CN102515587A - 一种由半焦替代部分粘土的水泥熟料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用半焦替代部分粘土配料的水泥熟料制备方法，所述方法由如下质量配比的生料制备：半焦3～8％，高品位石灰石10～25％，中品位石灰石5～15％，低品位石灰石40～75％，硫酸渣1～2％，粘土3～8％；本发明工艺简便，原料价廉，配料易掌握，只要根据原生产所用原料成分特性适当调整配方即可生产出合格的水泥熟料，但要控制半焦产生的热量不能很高；节能环保，由于半焦具有热量，可以减少煤的用量，把半焦这种固体废弃物作为生产原料之一，降低半焦对环境的污染，使半焦变废为宝，低品位石灰石可以降低生料共熔点，实现节能增效。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种水泥熟料制备方法，特别涉及一种半焦代部分粘土制备水泥熟料的方法。
(二)背景技术
我国水泥产量已连续24年位居世界第一，目前水泥总产量达13.6亿t。传统水泥生产大多以优质粘土和高品位石灰石资源为主要原料，每吨水泥生产约需粘土0.18吨。每年大规模的开采粘土，造成大量田地被毁，山林遭到损坏，环境恶化，如何降低粘土使用量，寻找替代粘土原料显得尤为重要。我国石灰石资源探明储量中高品位石灰石只占约30％，中、低品位石灰石则约占70％，充分利用储量巨大、目前尚未充分利用的中、低品位石灰石，尤其是低品位石灰石，成为水泥工业可持续发展的关键。
煤炭是我国第一能源，2007年我国煤炭产量达到25.26亿t以上。我国煤炭中高灰(平均23％)、高灰熔点(流动温度大于1500℃)的煤占煤炭总储量的40％左右，这些煤如果直接燃烧，燃烧效率低，还污染环境。研究和开发对高灰、高灰熔点煤的新型工业气化技术，然后对产生的半焦代替粘土进行水泥熟料煅烧，不仅可以大大提高煤炭的燃烧效率，而且可以产生的半焦这种工业固体废弃物得到完全利用，保护环境。中、低品位石灰石属于中深海沉积灰岩，沉积过程中把死亡的浮游生物残留的碳堆积保存在石灰岩里或其层界面上，这种沉积碳在富氧条件下燃烧，可以减低煤耗，还含有矿化能力很强的黄铁矿(FeS2)、闪锌矿(ZnS)等，使石灰石容易分解，易烧性好，与高品位石灰石相比较，具有较多的微量元素、分解点较低(分解点温度比高品位石灰石约低50～240℃)。
本发明所用半焦是劣质煤经气化后的产物，半焦的矿物成分以奥长石、蓝晶石、石英、铁铝尖晶石为主，化学组成中SiO2、Al2O3约占60～80％，半焦具有较多的热值，其发热量一般在11254kJ/kg以下，灰熔点的流动温度在1400℃左右，而粘土一般在1500℃以上。由于半焦具有较高的热量，如果全部代替粘土配料，会在回转窑内发生结焦等不良情况，为了保证资源化利用废弃的半焦，同时又不影响回转窑的正常运行，故采用半焦部分代替粘土来进行配料。用半焦替代粘土具有以下优点：(1)半焦具有一定的热量，其发热量一般达11.254MJ/kg。(2)半焦灰熔点比粘土要低，其中SiO2的Si-O结构相对要比粘土溶出[SiO4]4-性能好。(3)在1450℃左右时，半焦解聚出活性[SiO4]4-，同时，半焦本身具有的热量也激发出来，形成共热聚温的作用，产生燃料促燃和矿物群的促熔效应，在该温度段较快达到熟料烧成目的，从而实现节约燃煤。因此，半焦在水泥工业可作为替代粘土的低质值(低品质、低价值)高潜能硅铝质原料。中、低品位石灰石尤其是低品位石灰石属于多元素、多矿物组合，由于它带进的杂质多，微量元素多，经沉积和地质作用，SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分是以低熔点的铁铝硅酸盐矿物存在和一些过渡型CA、CAF、CS等物出现，使水泥熟料容易烧成。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种水泥熟料的制备方法，该水泥熟料由半焦代替部分粘土，并掺加不同品位的石灰石配成生料，在熟料煅烧窑中烧制水泥熟料，该水泥熟料制备方法达到保护环境、节能和提高水泥熟料产质量的目标。
本发明采用的技术方案是：
一种用半焦替代部分粘土配料的水泥熟料制备方法，所述方法由如下质量配比的生料制备：半焦3～8％，高品位石灰石10～25％，中品位石灰石5～15％，低品位石灰石40～75％，硫酸渣1～2％，粘土3～8％；所述低品位石灰石是CaO质量百分数为40～45％的石灰石，中品位石灰石是CaO质量百分数为45～50％的石灰石，高品位石灰石是CaO质量百分数为50～55％的石灰石。
进一步，所述用半焦替代部分粘土的水泥熟料制备方法，优选由如下质量配比的生料制备：半焦4～6％，高品位石灰石20～25％，中品位石灰石10～15％，低品位石灰石47～55％，铁质原料1～2％，粘土4～6％；所述低品位石灰石的CaO质量百分数为40～45％，中品位石灰石的CaO质量百分数为45～50％，高品位石灰石的CaO质量百分数为50～55％。
