CN101935173A

CN101935173A - 一种利用低等级粉煤灰和脱硫副产物生产水泥的方法

Info

Publication number: CN101935173A
Application number: CN2010102510443A
Authority: CN
Inventors: 王文龙; 马春元; 王鹏; 董勇; 徐夕仁; 宋占龙
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2011-01-05

Abstract

本发明公开了一种利用低等级粉煤灰和脱硫副产物生产水泥的方法，它以低等级粉煤灰、脱硫副产物和石灰石为原料经过粉磨后，在窑炉内预热后煅烧制得。本发明可同时实现低等级粉煤灰和脱硫副产物两种废弃资源的综合利用，成本低、有利于环境保护，经济和环境效益突出；烧成的水泥性能好。

Description

一种利用低等级粉煤灰和脱硫副产物生产水泥的方法

技术领域

本发明涉及一种低等级粉煤灰和脱硫副产物综合利用的方法，特别是利用低等级粉煤灰和脱硫副产物作为主要组分生产高贝利特水泥的方法。

背景技术

粉煤灰已被广泛应用于建材领域，如作水泥混合材或混凝土掺和料、制作砖瓦砌块、作路基材料等等，其中拌制混凝土和砂浆是粉煤灰目前最重要的应用方式。根据国标GB1596-2005，拌制混凝土和砂浆用粉煤灰按照细度、需水量和含碳量的不同可分为I、II、III三个等级。I级灰最细，需水量最少，含碳量最低，是理想的掺和料；III级灰燃煤电厂俗称粗灰，因需水量大，含碳量高，属于低等级粉煤灰，应用受到一定限制，价格很低；II级灰介于二者之间。低等级粉煤灰因应用限制，是电厂灰场贮存的主要对象，应用途径亟待拓展。

随着烟气脱硫工艺的逐渐普及，脱硫副产物的处置与利用问题日益突出。按照脱硫剂和脱硫产物的形态特点，烟气脱硫工艺通常分为湿法、干法和半干法三类。湿法烟气脱硫工艺以石灰/石灰石-石膏法为代表，副产物为脱硫石膏；干法、半干法烟气脱硫工艺以循环流化床半干法烟气脱硫技术最为先进，副产物主要是亚硫酸钙。虽然脱硫石膏可在石膏板、水泥缓凝剂等方面利用，但与天然石膏相比，其质量逊色，且由于其数量过大，应用市场已逐渐饱和。目前，全国产生的脱硫石膏只有1/3能被有效利用，2/3被贮存，新的大规模利用途径亟待开拓。而干法/半干法脱硫副产物的利用则更加困难，迄今还没有完全成熟的利用途径，国内外学者对脱硫灰综合利用的研究主要集中在作水泥缓凝剂和改良土壤方面，还有人对用脱硫灰作人工礁岩进行了探索；但脱硫灰是否具有缓凝性能至今尚有争议，改良土壤和作人工礁岩则受到地域的限制。事实上，目前干法/半干法脱硫副产物只有很少一部分得到利用，绝大部分被抛弃或贮存，已成为一种新型的固体废弃物，其难利用的主要原因就是其中的亚硫酸钙不稳定而又不易实现有效转化。

专利“利用脱硫石膏和粉煤灰生产水泥的方法”(CN 100379701C)提出了一种粉煤灰、脱硫石膏和生石灰直接粉磨生产水泥的方法，其实质属于碱激发水泥，使用含碳量高的粉煤灰时水泥性能会显著降低；该方法原料不经过煅烧与本发明有本质区别，不涉及水泥矿物硅酸二钙及硫铝酸钙的形成，水泥产品的矿物组成完全不同。专利“利用高碳粉煤灰生产水泥的方法”(CN 1850693A)公开了一种石灰石、粉煤灰、铁粉或铁矿石、石膏、铝矾土为原料制备水泥的方法，虽然也是利用低等级粉煤灰作原料生产水泥，但未涉及脱硫副产物的利用，原料对铁粉和铝矾土有依赖，原料组成与本发明完全不同，与之相比，本发明不需要高品位资源如铁粉或铝矾土，以废弃物为主要原料，且所需石灰石数量显著降低，关键是能够实现脱硫副产物特别是干法/半干法脱硫副产物的有效利用，因此本发明适用范围广，环境社会效益突出。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合利用低等级粉煤灰和脱硫副产物的方法，特别是将这两种废弃资源转变为高附加值水泥产品的方法。

