CN102898049A

CN102898049A - 使用页岩替代粘土质生产的水泥熟料及其生产工艺

Info

Publication number: CN102898049A
Application number: CN2012104477523A
Authority: CN
Inventors: 吕凤奇; 王广东; 李保明; 宋亮; 谢璠胜
Original assignee: ZAOZHUANG ZHONGLIAN CEMENT CO Ltd
Current assignee: ZAOZHUANG ZHONGLIAN CEMENT CO Ltd
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2013-01-30

Abstract

一种使用页岩替代粘土质生产的水泥熟料，它由以下重量百分比的原料制成：石灰石80-83%、页岩7-8%、硫磺渣5-6%、硅粉污泥5-6%。一种使用页岩替代粘土质生产水泥熟料的工艺，包括如下操作步骤：页岩从矿山爆破后运至外堆场地，采取平铺直取的方式进行预均化后破碎，输送到页岩备用库里待用；页岩经过逐级预均化后由生料备用库直接通过计量设备按照配比与其他物料入生料磨粉磨，生料成品进入生料均化库，通过生料均化库均化的生料粉经库底自动计量设备计量后，输送至预分解窑系统的双系列五级预热器内，经高温热气预热脱水，进入TDF炉型的分解炉内继续吸热分解，分解后的物料收集进入回转窑内，经高温煅烧形成硅酸盐水泥熟料，由篦冷机冷却，输送至熟料均化库。

Description

使用页岩替代粘土质生产的水泥熟料及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种水泥熟料及其生产工艺，尤其涉及一种使用页岩替代粘土质生产的水泥熟料及其生产工艺。

背景技术

随着水泥行业的蓬勃发展，近年来，水泥新增产能呈井喷之势，这加剧了对自然资源消耗的速度，目前，水泥生产企业使用的铝质校正原料大都是粘土、粉煤灰和煤矸石，这些原材料属于不可再生资源，粘土作为不可再生资源，随着不断的开采使用，储量已大幅度减少，粘土矿物的减少已经严重破坏了自然环境的生态平衡。煤矸石随着煤矿资源的枯竭已经没有可被利用的资源了。只剩下电厂的粉煤灰能够勉强满足水泥生产企业的生产，但是电厂所产的粉煤灰数量有限，加上其它水泥生产企业、商品混凝土搅拌站、修路等都用到粉煤灰，所以在春秋两季，粉煤灰更加紧张，直接影响水泥回转窑的连续运转。能源储存量的日益减少，不得不让水泥工作者继续深入研究寻找可替代的原材料。生产水泥的粘土质原料因特殊的市场行情，价格与日俱增，而且供应非常的紧张，对水泥企业的连续生产及生产成本造成了严重的挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用页岩替代粘土质生产的水泥熟料及其生产工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种使用页岩替代粘土质生产的水泥熟料，其特征是，它由以下重量百分比的原料制成：石灰石80-83%、页岩7-8%、硫磺渣5-6%、硅粉污泥5-6%。

一种使用页岩替代粘土质生产水泥熟料的工艺，其特征是，包括如下操作步骤：页岩从矿山爆破后按质量选择性装车，经运输车运至外堆场地，采取平铺直取的方式进行预均化后，通过页岩破碎机破碎，粒度≤20㎜，由皮带运输机输送到页岩备用库里待用；页岩经过逐级预均化后由生料备用库直接通过计量设备按照上述配比与其他物料入生料磨粉磨，生料成品进入生料均化库，通过生料均化库均化的生料粉经库底自动计量设备计量后，由空气输送斜槽、入窑斗式提升机输送至预分解窑系统的双系列五级预热器内，经高温热气预热脱水，然后进入TDF炉型的分解炉内继续吸热分解，分解后的物料收集进入回转窑内，经高温煅烧进行一系列化学物理变化后最终形成硅酸盐水泥熟料，由篦冷机冷却，经槽式拉链机输送至熟料均化库。

相对于粘土、粉煤灰和煤矸石等不可再生资源来说，页岩的储存量非常丰富，价格低廉，其化学成分完全可以替代粘土质原料来生产水泥熟料。这不仅解决了粘土质原料供应紧张的问题，烧制出优质高产的水泥熟料，还大幅度降低了水泥生产企业的生产成本。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

