烧结试验（共7篇）
烧结试验 篇1
上海梅山矿业公司每年生产铁精矿220万t,排放细粒尾矿90万t。为了充分利用细粒尾矿,缓解尾矿库不足,1999年开始进行了试验室试验到工业试验的系统烧结制砖研究,表明尾矿可以替代粘土烧制成合格建筑用砖。
1 尾矿矿物组成及性质
尾矿矿物组成见表1所示,粒度分析见表2所示。
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尾矿的物理性质比重3.01 g/cm3,容重1.17 g/cm3,比表面积10.44 m2/g,塑性指数11.57。
尾矿的特点是粒径细,含铁和钙高,含硅和铝低,塑性指数高,尾矿制砖成型性能较好。
2 实验室烧结研究
2.1 烧结指标
试验设备:125型真空练泥机,挤出压力2.5 MPa;液压式挤出机,挤出压力2 MPa,挤出试条截面积为40×60 mm。烧结指标见表3所示。
产品外观呈淡红色,互相敲击时有金属碰撞声。烧成温度达到1 050℃时,颜色由淡红色转为土黄色。烧成温度850~900℃时,烧结不完全,互相敲击声音较钝,外观颜色红褐色。
2.2 结果分析
(1)符合软塑挤出成型要求,干燥敏感性较低,烧成不开裂、不变形;
(2)烧结普通砖利用率可达80%~100%,适宜烧成温度950~1 000℃;
(3)烧成品为淡红色,与普通粘土烧成砖相近,易被市场接受;
(4)尾矿较粘土比重大,烧成品密度偏高;
(5)采用干硬法成型烧成品外型规正,尺寸容易控制,强度较高,易达到优等品标准。
3 工业试验
工业试验分别使用轮窑、隧道窑、梭式窑、辊道窑烧成。
3.1 轮窑烧成
3.1.1 鲁中房地产公司煤矸石砖厂轮窑
通过挤砖机挤出砖型240×115×190 mm,孔洞率50%,干燥洞自然干燥,轮窑烧成,在600~800℃升温较慢,码坯较稀,氧化气氛充足,烧成效果好,抗压强度达到标准。烧成指标见表4所示。
3.1.2 陕西宝深试验砖厂轮窑
用JZKD40/40-20型单级真空挤砖机,生产多孔砖和实心砖,砖坯含水率16%~18%;生产空心砖,砖坯含水率15%~17%,两次成型砖坯自然干燥、轮窑烧成。干燥时间8天,砖坯入窑水分5.5%~7%,烧成温度:实心砖1 000℃、采用立码;空心砖和多孔砖1 050℃,采用平码;烧成时间从入窑到出窑6天,烧成砖性能见表5所示。
从表5可见,轮窑烧成实心砖达到MU10强度等级,吸水率达到标准;多孔砖达到MU10强度等级;空心砖达到一等品标准。
3.2 隧道窑烧成
3.2.1 鲁中房地产公司煤矸石砖厂隧道窑
经挤出、干燥洞自然干燥后,取30块砖坯在隧道窑烧成,砖坯大部分颜色发黑,有发泡现象,形成面包砖。原因是氧化气氛不足,导致砖坯内部的煤因缺氧而形成还原气氛,铁被还原,与低温氧化物反应造成内部黑心。当温度进一步升高时,熔融膨胀,出现面包砖。砖坯相互叠压部位,则因缺氧普遍造成黑色斑块压痕。
3.2.2 南京鑫翔公司隧道窑
采用131.1×4.6 m一次码烧双通道隧道窑,65.7×4.6 m双通道干燥窑。从意大利引进的高真空制砖机、切码坯机及全自动控制系统进行生产,尾矿自然晾干,掺煤。干燥时间28 h,干坯裂纹极少。烧成时间60 h,砖与砖之间接触面呈铁黑色。
3.3 梭式窑烧成
3.3.1 中博公司2 m3、6 m3梭式窑
在鲁中房地产公司煤矸石砖厂新生产线隧道窑干燥砖坯500块。取470块到中博公司氧化铝车间梭式窑烧成,烧成温度970℃。
梭式窑烧成指标见表6所示。
2 m3梭式窑烧成情况:砖坯相互叠压部位,普遍存在黑色斑块压痕,没有出现明显的发泡现象,不变形,不开裂。产生黑色斑块压痕的原因是该窑为底烧式,无二次风系统,氧化气氛不充分。
6 m3梭式窑烧成情况:该窑有二次风系统,成品颜色为深褐色,无黑心现象,没有出现发泡现象,不变形,不开裂。砖坯相互叠压部位,不存在黑色斑块压痕。
3.3.2 光明耐火材料公司梭式窑
在陕西宝深试验砖厂进行成型试验,对成型含水和烧成温度进行调整,成型砖坯8吨计3 000块,到河南偃师市光明耐火材料公司梭式窑烧成,其中实心砖760块,采用人工干燥炕强制干燥,最高温度87℃,干燥时间3天,干燥后水分4.1%,分别按3个不同周期烧成曲线烧成,结果见表7所示。
序号1成品有裂纹、敲击声音沉闷,对应强度较低,气孔率和吸水率较高;序号2和3敲击声音清脆,对应强度较高,气孔率和吸水率较低,满足建筑用砖标准。
3.4 辊道窑烧成
辊道窑烧成产品是单层码烧,能保证充足的氧化气氛;投资少,占地少,节约空间;烧成周期短,成本低,能耗小;自动化程度高,便于实现自动化控制;辊道窑内温差相对较小,温度曲线易调节控制。
经过晾晒,砖坯的成型水分在14%~15%。烧成结果见表8所示。最佳烧结温度为1 000℃,保温时间要长,砖规格240×115×90 mm,孔洞率28.9%。
4 结论和建议
(1)大量研究表明,梅山细粒尾矿可以作为粘土替代品,用于烧结制砖,无论采用轮窑、隧道窑、辊道窑,都可以生产出满足要求的产品;
(2)烧结砖瓦是一种多功能的建筑材料,具有防火、防潮、防化学腐蚀、抗风化能力;
(3)国家鼓励淘汰实心粘土砖,尾矿烧结砖成为南京地区新型墙材品种,可以填补实心砖的不足;
(4)尾矿制砖符合循环经济理念,综合利用尾矿资源,建设制砖生产线,做到尾矿循环利用,有利于保护环境和增加经济效益。
巴西高硅粉烧结性能试验研究 篇2