本发明采取的技术方案为：

一种利用低等级粉煤灰和脱硫副产物生产水泥的方法，步骤如下：

(1)按下列重量百分比配料：低等级(高碳)粉煤灰30～55％，脱硫副产物5～30％，石灰石40～60％；

(2)将配料经过粉磨后，在窑炉内先悬浮预热至600℃后煅烧，烧成温度为1300～1350℃，煅烧时间为15～40分钟。

所述的低等级粉煤灰，含碳量大于10％，且含碳量越高，水泥生产能耗越低；粉煤灰即使较粗，因原料均需粉磨，对生产也没有影响。

所述的脱硫副产物为湿法烟气脱硫副产物或者干法/半干法脱硫副产物，主要成分为脱硫石膏或亚硫酸钙。

所述的湿法脱硫的脱硫石膏含水率不超过10％。所述的干法/半干法脱硫副产物以亚硫酸钙为主要成分。

本发明要求窑炉带有悬浮预热装置，现有水泥窑的悬浮预热系统均可满足要求，要求原料预热后温度在600℃左右，以实现亚硫酸钙的氧化。

本发明的优势在于：

(1)可同时实现低等级粉煤灰和脱硫副产物两种废弃资源的综合利用，成本低、有利于环境保护，经济和环境效益突出。本技术可实现使用钙基脱硫剂的无论湿法还是干法、半干法的烟气脱硫工艺的副产物的综合利用，尤其是可完全不受干法/半干法脱硫副产物成分复杂和高硫高钙的特点的限制，能对其各种成分进行高效利用，亚硫酸钙可在悬浮预热过程被迅速氧化成硫酸钙，分解释放SO₂可以完全避免。另外，粉煤灰或部分脱硫副产物中未燃烬的残留碳，在水泥生产过程中也可以进一步燃烧，完全释放热量，得到充分利用。因此，用低等级粉煤灰和脱硫副产物作主要组分生产水泥是一种突出的废弃物资源化利用途径，符合循环经济发展理念。由于低等级粉煤灰和脱硫副产物均数量巨大且价格低廉，因此本技术原料成本很低；本技术的最佳烧成温度为1300℃，比硅酸盐水泥的1450℃低150℃左右，是低能耗的绿色水泥。水泥产品属于高贝利特水泥，熟料中CaO含量在45～55％之间，远低于硅酸盐水泥熟料中近70％的含量，因此可节省大量石灰石资源，进而因石灰石分解排放的CO₂可大幅减少。

(2)烧成的水泥性能好。本发明所烧成的水泥熟料以硅酸二钙(2CaO·SiO₂)、硫铝酸钙(3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄)和铁相为主要矿物物相，所占比例分别为45～75％，15～45％和5～10％，属于高贝利特水泥；烧成的水泥熟料，经过抗压强度试验，3天抗压强度可达21Mpa，28天抗压强度可达42.5Mpa。

附图说明

图1为实施例1烧成的水泥熟料的X射线衍射图谱；

图2为实施例2烧成的水泥熟料的X射线衍射图谱；

图3为实施例3烧成的水泥熟料的X射线衍射图谱；

其中，A为硫铝酸钙，B为硅酸二钙。

具体实施方式

实施例1：利用含碳量10％(wt％)的粉煤灰、湿法脱硫石膏和石灰石进行配料，按重量百分比，粉煤灰占37.5％，脱硫石膏占8.6％，石灰石占53.9％。将配料经过粉磨后，在窑炉内先悬浮预热至600℃后煅烧，煅烧温度为1300℃，煅烧时间为30分钟。所得产品经过水泥标准胶砂强度试验(GB/T 17671-1999)，3天和28天抗压强度分别为39.6Mpa和58.3Mpa。

实施例2：利用含碳量10％的粉煤灰、半干法脱硫灰和石灰石进行配料，按重量百分比，粉煤灰占27.2％，半干法脱硫灰占26.3％，石灰石占46.5％。预热、煅烧条件与实施例1相同。所得产品经过水泥标准胶砂强度试验，3天和28天抗压强度分别为40.5Mpa和55.9Mpa。

实施例3：利用含碳量18％的粉煤灰、半干法脱硫灰和石灰石进行配料，按重量百分比，粉煤灰占32.2％，半干法脱硫灰占20.6％，石灰石占47.2％。预热、煅烧条件与实施例1相同。所得产品经过水泥标准胶砂强度试验，3天和28天抗压强度分别为37.1Mpa和53.8Mpa。

Claims

1.一种利用低等级粉煤灰和脱硫副产物生产水泥的方法，其特征是，步骤如下：

(1)按下列重量百分比配料：低等级粉煤灰30～55％，脱硫副产物5～30％，石灰石40～60％；

(2)将配料经过粉磨后，在窑炉内先悬浮预热至600℃然后煅烧，烧成温度为1300～1350℃，煅烧时间为15～40分钟。

2.根据权利要求1所述的利用低等级粉煤灰和脱硫副产物生产水泥的方法，其特征是，所述的低等级粉煤灰含碳量大于10％。

3.根据权利要求1所述的利用低等级粉煤灰和脱硫副产物生产水泥的方法，其特征是，所述的脱硫副产物为湿法烟气脱硫副产物或者干法/半干法脱硫副产物，主要成分为脱硫石膏或亚硫酸钙。