CN100334028C - 石灰石分解点与二氧化硅溶出点吻合的水泥熟料烧成方法 - Google Patents
石灰石分解点与二氧化硅溶出点吻合的水泥熟料烧成方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种石灰石分解点与二氧化硅溶出点吻合的水泥熟料烧成方法。它包括生料配制、粉磨、成球，在烧成器中于1400～1450℃煅烧形成水泥熟料，其生料的重量百分比配方为：石灰石75～84%，尾矿硅质材料4～15%，原煤9～12%。它在不改变水泥生产工艺设备和工艺流程的情况下，通过调整原料工艺配方，掺入适量铜、铅锌尾矿，利用尾矿中的低熔点低粘度的岛状结构铁铝榴石、绿帘石，环状结构兰锥石、包头石、绿柱石，链状结构普通辉石等矿物，降低熟料煅烧共熔点，使石灰石分解点与尾矿中的二氧化硅溶出点基本吻合或接近，变传统熟料煅烧的三步制反应为同步进行的叠加反应，从而降低能耗，增加熟料产量。本发明实施简单，节能显著，增产幅度大。
Description
技术领域
本发明涉及一种石灰石分解点与二氧化硅溶出点吻合的水泥熟料烧成方法。
背景技术
我国是水泥生产大国，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对水泥的需求日益增加。水泥生产的关键是熟料的烧成。立窑生产水泥熟料的原料通常是石灰石、粘土或页岩、铁粉、矿化剂和无烟煤，按照工艺配方以一定的比例混合、粉磨、加水成球，在烧成器(立窑)中于1400～1450℃煅烧而成(见《水泥工艺学》，中国建筑工业出版社，1986.7)。各种原料的配制比例即生料配方是根据其化学成分而定的。所配制的生料就化学成分而言，其重量百分比一般为：CaO65％、SiO222％、Al2O36％、Fe2O34％、其它成分如Na2O、K2O、CaF2等占3％。
传统的水泥熟料生产工艺通常用CaO含量较高的高品位石灰石。从地质成岩的理论分析，高品位石灰石为浅海高能(波浪大)富氧带生物沉积形成。所谓高能即海浪波打，生物吸收海水中的CaCO3形成自己的骨胳求得浅海高能带中生存。富氧带海浪波打氧气充分使生物生长。如珊瑚、贝壳等生物死亡、打碎堆积、重结晶。这样形成的高品位石灰石对熟料煅烧有两个不利点：一是CaCO3晶格完善，分解温度高。不同品位的石灰石分解温度如下表。
| 石灰石品位 | 起始分解点 | 沸腾分解点 | 终止分解点 |
| 高品位CaO＞50％ | 830℃ | 900-950℃ | 1100℃ |
| 中品位CaO50-45％ | 750℃ | 850-880℃ | 950℃ |
| 低品位CaO45-40％ | 680℃ | 820-860℃ | 900℃ |
分解温度高意味着能耗高，分解速度慢。二是高品位石灰石由于是生物化学沉积，则生物在生长的过程中为了骨架完善、牢固，产生一个生物分异作用，即把SiO2、Al2O3、Fe2O3排斥在外而不共生融合，这样SiO2、Al2O3、Fe2O3都是独立结晶的形式存在，也增加熔点及熔出温度，钝化了活性，对熟料煅烧不利。传统水泥熟料煅烧工艺所用的另一种原料是粘土，它的主要矿物是石英、高岭石、云母、蒙脱石，它们的熔点见下表：
| 粘土的熔点 | 粘土中矿物 | |||
| 石英 | 粘土矿物 | 云母 | ||
| 高岭石 | 蒙脱石 | |||
| 1580℃ | 1713℃ | 1580℃ | 1350℃ | 1500-1600℃ |
从以上两表可以看出，石灰石分解点900～950℃与粘土熔点1580℃，相差630℃。由于熟料中的主要矿物硅酸三钙要在熔融条件下CaO和SiO2反应生成，因此石灰石分解出来的新生态CaO要等到温度达到液相出现才与SiO2反应化合，这需要消耗较多的能量。
发明内容
本发明的目的是提供一种石灰石分解点与二氧化硅溶出点吻合的水泥熟料烧成方法。
