檸檬酸渣替代石膏生產(chǎn)水泥
檸檬酸渣是食品化工業(yè)采用石灰法制取檸檬酸時(shí)的一種化學(xué)沉積物，渣量與產(chǎn)品量基本相當(dāng)，因此產(chǎn)生的工業(yè)廢渣較多，對(duì)于沒(méi)有其它方法利用廢渣的地方和企業(yè)是一個(gè)比較嚴(yán)重的環(huán)保問(wèn)題。有些水泥企業(yè)只是在水泥粉磨系統(tǒng)摻入微量檸檬酸渣代替部分石膏；也有水泥企業(yè)把檸檬酸渣作為復(fù)合礦化劑的一部分摻入到生料中。由于各方面的技術(shù)問(wèn)題，效果不十分理想。基于這種情況，我們開(kāi)發(fā)利用檸檬酸渣代替石膏作水泥緩凝劑并獲得成功。
1 檸檬酸渣的性質(zhì)
1.1物理性質(zhì)
水分20%～40%，細(xì)度4900孔篩篩余量25%～40%。相對(duì)密度1.542g/cm3，熔點(diǎn)153℃(失水)，檸檬酸為無(wú)色半透明晶體或白色顆?；虬咨Y(jié)晶性粉末，無(wú)臭、味極酸，易溶于水和乙醇，水溶液顯酸性。檸檬酸結(jié)晶形態(tài)因結(jié)晶條件不同而不同，有無(wú)水檸檬酸C6H8O7。也有含結(jié)晶水的檸檬酸2C6H8O7·H2O C6H8O7·H2O或C6H8O7·2H20。在干燥空氣中微有風(fēng)化性，在潮濕空氣中有潮解性，175℃以上分解放出水及二氧化碳。溶解性：溶于水、乙醇、乙醚，不溶于苯，微溶于氯仿，水溶液顯酸性。
1.2化學(xué)性質(zhì)
檸檬酸是種較強(qiáng)的有機(jī)酸，有3個(gè)H+可以電離：加熱可以分解成多種產(chǎn)物，與酸、堿、甘油等發(fā)生反應(yīng)。其化學(xué)組成如表1。
表1 檸檬酸渣化學(xué)組成(%)
|
Loss |
SiO2 |
Fe203 |
Al203 |
CaO |
MgO |
K2O |
Na2O |
S03 |
附著水 |
|
20.95 |
微 |
微 |
1.05 |
31.96 |
微 |
0.02 |
0.03 |
45.95 |
0.14 |
2 檸檬酸渣代替石膏實(shí)驗(yàn)
通過(guò)對(duì)檸檬酸渣化學(xué)性質(zhì)的分析，決定用檸檬酸渣l00％替代石膏進(jìn)行水泥的大生產(chǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)使用純熟料、無(wú)混合材、適量檸檬酸渣生產(chǎn)普通42．5R水泥300噸左右，共用檸檬酸渣l0噸，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。
表2 檸檬酸渣替代石膏生產(chǎn)水泥試驗(yàn)數(shù)據(jù)
|
細(xì)度/% |
初凝/(h：min) |
終凝/(h：min) |
S03/% |
抗折強(qiáng)度/MPa |
抗胨強(qiáng)度/MPa | ||||||
|
1d |
3d |
7d |
28d |
ld |
3d |
7d |
28d | ||||
|
2.8 |
6：36 |
7：38 |
1.59 |
0.7 |
1.3 |
4.9 |
8.1 |
2.8 |
9.6 |
22.9 |
49.2 |
從以上數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：
(1)摻加量。在相同S03控制指標(biāo)條件下，檸檬酸渣比石膏的用量小得多，因?yàn)闄幟仕嵩蠸03含量在45%左右，而石膏中S03含量?jī)H為35%左右。
(2)凝結(jié)時(shí)間。相同S03的檸檬酸渣水泥比石膏水泥的凝結(jié)時(shí)間平均2h30min左右。
(3)強(qiáng)度。檸檬酸渣水泥比石膏水泥的早期強(qiáng)度要低得多，3天抗折強(qiáng)度平均低3.5MPa、抗壓強(qiáng)度平均低10MPa，而后期強(qiáng)度沒(méi)有太大區(qū)別。由此可以得出，檸檬酸渣對(duì)水泥的影響主要表現(xiàn)在凝結(jié)時(shí)間和早期強(qiáng)度上。
