CN1027363C - 水泥多效添加剂 - Google Patents

Abstract

本发明属于水泥添加剂技术领域，是一种水泥多效添加剂，主要适用于立窑水泥生产中的配合料的配料。该添加剂由增氧剂、成孔剂、催化剂所组成，配方范围为增氧剂30-60%，成孔剂15-30%，催化剂20-40%(重量百分比)，使用本发明的水泥添加剂能使立窑水泥生产节煤效果显著(节煤约20%)，提高熟料强度，对水泥无付作用，使用方便，杜绝喷窑事故。

Description

本发明涉及一种影响水泥煅烧过程的添加剂，是一种水泥多效添加剂，适用于机械化生产水泥立窑。

为了降低水泥熟料标准煤耗，本世纪六十年代初到七十年代末，出现了萤石矿化剂作为水泥添加剂，八十年代发展到萤石、石膏复合矿化剂，并配以低温烧成工艺，这些矿化剂的机理是降低物料共熔点温度，使煅烧过程中提前出现液相，以达到节煤目的，用这种方式虽可节煤，但增加了生产控制难度，尤其是氟硫比，稍有波动，便导致水泥凝结时间不正常，因此该项技术未能普遍推广。中国专利CN87105757A公开的“水泥促熔剂”专利申请，介绍了使用硅灰石、萤石、石膏作为水泥促熔剂的技术，主要作用也是通过降低燃成温度来降低煤耗。然而在立窑水泥生产时，由于立窑内燃料的燃烧与一般火床炉的燃烧有很大区别。立窑内，由于燃料和生料一同成球入窑，并与空气逆流而行，向上气流与生料，燃料反应，氧气浓度逐渐降低，窑内二氧化碳分压随温度提高而增加，氧气很难扩散到料球中心，料球中心燃料难以燃烧。因此立窑内煤的燃烧主要是郝氏反应与包氏反应，立窑中部氧气浓度较高时，燃料已接近燃烧完毕，而立窑上部，挥发分的燃烧，一氧化碳及碳的燃烧又发生在缺氧区，造成化学不完全燃烧。另外，生料球易板结，形成局部通风不良，促使部分料球欠烧、黄心，严重影响熟料强度。因此用立窑煅烧原料生产水泥，有30%的立窑水泥厂熟料标准煤耗高达150公斤/吨以上，欠烧料、黄心料仍占10-25%，窑内容易发生一氧化碳爆炸喷窑事故。

本发明的目的旨在提供一种水泥添加剂来降低水泥生产中的标准煤耗，减少欠烧、黄心料、提高水泥强度、杜绝立窑一氧化碳爆炸喷窑事故。

针对立窑水泥生产中的缺陷，必须改变立窑上部的缺氧状态，为此本发明提供的添加剂原料必须有能够在高温下分解出氧化的物质，有的还能分解出可燃气体，即增氧剂，为了使料球中心易于燃烧，添加剂原料中有在生料球在干燥或烧成时能使其产生孔洞物质，即成孔剂，另外在添加剂中还有能使增氧剂的分解和成孔剂的成孔作用得到催化，并在高温下对水泥物料还产生助熔作用的物质，即催化剂。因此本发明水泥添加剂由增氧剂，成孔剂、催化剂组成。

凡在200-800℃能分解产生氧气有的还能产生可燃气体，而其新生成物对水泥熟料无危害的物质都可作为增氧剂，一般用作增氧剂的物质有氯酸盐类如氯酸钾、硝酸盐类如硝酸钠、重铬酸盐类如重铬酸钾、苯甲酸、高锰酸盐类如高锰酸钾、萘等。

凡在高温下能产生膨胀气体（微爆及可燃）或能使料球形成孔洞的物质都可作为成孔剂。一般用作成孔剂的物质有硫酸铝钾、二亚硝基五亚甲基四胺、二硝基萘、偶氮二甲酰胺、六次甲基四胺、亚硝酸钠。