更进一步，所述用半焦替代部分粘土的水泥熟料制备方法，所述方法优选由如下质量配比的生料制备：半焦5％，高品位石灰石24％，中品位石灰石14％，低品位石灰石50％，硫酸渣1.4％，粘土5.6％。
本发明所述由半焦替代部分粘土的水泥熟料制备方法，所述水泥熟料制备方法为：按照生料配方，将3～8％半焦，10～25％高品位石灰石，5～15％中品位石灰石，40～75％低品位石灰石，1～2％硫酸渣和3～8％粘土混合磨细，在常规的干法回转窑中于1400℃～1450℃煅烧后排出获得水泥熟料。
本发明所述半焦为：煤在加压灰熔聚流化床气化后排出的固体产物，主要成分是碳、灰分和挥发分，其灰分质量含量在60％～70％，挥发分含量在1％～2％(质量)，固定碳质量含量在30％～40％。
本发明所述硫酸渣为黄铁矿烘渣或烧渣。化工废渣的一种，用黄铁矿制造硫酸或亚硫酸过程中排出的废渣，主要化学成分为Fe2O3：20-50％，SiO2：15-65％，Al2O3：10％，CaO：5％，MgO＜5％，S：1-2％，一般还含有Cu、Co等。其化学成分不同利用途径也有所不同，高铁硫酸渣最有效的利用是作为炼铁原料，硫酸渣则可用作水泥原料、制砖材料等。
本发明根据硅酸盐水泥熟料矿物组成要求设计生料配方，并按SiO2、Al2O3、Fe2O3的需要，配足不同品位石灰石量。按照配方控制烧成温度。根据SiO2的Si-O架状结构溶出规则和矿物生成结晶分异规律，在熟料烧成液相反应期，生料中半焦Si-O结构在满足形成C2S、C3S后，多余CaO游离出来形成准活化的f-CaO。并在快烧急冷条件下，保证C3S、C2S的合适比例。熟料强度达到复合硅酸盐水泥熟料强度标准。
本发明是在水泥生产企业附近有气化后的半焦资源，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.调研半焦和石灰石资源情况，并取样进行化学成分分析和矿物成分分析。
2.根据半焦化学成分和矿物成分特性，调整原料工艺配方，按生料配方三率值：石灰饱和KH＝0.92～0.96，硅酸率n＝2.4～3.0，铝氧率P＝1.4～2.0，确定原料配比
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)逐步调整原料的合理配比。
与现有技术相比，本发明有益效果主要体现在：
(1)工艺简便，无需对原生产工艺设备进行改造；
(2)原料价廉，本发明所用半焦是劣质煤气化后的工业固体废物，价格比较便宜，所用的中、低品位石灰石，全国各地均有，分布较广，储量较大，至今尚未大量利用；
(3)配料易掌握，只要根据原生产所用原料成分特性适当调整配方即可生产出合格的水泥熟料，但要控制半焦产生的热量不能很高；
(4)节能环保，由于半焦具有热量，可以减少煤的用量，把半焦这种固体废弃物作为生产原料之一，降低半焦对环境的污染，使半焦变废为宝，低品位石灰石可以降低生料共熔点，实现节能增效。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
水泥生料的质量百分比配方为：半焦5％，高品位石灰石24％，中品位石灰石14％，低品位石灰石50％，硫酸渣1.4％，粘土5.6％。
采用CaO质量百分数为42％的低品位石灰石、质量百分数为47％的中品位石灰石和CaO质量百分数为52％的高品位石灰石。
将生料按照配方量混合磨细，置于2500t/d新型干法回转窑中1400℃～1450℃煅烧获得水泥熟料，根据回转窑煅烧煤粉燃料消耗量测算，熟料烧成热耗从原采用粘土质配料的3250kJ/kg降到3000kJ/kg，降幅达7.69％，而回转窑的产量统计，熟料产量提高约4％。
Claims (3)
1.一种由半焦替代部分粘土配料的水泥熟料制备方法，其特征在于所述方法由如下质量配比的生料制备：半焦3～8％，高品位石灰石10～25％，中品位石灰石5～15％，低品位石灰石40～75％，硫酸渣1～2％，粘土3～8％；所述低品位石灰石为CaO质量百分数为40～45％的石灰石，中品位石灰石为CaO质量百分数为45～50％的石灰石，高品位石灰石为CaO质量百分数为50～55％的石灰石。
2.如权利要求1所述的由半焦替代部分粘土配料的水泥熟料制备方法，其特征在于所述方法由如下质量配比的生料制备：半焦5％，高品位石灰石24％，中品位石灰石14％，低品位石灰石50％，硫酸渣1.4％，粘土5.6％。
3.如权利要求1所述的由半焦替代部分粘土配料的水泥熟料制备方法，其特征在于所述制备方法按如下步骤进行：按照生料配方量，将3～8％半焦，10～25％高品位石灰石，5～15％中品位石灰石，40～75％低品位石灰石，1～2％硫酸渣和3～8％粘土混匀磨细成生料，于干法回转窑中1400～1450℃下煅烧，获得所述水泥熟料。
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