1、唐 山 学 院水 泥 方 向 综 合 实 验题目： 粉煤灰硅酸盐水泥的研制系 别：_班 级：_姓 名：_指 导 教 师：_2012 年 7 月 10 日朱晓丽09 无机非金属材料（）班环境与化学工程系唐山学院1粉煤灰硅酸盐水泥的研制摘 要凡是由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为粉煤灰硅酸盐水泥。粉煤灰硅酸盐水泥的研制实验，是通过对原料的化学分析，确定原料的化学组成，从而确定配方。根据种类的不同，各个组分的配比不同。本次试验主要用石灰石、铝矾土、钢渣、砂岩、粉煤灰及石膏来配制粉煤灰硅酸盐水泥。实验初期主要是原材料的准备阶段：（1）主要原料的制备的加工；对天然矿物原料及
2、工业废渣需进行加工处理。一些经上述物性检验(粒度，比表面积等)不合格的原料也要进行加工处理. 用实验室的小颚式破碎机，小球磨机进行破碎与粉磨至要求的细度.然后研磨过 0.08mm 方孔筛，达到实验所需细度。 （2）主要原料的分析检验；对所备齐的原料进行采样与制样，进行 CaO，SiO 2，Al 2O3，Fe 2O3，MgO 和烧失量等分析。实验中期主要是生料的制备阶段：（1）配料计算； 根据实验要求确定实验组数与生料量。 确定生料率值。 以各原料的化验报告单作依据进行配料计算。 （2）配制生料；按配料称量各种原料，放在研钵中研磨、过筛、压饼、试烧。 （3）生料煅烧。实验末期主要是水泥制备阶段：
3、 1石膏、混合材的加工；石膏中三氧化硫的测定 2熟料的分析检验 3选取合理的比例进行配料 4把熟料、混合材、石膏混匀制成水泥 5水泥性能的测定。水泥的质量主要取决于水泥熟料的质量，而熟料的质量与水泥生料成分、均匀性及煅烧过程和煅烧的热工制度有关。因此，在水泥的研究与生产中往往通过实验来了解生料的易烧性和研究书了得煅烧过程，从而为水泥的生产提供依据。关键词：原料 生料 熟料 水泥 混合材 石膏 研磨 化学分析 试烧 熟料煅烧 性能测定 烧失量 含水量 唐山学院2目 录1 引言 .41.1 粉煤灰硅酸盐水泥概述 .41.2 粉煤灰硅酸盐水泥的经济效益与社会效益 .41.3 粉煤灰硅酸盐水泥的理论技
4、术分析与发展趋势 .52 实验过程 .72.1 原料 .72.1.1 原料制备 .72.1.1.1 石灰石样品制备 .72.1.1.2 铝矾土样品的制备 .72.1.1.3 其他原料制备 .72.1.2 原料附着水分和烧失量的测定 .72.1.2.1 石灰石的附着水分测定 .72.1.2.2 石灰石的烧失量测定 .82.1.2.3 其他原料附着水分和烧失量的测定 .82.1.2.4 数据处理 .82.1.3 石灰石的化学分析 .82.1.3.1 试样溶液的制备（氢氧化钠熔融分解试样） .82.1.3.2 二氧化硅（氟硅酸钾容量法） .92.1.3.3 EDTA 配位滴定铁、铝、钙、镁试样溶液的
5、制备 .92.1.3.4 三氧化二铁（EDTA 配位滴定法） .102.1.3.5 三氧化二铝（EDTA 铜盐回滴定法） .102.1.3.6 氧化钙（EDTA-配位滴定法） .112.1.3.7 数据处理 .112.1.4 原料的所有数据处理 .122.2 生料 .122.2.1 生料配比数据处理 .122.2.2 生料配比及制备 .132.3 熟料的煅烧 .132.4 熟料化学分析 .132.4.1 试样溶液的制备 .132.4.2 二氧化硅的测定 .14唐山学院32.4.3 三氧化二铁的测定 .142.4.4 三氧化二铝（EDTA 铜盐回滴定法） .142.4.5 氧化钙 .152.4.
