CN102976642B - 核电专用硅酸盐水泥及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电专用硅酸盐水泥及其生产方法，属于建筑材料技术领域。该水泥含核电硅酸盐熟料和石膏，其特征在于：所述的核电硅酸盐熟料和石膏的重量比为94:6~96:4，还包括重量百分比为所述核电硅酸盐熟料与石膏重量之和的0~0.1%助磨剂；所述的核电硅酸盐熟料由以下重量百分比的原料组成生料：石灰石75~85%、砂岩10~15%、硫酸渣5~10%，经过生料粉磨、料浆脱水、滤饼烘干破碎、熟料烧成工序制成。本发明采用科学熟料配方，严格选用优质原料，所得水泥强度高，适用于核电站建设。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种核电专用硅酸盐水泥及其生产方法。
背景技术
当前我国核电进入重要发展时期，积极推进核电建设是调整能源结构，保证能源安全的重要战略选择，对保持经济平稳较快发展，建设资源节约型、环境友好型社会，具有重要的现实与长远意义。核电专用水泥主要运用于建设核电站,是集中热水泥、抗硫酸盐水泥、低碱水泥、普通水泥的特性为一体的全新水泥品种，具有低水化热、高早强、抗硫酸盐侵蚀性强、碱含量低、干缩性小等特性，因此，核电水泥不但要满足中热水泥的水化热标准，而且还要满足道路水泥的干缩率要求和普通硅酸盐水泥的强度要求，以及工程本身所要求的特殊要求，要同时满足多品种水泥不同的技术指标要求，指标范围窄，生产难度大。
中国专利申请(申请号为201110151123.1)公开了一种核电站核岛专用高性能水泥及其制备方法，该核电站核岛专用高性能水泥配料比为:水泥熟料90.5～92.0％，石灰石混合材料4.0～4.5％，脱硫石膏4.0～5.0％；其中，水泥熟料配方为:KH＝0.910士0.01,SM＝2.0士0.1，IM＝1.0士0.1。其制备方法为:经粉磨制备出生料；控制工艺参数，回转窑锻烧生料，制备到所述水泥熟料；采用水泥磨系统粉磨，得到出磨水泥；冷却。所制备的核电站核岛专用高性能水泥具有低需水量、低水化热(防开裂)、高耐久性等优点。
随着核电站建设的增多，对核电水泥的研究不断深入，已有较多相关的核电水泥报道，但对核电水泥的研究报道主要集中在性能和质量控制方面(如：王卫科.浅析CPR1000型核电工程水泥性能及质量控制措施.水泥与混凝土，2007(11))，对水泥产品及其生产方法的报道较少。我公司提供的核电专用硅酸盐水泥，采用的是“湿磨干烧”的方法生产熟料，“湿磨干烧”具有生料均化性好、熟料质量高以及转产便利等优点。目前，该产品配方及生产方法未见有相关报道，其填补了采用“湿磨干烧”生产出核电专用硅酸盐水泥的空白。
发明内容
本发明的目的是提供一种核电专用硅酸盐水泥及其生产方法，采用科学熟料配方，严格选用原料，运用“湿磨干烧”生产工艺，生产出优于国家标准的核电专用硅酸盐水泥。
本发明采用的技术方案是：
一种核电专用硅酸盐水泥，含核电硅酸盐熟料和石膏，所述的核电硅酸盐熟料和石膏的重量比为94:6～96:4，还包括重量百分比为所述核电硅酸盐熟料与石膏重量之和的0～0.1％助磨剂；所述的核电硅酸盐熟料由以下重量百分比的原料组成生料：石灰石75～85％、砂岩10～15％、硫酸渣5～10％，经过生料粉磨、料浆脱水、滤饼烘干破碎、熟料烧成工序制成。
