磷石膏和陶瓷抛光砖废料对制备硅酸盐水泥的影响及生命周期评价

摘要

水泥工业是资源能源消耗巨大的产业之一，我国年产水泥已超过10亿吨，每年消耗大量不可再生面临短缺的天然原料和石膏。我国磷酸工业排放的磷石膏累积达3000万吨(其中W(SO<,3>)≥37％)，建筑陶瓷工业产生大量的抛光砖废料，仅佛山市每年就有130万吨(干料)，这些工业固体废物挤占耕地，污染环境。本论文研究的目的就是资源化利用磷石膏和陶瓷抛光砖废料替代部分天然原料制备硅酸盐水泥，既为磷酸和陶瓷工业排放的固体废物提供有效的技术处置途径，又为水泥工业的可持续发展提供可替代的原材料。 通过正交试验、XRD和岩相分析，研究了磷石膏的复合矿化作用机理及其对硅酸盐水泥生料易烧性、熟料结构及性能的影响，探索了KH、复合矿化剂与熔剂组分配比和煅烧温度与硅酸盐水泥生料易烧性及SO<,2>挥发量的关系，同时，探讨了磷石膏代替天然石膏作缓凝剂对硅酸盐水泥凝结时间和强度的影响。结果表明，磷石膏复合矿化作用促进固相反应、改善硅酸盐水泥生料易烧性；硅酸盐水泥熟料中A矿的数量和短柱状的晶粒增加，发育良好，晶体较细小，晶粒大小均齐；复合矿化剂的配比为磷石膏2.0％+萤石0.4％+铁粉2.5％+矿渣2.0％时，硅酸盐水泥生料的易烧性与熟料性能均较佳，适量的矿渣不仅有利于发挥复合矿化作用，而且有利于抑制SO<,2>的挥发；用磷石膏全部替代天然石膏作缓凝剂时，硅酸盐水泥凝结时间比天然石膏延长2～4小时，而当与天然石膏搭配使用或加入微量的早强剂(或促凝剂)时，凝结时间满足要求。 研究了陶瓷抛光砖废料代替部分粘土原料配料对硅酸盐水泥生料易烧性、熟料结构及性能的影响，同时，探索了用陶瓷抛光砖废料替代石灰石作普通硅酸盐水泥的混合材对水泥性能的影响。结果表明，当陶瓷抛光砖废料替代25％的粘土原料，并加入2.0％的磷石膏作矿化剂时，在1350℃-1400℃可煅烧出合格的硅酸盐水泥熟料；当采用5％的陶瓷抛光砖废料作混合材，不仅可改善普通硅酸盐水泥的砌筑性能，而且可提高磨机产量3％。 采用生命周期评价方法，探讨了磷石膏和陶瓷抛光砖废料替代部分原料制备普通硅酸盐水泥对环境负荷的影响。结果表明，磷石膏作矿化剂可以减少3％的化石燃料消耗，间接减少2％的CO<,2>排放，而酸化效应提高35％，加入适量矿渣与磷石膏复合矿化可抑制SO<,2>的挥发；磷石膏和陶瓷抛光砖废料替代部分原料制备普通硅酸盐水泥可减少消耗10％的天然资源，普通硅酸盐水泥制备过程的环境负荷可降低4％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1文献综述

1.1.1水泥工业综合利用固体废物的研究进展

1.1.2水泥工业综合利用固体废物的发展动向

1.1.3磷石膏在硅酸盐水泥工业上的资源化应用研究

1.1.4陶瓷抛光砖废料的组成特征及现状

1.1.5水泥工业综合利用固体废弃物的生命周期评价

1.2本论文研究工作的意义

1.3本论文工作的目的与主要研究内容

第二章磷石膏复合矿化作用机理及其对硅酸盐水泥生料煅烧的影响

2.1实验原材料与实验方案

2.1.1实验原材料

2.1.2实验方案

2.2实验方法和测试分析

2.3实验结果与讨论

2.3.1 A系列实验结果与讨论

2.3.2 B系列实验结果与讨论

2.3.3 C系列实验结果与讨论

2.4复合矿化机理探讨

2.5本章小结

第三章磷石膏和陶瓷抛光砖废料配料对硅酸盐水泥熟料结构与性能的影响

3.1实验

3.1.1试验材料及其化学成分

3.1.2试验方法

3.1.3试验方案

3.2实验结果与讨论

3.2.1陶瓷抛光砖废料替代粘土原料配料对硅酸盐水泥生料易烧性的影响

3.2.2熟料岩相结构分析

3.2.3熟料矿物的组成及影响因素分析

3.2.4熟料物理性能分析

3.3本章小结

第四章磷石膏作缓凝剂对普通硅酸盐水泥性能的影响

4.1实验

4.1.1实验材料与方法

4.1.2实验方案

4.2实验结果与讨论

4.2.1磷石膏作缓凝剂对水泥性能的影响

4.2.2脱硫石膏作缓凝剂对水泥性能的影响

4.2.3各种石膏对水泥性能的影响因素探讨

4.3本章小结

第五章陶瓷抛光砖废料作混合材对普通硅酸盐水泥性能的影响

5.1陶瓷抛光砖废料作混合材制备普通硅酸盐水泥实验室小磨试验

5.1.1试验材料与方法

5.1.2试验结果与探讨

5.2工业生产试验

5.2.1工业试验生产方法

5.2.2试验结果与分析

5.3本章小结

第六章利用磷石膏和陶瓷抛光砖废料制备硅酸盐水泥的生命周期评价

6.1目标和范围的确定

6.2生命周期清单分析

6.2.1基础数据

6.2.2缺失数据的处理

6.2.3初步数据

6.2.4生命周期清单计算结果

6.3生命周期影响评价

6.3.1影响分类、类型参数和特征描述

6.3.2标准化

6.3.3影响评价

6.4本章小结

总结

1结论

2本论文工作的创新点

3进一步的研究工作

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见