CN100339329C - 一种全电石渣代替石灰石配料在机立窑上煅烧的水泥熟料及其制备方法 - Google Patents

一种全电石渣代替石灰石配料在机立窑上煅烧的水泥熟料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全电石渣代替石灰石配料，在现代机立窑上煅烧优质水泥熟料的生产工艺，其中生料配方为(重量%)电石渣73-84%，硅铝质校正原料7-15%，铁质原料0.5-5.5%，无烟煤8-16%，生产工艺是电石渣与校正原料烘干、粉磨及均化后进入预加水成球系统，形成平均粒径Φ5-Φ15mm的料球，并送往机械化立窑煅烧成优质水泥熟料，本发明可以充分利用电石渣作为生产水泥的主要原料，大幅度提高了电石渣在制备水泥过程中的掺合量，不仅解决了代替石灰石资源问题，也有利于降低生产成本和环境保护，经济效益和社会效益显著，该发明投资节省，工艺简单，易于实施和推广。

Description

一种全电石渣代替石灰石配料在机立窑上煅烧的水泥熟料及其制备方法
                      技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其是一种全部用电石渣代替石灰石配料在机立窑上煅烧的优质水泥熟料及其制备方法。
                      背景技术
我国水泥熟料锻烧技术经历以下阶段：
1949年解放后，我国水泥工业的发展在南方多以发展湿法窑水泥煅烧技术为主，北方干燥以发展干法旋窑生产技术为主。随后，大量的立窑水泥厂建成，以普通立窑和机立窑为典范，随着科技和经济的发展，机立窑成为水泥企业的水泥熟料煅烧的主要设备，普通立窑已经被淘汰。
传统水泥工业主要采用石灰石作为主要原料，利用分布广泛的石灰石原料及粘土等校正原料，大量的开采石灰石矿造成资源浪费大，成本高，环境破坏严重，有的地区已造成生态灾难。而钢铁厂、发电厂、化工厂排出的大量工业废渣没有得到充分的开发和利用，工业废弃物也造成许多环境污染和破坏。
电石渣是电石(CaC2)与水(H2O)进行水化反应后的碱性残留物，在化工生产过程中排出的废渣，其主要成份为氢氧化钙，其分子式是[Ca(OH)2]；在580℃時分解为CaO和H2O。由于Ca(OH)2因其富含氧化钙，所以是很好的石灰石原料的替代品，但是，这种化工厂排出的大量电石渣没有得到充分的开发和利用，多数情况只能采用堆积的办法，既占用了土地，又造成了环境污染和破坏。
过去虽然也有一些水泥企业利用电石渣等工业废料生产水泥熟料，但多为掺入量低(一般为15-60％)，能耗较高(热耗1000KcaC/kg熟料以上)；如我国利用电石渣生产水泥熟料最早的有吉林化工厂和天津化工厂，由于他们采用落后的湿法工艺，生料浆入窑水份大于65％，窑的产量低，热耗高，效益差，使电石渣的利用并不充分；1989年吉林四平化工厂，1992年江苏北方氯碱集团有限公司建设了以电石渣为部份原料的立窑水泥熟料生产线，这些水泥企业对电石渣的利用均是作为辅料来进行添加的，因此在本行业内的技术人员一般都认为电石渣只能部份掺入才能稳定烧成工艺，而不能大规模的利用，如果掺入量超过一定比例，不仅配料困难，而且使成球和煅烧也发生困难，现有技术中没有任何可以采用电石渣完全代替石灰石作为水泥生产的主要原料的教导，更没有在机立窑上采用电石渣完全代替石灰石作为水泥生产的主要原料的教导。
最近研究表明，电石渣不能作为主要原料完全代替石灰石的根本原因，是由于没有完全分析清楚电石渣所含成份对生产水泥的影响，如因电石渣中CaO含量较高，如果在机立窑生产中电石渣掺量过大，使生料中CaO含量过高，就会使成球需水量大增，成球质量下降，且烧成的熟料游离氧化钙偏高(f--CaO)，将严重影响水泥的安定性；其次，电石渣的含水量也是一个重要的原因，含水量过高，如果采用干法配料成球，将使能耗增加和生产成本提高。
因此，如何全部利用电石渣代替石灰石配料，在投资少，能耗低的机立窑上煅烧水泥熟料，成为了一个亟待解决的问题。
                      发明内容
本发明的目在于克服上述现有技术的缺点而提供一种用电石渣完全代替石灰石为主要原料在机立窑煅烧优质水泥熟料的方法，使用该方法在机立窑上煅烧水泥熟料生产过程稳定，投资更省、能耗更低、成本更低，而且所生产的水泥熟料品质优良。
本发明的目的是这样实现的：
一种全电石渣代替石灰石配料在机立窑上煅烧的水泥熟料，按如下步骤进行制备：
(A)按如下重量百分比的组成成份配制生料：
电石渣                   73-84％
硅铝质原料               7-15％
铁质原料                 0.5-5.5％
无烟煤                   8-16％
其中，所述的电石渣的氧化钙含量为56-70％，水份含量为15～25％；