以上所述核电专用硅酸盐水泥，SO3的重量百分比为2.3～2.7％；R2O的重量百分比≤0.6％；水泥的3天水化热≤251kJ/kg，7天水化热≤293kJ/kg；3天水泥强度≥17MPa,28天水泥强度≥42.5Mpa；28天干缩率≤1000μm/m。
为保证熟料强度又保证水化热，按照低水化热要求进行设计，根据本公司1#窑的特性及核电专用水泥熟料的特殊矿物组成(C3A≤7％，C3S≤57％)进行配料方案的设计，确定以上所述的核电专用硅酸盐熟料率值为LSF＝91±1.5,SM＝2.20±0.1,AM＝0.75±0.1，f-CaO的重量百分比≤0.8％，立升重≥1200g/L，C3A的重量百分比为1-4％，C3S的重量百分比为54-56％。
在配料方案的设计上，严格选用原料。以上所述核电专用硅酸盐水泥，所述的石灰石中CaO的重量百分比≥53％，MgO的重量百分比≤1.2％，粒度≤25mm，R2O的重量百分比≤0.06％，没有夹缝土；所述的砂岩中SiO2的重量百分比≥85％，R2O的重量百分比≤1.3％；所述的硫酸渣中Fe2O3的重量百分比≥43.0％，R2O的重量百分比≤0.4％；所述的石膏中R2O的重量百分比≤0.10％，SO3的重量百分比≥35％，结晶水的重量百分比≥10％。
以上所述核电专用硅酸盐水泥，所述的生料优选为由以下重量百分比的原料组成：石灰石80％、砂岩13％、硫酸渣7％。
以上所述核电专用硅酸盐水泥，所述的核电硅酸盐熟料和石膏的重量比优选为95:5。
研究和实践表明水泥助磨剂可提高水泥台时产量、改善水泥性能、降低粉磨能耗等为了降低核电工程专用水泥的水化热，提高其强度。因此，以上所述核电专用硅酸盐水泥，所述的水泥还含有0～0.1％的助磨剂，最佳掺量为0.020％。作为优选，所述的助磨剂的主要成分为三乙醇胺和三异丙醇胺，如：格雷斯助磨剂CBA1110。
一种以上所述核电专用硅酸盐水泥的生产方法，包括以下操作步骤：
1.生料制备：生料按以下重量百分比原料称取：石灰石75～85％、砂岩10～15％、硫酸渣5～10％，加入水，进行粉磨，制成料浆，料浆经精确配料，放入料浆搅拌大池，搅拌均匀，制成水分为33～36％的料浆；
2.料浆脱水：将料浆经真空吸滤机脱水后形成水分为18～20％滤饼；
3.滤饼烘干破碎：将滤饼喂到烘干破碎机内，利用窑尾来的热废气将其烘干成水分为1～3％的生料粉；
4.熟料烧成：将生料粉预热分解后喂入回转窑，用窑头煤粉所提供的燃烧器将其煅烧成核电硅酸盐熟料；
5.水泥粉磨：将熟料与石膏按94:6～96:4的重量比配制，加入重量百分比为所述核电硅酸盐熟料与石膏重量之和的0～0.1％助磨剂，入磨进行粉磨得粉体，即得。
以上所述核电专用硅酸盐水泥的生产方法，所述步骤5中粉体细度≤0.08mm，筛余≤3.0％，比表面积为300～330m2/kg。由于本公司生产的核电专用水泥不添加任何的混合材，并为高铁方案熟料以及1#生产线的水泥磨为高细磨,故比面积很难控制，后经采取调整水泥磨机内研磨体的填充率及级配，水泥水化热较理想，并3天、28天抗压强度达到要求。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用科学熟料配方，在水泥的水化热与水泥强度之间找到一个平衡点，熟料率值为LSF＝91±1.5,SM＝2.20±0.1,AM＝0.75±0.1，f-CaO≤0.8％，立升重≥1200g/L，C3A＝1-4％，C3S＝54-56％，既保证熟料强度又保证水化热，使水泥具有低C3A、高C2S等特点；