一种使用页岩替代粘土质生产的水泥熟料，它由以下重量百分比的原料制成：石灰石80-83%、页岩7-8%、硫磺渣5-6%、硅粉污泥5-6%。

一种使用页岩替代粘土质生产水泥熟料的工艺，如图1所示，包括如下操作步骤：页岩从矿山爆破后按质量选择性装车，经运输车运至外堆场地，采取平铺直取的方式进行预均化后，通过页岩破碎机破碎，粒度≤20㎜，由皮带运输机输送到页岩备用库里待用；页岩经过逐级预均化后由生料备用库直接通过计量设备按照上述配比与其他物料入生料磨粉磨，生料成品进入生料均化库，通过生料均化库均化的生料粉经库底自动计量设备计量后，由空气输送斜槽、入窑斗式提升机输送至预分解窑系统的双系列五级预热器内，经高温热气预热脱水，然后进入TDF炉型的分解炉内继续吸热分解，分解后的物料收集进入回转窑内，经高温煅烧进行一系列化学物理变化后最终形成硅酸盐水泥熟料，由篦冷机冷却，经槽式拉链机输送至熟料均化库。

实施例二：

一种使用页岩替代粘土质生产的水泥熟料，它由以下重量百分比的原料制成：石灰石80%、页岩8%、硫磺渣6%、硅粉污泥6%。

生产工艺同实施例一。

实施例三：

一种使用页岩替代粘土质生产的水泥熟料，它由以下重量百分比的原料制成：石灰石81%、页岩7%、硫磺渣6%、硅粉污泥6%。

生产工艺同实施例一。

实施例四：

一种使用页岩替代粘土质生产的水泥熟料，它由以下重量百分比的原料制成：石灰石82%、页岩7%、硫磺渣5%、硅粉污泥6%。

生产工艺同实施例一。

实施例五：

一种使用页岩替代粘土质生产的水泥熟料，它由以下重量百分比的原料制成：石灰石83%、页岩7%、硫磺渣5%、硅粉污泥5%。

生产工艺同实施例一。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

在本发明中，需要对页岩进行矿山开采、运输和预均化。

对回转窑系统来说，有害成分主要是碱含量、硫以及氯离子等，这些有害成分会对水泥回转窑系统带来危害，造成系统结皮，影响水泥性能。在开采页岩矿产的时候，需要针对性的取样化验，通过均化手段有效控制这些元素的摄入量。

页岩经过针对性选择，进行露天开采，开采的矿石由运输车辆过磅运送入厂，在外堆场进行露天均化堆放。外堆场的页岩矿石经破碎机破碎，由皮带输送机输送至均化备用库进行再次均化备用，至此便完成了页岩的预均化处理。页岩在外堆场采用传统的“平铺直取”式方法，工艺简单可行。

基于页岩化学成分的特殊性，在试生产过程中对熟料三率值进行了多次试验与调整，最终决定提高熟料中的硅酸率，适当降低铝氧率，这样不但能够相应的减少溶剂矿物的含量，而且硅率的提高能够提高烧成系统回转窑的煅烧温度，不但出窑熟料的质量得到了的保障，而且对页岩有害成分进行了有效的控制，避免了预热器、回转窑内结皮严重的现象。熟料的三率值目标值为KH=0.90±0.20，N=2.9±0.1，P=1.5±0.1。四组分配料的化学成分与配比如表1所示。

表1 页岩配料的化学分析表（单位 %）

项目	LOSS	SiO₂	AL₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	配比
								石灰石	41.94	3.70	1.20	0.48	49.69	2.65	82.0
页岩	11.01	49.73	13.99	8.10	7.81	3.66	7.4
								硫酸渣	2.28	64.63	5.81	18.82	4.73	2.90	5.6
硅粉污泥	2.50	87.92	4.97	2.70	0.42	1.26	5.0

本发明根据页岩的化学成分，替代水泥配料中的粘土质原料，用于生产硅酸盐水泥熟料。但由于页岩的化学成分中含有的有害成分如碱、氯、硫等含量高，对硅酸盐水泥熟料的煅烧造成了很大的影响。通过不断调整生料的合理成分配比，调整窑工况的操作工艺参数，发现是完全能够生产出优质高产的硅酸盐水泥熟料的。

通过实验，页岩替代粘土质的生料配比可为石灰石80-83%、页岩7-8%、硫磺渣5-6%、硅粉污泥5-6%，由中央控制室磨操作员给定配比，经计算机系统自动计量控制，页岩按一定比例混同其他原料进生料磨进行粉磨。中央控制室磨操作员根据原材料化学成份的变化，及时调整原料配比，使生料化学成份稳定。磨制的成品生料粉由空气输送斜槽、入库斗式提升机输送至生料均化库进行连续性均化，以备烧成系统使用，不满足要求的料粉则经空气输送斜槽输送回磨，进行循环粉磨，直至满足要求为止。至此便完成了原料的粉磨及其均化工作。