6、6 熟料化学分析数据处理 .152.4.7 熟料中 f-CaO 的测定 .162.4.7.1 测定方法 .162.4.7.2 数据处理 .162.5 水泥的制备 .162.5.1 水泥配比及数据处理 .162.5.2 水泥性能测定 .172.5.3 试体强度的测定 .172.6 试验所用仪器 .183 结论 .194 误差分析 .20参考文献 .211 引言1.1 粉煤灰硅酸盐水泥概述凡是由硅酸盐水泥熟料粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为粉煤唐山学院4灰硅酸盐水泥。水泥中粉煤灰的参加量按质量百分比计为 20%40%。允许参加不超过混合材总量的 1/3 的粒化高炉矿渣。此时混合材总参
7、加量可达 50%，但粉煤灰量仍不得少于 20%或超过 40%。粉煤灰水泥结构比较致密，内比表面积较小，而且对水的吸附能力小得多，同时水泥水化的需水量又小，所以粉煤灰水泥的干缩性就小，抗裂性也好。此外，与一般掺活性混合材的水泥相似，水化热低，抗腐蚀能力较强等1.2 粉煤灰硅酸盐水泥的经济效益与社会效益粉煤灰是具有一定活性的火山灰质混合材料它具有潜在活性高，矿物体化学稳定性好，颗粒细，有害物质少，可以改善混凝土或砂浆物理性能等优点。综合利用粉煤灰做水泥混合材能够改善生态环境、变废为宝、节约能源，增产水泥，降低成本，具有显著的社会效益、环境效益、经济效益，是一项利国、利民、利企业的工作，符合保护土地
8、，合理开发自然资源的基本国策。我国因为有效地推广粉煤灰硅酸盐水泥的生产和使用，特制定了粉煤灰硅酸盐水泥标准，为我国五大水泥品种之一。我国是煤炭资源丰富的国家，是世界最大的煤炭生产国和煤炭消费国。以煤为燃料的火力发电发展迅速，发电量达 1.3 亿千瓦小时，其中火力发电占 79.6%，由此而产生的粉煤灰排放量逐年增加，至 2002 年底，全国粉煤灰排放量 1.6 亿吨，粉煤灰的堆存量达 8 亿多吨，占地 20 多万亩，随着电力工业的发展，其排出量还将逐步增加，如不加以好的利用，就会占用农田，堵塞江河，污染环境。粉煤灰的处置受到整个社会的关注。因此，自从 1978 年国家把它确立为资源综合利用突破口
9、以来，如何对粉煤灰资源进行合理有效的利用，成为我国经济和社会发展的一项长远战略方针。粉煤灰主要由活性二氧化硅和氧化铝组成，因此它可代替粘土组分进行配料，用于水泥生产。粉煤灰用于水泥生产，不仅具有经济效益，还有社会效益，集中表现为：1）节省燃料一方面由于粉煤灰的生产过程就相当于一个熟化过程，当用它替代粘土时就省掉粘土用于熟化消耗的热量；另一方面由于粉煤灰中尚含有一定数量未完全燃烧的碳粒，在某些粉煤灰水泥生产中得到应用。因此，在粉煤灰水泥生产的配料中可减少加入煤量。2）增加产量，降低电能粉磨普通硅酸盐水泥时，参加粉煤灰作混合材料，能起到一定的的助磨作用，使磨机产量有所提高，降低单位电耗。3）降低产
10、品成本，改善水泥某些性能粉煤灰比生产传统水泥的原材料易得，价廉，能降低产品成本。4）保护环境，变废为宝唐山学院5像我们这样一个燃煤大国，能使粉煤灰资源得到很好的再生利用，对避免生态环境恶化，实现可持续发展，造福子孙后代具有重要意义。1.3 粉煤灰硅酸盐水泥的理论技术分析与发展趋势(1) 国内水泥制造理论及技术分析新型干法水泥生产技术窑外预分解技术是新型干法水泥技术的核心，也是当代新型干法水泥煅烧技术发展的主流技术，它是在悬浮预热器窑的基础上进一步发展而成。现代窑外预分解技术按分解炉与回转窑的相对位置关系的不同，又分为在线式预分解窑系统和离线式预分解窑系统。 “三传一反”过程变成了悬浮态气固间的
11、“三传一反”过程，大大地提高了各过程的效率和速率，达到了提高回转窑生产能力的目的，降低了单位熟料的各种物资消耗，最终实现了提高经济效益的目的回转窑生产技术水泥工业在发展过程中出现了不同的生产方法和不同类型的回转窑，按生料制备的方法可分为干法生产和湿法生产，与生产方法相适应的回转窑分为干法回转窑和湿发回转窑两类。干法回转窑与湿法回转窑相比优缺点正好相反。干法将生料制成生料干粉，水分一般小于 1，因此它比湿法减少了蒸发水分所需的热量。中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差。所以原料混合不好，成分不均匀。(2)粉煤灰硅酸盐水泥的现状及技术发展趋势采用“两高三分