2.严格选用优质原料，所得水泥强度高，3天水化热≤251kJ/kg，7天水化热≤293kJ/kg；3天水泥强度≥17MPa,28天水泥强度≥42.5Mpa；28天干缩率≤1000μm/m，适用于核电站建设；
3.加入适量水泥助磨剂，提高水泥台时产量、改善水泥性能、降低粉磨能耗。
4.生产中采用的是“湿磨干烧”的方法生产熟料，“湿磨干烧”具有生料均化性好、熟料质量高、转产便利、热耗低等优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，以说明其有益效果，但本发明绝非限于这些例子。
一、原料选取及预处理要求
1.石灰石：CaO≥53％，MgO≤1.2％，粒度≤25mm，R2O≤0.06％，没有夹缝土。
2.砂岩：SiO2≥85％，R2O≤1.3％。
3.硫酸渣：Fe2O3≥43.0％，R2O≤0.4％。
4.石膏：R2O≤0.10％，SO3≥35％，结晶水≥10％。
5.煤：选用煤质较好，发热量较高，灰分较低的燃煤，R2O≤0.6％。
二、核电专用硅酸盐水泥的生产方法的生产方法
实施例1
1.生料制备：生料按以下重量百分比原料称取：石灰石75％、砂岩15％、硫酸渣10％，采用湿法粉磨工艺，入磨原料配合一定比例的水分经过球磨机粉磨成合格料浆，将料浆泵入料浆泵系统8个料浆库，料浆经精确配料，放入料浆搅拌大池，经均匀配料泵进入料浆过滤系统，搅拌均匀，制成水分为35％料浆；
2.料浆脱水：将上述料浆用真空吸滤机脱水，形成水分为18％滤饼，滤饼落到带有BMP的输送皮带，然后由另一条输送皮带喂入锤式烘干破碎机；
3.滤饼烘干破碎：通过箱式喂料机，将滤饼喂到烘干破碎机内，从窑尾来的废气(600℃)将其烘干成水分为3％的生料粉，经烘干废气带入旋风分离器内进行料气分离，分离出来的生料粉进入烧成系统的旋风预热器、分解炉中，出旋风分离器的废气(约150℃)用窑尾风机送入电除尘器进行净化后，经烟囱排入大气；
4.熟料烧成：将生料粉预热分解后喂入回转窑，借助窑的斜度和旋转，慢慢地向窑头运动，在烧成带用窑头煤粉所提供的燃烧器将其烧结成水泥熟料，烧结后的高温熟料出窑落入篦式冷却机，通过推杆的往复运动，进入冷却机尾部的锤式破碎机，经打碎后卸落到链斗输送机上，再由链斗输送机输送至联合库的熟料堆场，通过熟料层后的气体作为二次风直接入窑，也作为三次风抽往窑尾分解炉燃烧用风及供煤磨烘干原煤用热风，多余的废气(约220～280℃)将通过窑头电收尘器净化后，由离心锅炉引风机排入大气，熟料电收尘器收集的粉尘由链式输送机送至链斗输送机，熟料的矿物组成、率值范围详见表1；
5.水泥粉磨：熟料进入联合储存库后，经水泥磨磨头电子皮带秤配料，按照熟料与石膏按96:4的重量比配制，加入重量百分比为所述核电硅酸盐熟料与石膏重量之和的0.010％的格雷斯助磨剂CBA1110，入磨进行粉磨，所得粉体细度≤0.08mm，筛余≤3.0％，即得，成品中主要化学成分和物理性能参数详见表2。
实施例2
1.生料制备：生料按以下重量百分比原料称取：石灰石70％、砂岩13％、硫酸渣7％，采用湿法粉磨工艺，入磨原料配合一定比例的水分经过球磨机粉磨成合格料浆，将料浆泵入料浆泵系统8个料浆库，料浆经精确配料，放入料浆搅拌大池，经均匀配料泵进入料浆过滤系统，搅拌均匀，制成水分为33％料浆；
2.料浆脱水：将上述料浆用真空吸滤机脱水，形成水分为20％滤饼，滤饼落到带有BMP的输送皮带，然后由另一条输送皮带喂入锤式烘干破碎机；
