湿排炉底渣加气混凝土砌块的生产特点

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  [摘 要]湿排炉底渣经磨细生产加气混凝土砌块与石灰-水泥-粉煤灰加气混凝土工艺体系基本接近。磨细后料浆质量的控制以及环境温度下CSH(I)水化产物的存在造成对生产设备的粘接是生产线稳定生产的主要影响因素。生产线设备的平稳移动对实现高品质砌块生产影响较大。
  [关键词]加气混凝土;炉底渣;生产特点
  中图分类号:TU639 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)12-0049-02
  前言
  作为大宗的工业固废--粉煤灰的综合利用,用于生产加气混凝土制品是一较好的手段。现我国加气混凝土制品中70%左右为石灰-水泥-粉煤灰这一工艺系列。工业化加气混凝土生产线自引进以来,我国在粉煤灰加气砖生产中积累了较多经验,形成了完整的设计、设备、安装、调试、生产、检测等工业体系。由于粉煤灰综合利用受地域运输条件及市场区域的限止,如在江浙、两广等地,粉煤灰作为水泥混合料、混凝士掺合料得到了充分的利用,在西北等地煤电基地、坑口电厂较多的地方仍旧在进行填埋处理,综合利用率并不高,生產加气砖以粉煤灰为主。
  近些年,利用炉底渣生产加气混凝土,以提高产品附加值在南方一些粉煤灰较为紧张的地区在逐步摸索和施行,以生产砌块为主。本文通过对炉底渣的成份、物相以及对生产线设备的探讨,并结合生产实际,对以湿排炉底渣生产加气混凝土砌块的生产特点进行了总结分析,以期进一步提高综合利用水平。
  一、 炉底渣及其化学成分及物相
  在煤碳发电企业中,粉煤灰实际上是粘土质矿物在高温下燃烧后的产物。锅炉中煤粉的燃烧温度高达1100-1500℃。由于煤粉中的粘土矿物在燃烧过程中生成的SiO2、Ai2O3、Fe2O3在1000℃时便成为熔融状,在排出炉外时经急速冷却,因大部分自由分子来不及形成晶体而成为细小的球形颗粒状玻璃体,从而具有良好的活性。煤炭燃烧后,近80%经烟道通过电除尘收集下来的灰份,就是粉煤灰,但占总灰量的20%左右的部份,是通过从炉底以渣的方式排出,这就是炉底渣。
  炉底渣的排放方式一般以湿排放为主。近些年,为满足不断提高的环保要求,同时也为缓解土地及水资源相对紧张的矛盾,特别在南方一些粉煤灰相对紧张的电厂,利用大修期间或在新上机组之时,进行炉底灰渣处理系统的改造或直接采用干排放工艺,改造后的炉底灰渣处理系统排出经风冷后粒径为 3~5 mm的脆硬干渣。
  干排放的炉底渣通过磨细完全可达到二级灰的标准[1],但湿排放的炉底渣,因水份较高,通过堆放沥水,有少量的炉底渣作为建筑材料中的粗集料或细骨料使用, 以取代河砂或碎石, 也有作为道路的路堤和基层利用。这些利用方式的经济效益不高,也有研究通过烘干磨细利用[2],但能耗太高。
  湿排放的炉底渣因化学成分、物理相与粉煤灰基本一致,同时,现国内加气混凝土生产工艺在料浆制备中湿磨、混磨工艺的较为成熟,可在加气砌块生产中进行综合利用。
  1、 炉底渣化学成份
  下表1是新疆乌鲁木齐红雁池第二发电厂排放,取自于堆场的炉底渣成分分析表,表2 是浙江浙能长兴电厂炉底渣的成分分析。来自不同区域的炉底渣SiO2+Al2O3的含量均要超过70%。分析个下
  2、 炉底渣矿物相
  炉底渣矿物相以玻璃体占绝对优势,结晶相物质含量较低。结晶矿物相以石英、莫来石为主,另外还含有少量的赤铁矿,微量元素和放射性元素含量均在国标规定的限定范围内[2]. 微观结构方面:电厂陈积粉煤灰颗粒表面均粗糙不平,其主要原因为:在露天堆存过程中,粉煤灰在雨水的侵蚀作用下发生了不同程度的化学反应,在表面生成了反应产物所致[3]。同时,湿排炉底渣含水率波动较大,从30%至50%,若通过堆放沥水,在较好渗水条件下, 2-3天可从50%下降至30%,这是由成分及矿物相决定的。因电厂炉子燃烧方式、煤种及混煤方式的不同,不同电厂、不同时间段炉底渣的化学成分会有变化,尤其是Fe含量的变化,这对炉底渣的易磨性带来较大的影响,也给加气砌块料浆湿磨控制带来一定的影响。