12、超细法“新工艺生产早强型粉煤灰硅酸盐水泥技术是现今工艺最合理，技术最成熟的粉煤灰水泥生产技术。它的特点是：1）成功地解决了粉煤灰早期强度低，凝结时间长的问题。2）采用两点掺入三分法利用，粉煤灰利用量大掺量高达 40%，效益显著。 3）使熟料高强，快凝，从技术上来说是一个突破。4）解决了代塑性生料同样烧出优质熟料的重大问题。5）采用干法排灰，粉煤灰分制堆放均化和使用高细粉磨是“两高三分超细法“的重大技术措施。采用“两高三分超细法“新工艺生产早强粉煤灰硅酸盐水泥，吨水泥利用灰渣40%50%（用作混合材 3035%，代替粘土料 10%左右） ，若建一条 20 万吨/年生产线，年可创产值 4000 多
13、万元，利税 500 多万元，利用粉煤灰 12 万吨。经济效益、社会效益和环境效益都十分可观。未来，国际水泥工业的发展趋势是以节能、降耗、环保、改善水泥质量和提高劳动生产率为中心，实现清洁生产和高效率集约化生产，走可持续发展的道路。研究的重点主要是围绕水泥工业节能降耗、减少了有害气体(CO：、SO：等)排放以及低品位唐山学院6原燃料、工业废弃物的资源化利用等方面具体表现在两个方面：一是国际水泥工业技术装备上新型干法水泥生产技术向着大型化、节能化以及自动化方向发展。二是水泥及水泥基材料的研究是以水泥的生态化制备、先进水泥基材料、水泥的节能和高性能化、废弃物的资源化利用以及水泥制备和应用中的环境行为
14、评价和改进等方面为研究开发重点，两者相辅相承，推动了水泥工业的可持续发展。唐山学院72 实验过程2.1 原料2.1.1 原料制备综合实验是普通硅酸盐水泥熟料的制备，设计的样品主要有石灰石、铝矾土、钢渣、砂岩等，其各种样品的制备过程大致如下：2.1.1.1 石灰石样品制备从石灰石堆场上取其具有代表性的试样 50Kg 左右然后经颚式破碎机进行破碎致为510mm，然后经四分法缩至 5Kg ，然后将其倒入球磨机中进行研磨，50min 后当细度达到 4%（0.08mm 方孔筛）左右时，将试样从磨机中取出 ，再用四分法将样品缩至200g（其余的试样可作为配制生料的石灰石原料），用磁铁吸除其中的铁粉。将样品
15、于玛瑙研钵中进行细磨，再缩分致 5g，用玛瑙研钵研磨至全部通过 0.08mm 方孔筛，将其放入称量瓶中于烘箱烘干，置于干燥器中作分析用。（其实石灰石可根据实验需要量全部用球磨机磨到要求细度，放入桶内，为使桶内物料均匀，可将 20Kg 细粉放入500mm500mm 球磨机混 15min，用磁铁吸去铁粉后再放入桶内贴上标签备用。）2.1.1.2 铝矾土样品的制备取有代表性的铝矾土试样 15Kg，置于烘箱中烘干（或于空气中晾干），然后经颚式破碎机进行破碎致粒度为 510mm，将其倒入球磨机中进行研磨，30min 后，当其细度达到 4%左右时，将试样从磨机中取出，用四分法将样品缩至 200g（其余的试
16、样可作为配置生料石灰石原料），余下的操作过程同石灰石。2.1.1.3 其他原料制备钢渣、砂岩等样品的制备过程基本上同铝矾土或石灰石2.1.2 原料附着水分和烧失量的测定2.1.2.1 石灰石的附着水分测定准确称取 12g 石灰石试样，放入预先已烘干至恒重的称量瓶中1. 将称有样品的称量瓶置于 105110的烘箱中（称量瓶在烘箱中应敞开盖）烘 2h。2. 取出称量瓶，加盖（但不应太紧） ，放在干燥器中冷却室温。将称量瓶紧密盖紧，称量。如此在入烘箱中烘 1h。3. 用同样方法冷却、称量，至恒重为止。试样中附着水分的质量分数按下式计算：W=m-m1/m100式中 W附着水分，%；m烘干前试样的质量，
17、g；m1烘干后试样的质量，g。唐山学院82.1.2.2 石灰石的烧失量测定1. 准确称取 1g 已在 105110烘干过的石灰石试样，放入已灼烧至衡量的瓷坩埚中。2. 将瓷坩埚置于高温炉中，从低温升起，在 9501000的高温下灼烧 30min.取出。3. 将瓷坩埚放入干燥器中冷却，称量4. 如此反复灼烧，直至恒重。试样中烧失量的质量分数按下式计算：XL=m-m1/m100式中 XL烧失量，%；m灼烧前试样的质量，g；m1灼烧后试样的质量，g。2.1.2.3 其他原料附着水分和烧失量的测定钢渣、砂岩、铝矾土等样品的附着水分和烧失量的测定过程基本上同石灰石2.1.2.4 数据处理表 1 石灰石的
18、附着水分组别 烘干前质量 g 烘干后质量 g 水分量 g 附着水分 量 平均附着水 分石灰石（镍坩埚） 2.0195 2.0130 0.0065 0.32石灰石（瓷坩埚） 2.0643 2.0585 0.0058 0.280.30表 2 石灰石的烧失量名称 入炉前质量 g 入炉后质量 g 烧失量 g 烧失量石灰石 1.0050 0.6591 0.3459 34.42经过八组的数据平均后得出结果如下：表 3 原料的烧失量及附着水分名称 烧失量 附着水分石灰石 34.42 0.30铝矾土 18.98 0.27砂岩 10.16 0.50钢渣 6.47 0.282.1.3 石灰石的化学分析2.1.3.