随着钢铁工业的发展, 世界铁矿石资源日益贫化, 铁品位高、脉石含量少的优质铁矿石资源越来越少, 给烧结、炼铁生产带来了一定难度[1]。宝钢顺应市场变化, 掌握了一些品位在55%左右、SiO2含量在12%左右的进口铁矿资源。由于这些铁矿石硅含量高, 其推广应用受到限制[2]。因此, 宝钢资源有限公司与相关科研院所开展合作, 研究此类高硅低铁矿的基础物化性能、烧结性能, 对其在烧结生产中的推广应用具有重要的意义和实用价值。本文以巴西某高硅粉为主要研究对象, 以国内某钢铁厂烧结生产条件为基准, 系统研究了高硅粉的烧结性能, 为其推广应用提供了技术支撑, 达到了“技术搭台, 贸易唱戏”的良好效果[3]。
2 原料物化性能
2.1 化学成分
所用原料的化学成分如表1所示, 巴西高硅粉的其他微量元素见表2, Fe和Si的物相分布见表3。
由表1~表3可知:
(1) 高硅粉为赤铁矿, 其SiO2较高, 达到12.38%, TFe略低, 仅为58.81%, Al2O3为1.56%, 杂质含量都比较低。高硅粉Fe主要为赤铁矿 (97.40%) 形式存在;Si主要以游离态二氧化硅 (91.03%) 形式存在。
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(2) 其他8种铁矿石中, 毛粉为磁铁矿 (FeO21.12%) , 杨迪、MAC和PB以褐铁矿为主, 其余4种均为赤铁矿类型;卡粉和IOC的铁品位 (TFe) 较高, 在64.81%以上;卡粉的SiO2较低, 仅1.62%;毛粉的SiO2较高, 为9%[4]。
2.2 物理性能
所用原料的粒度组成如表4所示。
由表4可知:
(1) 从粒度组成来看, 高硅粉的平均粒度为2.06mm, 与CSN和PB粉比较接近;而毛粉的平均粒度仅为0.96mm, 高硅粉比毛粉的粒度粗。
(2) 其他8种铁矿石中:杨迪矿粒度最粗, 平均粒度达到了8.11mm, +8mm含量达到了59.76%, -0.5mm含量仅为5.18%;南非矿次之, 平均粒度为4.18mm, 粒度主要集中在1~8mm;IOC粒度最细, 平均粒度仅为0.31mm, -0.5mm占了91.05%;其次为毛粉, 平均粒度为0.96mm, -0.5mm占64.92%。
3 试验研究方法
本文主要采用烧结杯试验方法, 具体流程如下页图1所示, 烧结杯试验工艺参数见表5[5,6,7]。
4 高硅粉的烧结性能
4.1 试验方案
以国内某烧结厂生产采用的包含毛粉的典型烧结配矿方案为基准, 采用高硅粉完全替代毛粉作为配矿方案1;在保证混匀矿主要成分 (TFe、SiO2、Al2O3、LOI) 基本不变的情况下, 逐步提高高硅粉的比例, 设计了方案2~方案4。试验具体的配矿方案见表6。按R2.19、MgO2.0%, 生石灰5%, 返矿外配40%进行配料计算, 各方案的烧结矿成分见表7。
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4.2 基准烧结试验
基准方案在不同工艺参数条件下的烧结杯试验结果如表8所示。
由表8可以看出:
(1) 在焦粉配比为5.6%时, 混合料水分由6.5%增加到7.0%, 烧结速度加快, 成品率和转鼓强度提高, 利用系数提高, 各项指标变好;水分继续提高, 各项指标有恶化的趋势。
(2) 在混合料水分7.0%时, 焦粉配比由5.0%提高到5.3%, 各项指标明显变好;继续提高到5.9%, 烧结速度和利用系数有所波动, 成品率提高, 转鼓强度先升后降。
(3) 根据烧结试验结果, 确定基准方案最佳的混合料水分为7.0%, 燃料配比为5.6%, 此时转鼓强度为72.07%、利用系数为1.78t/ (m2?h) 。
4.3 高硅粉替代毛粉的烧结试验
高硅粉替代毛粉 (方案1) 的烧结试验结果如表9所示。
由表8和表9可以看出:用高硅粉替代毛粉进行烧结, 烧结适宜的工艺参数和产质量指标基本相当。
4.4 高硅粉配比优化烧结试验
4.4.1在相同工艺参数条件下
在基准方案最佳的工艺参数条件下, 研究了高硅粉配比对烧结指标的影响, 见表10。
由表4~表10可以看出, 在相同工艺参数条件下:
(1) 方案2与基准对比, 高硅粉配比由0增加到3%, 烧结速度降低, 成品率有所提高, 利用系数降低, 转鼓强度降低, 整体指标有所恶化。
(2) 方案3与基准相比, 高硅粉配比由0增加到6%, 在焦粉配比为5.6%时, 烧结指标基本相当;在焦粉配比5.3%时, 烧结速度减慢, 利用系数降低, 转鼓强度略有降低。
(3) 方案4与基准相比, 高硅粉配比由0增加到10%, 烧结速度加快, 利用系数略有提高, 转鼓强度降低。
综合对比, 高硅粉的配比在6%~10%较为适宜。
4.4.2工艺参数优化试验
为了研究高硅粉比例升高以后烧结适宜工艺参数的变化规律, 针对方案3和方案4进行了工艺参数优化试验, 结果见表11。
由表11可以看出:
(1) 对于方案3, 在焦粉配比5.6%时, 混合料水分由6.5%提高到7.5%, 烧结速度加快, 成品率和转鼓强度略有降低;在混合料水分为7.0%时, 焦粉配比由5.3%提高到5.9%, 转鼓强度先升后降, 成品率和利用系数提高;方案3适宜的混合料水分为6.5%, 焦粉配比为5.6%, 此时烧结速度为24.73mm/min, 转鼓强度为72%, 利用系数为1.73t/ (m2?h) , 与基准方案指标相当。