  二、 我国加气砖生产的主要工艺设备流程
  国内年产15-20万立方加气混凝土生产线走过了一个引进、消化、自行设计与国内外互相借鉴的过程。据切割方式分类,瑞典形成了“伊通(Ytong)”和“西波列克斯(Siporex)”两大专利,德国的海波尔(Hebel)、荷兰的求劳克斯(Durox)、波兰的乌尼泊尔(Unipol)和丹麦的司梯玛(Stema)等均引进过。现主流的砌块生产线采用硅质材料加水粉磨制成料浆,干粉材料(水泥、石灰)通过绞龙输送并计量,发气铝粉膏经加水搅拌均匀计量,外加剂经自动计量后按一定配比加注于浇注搅拌罐,进行浇注搅拌,经静养、切割、蒸养、打包,成品出产。
  我国加气混凝土设备的开发也已获得多项成果,并形成特有的工序,现从机械化往自动化方向发展[4].乌尼泊尔工艺导流筒式搅拌机已成为我国新建企业的主要选择,采用固定搅拌浇注为多,浇注后的模具通过摩擦轮移动至静停室初养,也有采用辊道或牵引小车移动至热室静停初养,切割采用坯体翻转、分步式切割工艺技术(仿伊通),后续去底皮采用威翰工艺完成,切割后,再对坯体进行二次90度翻转,以除去底部余料。
  三、湿排炉底渣加气混凝土砌块的生产特点:
  1、 磨制料浆细度的稳定性控制
  湿磨是在磨机喂料口加水,加水量直接影响磨机出浆的浓度及物料的细度,加水量大,则出料速度快,而细度较粗;加水量小,出料慢,出料细度小,但也往往造成糊磨或出料堵塞。硅质材料的细度是决定料浆需水量的重要因素。在相同水料比时,硅质材料越细,料浆越稠。某些具有潜在水化活性的硅质材料如粉煤灰等,其细度越高,在料浆被激发时表现出的水化活性越大,料浆越容易因此而加速变稠。但应注意,随着硅质材料细度增高,需水量也将增大,因此,静停时间可能延长。   湿法制浆一般采用湿法溢流式球磨机。而炉底渣的易磨性差,要一次制成合格料浆,需保证在磨机内的磨制时间,磨机的长径比大于常规球磨机,我国往往采用管磨。在现有设计中,湿法溢流式管磨常采用单仓式设计。由于炉底渣的含水率波动较大,有些时候仅用含水率45%的炉底渣制浆测比重已能达到要求,但细度不一定能达到要求。而水份低的炉底渣加注水量又不大,磨机进料端易堵。
  加气混凝土砌块对硅质料浆细度控制在在200目(80μm)筛余30%,相当于D70=80μm。图1是对浙江浙能长兴电厂炉底渣分别在标准试验磨研磨10分钟(对应1)、20分钟(对应2)、30分钟(对应3)、40分钟(对应4) 时出料的粒径分布直方图。从图中可看到在溢流式球磨机中控制磨制时间在 20分钟之内能较好地得到料浆细度,同时应注意的是<5μm的粉粒在任何粉磨时间内含量百分比都是最高的。
  2、 料浆均化及切割前废料的粘接性较大
  炉底渣磨细后含有较多的活性成分,在较短的磨制时间内<5μm的粉粒含量百分比都较高,这与炉底渣的物理相結构有关。如果采用废浆进磨机再利用,代替补充水,活性成份更多。在制成一定比重,扩散扩和细度的合格料浆时,因PH值较高,在碱性条件下,在环境温度下水化反应生成CSH(I),粘附在输送管道、搅拌机叶片上,在均化设备上粘附;若在静养切割阶段,落料不及时清理,进一步粘附在相应设备、场地上。这个状况相比于沙加气等别的种类的加气砖要严重得多;在生产线往自动化方向发展,粘接在就地传感元件上,对生产稳定性更是不利。
  3、 大C/S比、小水料比提高产品生产率