所述的硅铝质原料是页岩及其衍生矿物，其中SiO2含量在65％以上更佳；
所述的铁质原料是硫酸渣或铁矿石粉，其中Fe2O3含量在40％以上更佳；
(B)将(A)中所述生料烘干至水份小于15％后，混合粉磨至0.080mm方孔筛筛余不超过18％的生料粉，该生料粉经充分搅拌均匀后入成球盘中成球，其中料球粒径为Φ5-Φ15mm mm，然后将料球入窑煅烧，窑烧温度控制在1400±50℃，在高温区留时间为5～10分钟，冷却料球后既得水泥熟料。
其中，本水泥熟料煅烧过程具体如下：
由机立窑成球系统加水成球的生料粒(粒径Φ5-Φ15mm)，被输送入立窑顶部的撒料盘，分层均匀撒播在机立窑上部，在250℃-350℃上升热气流的作用下，料球物理水被蒸发。
随着料层的加厚及料层的均匀向下的移动，上面料球所受的热气流温度越来越高；在350℃-650℃时Ca(OH)2分解成CaO和H2O。生成CaO少量与CO2结合成CaCO3，在900℃时再分解为CaO和CO2，当料球向下移动(随着窑下面熟料的不断卸出)至烧成带时，温度高达1350℃-1450℃，CaO与SiO2，，AL2O3和Fe2O3反应，生成硅酸二钙(C2S)，硅酸三钙(C3S)和铁铝酸四钙(C4AF)等硅酸盐矿物，生成的水泥熟料由窑底部送入的冷风冷却后经卸料锥卸出送入熟料库，以备磨制成不同品种的水泥。
本水泥熟料含有如下重量百分比的矿物成份：
C3S                      48～65
C2S                      15～25
C3A                      6.5～12.5
C4AF                     8～16
另外，该水泥熟料中含有以下重量百分比的化学成份：
LOSS                     0.15～0.8
CaO                      59～69
SiO2                    18～26
AL2O3                  5～12
Fe2O3                  1.5～4.5
SO3                     0.5～2.5.
MgO                      0.6～1.5
本水泥熟料的力学性能如下表：
  凝结时间min   抗压强度Mpa   抗折强度Mpa   安定性
  初凝  终凝   3天   28天   3天   28天   沸煮
  136-154  178-205   24-28   62-64   4.5-6.5   7.8-8.5   合格
从上表可以看出，本水泥熟料的各项力学性能指标符合国家GB/T17671-1999标准及GB/T13462001标准。
本发明相比于现有技术有如下优点：
其一，可以充分利用废弃物电石渣、硫酸渣、电厂煤渣等均为工业废渣作为生产水泥的原料，大幅度提高电石渣在制备水泥过程中的掺合量，改变了现有技术中电石渣只能作为辅料添加的状况，不仅解决了代替石灰石资源问题，又为工业废弃物的处理提供了理想的利用途径，尤其是解决了电石法生产PVC产生的电石渣带来的环境污染，变废为宝，实现资源循环综合利用和可持续性发展，而且更能节约资源和能耗，减少污染物的排放，利于降低成本和环境保护，有显著的经济效益和社会效益；
其二、利用电石渣为主要原料用机立窑煅烧水泥熟料，由于电石渣分解温度比石灰石低400℃，分解热耗低1000KJ/kg熟料，比使用石灰石大幅度降低了水泥熟料的烧成热耗；
其三、利用电石渣为主要原料在机立窑上煅烧水泥熟料，台时总产量为50t/h，熟料3天抗压强度为32Mpa，3天抗折强度为5.8Mpa，熟料28天抗压强度62Mpa，28天抗折强度为9.5Mpa，而采用普通水泥配方煅烧水泥熟料，台时总产量为43t/h，熟料3天抗压强度为21Mpa，3天抗折强度为4.2Mpa，熟料28天抗压强度为52Mpa，28天抗折强度为6.2Mpa，明显本发明的台时产量更高，熟料质量更好；
其四，本发明适用于机立窑生产，采用本发明提供的配方制备水泥熟料可避免因氧化钙含量过高导致的在煅烧过程中的不安定现象的发生，也充分解决了电石渣含水量大小对生产水泥熟料的影响，更易于推广应用。
其五，本发明适用于各种不同规格的机立窑干法配料及其煅烧工艺，解决了生料的均化，预加水成球及机立窑煅烧中的各种关键技术问题，不仅实现了高产、低耗、优质，而且投资节省，易于扩广使用，可产生良好的经济效益和社会效益。
                      具体实施方式
下面结合附图和并通过3个实施例，对本发明作进一步说明，但本发明并不只限于这些例子：
以下硅铝质原料采用含SiO2达65％以上的页岩及其衍生矿物；铁质原料采用含Fe2O3在40％以上硫酸渣或铁矿石粉；无烟煤燃烧后其灰分化学成份(重量％)如下：
