利用拆除建筑垃圾炼制水泥熟料的研究

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水泥是国民支柱产业,烧制水泥熟料需要消耗大量的不可再生资源一石灰石、粘土等,这些自然资源在开采的过程中会破坏生态环境,而且储量有限,影响水泥行业的可持续发展,所以寻找替代原料刻不容缓。我国经济建设处于高速发展的阶段,随之而来的是建筑物的拆迁和重建,这些活动产生了大量的建筑垃圾,如果当作废弃物丢弃不仅浪费资源、污染环境,而且影响市容,如何资源化回收利用这些废弃物成为当今的一大课题。拆除建筑物大部分是砖混结构,它们的矿物成分主要是SiO2、CaO、A12O3等,与水泥所需原料成分相同,具有了作为替代原料的理论基础。  本论文将拆除建筑垃圾经破碎、分离、均化后获得了以SiO2、CaO为主要成分的颗粒,并将其按0、5%、10%、15%、20%的比例替代部分砂岩和石灰石来烧制水泥熟料,分别用A0-A4编号。对原料、配制的生料和烧成的熟料进行了一系列的测试和研究分析,研究结果表明:  (1)对拆除建筑垃圾的化学成分、物理性能、XRD图谱和差热图进行分析,结果表明建筑垃圾的化学组成和反应特性符合水泥对原料的要求,可以作为水泥的替代原料;  (2)对建筑垃圾和石灰石的差热图、化学反应过程研究结果表明,两者碳酸盐分解反应的热历程基本一致,因原料的特性而稍有不同,建筑垃圾的分解温度比石灰石的低,更有利于分解反应的进行;  (3)生料的差热分析表明,建筑垃圾掺入量分别为10%和20%时,CaCO3的分解温度分别降低了22.5℃和33.2℃、促进固相反应的进行,降低水泥的烧成热耗;  (4)利用生料的热重曲线、Arrhenius公式和相边界反应机理函数求得不同生料的分解动力学,当建筑垃圾掺量为10%和20%时,反应活化能分别较不掺加建筑垃圾的生料降低了31.2kJ/mol和63.13kJ/mol,结果表明建筑垃圾能促进生料中碳酸盐的分解反应的进行;  (5)依据不同煅烧温度,不同保温时间下的f-CaO含量,结合Arrhenius公式和Ginstling方程计算出熟料的形成动力学,结果表明建筑垃圾的掺入量为10%和20%时,熟料形成的表观活化能降低了31.0kJ/mol,92.2kJ/mol,表明建筑垃圾的掺入有利于化学反应的进行;  (6)熟料易烧性实验结果表明,建筑垃圾掺入后f-CaO含量减少,且随建筑垃圾掺量的增加,易烧性渐好,与动力学研究结论吻合;  (7)对熟料的XRD图、岩相、强度分析,结果表明掺入建筑垃圾后能得到各项都符合国家规定的优质水泥的标准;  (8)利用建筑垃圾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。
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