(2) 对于方案4, 在焦粉配比5.6%时, 混合料水分由6.5%提高到7.5%, 成品率呈升高趋势, 其余指标先升后降;在混合料水分为7.0%时, 焦粉配比由5.3%提高到5.9%, 转鼓强度先升后降, 烧结速度和利用系数提高;方案4适宜的混合料水分为7.0%, 焦粉配比为5.6%, 此时烧结速度为26.15mm/min, 转鼓强度为71.07%, 利用系数为1.83t/ (m2?h) , 除转鼓强度略低外, 其余指标均优于基准方案。
4.5 烧结矿粉化性能对比
检测了各方案在混合料水分为7.0%、焦粉配比为5.6%的条件下制备出的烧结矿的低温粉化性能, 结果如表12所示。
由表12可知:基准方案制备的烧结矿RDI+3.15为67.48%, 属于中等水平;采用方案1~方案4制备的烧结矿, 其低温粉化性能要略优于基准方案, 说明使用高硅粉不会对烧结矿的还原粉化性能产生不利影响。
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5 结论
(1) 研究所用高硅粉SiO2较高 (12.38%) 、TFe略低 (58.81%) 、Al2O3适中 (1.56%) 、杂质含量低;而且Fe主要以赤铁矿形式存在, Si主要以游离的SiO2形式 (石英) 存在。
(2) 在本文的配矿和试验条件下, 用高硅粉替代毛粉, 烧结适宜的工艺参数和产质量指标基本相当;但烧结矿的SiO2要增加0.19个百分点, TFe降低0.44个百分点。
(3) 在保证混匀矿主要成分相当的情况下, 通过增加高铁低硅铁矿的比例, 高硅粉的比例可以提高到6%~10%, 烧结产质量指标基本相当, 且烧结矿的低温粉化性能还略有改善。
(4) 配加高硅粉进行烧结是完全可行的, 其适宜配比需要结合烧结矿化学成分的要求和原料条件确定。
摘要：本文采用烧结杯试验方法研究了巴西某高硅粉的烧结性能。研究发现:该高硅粉除SiO2较高 (12.38%) 外, 其余杂质含量低;在保证烧结矿化学成分和其他产质量指标的情况下, 高硅粉可以配加到6%10%。此时, 适宜的混合料水分和燃料配比基本相当, 烧结速度可达24.73mm/min以上, 转鼓强度达71%以上, 利用系数在1.73t/ (m2?h) 以上。
关键词：高硅粉,烧结性能,优化配矿
参考文献
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[6]陈宏, 张美芳;铁矿粉反应性研究[J].宝钢技术, 2001, (5) :17-20.
厦门海泥烧结砖泛霜试验研究 篇3
海淤泥烧结砖利用厦门海域的沉积淤泥和粉煤灰烧制而成的。福建省厦门市2008年底开始海域清淤工程, 东西海域淤泥总量将达9000万m3, 部分弃泥将用于厦门大小嶝纳泥造地工程, 为厦门第二机场提供建设用地, 但由于清淤量太大, 仍然有大部分的淤泥无法消化, 利用这些淤泥烧制的墙砖可以替代粘土砖, 既变废为宝, 减少占用耕地, 保护环境, 又能为建筑市场提供实心粘土砖替代产品, 具有良好的经济社会效益, 是一种环保、节能、符合可持续发展战略和具有广阔发展前景的新型墙体材料[1]。
1 试验过程
1.1 原材料
本试验所用淤泥来自厦门海域。该淤泥经自然干燥后呈黑灰色, 质地松软, 粘性一般, 干密度为1.050kg/m3, 其含水率大于30%, 主要成份为高岭石、蒙脱石等。海淤泥具有良好的可塑性, 保证了成型性, 有利于提高坯体的强度[2]。淤泥的化学组成见表1。试验使用的粉煤灰取自某电厂的II级灰, 细度12.5%, 需水量比98%, 烧失量2.85%。粉煤灰不具备塑性, 掺入粉煤灰后混合料的塑性降低, 但粉煤灰掺入海淤泥后可降低其淤泥的干燥敏感性, 减少坯体的收缩和干燥裂纹[3]。其化学组成见表2。
1.2 样品制备
淤泥原材料含有较多水份, 因此将取自海里的淤泥进行烘干, 然后碾磨成粉, 再经过0.630mm的筛, 去除较大的颗粒, 最后形成均匀粉状的材料。初期试验结果得到的较佳配方为:淤泥/粉煤灰=6/4 (质量比) , 烧结温度为1000℃。将干燥后的淤泥与粉煤灰按照6:4的比例加料混合, 放入搅拌锅内, 搅拌15min, 使之混合均匀, 再加入一定量的粘结剂和水, 拌合后加压成型为240mm×115mm×53mm的湿坯, 经105～110℃烘干后, 置于高温电阻炉中升温至设定的温度, 保温后, 随炉温自然冷却至室温。
1.3 试验步骤
(1) 清理试样表面, 在 (105±5) ℃鼓风干燥箱中干燥24h, 然后冷却至室温。
(2) 将试样顶面朝上置于浅盘中, 往浅盘中注入蒸馏水, 水面高度不低于20mm, 用透明材料覆盖在浅盘上, 并将试样暴露在外面, 记录时间。
(3) 试样浸在盘中的时间为7d, 开始2d内经常加水以保持盘内水面高度, 以后则保持浸在水中即可。试验过程中要求环境温度为16～32℃, 相对湿度35%～60%。
(4) 7d后取出试样, 在同样的环境条件下放置4d。然后在 (105±5) ℃下干燥至恒重。取出冷却至常温。记录干燥后的泛霜程度。
(5) 7d后开始记录泛霜情况, 每天一次。
1.4 试验结果评定
依据GB/T2542-2003《砌墙砖试验方法》中对烧结砖的泛霜程度进行描述:
(1) 无泛霜:试样表面的盐析几乎看不到;
(2) 轻微泛霜:试样表面出现一层细小明显的霜膜, 但试样表面仍清晰;
(3) 中等泛霜:试样部分表面或棱角出现明显霜层;
(4) 严重泛霜:试样表面出现起砖粉、掉屑及脱皮现象。
2 试验结果与分析