  成分   CaO   SiO2   AL2O3   Fe2O3   MgO   SO3
  含量   5.01   49.47   26.95   10.50   1.60   4.28
实施例1：各原料的重量配比是：电石渣73％，页岩15％，铁质原料4％，无烟煤8％，将所述生料烘干至水份为14％后，混合粉磨至0.080mm方孔筛筛余不超过18％的生料粉，该生料粉经充分搅拌均匀后入成球盘中成球，其中料球粒径为Φ5-Φ15mm，然后将料球入窑煅烧，窑烧温度控制在1400±50℃，在高温区停留时间为5～10分钟，冷却后即得水泥熟料。
用上述配方在机立窑上煅烧出的水泥熟料的物理力学性能见表一，其化学成份和矿物组成见表二：
表一：机立窑熟料的力学性能
  凝结时间min   抗压强度Mpa   抗折强度Mpa   安定性
  初凝   终凝   3天   28天   3天   28天   沸煮
  136   184   24   62   5.4   7.8   合格
表二：机立窑水泥熟料的化学成份和矿物组成
    矿物组成   化学成份
    C3S   C2S   C3A   C4AF   LOSS   CaO   SiO2   AL2O3   Fe2O3   SO3   MgO
    48.46   22.43   11.46   11.19   0.8   64.67   20.21   6.68   3.68   1.88   1.08
出窑熟料添加一定比例的石膏及矿渣等混合材料磨细至0.08mm方孔筛＜10％，即可生产出不同品种的合格水泥，其水泥的物理性能如表三：
表三：机立窑水泥的力学性能(P.032.5)
  凝结时间min   抗压强度Mpa   抗折强度Mpa   安定性
  初凝    终凝   3天   28天   3天   28天   沸煮
  156   221   18   42.5   3.9   8.1   合格
实施例2：各原料的重量配比是：电石渣84％，在，页岩7％，铁质原料0.5％，无烟煤8.5％。按实施例1中的方法在机立窑上制备的水泥熟料，其力学性能见表四，其化学成份和矿物组成见表五：
表四：机立窑熟料的力学性能
  凝结时间min   抗压强度Mpa   抗折强度Mpa   安定性
  初凝   终凝   3天   28天   3天   28天   沸煮
  135   205   28   64   6.5   8.5   合格
表五：机立窑熟料的化学成份和矿物组成
   矿物组成    化学成份
   C3S   C2S   C3A   C4AF    LOSS   CaO   SiO2   AL2O3   Fe2O3   SO3   MgO
   49.01   17.24   11.15   12.25    0.15   65.21   23.51   6.15   2.04   1.42   1.15
出窑熟料添加一定比例的石膏及矿渣等混合材料磨细至0.08mm方孔筛＜10％，即可生产出不同品种的合格水泥，其水泥的物理性能如表六：
表六：机立窑水泥的力学性能(P.032.5)
  凝结时间min   抗压强度Mpa   抗折强度Mpa   安定性
  初凝   终凝   3天   28天   3天   28天   沸煮
  215   231   19   43.5   4.6   8.6   合格
实施例3：各原料的重量配比是：电石渣75％，页岩8％，铁质原料5％，无烟煤12％。按实施例1中的方法在机立窑制备的水泥熟料的力学性能见表七，其化学成份和矿物组成见表八：
表七：机立窑熟料的力学性能
  凝结时间min   抗压强度Mpa   抗折强度Mpa   安定性
  初凝   终凝   3天   28天   3天   28天   沸煮
  154   178   25   62   4.5   8.5   合格
表八：机立窑熟料的化学成份和矿物组成
   矿物组成    化学成份
   C3S   C2S   C3A   C4AF    LOSS   CaO   SiO2  AL2O3  Fe2O3   SO3   MgO
   51.21   15.51   12.64   10.75    0.15   62.71   18.94  8.47  2.54   1.58   0.98
出窑熟料添加一定比例的石膏及矿渣等混合材料磨细至0.08mm方孔筛＜10％，即可生产出不同品种的合格水泥，其水泥的物理性能如表九：
表九：机立窑水泥的力学性能(P.032.5)
  凝结时间min   抗压强度Mpa   抗折强度Mpa   安定性
  初凝   终凝   3天   28天   3天   28天   沸煮
  124   235   22   47.6   5.5   8.7   合格