19、1 试样溶液的制备（氢氧化钠熔融分析试样）1.制备试剂唐山学院9氢氧化钠、盐酸、盐酸（1+5） 、硝酸。2.准确称取约 0.5g 已在 105110烘过 2h 的试样置于预先已熔有 3g 氢氧化钾的镍坩埚中，再用 1g 氢氧化钠覆盖上面，盖上坩埚盖（应留有一定缝隙） 。放入已升温至 400的高温炉中，继续升温至 650700后，保温 20min（中间可摇动熔融物一次） 。取出坩埚，冷却后放入盛有 100mL 的热水烧杯中，盖上表面皿，适当加热，待熔融物完全浸出后取出坩埚，用热水和盐酸（1+5）洗净坩埚及盖，洗液并入烧杯中。然后一次加入 15mL 盐酸，立即用玻璃棒搅拌，加入数滴硝酸，加热煮沸，
20、将所得澄清溶液冷却至室温后，移入 250mL 容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。2.1.3.2 二氧化硅（氟硅酸钾容量法）碳酸钾分解试样。1、试剂硝酸、硝酸（1+20） 、氯化钾、 氯化钾溶液（50g/L） 、氟化钾溶液（150g/L） 、氯化钾乙醇溶液（50g/L） 、酚酞指示剂溶液（10g/L） 、氢氧化钠标准滴定溶液（0.05mol/L）2、试验步骤准确称取约 0.5g 已在 105110烘干过的试样，置于铂坩埚中，在 9501000的温度下灼烧 35min。将坩埚冷却，加 11.5g 研细的无水碳酸钾，用玻璃棒混匀，盖上坩埚盖（留有少许缝隙），再置于 9501000温度下熔融 10min
21、。将坩埚放冷，用少量热水将熔融物浸出倒入 300ml 烧杯中，坩埚以少量稀硝酸（1+20）和水洗净（此时溶液体积应在 40ml 左右）。加入 10ml 的 150g/L 氟化钾溶液，搅拌，然后一次加入 15ml 硝酸，以少量水冲洗表面皿及杯壁。冷却后，加入固体氯化钾，搅拌并压碎未溶颗粒，直至饱和，冷却并静置 15min。以快速滤纸过滤，塑料杯与沉淀用 50 g/L氯化钾溶液洗涤 23 次，将滤纸连同沉淀一起置于原塑料杯中，沿杯壁加入 10ml 的氯化钾乙醇溶液及 1ml 的 10g/L 酚酞指示剂溶液，用 0.05 mol/L 氢氧化钠标准滴定溶液中和未洗尽的酸，仔细搅动滤纸并随之擦洗杯壁，直至溶液呈红色（不记读数）。然后加入 200ml 沸水（沸水应预先以酚酞为指示剂，用氢氧化钠标准滴定溶液中和至微红色），以 0.05mol/L 氢氧化钠标准滴定溶液滴定至微红色（记下读数）。试样中二氧化硅的质量百分数按下式计算： 1022mVTXSiOSi式中：T SiO2每ml氢氧化钠标准溶液相当于二氧化硅的质量，mg/ml； 滴定时消耗氢氧化钠标准溶液的体积，ml； m试样重量，g。2.1.3.3 EDTA 配位滴定铁、铝、钙、镁试样溶液的制备（氢氧化钠熔融分 析试样）