一般用作催化剂的物质有二氧化锰、氧化锌、五氧化二磷、木炭、石蜡等。有的物质具有双重作用，即可作增氧剂，又可作成孔剂，如硝酸盐既可作增氧剂，在高温下分解出氧气，又 可作成孔剂，在放氧过程中产生微爆。有的物质既可作增氧剂，又可作催化剂，如铬钙盐可分解出氧气，分解后的金属氧化物起催化作用。

本发明水泥添加剂的配方范围为：增氧剂30-60%、成孔剂15-30%、催化剂20-40%（重量百分比）。

应用本发明的方法是，将添加剂原料充分拌匀，磨细至70-100目，水泥生料的配热比为800千卡/kg熟料时，生料与添加剂的配比为95∶（1-5）（重量比），添加剂与生料混合均匀后成球。

加入了本发明的水泥添加剂后的生料球，加入立窑中煅烧时，在200-300℃的温度范围，在催化剂的作用下增氧剂分解产生可燃气体和氧气，增加窑上部的氧气浓度，减少郝氏反应与包氏反应的热损失，使燃料充分燃烧;同时由于成孔剂在干燥和烧成过程中产生膨胀气体，并产生微爆作用，能使料球形成大量孔洞，这样料球中的燃料在小孔中燃烧，即料球的表面和内部能同时燃烧，这种燃烧过剩空气系数只需1.05-1.10便能完全燃烧，保证了熟料的烧成质量。

实施例1：添加剂的配比如下（重量百分比）

高锰酸钾    15-36%    硝酸钠    15-25%

二氧化锰    15-25%    偶氮二甲酰胺    15-30%

五氧化二磷    5-15%

取配热为800大卡的生料95-99份，加上述添加剂1-5份，拌匀、共同粉磨后成球煅烧，其熟料化学成分及物检结果见表1、表2。

（表1、表2见文后）

实施例2、添加剂配方如下（重量百分比）

重铬酸钾    12-22%    氧化锌    10-15%

磷酸二氢钾    8-16%    二亚硝基五亚甲基四胺    10-20%

苯甲酸    5-15%    木炭粉    11-22%

取配热为800大卡的生料95-98%，加上述添加剂2-5%，拌匀，共同粉磨后成球煅烧，其熟料化学成分及物检结果见表3、表4。

（表3、表4见文后）

实施例3、添加剂的配比如下：（重量百分比）

氯酸钾    10-25    高锰酸钾废渣    15-30

硫酸铝钾    10-20    锌矿尾砂    10-29

木炭    5-55    磷矿渣    5-15

取配热为800大卡的生料94-98%，与上述添加剂2-6%混合，共同粉磨，然后，成球煅烧，熟料成分与物检果见表5、表6。（表5、表6见文后）

本实施例中采用了部分工业废渣如高锰酸钾废渣作为增氧剂、锌矿尾砂作为催化剂、磷矿渣作为催化剂，这样既降低了生产成本，又减少了废渣对环境的污染。

使用本发明水泥添加剂后，在水泥立窑中，窑内物料上火快、高温足，用φ16微米钢钎插入底火，停留1分30秒，拨出后观察，钢钎呈白红色，并有粘结物，开全风时，鼓风机电流下降10-20A，说明窑内燃烧正常、阻力减少，即生料球板结减少。经过熟料岩相分析，方镁岩含量＜1%，金属铁＜1%，f-CaO含量＜2%，A矿（C₃S）含量60%左右，发育良好，分布均匀，粒径15-40μm，8矿（C₂S）含量10%左右，粒径为15μm。因此，使用本发明后的水泥熟料为高温快冷熟料，水泥安定性良好，凝结时间正常，强度可达600号以上。

为便于观察效果，将配热为1100大卡（未加添加剂）的生料与配热为800大卡（加了1-6%的添加剂）的生料进行煅燃对比，其熟料化学成分、强度效果详见表7、表8、表9。