它包括生料配制、粉磨、成球，在烧成器中于1400～1450℃煅烧形成水泥熟料，其特征在于生料的重量百分比配方为：石灰石75～84％，尾矿硅质材料4～15％，原煤9～12％，尾矿硅质材料的矿物组成为：岛状结构铁铝榴石Fe3Al2[SiO4]3、岛状结构绿帘石Ca2FeAl2[SiO4][Si2O7]O(OH)、环状结构蓝锥石Ba[Ti(Si3O9)]、环状结构包头石Ba4[(Ti，Nb，Fe)8(Si4O12)O16]Cl、环状结构绿柱石Be3Al2[Si6O18]、链状结构普通辉石(Ca，Mg，Fe，Fe3+，Al)2[(Si，Al)2O6]和链状结构透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2。
本发明的优点
1.原料易得廉价。除了水泥生产所用的常规原料石灰石、原煤外，本发明所用的铜、铅锌尾矿全国各地均有(如浙江富阳铅锌矿尾矿、浙江建德铜矿尾矿、浙江临安铅锌矿尾矿、安徽铜陵铜矿尾矿、广东韶关凡口铅锌矿尾矿等)，且为铜、铅锌矿选矿后排出的废渣，目前尚未大量利用，只要在水泥厂合理运输半径内即可；
2.配料易掌握。只要根据原生产所用原料及尾矿成分特性适当调整配方即可生产出合格的水泥熟料；
3.工艺简单。勿需对原生产工艺设备进行改造；
4.原料种类减少，便于配方、便于管理，并节约成本；
5.节能增产明显，熟料单位热耗可降低到3553kJ/kg(850kcal/kg0以下，熟料产量可比设计产量提高15以上％。
具体实施方式
在水泥生产原料中，CaO原料只能来自石灰石，而粘土可以用其它的岩石一岩浆岩、变质岩、沉积岩来替代。其实这些岩石都是粘土的母岩，粘土是母岩经过长期风化后结构十分稳定的残积物，所以粘土是一个最低能量平衡体，也是最高粘度的Si-O结构体。由于尾矿中含有较多的低熔点(1070-1250℃)低粘度的岛状结构铁铝榴石Fe3Al2[SiO4]3、绿帘石Ca2FeAl2[SiO4][Si2O7]O(OH)，环状结构蓝锥石Ba[Ti(Si3O9)]、包头石Ba4[(Ti，Nb，Fe)8(Si4O12)O16]Cl、绿柱石Be3Al2[Si6O18]，链状结构普通辉石(Ca，Mg，Fe，Fe3+，Al)2[(Si，Al)2O6]、透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2等。
因此本发明用尾矿代替粘土，可降低熟料煅烧共熔点，使石灰石分解点与尾矿中的二氧化硅溶出点基本吻合或接近，变传统熟料煅烧的三步制反应为同步进行的叠加反应(如下表)，从而降低能耗，增加产量。
| 传统三步制反应 | 分解点与共熔点吻合的叠加反应 | ||
| 830-1100℃ | 分解反应 | 830℃～1250℃ | 分解固相液相同时进行 |
| 900-1250℃ | 固相反应 | ||
| 1250-1500℃ | 液相反应 | ||
本发明实施方式很简单，条件是在水泥生产企业附近合理运输半径内有铜、铅锌尾矿资源，通常勿需改造原生产工艺设备和工艺流程，只要调整原料工艺配方即可。具体实施步骤如下：
1.调研尾矿资源情况，并取样进行化学成分分析和矿物成分分析；
2.根据尾矿化学成分和矿物成分特性，调整原料工艺配方，确定尾矿在原料中的配比；
3.根据烧成的熟料的物化特性指标(如游离氧化钙含量、抗折抗压强度等)逐步调整尾矿的掺量至合理比例，一般可在重量比4～15％范围内调整。
实施例1
浙江临安上甘水泥有限公司，立窑设计生产能力8万吨/年，采用高、低品位石灰石搭配，掺入浙江富阳铅锌尾矿代粘土和矿化剂，生料原料配比为石灰石84％，尾矿6％，原煤10％。熟料烧成热耗从应用尾矿前的4560～5016kJ/kg(1100~1200kcal/kg)降到3762kJ/kg(900kcal/kg)，降幅达22％，产量提高20％，自2004年3月开始一直稳定运行，年节标准煤2500吨，年增水泥产量1.6万吨。