3.滤饼烘干破碎：通过箱式喂料机，将滤饼喂到烘干破碎机内，从窑尾来的废气(600℃)将其烘干成水分为2％的生料粉，经烘干废气带入旋风分离器内进行料气分离，分离出来的生料粉进入烧成系统的旋风预热器、分解炉中，出旋风分离器的废气(约150℃)用窑尾风机送入电除尘器进行净化后，经烟囱排入大气；
4.熟料烧成：将生料粉预热分解后喂入回转窑，借助窑的斜度和旋转，慢慢地向窑头运动，在烧成带用窑头煤粉所提供的燃烧器将其烧结成水泥熟料，烧结后的高温熟料出窑落入篦式冷却机，通过推杆的往复运动，进入冷却机尾部的锤式破碎机，经打碎后卸落到链斗输送机上，再由链斗输送机输送至联合库的熟料堆场，通过熟料层后的气体作为二次风直接入窑，也作为三次风抽往窑尾分解炉燃烧用风及供煤磨烘干原煤用热风，多余的废气(约220～280℃)将通过窑头电收尘器净化后，由离心锅炉引风机排入大气，熟料电收尘器收集的粉尘由链式输送机送至链斗输送机，熟料的矿物组成、率值范围详见表1；
5.水泥粉磨：熟料进入联合储存库后，经水泥磨磨头电子皮带秤配料，按照熟料与石膏按95:5的重量比配制，入磨进行粉磨，所得粉体细度≤0.08mm，筛余≤3.0％，即得，成品中主要化学成分和物理性能参数详见表2。
实施例3
1.生料制备：生料按以下重量百分比原料称取：石灰石85％、砂岩10％、硫酸渣5％，采用湿法粉磨工艺，入磨原料配合一定比例的水分经过球磨机粉磨成合格料浆，将料浆泵入料浆泵系统8个料浆库，料浆经精确配料，放入料浆搅拌大池，经均匀配料泵进入料浆过滤系统，搅拌均匀，制成水分为36％料浆；
2.料浆脱水：将上述料浆用真空吸滤机脱水，形成水分为19％滤饼，滤饼落到带有BMP的输送皮带，然后由另一条输送皮带喂入锤式烘干破碎机；
3.滤饼烘干破碎：通过箱式喂料机，将滤饼喂到烘干破碎机内，从窑尾来的废气(600℃)将其烘干成水分为1％的生料粉，经烘干废气带入旋风分离器内进行料气分离，分离出来的生料粉进入烧成系统的旋风预热器、分解炉中，出旋风分离器的废气(约150℃)用窑尾风机送入电除尘器进行净化后，经烟囱排入大气；
4.熟料烧成：将生料粉预热分解后喂入回转窑，借助窑的斜度和旋转，慢慢地向窑头运动，在烧成带用窑头煤粉所提供的燃烧器将其烧结成水泥熟料，烧结后的高温熟料出窑落入篦式冷却机，通过推杆的往复运动，进入冷却机尾部的锤式破碎机，经打碎后卸落到链斗输送机上，再由链斗输送机输送至联合库的熟料堆场，通过熟料层后的气体作为二次风直接入窑，也作为三次风抽往窑尾分解炉燃烧用风及供煤磨烘干原煤用热风，多余的废气(约220～280℃)将通过窑头电收尘器净化后，由离心锅炉引风机排入大气，熟料电收尘器收集的粉尘由链式输送机送至链斗输送机，熟料的矿物组成、率值范围详见表1；
5.水泥粉磨：熟料进入联合储存库后，经水泥磨磨头电子皮带秤配料，按照熟料与石膏按94:6的重量比配制，加入重量百分比为所述核电硅酸盐熟料与石膏重量之和的0.020％的格雷斯助磨剂CBA1110，入磨进行粉磨，所得粉体细度≤0.08mm，筛余≤3.0％，即得，成品中主要化学成分和物理性能参数详见表2。
实施例4
1.生料制备：生料按以下重量百分比原料称取：石灰石78％、砂岩14％、硫酸渣8％，采用湿法粉磨工艺，入磨原料配合一定比例的水分经过球磨机粉磨成合格料浆，将料浆泵入料浆泵系统8个料浆库，料浆经精确配料，放入料浆搅拌大池，经均匀配料泵进入料浆过滤系统，搅拌均匀，制成水分为35％料浆；
2.料浆脱水：将上述料浆用真空吸滤机脱水，形成水分为18％滤饼，滤饼落到带有BMP的输送皮带，然后由另一条输送皮带喂入锤式烘干破碎机；