（表7、表8、表9见文后）

综上所述，本发明的水泥添加剂具有以下几个优点。

1.节煤效果显著，一般能节煤20%，若操作正常，生料均化度高，可节煤30%。

2.提高熟料强度。生烧料、黄心料减少，熟料正品率提高5-10%，游离钙降到2%以下，熟料强度可达600号以上。

3.对水泥无付作用。加入量的多少，不影响配料的“三大率值”，对水泥的凝结时间，早期强度没有付作用。钾、钠、氯、三氧化硫、氧化镁等有害成分都在国家标准以内。

4.使用方便。用户不需特殊的工艺措施，可按配比从生料磨头加入也可调成水剂从成球盘加入，而且加入量可视该厂情况而定，没有严格要求。

5.杜绝喷窑事故。由于增加了通风孔洞，增加了窑上部氧气，使窑内一氧化碳减少到最低限度。

表1    熟料化学成分（%）

烧失量 SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO f-CaO KH n p 正品率

0.81    19.43    6.89    4.73    65.71    1.45    1.63    0.96    1.81    1.34    96

表2    熟料物检结果

凝结时间    细    安    抗折（kg/cm）    抗压（kg/cm）

初凝    终凝    度    定    3天    7天    28天    3天    7天    28天

性

2∶40    4∶30    3    合格    69.3    78.7    84.1    482    591    655

表3    熟料化学成分

烧失量 SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO f-CaO KH n p 正品率

1.0    19.95    4.91    5.08    63.10    1.48    1.80    0.99    1.95    1.03    94

表4    熟料物检结果

凝结时间 细 安 抗折（kg/cm²） 抗压（kg/cm²）

初凝    终凝    度    定    3天    7天    28天    3天    7天    28天

性

2∶55    5∶10    5    合格    56    64    82    369    563    645

表5    熟料化学成分

烧失量 SiO₂Al₂O₃CaO Fe₂O₃MgO f-CaO KH n p 正品率

1.01    20.25    5.88    64.08    64.75    1.93    1.9    0.94    1.80    1.23    95

表6    熟料物检结果

凝结时间 细 安 抗折（kg/cm²） 抗压（kg/cm²）

初凝    终凝    度    定    3天    7天    28天    3天    7天    28天

性

2∶30    4∶50    5    合格    57.0    68.4    83.7    345    524    669

表8    熟料强度

生料∶添加剂    凝结时间    细    安    抗折    抗压

初凝    终凝    度    定    3天    7天    28天    3天    7天    28天

性

100∶0    1∶20    4∶30    7    曲    48.6    59.0    76.2    304    425    593

94～99∶1～6    2～50    4∶40    7    合格    59.3    71.3    84.6    415    592  677

表9    效益对比

生料∶添加剂    标煤消耗    熟料标号    正品率    立窑台产量    f-CaC

100∶0    150kg    593    83    10.0吨    3.6

94～96∶1～6    114kg    667    96    10.8    1.9

效益    节36kg    提高74    提高11%    高0.8    -1.7

Claims (6)

1、一种用于立窑水泥生产中的水泥添加剂，其特征在于该添加剂由能够在200-800℃温度下分解出氧气的增氧剂、在生料球在干燥或燃烧时能使其产生孔洞的成孔剂，能对增氧剂的分解和成孔剂的成孔作用起催化并在高温下对水泥物料还产生助熔作用的催化剂所组成；增氧剂为氯酸盐类物质、硝酸盐类物质、重铬酸盐类物质、高锰酸盐类物质、苯甲酸、萘；催化剂为二氧化锰、氧化锌、五氧化二磷、木炭、石蜡；成孔剂为硫酸铝钾、二硝基萘、偶氧二甲酰胺、六次甲基四胺、亚硝酸钠、二亚硝基五亚甲基四胺。

2、根据权利要求1所述的水泥，其特征在于各组分物用量范围为增氧剂30-60%、催化剂20-40%、成孔剂15-30%（重量百分比）。

3、根据权利要求1所述的水泥添加剂、其特征在于高锰酸盐类物质采用高锰酸钾废渣。

4、根据权利要求1所述的水泥添加剂，其特征在于氧化锌采用含有氧化锌的锌矿尾砂。

5、根据权利要求1所述的水泥添加剂，其特征在于五氧化二磷采用磷矿渣引入。

6、应用权利要求1或2所述的水泥添加剂的方法，其特征在于水泥生料与添加剂的配比为（95-99）∶（1～5）（重量比）。