CN104119982B - 一种水泥熟料的烧成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水泥熟料回转窑熟料烧成用节煤剂及其制备方法，所述节煤剂由硅钙渣经脱碱和/或烘干制得。在所述节煤剂中含有硅酸二钙(2CaO·SiO₂)；所述节煤剂中二氧化硅和氧化钙总重为70～77wt％；所述节煤剂的密度为2.9～3.1g/cm³，松散容重为0.9～1.3g/cm³，中值粒径为25～30μm；并且基于节煤剂的总重，以Na₂O的量计，所述节煤剂的含碱率为小于1wt％，所述节煤剂的含水率低于5wt％。本发明方案将所述节煤剂作为烧制水泥熟料的添加剂，显著加快了熟料烧成过程矿物化学反应速率，降低了水泥熟料烧成过程中对反应热量的需求，从而减少了水泥熟料烧成过程中的能耗。

Description

一种水泥熟料的烧成方法

技术领域

本发明涉及一种节煤剂及其制备方法，尤其涉及一种水泥熟料回转窑熟料烧成用节煤剂及其制备方法。

背景技术

煤炭资源是不可再生资源，随着每年的大量开采使用将日趋减少，大量的煤炭燃烧后所产生的粉尘和二氧化碳又会对环境和气候产生不利影响，因此减少煤炭消耗及碳排放是全人类所面临的非常重要的节能环保课题。

水泥行业是煤炭消耗大户，吨水泥熟料烧成热耗约100kg标煤，每年全国水泥熟料产量13亿吨以上，则每年消耗标煤1.3亿吨以上，相当于5000大卡的实物煤炭1.82亿吨，节能潜力巨大。

现有技术的煤用助燃剂和水泥立窑专用节煤增效剂是通过对煤的燃烧起助燃作用，提高煤的燃烧效率从而减少煤的使用，而并非是通过减少水泥熟料烧成过程中对反应热量的需求，实现对水泥熟料烧成过程中的能耗的降低，并且有些煤用助燃剂和节煤增效剂因含有氯化钠而腐蚀金属设备产生负面作用，即使有一些节煤剂不含氯化钠，但原料来源不广，组分复杂，成本较高。

因此，如何提供一种减少水泥熟料烧成过程中对反应热量的需求，从而降低获得水泥熟料烧成过程中的能耗的方法成为有待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种水泥熟料回转窑熟料烧成用节煤剂，由硅钙渣经脱碱和/或烘干制得，将其作为添加剂与水泥生料混合进行水泥熟料的烧制，能显著降低水泥熟料回转窑水泥熟料烧成过程中对反应热量的需求。

本发明还提供了一种水泥熟料回转窑熟料烧成用节煤剂的制备方法，由该方法制成的节煤剂，与水泥生料混合进行水泥熟料的烧制，能显著加快水泥熟料回转窑熟料烧成过程矿物化学反应速率，降低水泥熟料烧成过程中对反应热量的需求。

本发明还提供了一种水泥熟料的烧成方法，采用由硅钙渣经脱碱和/或烘干制得的节煤剂作为添加剂，添加到水泥生料中进行水泥熟料的烧制，可显著改善水泥生料的易烧性，从而降低水泥熟料回转窑水泥熟料烧成过程中的能耗。

本发明提供了硅钙渣在制备水泥熟料回转窑熟料烧成用节煤剂中的应用，所述节煤剂由硅钙渣经脱碱和/或烘干制得，将制得的节煤剂作为水泥熟料烧制过程的添加剂，可显著改善水泥生料的易烧性，从而减少水泥熟料烧成过程中对反应热量的需求，实现水泥熟料烧成过程中能耗的降低。

本发明提供的一种水泥熟料回转窑熟料烧成用节煤剂，所述节煤剂由硅钙渣经脱碱和/或烘干制得。

进一步的，所述节煤剂中含有硅酸二钙(2CaO·SiO2)；所述节煤剂中二氧化硅和氧化钙总重为70～77wt％；所述节煤剂的密度为2.9～3.1g/cm3，松散容重为0.9～1.3g/cm3，中值粒径为25～30μm；并且基于节煤剂的总重，以Na2O的量计，所述节煤剂的含碱率为小于1wt％，所述节煤剂的含水率低于5wt％。