3.滤饼烘干破碎：通过箱式喂料机，将滤饼喂到烘干破碎机内，从窑尾来的废气(600℃)将其烘干成水分为3％的生料粉，经烘干废气带入旋风分离器内进行料气分离，分离出来的生料粉进入烧成系统的旋风预热器、分解炉中，出旋风分离器的废气(约150℃)用窑尾风机送入电除尘器进行净化后，经烟囱排入大气；
4.熟料烧成：将生料粉预热分解后喂入回转窑，借助窑的斜度和旋转，慢慢地向窑头运动，在烧成带用窑头煤粉所提供的燃烧器将其烧结成水泥熟料，烧结后的高温熟料出窑落入篦式冷却机，通过推杆的往复运动，进入冷却机尾部的锤式破碎机，经打碎后卸落到链斗输送机上，再由链斗输送机输送至联合库的熟料堆场，通过熟料层后的气体作为二次风直接入窑，也作为三次风抽往窑尾分解炉燃烧用风及供煤磨烘干原煤用热风，多余的废气(约220～280℃)将通过窑头电收尘器净化后，由离心锅炉引风机排入大气，熟料电收尘器收集的粉尘由链式输送机送至链斗输送机，熟料的矿物组成、率值范围详见表1；
5.水泥粉磨：熟料进入联合储存库后，经水泥磨磨头电子皮带秤配料，按照熟料与石膏按95:5的重量比配制，加入重量百分比为所述核电硅酸盐熟料与石膏重量之和的0.1％格雷斯助磨剂CBA1110，入磨进行粉磨，所得粉体细度≤0.08mm，筛余≤3.0％，即得，成品中主要化学成分和物理性能参数详见表2。
实施例5
1.生料制备：生料按以下重量百分比原料称取：石灰石80％、砂岩12％、硫酸渣8％，采用湿法粉磨工艺，入磨原料配合一定比例的水分经过球磨机粉磨成合格料浆，将料浆泵入料浆泵系统8个料浆库，料浆经精确配料，放入料浆搅拌大池，经均匀配料泵进入料浆过滤系统，搅拌均匀，制成水分为34％料浆；
2.料浆脱水：将上述料浆用真空吸滤机脱水，形成水分为18％滤饼，滤饼落到带有BMP的输送皮带，然后由另一条输送皮带喂入锤式烘干破碎机；
3.滤饼烘干破碎：通过箱式喂料机，将滤饼喂到烘干破碎机内，从窑尾来的废气(600℃)将其烘干成水分为2％的生料粉，经烘干废气带入旋风分离器内进行料气分离，分离出来的生料粉进入烧成系统的旋风预热器、分解炉中，出旋风分离器的废气(约150℃)用窑尾风机送入电除尘器进行净化后，经烟囱排入大气；
4.熟料烧成：将生料粉预热分解后喂入回转窑，借助窑的斜度和旋转，慢慢地向窑头运动，在烧成带用窑头煤粉所提供的燃烧器将其烧结成水泥熟料，烧结后的高温熟料出窑落入篦式冷却机，通过推杆的往复运动，进入冷却机尾部的锤式破碎机，经打碎后卸落到链斗输送机上，再由链斗输送机输送至联合库的熟料堆场，通过熟料层后的气体作为二次风直接入窑，也作为三次风抽往窑尾分解炉燃烧用风及供煤磨烘干原煤用热风，多余的废气(约220～280℃)将通过窑头电收尘器净化后，由离心锅炉引风机排入大气，熟料电收尘器收集的粉尘由链式输送机送至链斗输送机，熟料的矿物组成、率值范围详见表1；
5.水泥粉磨：熟料进入联合储存库后，经水泥磨磨头电子皮带秤配料，按照熟料与石膏按94:6的重量比配制，加入重量百分比为所述核电硅酸盐熟料与石膏重量之和的0.05％格雷斯助磨剂CBA1110，入磨进行粉磨，所得粉体细度≤0.08mm，筛余≤3.0％，即得，成品中主要化学成分和物理性能参数详见表2。
三、核电专用硅酸盐水泥相关试验参数
1.熟料质量控制参数
熟料质量是确保水泥质量的基础，上述实施例的熟料质量控制参数结果表明，采用“湿磨干烧”的方法生产熟料，熟料质量高，详见表1。
表1核电专用硅酸盐水泥熟料主要化学成分、率值及矿物组成
2.成品中主要化学成分和物理性能参数
