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

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

Abstract

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

CLC Number:

TQ172.44

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.

Figures/Tables 11

Table 1

Fig.1

Table 2

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Fig.3

Table 3

Table 4

Fig.4

Fig.5

Fig.6

Table 5

References 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