更进一步的，所述节煤剂通过将硅钙渣与电石渣和/或石灰乳加水反应进行脱碱，然后将脱碱后的硅钙渣进行压滤和烘干制得；或者所述节煤剂通过将硅钙渣直接烘干制得。本领域技术人员可以根据其采用的硅钙渣的碱含量，水含量选择对该硅钙渣进行脱碱和/或烘干，只要获得的节煤剂含碱率小于1wt％，所述节煤剂的含水率低于5wt％即可。

例如当硅钙渣碱含量小于1wt％时，可以直接烘干使用，若硅钙渣碱含量大于1wt％，可以先进行脱碱处理，然后再烘干使用。进一步的，将所述节煤剂的含水率定在上述范围是因为若水分过高，节煤剂主要矿物成分硅酸二钙会缓慢水化反应结硬块降低活性，另外，将含水量限定在上述范围还有利于制成的节煤剂的包装以及计量。

在本发明的方案中，所述硅钙渣是以粉煤灰为原料提取氧化铝过程的副产物，主要矿物成分为硅酸二钙(2CaO·SiO2)，例如专利CN201310006060.X中所使用的硅钙渣。在本发明的一个具体实施方式中，所述硅钙渣的含水率可以为35～40wt％；进一步的，在所述硅钙渣的干基中，含硅酸二钙的量可以为70～77wt％，含碱率(以Na2O的含量计)可以为0.8～4wt％。

在本发明的方案中，所述电石渣为电石水化反应制取乙炔过程的副产物，其主要化学成分为氢氧化钙(Ca(OH)2)。在本发明的方案中，所述电石渣的含水率可以为5～10wt％；进一步的，在所述电石渣的干基中，含氢氧化钙(Ca(OH)2)的量为85wt％以上。

在本发明的方案中，也可以使用硅钙渣与石灰乳(Ca(OH)₂悬浊液)加水反应进行脱碱。

本发明提供的一种水泥熟料回转窑熟料烧成用节煤剂的制备方法，包括：

1)将硅钙渣、电石渣与水以1:(0.09～0.11)：(3.2～4.0)重量比混合形成混合浆液，所述水的温度为85～95℃；

2)将所述混合浆液的温度控制在85～95℃，搅拌1～3h，然后用压滤机压滤脱水得到滤饼；

3)用与1)中等量的水溶解所述滤饼，在85～95℃搅拌20～45分钟，再用压滤机压滤脱水得到滤饼，重复进行步骤3)1～3次，得到的滤饼即为脱碱的硅钙渣；

4)将脱碱的硅钙渣用烘干机烘干至水分小于5wt％得到所述节煤剂。

在本发明的方案中，可进一步控制脱碱过程中(即混合浆液中)CaO:Na₂O的摩尔比为(3-3.5):1。进一步的，可控制所述混合浆液的固液比(重量比)为1：(4-6)。本领域技术人员可以根据采用的硅钙渣和电石渣中含有的CaO、Na₂O的量，以及水的量，通过控制硅钙渣和电石渣的添加比例来实现脱碱过程CaO:Na₂O的摩尔比为(3-3.5):1，以及通过控制硅钙渣、电石渣与水的添加比例来实现所述混合浆液的固液比(重量比)为1：(4-6)。

在本发明的方案中，所述压滤机、烘干机均为本领域常规设备，例如压滤机可以为板框压滤机，烘干机可以为回转式烘干机。

本发明提供的一种水泥熟料的烧成方法，包括在水泥生料中添加节煤剂进行烧制的步骤，基于节煤剂和水泥生料的总重，所述节煤剂的添加量为0.5～2wt％，所述节煤剂由硅钙渣经脱碱和/或烘干制得。

在本申请方案中，水泥生料可以由石灰石、硅废石、铁矿石尾矿和粉煤灰按比例混合粉磨制得，所述混合比例例如，以重量计，可以是石灰石：硅废石：铁矿石尾矿:粉煤灰＝83:3:9:5，磨粉可以采用本领域常规设备进行，例如立式磨，磨成的粉的粒径可以为150～200目。