根据标准GB/T2542-2003《砌墙砖试验方法》进行的试验表明, 厦门海淤泥烧结砖试样表面几乎看不到盐析, 只在砖的棱及角处出现极其轻微的霜盐, 这是由于砖棱角处的水分蒸发速度快, 烧结砖内部的可溶性盐分被带至这些部位结晶沉积。通过以往的研究可知, 霜盐的基本矿物成分是钙、镁、钠、钾的硫酸盐[4], 因此烧结制品中的可溶性盐, 尤其是Ca2+、Mg2+、SO42-等离子是砖产生泛霜的物质来源, 从表1中可知, 海淤泥中没有硫酸盐存在, 从表2中可知, 粉煤灰中存在极其少量的硫酸盐物质, 在制品的干燥阶段, 随着干燥的进行, 坯体中的Ca SO4, MgSO4可被水分溶解并迁移到制品表面沉淀下来, 形成“干燥室白霜”, 俗称“泛白”, CaSO4, MgSO4在制品中的含量微少, 所以只在棱角等水分蒸发快速的地方出现极其轻微的霜盐。
白霜生成是导致砖强度降低的原因之一, 之前常用的烧结粘土砖一般白霜生成极少, 泛霜十分轻微, 对砖的强度影响很小[5], 成为最主要的建筑用墙材。而海泥烧结砖与粘土烧结砖相比, 其原材料性质相近, 其化学成分基本相近, 只是含量略微不同, 烧制而成的制品, 泛霜过程、现象及结果也相似, 霜析极其轻微, 主要出现在棱角及顶面, 强度自然不会有太大的降低, 而且, 海泥烧结砖具有更高的强度, 因此, 对砖的耐久性及其使用不会有太大的影响。
3 消除泛霜的几种方法
(1) 严格控制原料中的含硫量。原料中的硫在高温焙烧时会生成硫酸盐, 因此应选择合适的原料, 控制硫的含量以减轻泛霜。对于海泥烧结砖, 主要的含硫量来自于粉煤灰, 而且其含量很低, 因此海泥和粉煤灰混合烧结而成的制品霜析轻微[6]。
(2) 掺加外加剂。减轻泛霜的外加剂较多, 例如用于硫酸钙的有胶体硅酸、氧化钠、氯化钙等。用于硫酸镁的有氯化钠、氯化钙、焦粉、粉煤灰等。但比较普遍采用的则是碳酸钡, 它对于各种泛霜都有效果。
(3) 提高原料的细度。原料越细, 越有利于高温焙烧脱硫, 可以减轻泛霜;反之, 原料越粗, 越不利于高温焙烧脱硫, 则制品泛霜严重。但从制砖成本考虑, 磨细并不经济。
4 结论
(1) 海淤泥烧结砖泛霜非常轻微, 只在棱角等部位出现, 甚至可忽略不计。
(2) 海淤泥烧结砖强度很好, 泛霜现象与传统烧结粘土砖类似, 但是强度比传统的烧结粘土砖好, 可以正常使用, 替代传统的烧结粘土砖。
(3) 在几种消除泛霜的方法中, 控制原料中的含硫量和掺加外加剂是比较经济有效的一种方法, 海淤泥的化学组成中没有含硫物质, 而粉煤灰作为原料, 含硫量很低, 又可作为外加剂降低硫酸镁泛霜, 因此以海淤泥和粉煤灰为原料制作烧结砖是可行的。
参考文献
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烧结试验 篇4
关键词：黏土,淤泥,烧结多孔砖,物理性能
0 引言
我国幅员辽阔,有着众多的江河湖泊,每年上游冲刷及地表土流失,淤积到江河湖海的淤泥量极其庞大。为了改善河流、湖泊、近海等水域的水质以及保证河道正常的行洪、通航能力,我国对许多河道、湖泊、水库和海湾等水域都定期进行大规模的疏浚和清淤工程。
2000年国家经贸委、国家计委以962号文印发的《关于发展新型建材若干意见》中明确规定,“鼓励利用江河清淤、疏浚的淤泥生产黏土质墙体材料”。利用江河湖海淤泥替代黏土生产淤泥烧结多孔砖,既保护耕地,又使疏浚淤泥得以充分利用,一举多得。江苏省南通市从20世纪80年代初期就开始使用淤泥生产烧结砖,但不同河道的淤泥特点随着地点不同而有所变化。生产淤泥烧结多孔砖对淤泥原料的选择,其物理性能试验分析是基础。本文对南通境内不同地区采集的淤泥进行了淤泥密度、堆积密度及含水率测定,塑性指数及颗粒分析试验。
1 南通水网分布及淤泥资源储量
1.1 南通长江岸线和黄海滩涂概况
南通境内江海岸线422 km,其中江岸线219 km,海岸线203 km。由于地理位置独特,境内滩涂资源较为丰富,0 m以上潮间带滩涂面积共18万hm2,约占全省的1/3。长江是南通市最主要的河流,境内长江水域约642 km2,江面宽5～10 km。不仅提供了宝贵的水利资源和航运条件,而且随江水滚滚而来的大量泥沙淤积在区内沿江浅滩,仅市区天生港水道,年平均淤积量就达95万～100万m3。另外,由于潮汐作用,有大量泥沙流入内河[1,2]。
1.2 南通河道概况及淤泥储量
南通市境内河网纵横交错,内河河道共分五级。拥有一级河12条,长730 km;二级河111条,长1901 km;三级河1277条,长57 464 km[3]。区内土地酥松,水土流失,河道易于淤浅,需要周期性清淤,以保持水道畅通。近年来,南通各地积极采取措施,把制砖用土与水利建设结合起来,鼓励砖瓦企业向长江、内河要原料,不仅河道得以疏浚,恢复并提高了引排水能力,减少了污染,保护了环境,而且从根本上解决了砖、粮争地的矛盾。
据南通市水利发展“十一五”规划[1]及南通市国土资源局2008～2015规划[4]等数据,南通内河淤泥储量达约2.75亿m3[5],每年生产淤泥烧结砖需用淤泥量约500万m3[4];将河道淤泥作为一种非传统矿产资源加以规划、开发利用,可满足南通砖瓦企业原料土的需求。
淤泥用于替代黏土生产烧结砖,除了需要进行化学成分检测外,最基本的物理性能包括含水率、可塑性、干燥敏感性及颗粒组成等。
2 淤泥的密度、堆积密度、含水率试验及与黏土的对比
对长江南通段淤泥、南通内河淤泥与南通地区普通黏土的密度、堆积密度、含水率等进行了对比试验。
