CN103601380B - 一种利用铜铅尾矿和硫酸渣生产的水泥熟料及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水泥熟料及生产方法，将铜铅尾矿和硫酸渣、石灰石及砂岩经逐级预热器预热后，经分解炉分解出CaCO3后烧制成水泥熟料，烧制熟料中包含化学成分及矿物成分，其中烧制熟料的化学成分包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O、SO3；矿物成分包括硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝化三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF）。该方法简单，可大幅降低煤耗，降低熟料标准稠度至24.0%，强度提升至61-62MPa，可大工业实用并生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥熟料，采用铜铅尾矿和硫酸渣混合生产，还涉及该水泥熟料的生产方法。
背景技术
随着工业的发展，特别是冶金工业的产能大幅提高产生大量工业废渣和尾矿，尾矿堆积占用了大量的土地，并严重污染了周围的环境。如何综合利用废渣和尾矿是三废治理中的一个需重点解决的课题。利用废渣和尾矿来生产优质水泥是解决上述问题的重要途径之一，目前水泥生产的主要原料是石灰石、粘土、铁矿石等，由于目前粘土资源日渐匮乏，且粘土开采会毁坏大量的农田是国家明令限制的，铁矿石也是重要资源之一。石灰石原料含结晶SiO2高，采用传统的粘土和铁矿石生产硅酸水泥熟料不仅熟料热耗高且熟料强度也不高。铜铅尾矿含有Ca、SiO2、Al2O3、Fe2O3等氧化物与水泥生产原料粘土成份相似，且含有一定量的CaO、Pb、Zn等微量元素，它们常以硫化物、氧化物的形式存在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水泥熟料，充分利用铜铅尾矿和硫酸渣，改善水泥熟料的易烧性，降低水泥熟料烧成温度。
本发明是这样实现上述目的的：
一种利用铜铅尾矿和硫酸渣生产的水泥熟料，将石灰石、铜铅尾矿、硫酸渣、砂岩经烧制成熟料，烧制熟料中包含化学成分及矿物成分，烧制熟料的化学成分包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O、SO3；矿物成分包括硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝化三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF）。化学成分中，总的灼烧失重量为0.41±0.05%，游离氧化钙（f-CaO）为0.53±0.04%，饱和度（KH）为0.95±0.02，硅酸率（SM）为2.6±0.02，铝氧率（IM）为1.64±0.02；
按质量百分比计，SiO2的含量达20～25%，Al2O3的含量达5～5.55%，Fe2O3的含量达3～3.5%，CaO的含量达64～66%，MgO的含量达4.2～4.8%，R2O的含量达0.5～0.85%，SO3的含量达0.6～0.85%；矿物成分中，按质量百分比计，C3S的含量达64～66%，C2S的含量达9.5～11%，C3A的含量达7.25～8.75%，四级C4AF的含量达9.0～9.7%，其中熟料的稠度为22～24%，抗压强度为61～62MPa。
该熟料利用了硫酸渣中含有的大量Fe2O3，用于水泥生产中可明显改善熟料的易烧性，降低了熟料的烧成温度，熟料烧成温度低可大幅降低烧成能耗。同时，由于尾矿中含CuO、Pb、Zn等元素，降低了熟料的高温熔点和粘度，加速了固相反应，使水泥熟料中的C3S、C2S、C3A、C4AF各矿物得到了充分活化，降低了熟料中的f-CaO，提高了硅酸盐矿物的水化速度，并大幅度改善了熟料结构与性能，提高了熟料的易磨性。达到了提高产量、提高质量降低煤耗的目的，并消耗了大量废料，为环保作出了巨大贡献。
本发明还提供了一种水泥熟料的生产方法，采用回转窑系统进行加工处理，具体步骤为：将石灰石、铜铅尾矿、硫酸渣、砂岩物料混合后制成生料投入双向一级预热器中，在一级预热器中以温度为285-290℃、压力为5400-5600Pa，反应25-30秒，
其中一级预热器内温度及压力由二级预热器输入的蒸汽压控制；
反应完后一级预热器的生料输送至二级预热器，在二级预热器内的以温度为450-470℃、压力为5000-5200Pa，反应20-50秒时间，其中二级预热器内的温度及压力由三级预热器输入的蒸汽压控制；
反应完后，二级预热器的生料输送至三级预热器，在三级预热器中，在三级预热器内衣温度为630-650℃，压力4000-4200Pa，反应25-30秒时间，其中三级预热器内的温度及压力由四级预热器输入的蒸汽压控制；
反应完后，三级预热器内的生料输送至四级预热器，在四级预热器中，在四级预热器内以温度为740-760℃，压力2900-3100Pa，反应25-40秒时间，其中四级预热器内的温度及压力由五级预热器输入的蒸汽压控制；
