赤泥低钙烧结脱碱硅钙渣制备轻质免烧砖

为实现赤泥的充分利用,以脱碱硅酸钙渣、水泥和砂为原料,采用压实成型技术制备了轻质免烧砖,并利用XRD、FTIR和SEM等方法研究了原料配方和成型压力对免烧砖物理性能的影响。脱碱硅酸钙渣以不规则的蜂窝状颗粒形式存在,主要由硅酸钙水合物和部分CaTiO_(3)、CaCO_(3)和SiO_(2)组成。结果表明,增加硅酸钙渣的含量可以提高免烧砖的抗压强度,降低体积密度,但过量的硅酸钙渣会降低抗压强度和软化系数,增加吸水率。当硅酸钙渣用量在50%~70%时,免烧砖的抗压强度为15.10~24.16 MPa,体积密度为1.3~1.5 g/cm3,软化系数为0.77~0.91,吸水率为28.41%~43.52%。在养护过程中,水化反应产生的水化硅酸钙和水化铝酸钙使原料颗粒絮凝在一起,增强了免烧砖的强度。免烧砖中重金属和钠离子的浸出表明硅酸钙渣轻质免烧砖对环境无害。

3CaO·2SiO2高温固相反应生成机理及稳定性

为了降低烧结法生产氧化铝配钙量和提高生成硅酸钙稳定性,系统研究3CaO·2SiO2(C3S2)在高温烧结过程中的生成动力学、转变机理以及在铝酸钠溶液中的稳定性。研究表明:在CaO-SiO2二元体系中,CaO和SiO2摩尔比(C/S)为1.5:1时物料的非等温烧结过程主要分为CaO·SiO2(CS)和2CaO·SiO2(C2S)的生成与转化、CS和C2S转化成C3S2以及C3S2分解为C2S.和CS三个阶段;在1460℃保温1 h时,烧结产物中C3S2含量达到最大,为75.6%;延长保温时间促进C3S2的生成,并降低C3S2的生成温度。C3S2的生成反应控制步骤为二级化学反应控制,其活化能为339.67 kJ/mol,指前因子为1.31×109 s−1。烧结产物在铝酸钠溶液中的稳定性随着C3S2含量的升高而增强,硅酸钙化合物的稳定性顺序为:C3S2>C2S>CS。

含钠硅酸二钙烧结过程矿相转变行为

为了阐明烧结法生产氧化铝过程中碱对硅酸二钙烧结行为的影响,采用热重−差热分析、X射线衍射、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜等方法研究Na2O存在下不同烧结制度对硅酸二钙(C2S)烧结过程中的物相转变、晶体结构和稳定性的影响,从而为低钠石灰烧结法提供理论依据。结果表明:在CaO-SiO2二元系中,烧结产物主要物相为γ-C2S;在CaO-SiO2-Na2O体系中,碱的存在使CaCO3分解温度降低,烧结产物主要物相为β-C2S,Na2O起到助熔剂和改变C2S晶型的作用。在Na2O存在的条件下,烧结产物中β-C2S和γ-C2S红外光谱特征峰分别为845 cm−1和930 cm−1。提高烧结温度和延长保温时间,促进了块状β-C2S向呈颗粒状γ-C2S转化,β-C2S含量逐渐减少,γ-C2S含量逐渐增多,使得烧结产物结晶度升高;同时使烧结产物在碱溶液中的稳定性提高,γ-C2S固溶体比β-C2S固溶体更稳定。