淤泥含水率根据取土的方式和环境不同区别很大。这里所取淤泥为出水晾晒、自然风干1～2个月的样本,从淤泥池取土时,在池表面4个角及中心位置选定取土点,去除上面10 cm表层后,每点取土样1000 g。试验室预处理时,先将长江淤泥、内河淤泥、黏土试样放于温度20℃、相对湿度75%的环境中静置2 d。按照GB/T 50123—1999《土工试验方法标准》用烘干法测定含水率。各取淤泥试样10 g,放入称量盒内,盖上盒盖称量为湿土重,然后揭开盒盖,将称重盒放入105℃烘箱烘干至恒重,盖上盒盖冷却后再称量,以2次土重之差除以干土重即得绝对含水率。试样含水率、密度及堆积密度测试结果见表1。
一般而言,淤泥的堆积密度大表示其粗粒径颗粒(石子、砂)相对较多。试验结果表明,长江淤泥、内河淤泥及滩涂淤泥试样的含水率均低于黏土的平均含水率(16.08%),最大差值达3.12%。从含水率可得出,长江淤泥、内河淤泥和滩涂淤泥的黏性颗粒含量比黏土的含量相对少。总体上由于长江淤泥及滩涂淤泥中黏性颗粒含量相对较少,因此,保水性相对较差,导致在相同条件下测得的含水率稍低。所测淤泥样本含水率介于12.96%～15.82%,密度介于2.53～2.81 g/cm3,堆积密度介于1.48～1.80 g/cm3。以这部分淤泥样本试验结果而言,淤泥成型含水率可控范围较黏土小,增加了成型水分的控制难度。
3 塑性指数试验
3.1 样本选择与试验方法
淤泥取代黏土制砖最重要的依据是塑性指数的大小,该指数是黏土最基本、最重要的物理指标之一,它综合反映了黏土的物质组成,广泛应用于土的分类和评价。生产烧结黏土砖所使用土的塑性指数为7～15(工程上习惯不带%号,下同)。根据对调研地区土质特点的划分,对以下6个区域3批次取得的100余个土样进行了塑性指数试验分析:长江北岸沿江港口(以江泥为主),东部沿海地区海泥及内河淤泥(启东和如东沿海地区),南部沿江地区内河淤泥(市区沿江及海门沿江区段),西南地区内河淤泥(如皋高沙土地区),西北地区内河淤泥(海安里下河地区),中部地区内河淤泥(如东南部、海门西部及通州区交汇地区)。
试验按照GB/T 50123—1999《土工试验方法标准》进行,试验装置采用GYS—2型液塑限联合测定仪,锥质量为100g,锥角为30°。
3.2 试验结果与分析
从所选择的有代表性的33个样本测定的塑性指数结果进行分析。
典型样本中,试验测得长江南通区段及主要河道淤泥塑性指数大部分介于7～15,占比81.82%;高于15的样本2个,占6.06%;低于8的样本4个,占12.12%。样本大部分满足烧结砖原料对塑性的要求。塑性指数达不到7或高于15均不适合于生产制作淤泥烧结多孔砖,需要进行处理后方可使用。
样本中的长江淤泥塑性指数最为理想,所采集的试样测得数据大部分集中在12左右,数据变化幅度不大,是最佳的烧结产品所需的黏土替代品;沿海滩涂淤泥样本中,因筑堤吹填形成的已有一定年限的滩涂淤泥实际已部分改变了淤泥的特点,逐渐熟化,测试结果塑性指数高的达12左右;内河淤泥塑性指数与长江淤泥相比,其数据较为分散。同一河道不同河段其塑性指数会有所不同。海安里下河地区淤泥的塑性较高,为生产出更为优质的烧结砖,可通过添加减塑剂或掺和低塑性指数淤泥等方法改善其淤泥塑性;其它部分地区淤泥塑性较低的也可通过添加增塑剂或掺和高塑性指数淤泥等方法加以改善,达到生产烧结多孔砖的塑性使用范围。九圩港、天生港、海门港淤泥塑性指数在11左右,是最佳的烧结产品所需黏土替代品。
4 颗粒分析试验
由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响黏性土特征的各种重要因素。塑性指数愈大,表明土的颗粒愈细,比表面积愈大,土的黏粒或亲水矿物(如蒙脱石)含量愈高,土处在可塑状态的含水量变化范围就愈大。也就是说塑性指数能综合地反映土的矿物成分和颗粒大小的影响。
选择部分淤泥样本,按照JTG E40—2007《公路土工试验规程》,采用SJS液塑限联合测定仪(TG002,锥质量为76 g,锥角为30°),Φ20 mm土工标准筛,DS-101沙浴电炉(LQ009)、HWY-30高低温水浴(LQ013)以及FA2004电子天平(HF001)等设备,进行了颗粒分析试验,并复核塑性指数。试验数据见表2。
从表2可看出,淤泥颗粒在0.05～0.005 mm和0.005 mm以下含量愈多,表明其黏性颗粒含量愈高,其塑性指数也相对较高。
按GB/T 50123—1999(100 g锥)和JTG E40—2007(76 g锥)2种方法测得的塑性指标结果,对几种淤泥土样的判别趋势基本一致,但后者的塑性指数分析结果高于前者。
5 结论
(1)南通拥有大量的淤泥资源,以淤泥替代黏土生产烧结多孔砖具有区域优势。淤泥储量能保证正常的烧结淤泥多孔砖生产所需。
(2)从取样试验的结果判断,淤泥颗粒级配较好,并且和传统制砖黏土的其它物理性质也基本相似,可以用于生产淤泥烧结多孔砖。
(3)从物理性能试验结果看,长江淤泥是理想的烧结多孔砖原料。所采集的试样塑性指数大部分集中在12左右,数据变化幅度不大。九圩港、天生港、海门港淤泥塑性指数在11左右,是最佳的烧结产品所需黏土替代品。
(4)按照GB/T 50123—1999和JTG E40—2007这2种方法测得的塑性指数结果,后者高于前者,但高低趋势基本一致。
参考文献
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[2]刘红梅,韩艳丽,朱爱东,等.淤泥烧结多孔砖原料性能试验研究[J].中国建材,2010(11):104-105.