反应完后，四级预热器内的生料输送至分解炉，在分解炉内，以温度为830-850℃，压力为1500-1600Pa进行减压分解，反应时间为30-45秒，分解炉内温度控制在830-850℃，压力为1500-1600Pa；由窑头罩经三次风管控制，其中窑头罩内径二次风温控制为1150-1200℃，压力为50-100Pa，三次风管温度为950-1000℃，压力为400-550Pa。
分解炉将反应完成的物料输入五级预热器，在五级预热器中以温度为820-840℃，压力为1900-2100Pa进行反应，反应时间为25-38秒，其中五级预热器内的温度及压力由分解炉输入的蒸汽压控制，五级预热器反应完成后将物料输入烟室，烟室内控制温度为1100-1150℃，压力150-250Pa，烟室内将物料输入回转窑内煅烧，其中煅烧温度为1400-1450℃，煅烧时间为30-35分钟，将煅烧完成的物料通入冷却机快速冷却至80-120℃，完成水泥熟料的制备。
本发明的优点在于：熟料烧成煤耗大幅下降，标煤至少可降8%，分解炉温度从原来880±10℃降为840±10℃。
窑的产量大幅提高，投料量可从390t/h提高到418t/h。
熟料的性能大幅提高，熟料标准稠度从26.0%下降到24.0%，初凝与终凝间隔时间延长了20分钟左右。
熟料强度大幅提高，从原来的55-56MPa左右提高到现在的61-62MPa左右。
由于熟料结粒均齐适中，不但窑的产量大幅上升但熟料冷却效果反而更好，熟料温度下降20℃左右。
附图说明
图1为铜铅尾矿和硫酸渣生产水泥熟料的工艺流程图。其中C1为一级预热器，C2为二级预热器，C3为三级预热器，C4为四级预热器，C5为五级预热器。
具体实施例
实施例1
将石灰石、铜铅尾矿、硫酸渣、砂岩原料按照配比为石灰石83-85%，铜铅尾矿12-14%硫酸渣0.5-1.5%红砂岩1-3%）配制成生料，其中生料的化学成份及占总质量的比例为SiO2：12-13%，Al2O3：2.9-3.1%，Fe2O3：1.9-2.1，CaO：43.-44%，然后进入生料混合后烘干、粉磨，磨制成颗粒细度80μm，筛余≤15%的混合物料、烘干后水份≤1.5%的干粉状物料（即生料）。生料经过均化后先进入双向一级预热器（预热器分一级、二级、三级、四级、五级）、然后分别依次进入二级、三级、四级进行预热与分解，再进入分解炉进行CaCO3分解，经五级预热器后进入水泥回转窑进行煅烧。经过水泥回转窑1400-1450℃左右的温度进行高温煅烧，得到熔融的物料。将熔融的物料再进入冷却机快速冷却至80-120℃后得到水泥熟料。
生料在逐级预热系统中，是通过窑头罩和分解炉进行控制温度及压力的，即，首先控制窑头罩温度，即二次风温的温度控制为1150-1200℃，压力为50-100Pa，窑头罩的温度经三次风管输送至分解炉，其中三次风管温度为950-1000℃，压力为400-550Pa，分解炉出口温度为830-850℃，压力为1500-1600Pa，分解炉进一步控制五级预热器内的温度及压力，则五级出口温度控制为820-840℃，压力为1900-2100Pa，四级出口温度为740-760℃，压力为2900-3100Pa；三级出口温度为630-650℃，压力为4000-4200Pa；二级出口温度为450-470℃，压力为5000-5200Pa；一级出口温度为285-290℃，压力为5400-5600Pa。
一条日生产能力5000吨熟料的新型干法生产线，回转窑规格为4.8米×74米，分解炉直径7.5米。
未使用尾矿及硫酸渣前的生产数据如下：
石灰石、粘土、铁矿石化学成份
| 生料Loss％ | SiO2％Al2O3％ | Fe2O3％ | CaO％ | MgO％ | R2O％ | |
| 石灰石40.1 | 5.49 | 1.67 | 0.62 | 49.52 | 2.74 | 0.24 |
| 10.63 | 18.66 | 20.23 | 45.08 | 1.86 | 0.89 | 1.75 |
| 粘土 | 11.48 | 64.45 | 15.24 | 6.95 | 1.84 | 1.99 | 1.61 |
配比方案中KH值为0.89±0.02；SM值为2.4±0.1；IM值为1.6±0.1
生料配料方案中石灰石占总质量的86.8%；粘土占总质量的11.9%；铁矿石占总质量的1.3%。
使用粘土、铁矿石生产的熟料化学成份及率值
| Loss% | SiO2% | Al2O3% | Fe2O3% | CaO% | MgO% | SO3% | R2O% |
| 0.55 | 21.2 | 5.43 | 3.31 | 63.51 | 3.31 | 0.6 | 0.75 |
配比方案中KH值为0.899；SM值为2.43；IM值为1.64，f-CaO值为1.31。
烧制熟料的矿物成份及物理性能
使用粘土和铁矿配料时窑系统操作参数如下：
使用铜尾矿和硫酸渣生产后的数据如下：
| 生料 | Loss% | SiO2% | Al2O3% | Fe2O3% | CaO% | MgO% | R2O% |
| 石灰石 | 40.1 | 5.49 | 1.67 | 0.62 | 49.52 | 2.74 | 0.24 |