原因分析：經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)造成這種影響的主要原因是檸檬酸渣的弱酸性，檸檬酸渣的PH值在5～6，顯弱酸性，而我公司普通水泥PH值>7，顯弱堿性。要想消除這種影響首先就要消除檸檬酸渣的弱酸性。
措施：通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電石灰為弱堿性且對(duì)水泥的強(qiáng)度有提高作用，為此自2006年9月26日起化驗(yàn)室開(kāi)始了大量的小磨試驗(yàn)，其中具有代表性的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
表3 小磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)
|
編號(hào)
|
熟料 |
粉煤灰/kg |
檸檬渣/kg |
電石灰/kg |
PH |
S03/% |
細(xì)度 |
稠度 |
初凝/(h：min) |
終凝/(h：min) |
安定性 |
抗折強(qiáng)度/MPa |
抗壓強(qiáng)度/MPa | ||||
|
1d |
3d |
28d |
1d |
3d |
28d | ||||||||||||
|
Y47 |
5 |
|
0.25 |
|
|
2.71 |
1.5 |
25.0 |
2：37 |
3：31 |
合格 |
2.2 |
5.1 |
8.0 |
7.6 |
22.0 |
50.2 |
|
Y13 |
4.3 |
0.22 |
0.23 |
0.25 |
12.16 |
2.55 |
3.5 |
26.3 |
速凝 |
1：38 |
合格 |
2.6 |
5.7 |
7.8 |
9.3 |
26.9 |
40.3 |
|
Y14 |
4.3 |
0.2l |
0.24 |
0.25 |
12.18 |
2.55 |
3.0 |
26.2 |
速凝 |
1：24 |
合格 |
2.5 |
5.8 |
7.9 |
9.5 |
28.5 |
47.4 |
|
Y15 |
4.3 |
0.2 |
0.25 |
0.25 |
12.15 |
2.71 |
2.6 |
26.2 |
速凝 |
1：56 |
合格 |
2.6 |
5.9 |
8.2 |
9.2 |
29.7 |
49.2 |
|
Y18 |
4.3 |
0.25 |
0.23 |
0.22 |
|
|
2.1 |
26.1 |
2：27 |
3：29 |
合格 |
3.1 |
6 |
8.1 |
11.1 |
30.1 |
52.1 |
|
Y20 |
3.8 |
0.8 |
0.2 |
0.2 |
12.16 |
2.32 |
2.1 |
|
2：28 |
3：07 |
合格 |
2.1 |
5.6 |
7.5 |
7.1 |
26.6 |
43.5 |
|
Y21 |
3.8 |
0.79 |
0.21 |
0.2 |
12.14 |
2.53 |
1.3 |
|
3：56 |
4：31 |
合格 |
2 |
5.5 |
7.4 |
6.8 |
26 |
44.8 |
|
Y22 |
3.8 |
0.78 |
0.22 |
0.2 |
12.10 |
2.60 |
0.9 |
|
3：41 |
4：36 |
合格 |
2 |
5.6 |
7.6 |
7.2 |
27.7 |
42.9 |
|
Y33 |
3.5 |
1.14 |
0.17 |
0.17 |
|
2.27 |
1.2 |
27.7 |
3：52 |
5：22 |
合格 |
1.4 |
4.5 |
7.5 |
4.7 |
20.3 |
40.2 |
|
Y35 |
3.5 |
1.16 |
0.15 |
0.17 |
|
2.02 |
0.5 |
27.7 |
4：13 |
5：49 |
合格 |
1.7 |
4.4 |
7.4 |
5.6 |
19.3 |
41.3 |
|
Y37 |
3.5 |
1.18 |
0.15 |
0.15 |
|
2.06 |
1.5 |
28.1 |
5：18 |