经过生料均化库均化的生料粉经均化库库底计量设备精确计量，由空气输送斜槽、入窑斗式提升机输送至预分解窑系统的双系列五级预热器内，经高温热气预热脱水，进入TDF炉型的分解炉内继续吸热分解，分解后的物料收集进入回转窑内，经高温煅烧进行一系列的化学物理变化并最终形成水泥熟料，由篦冷机冷却，经槽式拉链机输送至熟料库。至此便完成了水泥熟料的整个烧成过程。这一复杂的过程由中央控制室窑操作员通过控制DCS系统来自动完成，整个操作数据透明化，具有较强的可控制性。同时中央控制室窑操作员根据品质部控制室提供的、对熟料样品的检验数据，及时对烧成系统做出调整，以控制水泥熟料的质量。

在烧制利用页岩配料的生料时，窑系统在生料预热阶段需提高分解炉的出口温度，控制在910±10℃，以此来提高物料的分解率，减轻窑内的热负荷。通过不断调整回转窑内煅烧的火焰形状，采取短焰顶烧的方式，控制煅烧温度为1400～1500℃，加强了物料的煅烧，提高了窑前烧成带的温度，确保了出窑熟料的质量。

利用页岩烧制的水泥熟料，比目前应用其他粘土质原料生产的水泥熟料在质量有明显的提高，通过对利用页岩配料前后的水泥熟料水化样品XRD分析、扫描电镜分析以及对水泥熟料岩相结构分析，观测结果表明，在规定的煅烧温度下，利用页岩配料生产的水泥熟料与常规生料烧成的水泥熟料对比试样的矿物组成相同，水泥熟料中的主要矿物形貌清晰、晶体发育完善，试样3d抗压强度提高，28d抗压强度持平，水泥熟料的标准稠度需水量略有增高，凝结时间正常，安定性良好，其出窑熟料的化学性能指标如表2所示，物理性能指标如表3所示，其产品质量经检测各项指标均合格。

表2 应用页岩配料前后水泥熟料的化学性能变化表（单位 %）

项目	LOSS	SiO₂	AL₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K₂O	碱	Cl^-
											替代前	0.37	22.19	4.83	2.86	64.53	3.70	0.18	0.62	0.58	0.004
替代后	0.45	22.53	4.93	2.85	64.41	3.66	0.20	0.70	0.66	0.004

表3 应用页岩配料前后水泥熟料的物理性能变化表（单位 %）

项目	3天抗折	3天抗压	28天抗折	28天抗压	初凝（min）	终凝（min）
							替代前	6.6	30.2	9.5	57.6	102	170
替代后	6.7	31.9	9.6	57.2	99	165

采用页岩配制生料生产硅酸盐水泥熟料成功的解决了近年来粘土质资源日益紧缺的现状，因页岩的价格低廉，可为生产企业获得良好的经济效益。由页岩配料生产的硅酸盐水泥熟料，3天、28天抗压强度都有不同程度的提高，水泥熟料凝结时间适宜、标准稠度需水量正常。页岩的利用可在一定程度上缓解水泥生产企业对粘土质原料的市场需求，有效延长水泥回转窑的运行周期。

Claims

1.一种使用页岩替代粘土质生产的水泥熟料，其特征是，它由以下重量百分比的原料制成：石灰石80-83%、页岩7-8%、硫磺渣5-6%、硅粉污泥5-6%。

2.一种使用页岩替代粘土质生产水泥熟料的工艺，其特征是，包括如下操作步骤：页岩从矿山爆破后按质量选择性装车，经运输车运至外堆场地，采取平铺直取的方式进行预均化后，通过页岩破碎机破碎，粒度≤20㎜，由皮带运输机输送到页岩备用库里待用；

页岩经过逐级预均化后由生料备用库直接通过计量设备按照权利要求1所述配比与其他物料入生料磨粉磨，生料成品进入生料均化库，通过生料均化库均化的生料粉经库底自动计量设备计量后，由空气输送斜槽、入窑斗式提升机输送至预分解窑系统的双系列五级预热器内，经高温热气预热脱水，然后进入TDF炉型的分解炉内继续吸热分解，分解后的物料收集进入回转窑内，经高温煅烧进行一系列化学物理变化后最终形成硅酸盐水泥熟料，由篦冷机冷却，经槽式拉链机输送至熟料均化库。