在本发明的一个具体实施方式中，水泥熟料的烧成过程在水泥熟料回转窑中进行，烧制过程温度在1260～1350℃的范围。通常的水泥熟料的烧制过程温度在1300℃～1450℃的范围。在本申请的方案中，所述烧制过程温度指的是熟料烧成带的烧结温度，烧成带上不同区域的温度在上述范围呈梯度分布，本领域技术人员可以根据需要在所述不同区域采用在以上范围内的温度，这是可以实现的。可以看出，本申请提供的方案烧成带上的烧结温度不需要升高到1450℃，最高1350℃即可实现水泥熟料的烧制，相比于现有技术显著降低了对热量的需求。

进一步的，将本实施例得到的节煤剂呈粉状，在所述节煤剂中含有硅酸二钙(2CaO·SiO₂)；所述节煤剂中二氧化硅和氧化钙总重为70～77wt％；采用李氏法检测，所述节煤剂的密度为2.9～3.1g/cm³，采用标准漏斗法检测，所述节煤剂的松散容重为0.9～1.3g/cm³，采用激光粒度分析仪检测，所述节煤剂的中值粒径D(0.5)为25～30μm；并且基于节煤剂的总重，以Na₂O的量计，所述节煤剂的含碱率小于1wt％,并且所述节煤剂的含水率低于5wt％。

在本发明的具体实施方式中，所述节煤剂通过将硅钙渣与电石渣和/或石灰乳加水反应进行脱碱，然后将脱碱后的硅钙渣进行压滤和烘干制得；或者所述节煤剂通过将硅钙渣直接烘干制得。

进一步的，所述节煤剂通过以下步骤制成：

1)将硅钙渣、电石渣与水以1:(0.09～0.11)：(3.2～4.0)重量比混合形成混合浆液，所述水的温度为85～95℃；

2)将所述混合浆液的温度控制在85～95℃，搅拌1～3h，然后用压滤机压滤脱水得到滤饼；

3)用与1)中等量的水溶解所述滤饼，在85～95℃搅拌20～45分钟，再用压滤机压滤脱水得到滤饼，重复进行步骤3)1～3次，得到的滤饼即为脱碱的硅钙渣；

4)将脱碱的硅钙渣用烘干机烘干至水分小于5wt％得到所述节煤剂。

本发明还提供了硅钙渣在制备水泥熟料回转窑熟料烧成用节煤剂中的应用。

本发明方案的优点在于：

1、本发明的方案将硅钙渣用作烧制水泥熟料的节煤剂，即作为一种添加剂，而并非是作为水泥熟料的烧制原料(作为烧制原料通常硅钙渣的使用比例在60wt％以上)，以本申请的比例0.5～2wt％添加在水泥生料中，能显著加快熟料烧成时矿物化学反应速率，促进硅酸三钙晶种快速大量生成，改善生料的易烧性，从而降低水泥熟料烧成过程中对反应热量的需求，促进熟料窑的产量提高，大幅降低吨熟料烧成能耗。

2、从本申请的实施例可以看出，本发明提供的节煤剂用作烧制水泥熟料的节煤剂，烧制过程温度降低约100℃，提高水泥窑产量约6.6％，吨熟料烧成煤耗降低约11.6％，具有良好的工业应用前景。

3、本申请提供的方案，采用工业固体废弃物硅钙渣作为节煤剂，价格低廉、来源充足，并且该节煤剂为粉状，方便包装、运输和使用。

具体实施方式

实施例1节煤剂的制备

1)将1000kg硅钙渣(含水率39.6wt％，干基中含硅酸二钙72.7wt％，含碱率3.8wt％)溶于3200kg90～95℃的水中，然后加入电石渣110kg(含水率5.5wt％,干基中氢氧化钙含量85.4wt％)，得到混合浆液；