[3]南通市水利史志编纂委员会办公室.南通市水利志[M].合肥:黄山书社,1998:96.
[4]南通市国土资源局.南通市矿产资源总体规划(2008-2015)[R].
烧结试验 篇5
北京建邦伟业机械制造有限公司创新研制的Jszl系列陶粒烧结中间试验线日前通过了由中国建筑材料联合会科技部组织的专家鉴定。
鉴定委员会专家认为, 北京建邦伟业机械制造有限公司研制的Jszl-1.8型陶粒烧结炉为固定炉体, 点火系统移动, 炉顶点火, 炉底引风, 点火能耗低。研制的带有圆盘锁风阀的卸料器, 具有破碎、拨料、引风等多种功能。烧结工艺稳定, 生产线投资省, 生产规模易于调节, 是一种自主创新的新型烧结陶粒生产工艺和设备。该线生产过程中所消耗的燃料少, 经国家建筑材料工业节能评价检测中心检测计算, 生产线生产陶粒的综合能耗低;对粉煤灰的品质适应范围宽, 生产的粉煤灰陶粒主要指标符合国家标准要求。
此外, 产品经国家建筑工程质量监督检验中心检测, 符合800级高强轻粗集料性能指标要求, 粒型系数优等, 成品率不低于95%。该线烧结过程为负压操作, 粉尘、烟尘排放少, 经北京市劳动保护科学研究所室内环境检测中心检测, 除尘器排放口的颗粒排放浓度为17 g/m3, 低于国家排放标准限值。 (泽雁摘)
烧结试验 篇6
“高强度、高孔洞率、高保温性能的烧结制品及复合保温墙体材料”属于重点发展的“新型墙体材料”。限制淘汰黏土烧结砖, 利用固体废弃物制备烧结砖是一个主要发展方向。城市污泥制备建材是污泥管理的一个重要课题[1]。胡明玉等[2]利用城市污泥和电厂灰渣成功制备了生态透水烧结砖。Xu Lingling等[3]利用电厂飞灰制备出烧结砖, 其飞灰∶黏土的体积比达70∶30也能很好满足相应标准要求。王晓峰等[4]以拜尔法赤泥和煤矸石为原料, 研究了配料比、保温时间和烧结温度等工艺条件, 成功制备出满足GB 5101—2003《烧结普通砖》要求的烧结砖。铝土矿选尾矿的主要组分为:Si O2、Al2O3、Ca CO3等非金属矿物, 具有作为建筑材料的必要组分条件, 可望用于制备建筑材料。以铝土矿选矿废渣为主料制备高强、保温、隔热的烧结砖, 符合我国墙体材料革新的方向, 属于新型墙体材料。本研究以铝土矿选尾矿为原料, 通过正交试验和重复试验探索其配料比、烧成制度等适宜的工艺条件制备烧结砖, 按GB/T 2542—2003《砌墙砖试验方法》测试烧结砖的主要性能指标。
1 试验条件和方法
1.1 原材料
1.1.1 铝土矿选尾矿
铝土矿选尾矿取自河南某铝业公司, 经X射线衍射分析, 其矿物组成为高岭石、一水硬铝石、伊利石、赤铁矿及锐钛矿等, 化学组成为:Si O229.78%、Al2O341.88%、Fe2O36.96%、Ti O22.73%。对照普通黏土烧结砖的组成:Si O250%~80%、Al2O33%~25%、Fe2O32%~9%、Ca O 0~15%、Mg O 0~5%[5];铝土矿选尾矿中Si O2的含量相对偏低, 可能影响砖的抗冻性能;Al2O3的含量偏高, 有利于提高可塑性指数和抗折、抗压强度, 但会增大焙烧后收缩。
以铝土矿选尾矿为原料制备烧结砖, 可基于铝土矿选尾矿组分分析并采用其它原料的相应配比调整物质组成, 本研究针对我国主要大宗固体废物的产生和成分情况, 另选用粉煤灰和污水污泥2种原料。
1.1.2 粉煤灰和污泥
粉煤灰取自广州某发电厂, 其化学成分见表1。粉煤灰质轻, 可以降低砖体积密度[6], 但掺量过大会降低原料的可塑性[3], 对砖体强度造成影响。
污水污泥取自广州某污水处理厂脱水污泥, 经烘干、磨细、过20目筛, 备用。污泥的化学组成如表1所示。污泥中含较多的有机质, 可作为烧结过程的辅助燃料, 有利于提升烧结砖孔隙率, 但会一定程度降低砖体强度。
%
1.2 试验方法
1.2.1 制砖工艺
按照原料配比称取一定量原料置于容器内混合均匀, 搅拌并缓慢加入适量的水。将混合料加入到自制的模具 (100mm×20 mm×10 mm) 中进行挤压成型。湿坯在烘箱内先经烘干, 然后在马弗炉内进行烧制。
1.2.2 性能测试
按GB/T 2542—2003进行性能测试, 铝土矿选矿废渣烧结砖的性能主要包括体积密度、烧成质量损失率、抗折强度、抗压强度、吸水率等物理力学性能和泛霜、石灰石爆裂等耐久性能。
2 结果与讨论
2.1 原料配比对砖体性能的影响
研究工作者对污泥和粉煤灰制备烧结砖和陶粒进行了研究[7,8]。综合前人研究成果和所用原料成分, 本试验中铝土矿选矿废渣、粉煤灰和污泥的配比分别为:m (铝土矿选矿废渣) ∶m (粉煤灰) ∶m (污泥) =68∶20∶12 (M1) 、76∶15∶9 (M2) 、84∶10∶6 (M3) 。在烧成温度1050℃、水固比0.25、保温时间60 min条件下, 测试了3种配比制备的烧结砖的抗压强度, 结果均达到普通黏土砖MU30的标准。