6：47 |
合格 |
1.1 |
3.5 |
7.4 |
3.4 |
16.3 |
41.5 |
|
Y41 |
4.0 |
0.60 |
0.2 |
0.20 |
|
2.17 |
2.5 |
26.4 |
2：03 |
4：00 |
合格 |
2.2 |
5.2 |
7.7 |
7.7 |
25.2 |
42.5 |
|
Y43 |
4.0 |
0.62 |
0.2 |
0.18 |
|
2.42 |
0.8 |
27.0 |
4：24 |
5：28 |
合格 |
2.4 |
5.4 |
7.6 |
8.1 |
25.6 |
43.l |
|
Y45 |
4.0 |
0.62 |
0.19 |
0.19 |
|
2.33 |
0.8 |
27.0 |
4：24 |
5：09 |
合格 |
2.3 |
5.2 |
7.7 |
7.7 |
25.2 |
43.5 |
|
Y46 |
4.0 |
0.63 |
0.19 |
0.18 |
|
2.47 |
1.3 |
27.1 |
4：l3 |
6：35 |
合格 |
1.0 |
2.7 |
7.6 |
4.l |
10.6 |
42.9 |
3 小磨試驗(yàn)結(jié)果
(1)電石灰有抑制檸檬酸渣緩凝效果的作用。
(2)電石灰能大幅度提高水泥強(qiáng)度。
(3)電石灰的摻加量不能過(guò)大。
原因分析：一方面電石灰中Mg0含量在16％～19％左右，摻加量過(guò)大會(huì)造成水泥中Mg0含量超標(biāo)；另一方面電石灰摻加量過(guò)大會(huì)因中和檸檬酸渣的酸性從而過(guò)度抑制檸檬酸渣的緩凝效果，造成水泥速凝。
結(jié)論：用檸檬酸渣100%替代石膏生產(chǎn)水泥的過(guò)程中配以3%～4%左右的電石灰可以滿(mǎn)足水泥生產(chǎn)的工藝要求。
4 檸檬酸渣不足時(shí)的實(shí)驗(yàn)
考慮到在實(shí)際生產(chǎn)中可能會(huì)出現(xiàn)檸檬酸渣供應(yīng)不足情況，化驗(yàn)室又做了在正常石膏水泥中配電石灰的小磨試驗(yàn)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。
表4 在正常石膏水泥中配電石灰的小磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)
|
編號(hào)
|
熟料 |
粉煤 |
檸檬渣/kg |
電石灰/kg |
S03/% |
細(xì)度 |
稠度 |
初凝 |
終凝 |
安定性 |
抗折強(qiáng)度/MPa |
抗壓強(qiáng)度/MPa | ||||
|
1d |
3d |
28d |
1d |
3d |
28d | |||||||||||
|
Y61 |
4.3 |
0.35 |
0.25 |
0.1 |
2.13 |
0.9 |
25.8 |
2：48 |
3：27 |
合格 |
2.8 |
5.8 |
7.7 |
10.2 |
26.6 |
45.7 |
|
Y62 |
4.3 |
0.30 |
0.25 |
0.15 |
2.10 |
5.0 |
27.0 |
2：57 |
3：45 |
合格 |
2.9 |
5.6 |
7.6 |
10.3 |
25.1 |
44.8 |
|
Y63 |
4.3 |
0.25 |
0.25 |
0.20 |
2.19 |
0.5 |
27.2 |
3：17 |
3：57 |
合格 |
3.0 |
5.8 |
7.7 |
11.3 |
26.8 |
46.2 |
|
Y69 |
3.8 |
0.78 |
0.22 |
0.20 |
1.68 |
0.9 |
27.5 |
3：09 |
4：34 |
合格 |
2.l |
4.9 |
7.5 |
7.5 |
22.6 |
42.1 |
|
Y70 |
3.8 |
0.79 |
0.21 |
0.20 |
1.88 |
0.9 |
27.3 |
4：00 |
4：55 |
合格 |
2.0 |
4.8 |
7.4 |
7.3 |
22.0 |
43.0 |
|
Y71 |
3.8 |
0.80 |
0.20 |
0.20 |