  在加气混凝土砌块水化物结构中,对强度等性能起主要作用的是托勃莫来石结晶产物Ca5(Si6O18H2)4H2O)。托勃莫来石是所有CSH物相结构中唯一一个能够将基体黏结起来还具有高强度的物质。为了获得此种水化产物,必须使原料中的氧化钙与二氧化硅成分之间维持一定的比例,使其能够进行充分有效的反应。C/S比并不是一个机械的数字,它随用原料(硅钙含量及化合物活性、细度、杂质等)、生产工艺、蒸压制度等其他条件的不同而发生变化,生产厂家需根据自身条件,寻找合适的C/S比范围,才能在合理经济的蒸压制度下获得结晶良好的水化产物组合[5]。对某一品种的加气混凝土和一定的材料、生产工艺来说,C/S有一个最佳值和最佳范围。B06的水泥-石灰-粉煤灰加气混凝土的实际生产C/S比常为0.6-0.7左右,水料比为0.60-0.65。由于炉底渣的物料特性,采用粉煤灰加气砖实际使用的C/S比是合适的,但因炉底渣的不同,建议对C/S比通过试验确定一合适的范围,采用大C/S比、小水料比提高生产线产品生产率
  4、 高品质砌块生产是完全可以的
  按照加气混凝土“十二五”发展规划的目标,即: 2015年,全国混凝土年产量达到5000万立方米,每年实现利用工业固体废弃物1100万吨,节约土地25000亩,节约能源130万吨标准煤。2015年,加气混凝土平均单线生产能力应达到15万立方米以上,产品合格率95%以上,其中外观尺寸应达到《蒸压加气混凝土砌块》(GB11968-2006)规定的优等品指标。
  通过上述分析,用炉底渣制成的料浆用于高品质砌块生产完全可行的,但还应从设备及物料特性注意下述问题:
  1)设备方面:牵引设备采用磨擦轮或辊道代替链式牵引小车、钢丝绳,以降低入釜前的外型损伤;采用吊具进行空中工序交接、切换的生产企业,为保证坯体平稳,采用齿轮--齿条传动方式代替行走轮、钢丝绳,以保障产品平稳运动;应注意切割线上的传动方式,特别是积料问题造成的切割尺寸偏差。设备方面的这些改进对实现生产自动化带来较多好处,可实现精准控制。
  2)应注意用炉底渣生产加气砖在入釜前的收缩问题。CSH(I)是硅酸盐混凝土中早期最主要的水化生成物之一,是一种结晶度较低的单碱水化硅酸钙,其晶体呈纤维状,结构为层状,与膨胀粘土矿物相似。CSH(I)单矿物有较高的抗压强度;当周围介质相对湿度降低时引起的干燥脱水使其产生较大的收缩[6].
  3)按硅质材料10%-15%比例加沙混磨,制成粉煤灰加气砖。这一方式现有多家企业在使用。生产出来的产品在外观质量特别是缺棱掉角、破损减少很多,产品的合格率上都有较大的提高。分析其主要原因在于磨细炉底渣入釜前形成CSH(I)水化物时,磨细沙提供了水化反应的成核粒子,提高了孔间壁的强度。
  四、结论
  1、 湿排炉底渣经磨细生产加气混凝土砌块与石灰-水泥-粉煤灰加气混凝土工艺体系基本接近,实际生产中可参考粉煤灰体系确定C/S比、水料比,尽量采用大C/S比、小水料比以提高生产效率。
  2、 湿法球磨磨制料浆的质量的控制,特别是细度,可以用磨制时间来大致掌控。
  3、 由于湿排炉底渣经磨细后,活性较高,环境温度下CSH(I)水化产物的存在造成对生产设备的粘接,以及生产线中坯体的平稳移动,是影响生产线稳定生产、产出高品质砌块的主要影响因素。通过加沙和设备牵引方式的改进,可生产高品质砌块。
  参考文献
  [1]沈燕华,朱春江,贾谊.炉底干渣的性能研究,粉煤灰,2011-3 27.
  [2]余锦龙,翟建平,李琴,盛广宏.炉底渣磨细优化其品质的试验 环境工程,2006-10.
  [3]陈燕菲,杨冬升,谢礼兰,李毅,何欣.用于加气混凝土的陈积粉煤灰物理性能分析,混凝土,2016-11.
  [4]代德伟,刘京丽,王钰.国内外加气混凝土产业现状及发展趋势 混凝土世界总,2013-04.
  [5]薛 海,刘品德,陆洁.钙硅比在蒸压加气混凝土生产中的重要作用砖瓦2017-05.
  [6]加气混凝土编辑部.加气混凝土生产技术实用讲义,2006年.
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