Claims (5)

1、一种全电石渣代替石灰石配料在机立窑上煅烧的水泥熟料，其特征在于包括如下重量百分比的矿物组成：
C3S     48～65
C2S     15～25
C3A     6.5～12.5
C4AF    8～16。
2、一种制备权利要求1所述水泥熟料的方法，其特征在于按如下步骤进行：
(A)按如下重量百分比的组成成份配制生料：
电石渣            73-84％
硅铝质原料        7-15％
铁质原料          0.5-5.5％
无烟煤            8-16％
(B)将(A)中所述生料烘干至水份小于15％后，混合粉磨至0.080mm方孔筛筛余不超过18％的生料粉，该生料粉经充分搅拌均匀后入成球盘中成球，其中料球粒径为Φ5-Φ15mm，然后将料球入窑煅烧，窑烧成温度控制在1400±50℃，在高温区滞留时间为5～10分钟，冷却后即得水泥熟料。
3、根据权利要求2所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于所述的电石渣的氧化钙含量为56-70％，水份含量为15～25％。
4、根据权利要求2所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于所述的硅铝质原料是页岩及其衍生矿物。
5、根据权利要求2所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于所述的铁质原料是硫酸渣或铁矿石粉。
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Address after: Lower Jiangbei, Yibin City, Sichuan Province: 644004

Co-patentee after: Sichuan Jiulong Cement Co., Ltd.

Patentee after: Yibin Tianyuan Group Limited by Share Ltd

Address before: Lower Jiangbei, Yibin City, Sichuan Province: 644000

Co-patentee before: Sichuan Jiulong Cement Co., Ltd.

Patentee before: Yibin Tianyuan Limited by Share Ltd