2.2 烧成温度对砖体抗压强度的影响 (见图1)
从图1可以看出, 试样的抗压强度均随着烧成温度的升高而增大, 当烧成温度低于1000℃时试样抗压强度较低, 烧结不充分;当烧成温度介于1050~1150℃时, 试样抗压强度达到MU30级, 而且均可满足使用要求。
2.3 保温时间对砖体抗压强度的影响
在高温时, 保温时间长可能使坯体出现熔融, 液相量过大, 发生液相的黏性流动传质, 引起砖的过烧[9];在低温时, 坯体强化过程的反应较缓慢, 容易控制。保温时间对砖体抗压强度的影响见图2。
由图2可以看出, 随着保温时间的延长, 试样的抗压强度呈现先升高后降低的趋势, 在保温时间为60 min时, 试样的抗压强度最大。在保温时间为120、150、180 min时, 试样表面出现不同程度裂痕, 这可能是由于试样体积收缩较大造成的。因此, 确定最佳保温时间为60 min。
2.4 试验最佳工艺参数的确定
以原料配比、最高烧结温度和水固比为影响因子, 用L9 (34) 正交表进行正交试验, 确定铝土矿尾矿渣烧结砖的最佳工艺参数, 因素水平表如表2所示, 正交试验结果如表3所示。
由表3可以看出, 各因素对抗压强度影响的主次顺序为:最高烧结温度、水固比、原料配比;其最优组合为A3B2C1, 即铝土矿选尾矿烧结砖的最佳工艺参数为:m (铝土矿选矿废渣) ∶m (粉煤灰) ∶m (污泥) =84∶10∶6, 烧成温度1100℃, 保温时间60 min, 水固比0.24。
2.5 物理力学性能
在最佳工艺参数条件下制得一批试样, 其物理力学性能如表4所示。
从表4可以看出, 试样的体积密度大于普通黏土砖 (1560kg/m3) , 烧成质量损失率符合GB 5101—2003规定的不大于15%的要求, 吸水率满足非严重风化区要求, 抗折强度达到同等黏土砖MU10级, 抗压强度达到同等黏土砖MU20级。
泛霜和石灰石爆裂等耐久性均符合GB 5101—2003的要求, 砖制品的性能较好。
3 结论
(1) 利用铝土矿选尾矿制备烧结砖的最佳工艺参数为铝土矿选矿废渣84%、粉煤灰10%、污泥6%, 烧成温度为1100℃, 保温时间为60 min, 最佳水固比为0.24。
(2) 对按最佳工艺参数制备的试样的性能测试结果表明, 其体积密度、烧成质量损失率、抗折强度、抗压强度、饱和系数、泛霜和石灰石爆裂等均符合GB 5101—2003的规定要求。
(3) 完全不利用黏土资源, 利用铝土矿选尾矿、污水污泥和粉煤灰生产新型墙体材料, 符合循环经济和国家政策支持方向。在消耗大量尾矿的同时, 可以延长尾矿库的使用寿命, 减少土地占用, 是社会可持续发展的必然趋势。
摘要：综合分析尾矿利用的最新成果, 分析了铝土矿选尾矿的成分特点, 通过正交试验优化制备烧结砖的原料配比:铝土矿选尾矿84%、粉煤灰10%、污泥6%。在此配比下, 按水固比0.24、烧成温度1100℃、保温时间60 min, 制得烧结砖的性能均符合GB5101—2003《烧结普通砖》中MU20级的要求, 该“全废渣”制备烧结砖的方法符合循环经济的发展要求。
关键词：铝土矿选尾矿,粉煤灰,污水污泥,烧结砖
参考文献
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烧结试验 篇7
1 原料
采用攀枝花钢铁 (集团) 公司的提钛型氯化残渣。氯化残渣呈灰黑色, 是含有较多粗颗粒的瘠性原料;其主要化学成分如表1所示;X-衍射分析图如图1所示。表1的化学成分中氯化残渣的SiO2含量低于适宜制造烧结砖对化学成分要求值范围[1]下限, CaO、MgO、TiO2含量远远高出要求值上限。如氯化残渣的X-衍射分析图得知, 氯化残渣主要由非粘土质矿物石英、钙铝黄长石系列的钙铝硅酸盐组成的矿物及少量的磁铁矿组成。针对氯化残渣的化学和矿物组成对烧结制品存在的不足, 试验研究过程中需要掺加一定量的页岩等粘土质原料予以调整。
2 掺配原料与配合比设计
2.1 掺配原料及性能
为改善氯化残渣制造烧结砖的诸多不足, 研究中采用当地页岩为主掺配原料和提高成型性能与制品强度的外掺剂。页岩呈土黄色, 其塑性指数高达15.55。其化学组成如表2所示, 且页岩的化学成分均处于适宜制造烧结砖对化学成分要求值范围[2]内。由页岩原料的X-衍射分析图 (图2) 得知, 该页岩原料主要由粘土矿物高岭石、伊利石及非粘土矿物石英、长石类等矿物组成。该原料有利于制品的成型和烧结, 适宜于作为烧结空心砖的掺配原料。
2.2 配合比的设计
综合氯化残渣及页岩原料的各项性能, 设计如表3所示的配合比, 按照烧结制品原料试验方法与评价[2]进行研究试验。
3 试验结果及分析