1.75 |
0.6 |
27.4 |
3：l6 |
4：41 |
合格 |
2.1 |
4.7 |
7.3 |
7.l |
21.0 |
41.9 |
|
Y73 |
3.8 |
0.82 |
0.19 |
0.19 |
1.67 |
1.3 |
27.2 |
3：38 |
4：26 |
合格 |
1.5 |
4.0 |
7.5 |
5.5 |
19.7 |
43.2 |
|
Y76 |
3.8 |
0.73 |
0.23 |
0.24 |
1.84 |
1.2 |
27.6 |
3：34 |
4：44 |
合格 |
1.8 |
4.7 |
7.4 |
6.1 |
23.2 |
42.6 |
通過(guò)試驗(yàn)可以看出，在石膏水泥中，電石灰不但不會(huì)影響水泥性能而且還大大提高了水泥的強(qiáng)度。
為了驗(yàn)證小磨試驗(yàn)效果，2006年10月26日又在水泥磨上進(jìn)行了大生產(chǎn)試驗(yàn)，熟料79%、石膏與檸檬酸渣5：1共4%、電石灰2.5%、粉煤灰14.5%生產(chǎn)復(fù)合32.5級(jí)硅酸鹽水泥510噸，其水泥檢驗(yàn)結(jié)果如表5所示。
表5 大磨試驗(yàn)水泥結(jié)果
|
項(xiàng)目 |
細(xì)度 |
初凝 |
終凝 |
S03 |
抗折強(qiáng)度/MPa |
抗壓強(qiáng)度/MPa | ||||||
|
1d |
3d |
7d |
28d |
1d |
3d |
7d |
28d | |||||
|
正常水泥 |
2.2 |
3：32 |
4：34 |
2.30 |
1.7 |
4.1 |
5.5 |
7.8 |
6.4 |
18 |
28.1 |
40.1 |
|
試驗(yàn)水泥 |
2.3 |
3：57 |
4：4l |
2.30 |
1.7 |
4.6 |
5.8 |
7.9 |
6.9 |
22.7 |
30.6 |
40.9 |
試驗(yàn)結(jié)論：從檢驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，試驗(yàn)水泥除早期強(qiáng)度比不加電石灰的水泥要高之外，水泥的其它物理性能沒(méi)有太大變化。
為了驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)論的正確性、可靠性，2006年11月2日又在水泥磨上進(jìn)行了第二次大生產(chǎn)試驗(yàn)，熟料74%、石膏與檸檬酸渣3.5：1共5%、電石灰3%、粉煤灰18%生產(chǎn)復(fù)合32．5級(jí)硅酸鹽水泥578噸，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6所示。此次試驗(yàn)的結(jié)果再次驗(yàn)證了上次試驗(yàn)的結(jié)論。
表6 第二次大磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)
|
項(xiàng)目 |
細(xì)度 |
初凝 |
終凝 |
S03 |
抗折強(qiáng)度/MPa |
抗壓強(qiáng)度/MPa | ||||||
|
1d |
3d |
7d |
28d |
1d |
3d |
7d |
28d | |||||
|
試驗(yàn)水泥 |
2.2 |
4：06 |
5：01 |
2.30 |
1.6 |
4.5 |
5.7 |
7.9 |
6.8 |
22.0 |
31.2 |
41.2 |
5 結(jié)論
通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了用檸檬酸渣100%替代石膏牛產(chǎn)水泥的過(guò)程中配以3%～4%左右的電石灰可以滿(mǎn)足水泥生產(chǎn)的工藝要求。填補(bǔ)了新疆用檸檬酸渣100%替代石膏作為緩凝劑用于水泥生產(chǎn)的空白。
來(lái)源: 四川水泥
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