3Al₂O₃·SO₃）两种过渡相，使液相出现温度降低了35 ℃，可以促进熟料矿物的形成和发育，具有明显的矿化作用；掺入硫铁尾矿煅烧所得的水泥熟料性能良好，其养护3 d、28 d的抗压强度分别为33.1和61.8 MPa。

关键词: 硫铁尾矿, 矿化剂, 易烧性, 矿物组成, 微观结构, 性能

Abstract:

The cement industry is a high energy consuming industry, and the use of mineralizers in the calcination process of cement clinker is an effective energy-saving method. Using solid waste as a mineralizer can also turn waste into treasure and achieve its resource utilization. With pyrite tailings as mineralizer, this study prepared Portland cement clinker with 0, 1.5%, 2.0% and 2.5% SO₃ at calcination temperature of 1 350 ℃, 1 400 ℃ and 1 450 ℃. Thermal analysis, X-ray diffraction (XRD), polarizing microscope, and other methods were used to analyze the effects of SO₃ addition on the calcination process, mineral composition, petrographic structure, and physical properties of the clinker. The results show that the best effect is achieved when the content of SO₃ is 2.0%. Under this proportion, the content of f-CaO in cement clinker decreases from 1.84% to 1.18%, which can significantly improve the burnability of raw meal. The addition of pyrite tailings can reduce the initial and peak temperatures of CaCO₃ decomposition in raw meal, and form two transition phases of calcium sulphosilicate (2C₂S·CaSO₄) and calcium sulphoaluminate (4CaO·3Al₂O₃·SO₃) at low temperature. This reduces the temperature of liquid phase by 35 ℃, promoting the formation and development of clinker minerals, and has a significant mineralization effect. The cement clinker obtained by calcination with pyrite tailings has good performance, and its compressive strength after curing for 3 days and 28 days is 33.1 and 61.8 MPa, respectively.

Key words: pyrite tailing, mineralizer, burnability, mineral composition, microstructure, performance

中图分类号:

TQ172.44

殷素红, 李燕梅, 丁伟敏, 等. 硫铁尾矿矿化剂对水泥熟料煅烧及性能的影响[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(11): 74-81.

YIN Suhong, LI Yanmei, DING Weimin, et al.. Effect of Pyrite Tailings Mineralizer on Calcination and Properties of Cement Clinker[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2023, 51(11): 74-81.

图/表 11

表1

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图5

图6

表5

参考文献 25

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原材料	含量/%
原材料	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃
石灰石	3.18	0.15	0.48	52.97	0.73	0.25
砂页岩	68.46	13.54	7.23	2.20	0.73	0.14
铁粉	43.52	3.59	43.37	0.34	0.24	0.45
煤灰	47.22	35.90	3.85	8.33	0.47	2.78
硫铁尾矿	58.59	6.69	11.81	4.82	2.00	16.99

样品编号	含量/%
样品编号	硫铁尾矿	石灰石	砂页岩	铁粉	氧化铝
A0	0.00	82.24	14.09	2.92	0.75
A1	8.83	81.18	7.26	1.62	1.11
A1	11.77	80.83	4.98	1.19	1.22
A3	14.71	80.48	2.71	0.76	1.34

样品编号	t₁/℃	t₂/℃	t₃/℃	Δt/℃
A0	744.6	797.0	810.0	65.4
A1	746.2	797.4	810.0	63.8
A2	737.5	787.5	805.0	67.5
A3	740.9	789.9	809.9	69.0

样品编号	CaCO₃总含量/%	CaCO₃分解量/%	CaCO₃分解率/%
A0	32.44	29.63	91.34
A1	31.65	28.89	91.28
A2	31.17	30.95	99.29
A3	31.47	30.66	97.43

样品编号	比表面积/ （cm²·g^-1）	密度/ （g·cm^-3）	安定性	标准稠度用水量/%	凝结时间/min		抗折强度/MPa		抗压强度/MPa
样品编号	比表面积/ （cm²·g^-1）	密度/ （g·cm^-3）	安定性	标准稠度用水量/%	初凝	终凝	养护3 d	养护28 d	养护3 d	养护28 d
国家标准	350±10		合格		≥45	≤390			26.0	52.5
A0	340	3.17	合格	26.0	129	156	5.4	8.1	34.4	65.6
A2	340	3.19	合格	25.0	101	133	4.8	7.7	33.1	61.8

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Effect of Pyrite Tailings Mineralizer on Calcination and Properties of Cement Clinker

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