上述实施例主要化学成分和物理性能参数结果表明，本发明核电专用硅酸盐水泥具有低C3A、高C2S等特点，有效的控制了水泥的水化热，3天水化热≤251kJ/kg，7天水化热≤293kJ/kg；3天水泥强度≥17MPa,28天水泥强度≥42.5Mpa；28天干缩率≤1000μm/m，适用于核电站建设，详见表2。
表2核电专用硅酸盐水泥主要化学成分和物理性能参数
Claims (6)
1.一种核电专用硅酸盐水泥，含核电硅酸盐熟料和石膏，其特征在于：所述的核电硅酸盐熟料和石膏的重量比为94:6～96:4，还包括重量百分比为所述核电硅酸盐熟料与石膏重量之和的0～0.1％助磨剂；
所述的核电硅酸盐熟料由以下重量百分比的原料组成生料：石灰石75～85％、砂岩10～15％、硫酸渣5～10％，经过生料粉磨、料浆脱水、滤饼烘干破碎、熟料烧成工序制成；
所述的石灰石中CaO的重量百分比≥53％，MgO的重量百分比≤1.2％，粒度≤25mm，R2O的重量百分比≤0.06％，没有夹缝土；所述的砂岩中SiO2的重量百分比≥85％，R2O的重量百分比≤1.3％；所述的硫酸渣中Fe2O3的重量百分比≥43.0％，R2O的重量百分比≤0.4％；所述的石膏中R2O的重量百分比≤0.10％，SO3的重量百分比≥35％，结晶水的重量百分比≥10％；
所述的核电专用硅酸盐熟料率值为LSF＝91±1.5,SM＝2.20±0.1,AM＝0.75±0.1，f-CaO的重量百分比≤0.8％，立升重≥1200g/L，C3A的重量百分比为1-4％，C3S的重量百分比为54-56％；
所述的核电专用硅酸盐水泥中SO3的重量百分比为2.3～2.7％；R2O的重量百分比≤0.6％；水泥的3天水化热≤251kJ/kg，7天水化热≤293kJ/kg；3天水泥强度≥17MPa,28天水泥强度≥42.5Mpa；28天干缩率≤1000μm/m。
2.根据权利要求1所述核电专用硅酸盐水泥，其特征在于，所述的生料由以下重量百分比的原料组成：石灰石80％、砂岩13％、硫酸渣7％。
3.根据权利要求1所述核电专用硅酸盐水泥，其特征在于：所述的核电硅酸盐熟料和石膏的重量比为95:5。
4.根据权利要求1所述核电专用硅酸盐水泥，其特征在于：所述的助磨剂的主要成分为三乙醇胺和三异丙醇胺。
5.一种如权利要求1所述核电专用硅酸盐水泥的生产方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
(1)生料制备：生料按以下重量百分比原料称取：石灰石75～85％、砂岩10～15％、硫酸渣5～10％，加入水，进行粉磨，制成料浆，料浆经精确配料，放入料浆搅拌大池，搅拌均匀，制成水分为33～36％的料浆；
(2)料浆脱水：将料浆经真空吸滤机脱水后形成水分为18～20％滤饼；
(3)滤饼烘干破碎：将滤饼喂到烘干破碎机内，利用窑尾来的热废气将其烘干成水分为1～3％的生料粉；
(4)熟料烧成：将生料粉预热分解后喂入回转窑，用窑头煤粉所提供的燃烧器将其煅烧成核电硅酸盐熟料；
(5)水泥粉磨：将熟料与石膏按94:6～96:4的重量比配制，加入重量百分比为所述核电硅酸盐熟料与石膏重量之和的0～0.1％助磨剂，入磨进行粉磨得粉体，即得。
6.根据权利要求5所述核电专用硅酸盐水泥的生产方法，其特征在于：所述步骤(5)中粉体细度≤0.08mm，筛余≤3.0％，比表面积为300～330m2/kg。
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