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以Ca(OH)2为主晶相,并含有少量的CaCO3晶相的电石渣是采用电石法生产聚氯乙烯的工业废渣,其是一种新型干法水泥生产线上优质的钙质替代原料。利用电石渣配料煅烧水泥熟料既能集减少资源消耗和废渣利用为一体,又能改善熟料易烧性和降低烧成热耗,是电石渣资源化综合利用的良好途径,具有很好的社会、环境和经济效益。 本文分析了电石渣的化学组成、粉体特性、电石渣配料的熟料易烧性以及熟料的岩相;探讨了电石渣的热分解特性,建立了电石渣的热分解模型;采用X射线衍射、综合热分析等试验测试手段对电石渣在CO2气氛下的热分解行为进行了相关的研究;并对电石渣代替不同比例石灰石煅烧水泥熟料的形成动力学进行了系统研究。主要得出了以下结论: (1)通过热重分析法(TG)在不同升温速率下(10、15、20℃/min)对粒径为1~50μm电石渣热解的热失重行为进行了研究。探讨了电石渣的TG-DTG曲线及变化规律,利用Starink法求热解反应活化能E,并利用Malek法得出电石渣热解动力学机理函数和指前因子A。结果表明,电石渣热解主要分为水分蒸发、Ca(OH)2分解以及CaCO3分解阶段三个阶段,且随着升温速率的提高,各个阶段的起始和终止温度向高温侧略有偏移,电石渣的活化能E和指前因子A分别为127.43KJ/mol和5.628×108min-1。 (2)窑尾烟气条件下电石渣配料生料和普通水泥生料在预热器系统中(CO2气氛下)的逆反应过程试验模拟结果表明:一定CO2气氛下,电石渣配料生料中的Ca(OH)2先分解为CaO,其中部分又与CO2化合成CaCO3,之后CaCO3再分解成CaO和CO2。当电石渣的掺入量达到100%时,对于电石渣配料生料和普通水泥生料,其Ca(OH)2、CaO两者转化为CaCO3的转化率基本一致,并且在700℃的高温区域,CaCO3分解的逆反应才得到完全控制,分解过程得以逐步加速。 (3)采用不同方法计算熟料形成反应率,并计算出熟料形成反应的表观活化能、形成速和反应速率常数等,研究电石渣配料对水泥熟料形成动力学的影响。结合X射线衍射和光学显微镜分析其对熟料矿物组成和形成的影响,探讨了活化能E和指前因子A、反应速率K和温度T以及电石渣掺量之间的关系。结果表明:当生料中电石渣掺量从10%增加到30%时,熟料形成反应活化能从180.21 KJ/mol上升到344.16 KJ/mol,指前因子A从0.2811S-1上升至2.4899×107 S-1,且同一温度下,反应速率常数K与A乘积的变化量要远大于熟料形成反应活化能的变化量。总体上看,电石渣的掺入有利于硅酸盐水泥熟料的烧成;活化能E和指前因子A之间呈规律性变化,同一温度下,随着电石渣掺入的增加,4组煅烧试样的反应速率常数K值逐渐减少,但随着温度的升高,电石渣掺量的增加,4组煅烧试样的K值越来越接近。可以推测,随着电石渣掺量的逐渐提高,电石渣配料的K值将会超过石灰石的配料。因而在研究范围内提高电石渣掺加量能够促进熟料烧结反应,这也是掺加电石渣能改善生料易烧性的基本原因。 (4)不管是f-CaO含量、X射线衍射谱各晶体的衍射强度,还是反光显微镜图片都表明掺加电石渣生料的易烧性要优于石灰石配料。