实施例2
浙江临安三鑫水泥有限公司，立窑设计生产能力6万吨/年，采用低品位石灰石，浙江富阳铅锌尾矿代粘土和矿化剂，生料原料配比为石灰石82％，尾矿9％，原煤9％。熟料烧成热耗从应用尾矿前的5016kJ/kg(1200kcal/kg)降到3135kJ/kg(750kcal/kg)，降幅达37.5％，立窑台时产量从4.5吨增加到7吨，增幅达55％，已稳定运行一年多，年节标准煤3600吨，年增水泥产量2.3万吨。
实施例3
湖南白沙矿务局水泥厂，2台立窑，设计生产能力2×10万吨/年。投产后一直未能达产，两台窑实际产量仅12万吨/年。自2004年5月，通过工艺配方调整，采用高、低品位石灰石搭配，并掺入当地铅锌尾矿代粘土和作矿化剂，生料原料配比为石灰石84％，尾矿4％，原煤12％。熟料烧成热耗从应用尾矿前的4807kJ/kg(1150kcal/kg)降到4846kJ/kg(920kcal/kg)，降幅达20％，产量达到18万吨，增产幅度达50％，年节标准煤4900吨，年增水泥产量6万吨。
实施例4
浙江诸暨双鹰水泥厂(30万吨/年规模)，采用低品位石灰石(CaO38~45％)，不加粘土原料，直接加入15％诸暨铅锌矿尾矿，克服了低品位石灰石中石英砂粗，活性低的缺点，以尾矿中活性高的SiO2代替，使石灰石中SiO2部分被游离的方法，获得很好的效果，原料配比为石灰石76％，尾矿15％，原煤9％。熟料烧成热耗从4180kJ/kg(1000kcal/kg)降低到2717kJ/kg(650kcal/kg)，φ3×10m立窑的台时产量由9.5吨提高到13吨。
实施例5
浙江诸暨墨城水泥厂(30万吨/年规模)，采用低品位石灰石(CaO38~45％)，不加粘土原料，直接加入14％诸暨铅锌矿尾矿，克服了低品位石灰石中石英砂粗，活性低的缺点，以尾矿中活性高的SiO2代替，使石灰石中SiO2部分被游离的方法，获得很好的效果，原料配比为石灰石75％，尾矿14％，原煤11％。熟料烧成热耗从4389kJ/kg(1050kcal/kg)降低到3135kJ/kg(750kcal/kg)，φ3×10m立窑的台时产量由9.8吨提高到12吨。
实施例6
浙江诸暨福利水泥厂(35万吨/年规模)，采用低品位石灰石(CaO38~45％)，不加粘土原料，直接加入15％诸暨铅锌矿尾矿，克服了低品位石灰石中石英砂粗，活性低的缺点，以尾矿中活性高的SiO2代替，使石灰石中SiO2部分被游离的方法，获得很好的效果，原料配比为石灰石76％，尾矿15％，原煤9％。熟料烧成热耗从4096kJ/kg(980kcal/kg)降低到2926kJ/kg(700kcal/kg)，φ3×10m立窑的台时产量由9.6吨提高到12.5吨。
Claims (1)
1.一种石灰石分解点与二氧化硅熔出点吻合的水泥熟料烧成方法，它包括生料配制、粉磨、成球，在烧成器中于1400～1450℃煅烧形成水泥熟料，其特征在于生料的重量百分比配方为：石灰石75～84％，尾矿硅质材料4～15％，原煤9～12％，尾矿硅质材料的矿物组成为：岛状结构铁铝榴石Fe3Al2[SiO4]3、岛状结构绿帘石Ca2FeAl2[SiO4][Si2O7]O(OH)、环状结构蓝锥石Ba[Ti(Si3O9)]、环状结构包头石Ba4[(Ti，Nb，Fe)8(Si4O12)O16]Cl、环状结构绿柱石Be3Al2[Si6O18]、链状结构普通辉石(Ca，Mg，Fe，Fe3+，Al)2[(Si，Al)2O6]和链状结构透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2。
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