| 铜铅尾矿 | 8.60 | 52.79 | 10.81 | 9.77 | 4.63 | 6.97 | 1.82 |
| 硫酸渣 | 2.0 | 22.51 | 6.28 | 56.39 | 4.61 | 3.53 | 1.16 |
| 砂岩 | 2.30 | 86.92 | 5.80 | 1.30 | 0.75 | 0.63 | 1.58 |
配比方案中KH值为0.95±0.01；SM值为2.6±0.1；IM值为1.6±0.1。
生料配料方案中石灰石占总质量的85.5%；铜尾矿占总质量的12.0%；硫酸渣占总质量的0.5%，砂岩占总质量的2%。
烧制熟料的化学成份及率值如下：
| Loss% | SiO2% | Al2O3% | Fe2O3% | CaO% | MgO% | SO3% | R2O% |
| 0.41 | 21.01 | 5.01 | 3.06 | 65.21 | 4.35 | 0.72 | 0.66 |
配比方案中KH值为0.95；SM值为2.60；IM值为1.64；f-CaO值为0.53。
烧制熟料的矿物成份及物理性能如下：
使用铜铅尾矿和硫酸渣后窑操作参数如下
Claims (3)
1.一种利用铜铅尾矿和硫酸渣生产的水泥熟料，将石灰石、铜铅尾矿、硫酸渣、砂岩制成生料，经烧制成熟料，烧制熟料中包含化学成分及矿物成分，其特征在于，烧制熟料的化学成分包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O、SO3；矿物成分包括硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝化三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF），化学成分中，总的灼烧失重量为0.41±0.05%，游离氧化钙（f-CaO）为0.53±0.04%，饱和度（KH）为0.95±0.02，硅酸率（SM）为2.6±0.02，铝氧率（IM）为1.64±0.02，化学成分中，按质量百分比计，SiO2的含量达20~25%，Al2O3的含量达5~5.55%，Fe2O3的含量达3~3.5%，CaO的含量达64~66%，MgO的含量达4.2~4.8%，R2O的含量达0.5~0.85%，SO3的含量达0.6~0.85%，C3S的含量达64~66%，C2S的含量达9.5~11%，C3A的含量达7.25~8.75%，C4AF的含量达9.0~9.7%，熟料的稠度为22~24%，抗压强度为61~62MPa。
2.根据权利要求1所述的利用铜铅尾矿和硫酸渣生产水泥熟料的方法，采用回转窑系统进行加工处理，其特征在于包括以下步骤：
（1）将石灰石、铜铅尾矿、硫酸渣、砂岩混合后制成生料，粉碎至粒度小于80μm，搅拌均匀后烘干至水份小于总质量的1.5%的后投入一级预热器中，生料在一级预热器内反应的时间为25-30秒，其中一级预热器内的温度及压力由二级预热器输入的蒸汽压控制；
（2）经一级预热器预热的生料输送至二级预热器，生料在二级反应釜内反应的时间为25-50秒，其中二级预热器内的温度及压力由三级预热器输入的蒸汽压控制；
（3）经二级预热器预热的生料输送至三级预热器，生料在三级反应釜内反应的时间为25-30秒，其中三级预热器内的温度及压力由四级预热器输入的蒸汽压控制；
（4）经三级预热器预热的生料输送至四级预热器，生料在四级反应釜内反应的时间为25-40秒，其中四级预热器内的温度及压力由五级预热器输入的蒸汽压控制；
（5）经四级预热器预热的生料输送至分解釜进行分解反应，分解反应时间为30-45秒，将反应后的物料输送至五级预热器，物料在五级预热釜内保温时间为25-38秒；五级预热器将分解的物料经烟室输送至回转窑内煅烧，煅烧时间为30-35分钟，得到熔融的物料；熔融的物料再进入冷却机快速冷却后得到水泥熟料，其中回转窑内的温度及压力由窑头罩内的温度及压力控制；
（6）窑头罩经三次风管与分解炉连接，分解炉内的温度及压力由窑头罩内的蒸汽压控制，五级预热器内的温度及压力由分解炉输入的蒸汽压控制；
该方法采用双向进料预热法，将生料分别投入两个一级预热器中，然后再分别依次进行二级预热、三级预热、四级预热、五级预热；
窑头罩为二次风温，其温度控制为1150-1200℃，压力为50-100Pa；三次风管温度为950-1000℃，压力为400-550Pa；烟室温度控制为1100-1150℃，压力150-250Pa；分解炉出口温度为830-850℃，压力为1500-1600Pa；五级出口温度为820-840℃，压力为1900-2100Pa；四级出口温度为740-760℃，压力为2900-3100Pa；三级出口温度为630-650℃，压力为4000-4200Pa；二级出口温度为450-470℃，压力为5000-5200Pa；一级出口温度为285-290℃，压力为5400-5600Pa。
3.根据权利要求2所述的利用铜铅尾矿和硫酸渣生产水泥熟料的方法，其特征在于：在回转炉内煅烧温度1400-1450℃，将煅烧完成的物料通入冷却机快速冷却至80-120℃，完成水泥熟料的制备。
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