3.1 混合料的成型水分
试验结果表明, 表3中各组配合比混合料的成型水分随着氯化残渣掺配比例的增加, 呈下降趋势 (图3) , 但A～D四组配比的成型性能并未因含水率下降而变坏, 四组试件成型表面及棱边均光滑, 湿坯强度较好;当氯化残渣掺量达到50%时该配比成型困难或基本无法成型, 故剔除配比E。
3.2 混合料的物理性能
图4所示混合料的物理性能试验研究结果表明:随着氯化残渣掺加量由10%～40%的增加, 可塑性指数呈下降趋势, 最低的塑性指数为7.39, 仍可以满足制造烧结砖对原料成型性能的要求。
干燥敏感性系数及干燥线收缩率随同可塑性指数下降而下降, 配比A到配比B的干燥敏感性系数及干燥收缩率下降趋势较大, 配比B到配比C的下降趋势不明显, 配比C到配比D的下降趋势骤增。配比A、B、C三组混合料的干燥敏感性系数依旧在1.0的临界线以上, 这三组混合料的干燥工艺应适当控制, 防止坯体产生裂纹。配比D混合料的干燥敏感性系数小于1, 坯体适应于快速干燥。
3.3 混合料的焙烧性能
3.3.1烧成温度范围及焙烧温度
通过对小型试块温度梯度炉焙烧的吸水率 (图5、图6) 、不同温度的主要矿物比对 (图7、图8) 及扫描电镜的显微结构分析 (图9～图12) , 确定了各组小试样品的烧成温度范围及焙烧温度 (表4) 。
分别采用各配比经980℃、1 050℃、1 150℃梯度焙烧后的小试块进行X-衍射试验。X-衍射结果表明试块中大都含有石英、钙铝黄长石、长石三种矿物, 并生成辉石、斜顽辉石、歪长石、透长石、赤铁矿、磁赤铁矿等少量矿物。
由图7、图8表明, 各组配比的试块随着烧结温度的变化趋势大致相同。随着烧结温度的升高, 试块中石英主特征峰的强度逐渐降低。在980℃至1 050℃范围内, 各组配比的石英的特征峰呈下降趋势, 钙铝黄长石主特征峰的强度随着温度的提高逐渐加强, 但当温度达到1 150℃时, 钙铝黄长石的特征峰消失。当温度达到1 150℃时, 磁赤铁矿转化为赤铁矿, 同时又有长石、斜顽灰石、歪长石以及莫来石等新矿物的出现。原料中的物相已经瓦解, 已被新的物相取而代之。这说明烧结过程已使矿物的相态发生变化, 烧结过程完成。
图9～图12的四组配比烧结试样的显微结构可知:980℃时大多仍是粒状的晶体, 980℃在长石与石英、长石与分解后的其他矿物接触部位开始有液相产生, 细小晶粒之间通过液相连接, 微观结构表现为:晶粒已经被粘结, 表面的孔洞为熔融物留下的孔洞, 从中还可以看到平行四边形和针状晶粒;1 050℃时样品的微观形貌几乎没有变化, 只是液相稍有增多, 主要是由细小颗粒组成, 颗粒之间通过液相粘结;1 150℃时烧结试样的微观结构有明显的不同, 随着温度的升高, 试样中的结合长石已经大量熔融, 液相大量产生, 微观结构表现为表面平滑, 晶粒之间的界面消失, 试样中存在熔融过程中残留的气孔。
以小型试块焙烧性能 (表4) 为指导, 对各配比的试件进行焙烧, 焙烧好的试件如图13所示, 焙烧后的试件呈红色, 表面有白点, 敲击声音清脆。试件的烧成收缩率如图14所示, 且收缩率随页岩掺加量的减少逐渐降低。
3.4 小型试件的性能测试
小型试件的材料性能测试结果如表5所示, 抗压强度测试结果如图15所示。
将表5及图15的小试样品测定值参照《烧结空心砖和空心砌块》 (GB13545-2003) 国家标准进行评定, 配比A的样品强度为3.8 MPa, 可达到MU3.5的强度等级, 吸水率和冻融试验均满足标准合格品要求;配比B、C的小试样品均满足吸水率和冻融试验合格品要求, 并达到MU2.5的强度等级;在氯化残渣掺加量达到40%时的配比D, 虽然其强度达到MU2.5, 但其吸水率超标, 为22%, 超出标准合格品要求。
4 结论
通过试验研究, 掺加10%～30%的氯化残渣, 利用页岩为粘结剂, 以调节氯化残渣的化学成分和矿物组成, 调整氯化残渣的各项物理性能, 能够生产出符合产品标准要求的烧结多孔砖或空心砖, 技术上可行, 小型空心试件强度等级可达到MU2.5～MU3.5以上。
由于氯化残渣CaO中部分含有粒状石灰质颗粒, 造成烧结样品出现石灰爆裂点, 因此需将氯化残渣原料的粒径控制在0.5 mm以下, 以防止石灰爆裂现象破坏产品的强度指标。
因氯化残渣中MgO含量较高, 致使烧结样品均出现轻微的泛霜现象, 建议在产业化生产中选用低硫煤烧成。
摘要：针对氯化残渣的化学成分和矿物组成的特点, 通过掺入页岩和提高成型性能与制品强度的外掺剂的一系列试验, 对烧成试件进行微观结构和材料性能分析检测, 确定了氯化残渣的掺配比例, 为氯化残渣的资源化利用开辟了新途径。
关键词：氯化残渣,烧结空心砖,试验研究
参考文献
[1]曹世璞.烧结空心砖和空心砖生产技术, 全国墙体材料科技信息网, 2001.07.