2)将所述混合浆液的温度控制在90～95℃，搅拌反应1小时，用板框压滤机压滤脱水得到滤饼；

3)再用3200kg90～95℃以上的水溶解滤饼，将混合浆液搅拌25分钟，用板框压滤机压滤脱水，得到的滤饼即为脱碱的硅钙渣；步骤(3)重复进行2次；

4)将脱碱的硅钙渣滤饼用回转式烘干机烘至水分小于5％制得所述节煤剂。

将本实施例得到的节煤剂呈粉状，所述节煤剂中含有硅酸二钙；所述节煤剂中二氧化硅和氧化钙总重为75.3wt％，采用李氏法检测，密度为3.07g/cm³，采用标准漏斗法检测松散容重为1.05g/cm³，采用激光粒度分析仪检测中值粒径D(0.5)为26.52μm；并且基于节煤剂的总重，以Na₂O的量计，所述节煤剂的含碱率为0.78wt％,并且所述节煤剂的含水率3.96wt％。

实施例2节煤剂的制备

1)将1000kg硅钙渣(含水率35.3wt％，干基中含硅酸二钙75.2wt％，含碱率2.7wt％)溶于4000kg温度为85～90℃水中，然后加入电石渣90kg(含水率9.4wt％,干基中氢氧化钙含量86.3wt％)，得到混合浆液；

2)将所述混合浆液的温度控制在85～90℃，搅拌反应2小时，用板框压滤机压滤脱水得到滤饼；

3)，再用4000kg温度为85～90℃以上的水溶解滤饼，将混合浆液搅拌40分钟，再用板框压滤机压滤脱水，得到的滤饼即为脱碱的硅钙渣；步骤(3)重复进行2次；

4)将脱碱的硅钙渣用回转式烘干机将滤饼烘至水分小于5％制成所述节煤剂。

将本实施例得到的节煤剂呈粉状，所述节煤剂中含有硅酸二钙；所述节煤剂中二氧化硅和氧化钙总重为76.8wt％，采用李氏法检测，密度为2.93g/cm³，采用标准漏斗法检测松散容重为0.96g/cm³，采用激光粒度分析仪检测中值粒径D(0.5)为29.97μm；并且基于节煤剂的总重，以Na₂O的量计，所述节煤剂的含碱率为0.64wt％,并且所述节煤剂的含水率4.35wt％。

实施例3利用本发明节煤剂烧制水泥熟料

在某水泥厂5000吨/天水泥熟料回转窑上进行水泥熟料的烧制，分为两组。实验组，利用本发明的节煤剂作为添加剂，以0.5～2wt％的添加量添加到水泥生料中进行水泥熟料的烧制；对照组，不添加节煤剂，只采用水泥生料进行水泥熟料的烧制。

在本实施例中，水泥生料由石灰石：硅废石：铁矿石尾矿:粉煤灰以83:3:9:5的重量比混合后，使用立式磨研磨，成为粒径150～200目的粉状。熟料烧成过程，实验组和对照组的水泥熟料回转窑主要数据如表1和表2所示。

表1

表2

由表1和2数据可以看出，相比于对照组，实验组水泥熟料煅烧过程中，生料的易烧性得到显著改善，烧制过程温度降低约100℃，出窑熟料f-cao由对照组的最高1.8％降低至最高0.9％。并且实验组窑生料喂料量增加了约20吨/小时，对应熟料产量增加了约15吨/小时，窑总用煤量(窑头喷煤量+窑尾喷煤量)降低约2t/小时，提高了窑熟料量产量约6.6％，吨熟料烧成煤耗降低约11.6％。并且实验组烧制的水泥熟料完全达到《硅酸盐水泥熟料标准》(GB/T21371—2008)的要求。

Claims (2)

1.一种水泥熟料的烧成方法，其特征在于，包括在水泥熟料回转窑中向水泥生料中添加节煤剂进行烧制的步骤，烧制过程温度为1260～1350℃，其中所述水泥生料由石灰石：硅废石：铁矿石尾矿：粉煤灰以83:3:9:5的重量比进行混合；

基于所述节煤剂和所述水泥生料的总重，所述节煤剂的添加量为0.5～2wt％，所述节煤剂中含有硅酸二钙；所述节煤剂中二氧化硅和氧化钙总重为70～77wt％；所述节煤剂密度为2.9～3.1g/cm³，松散容重为0.9～1.3g/cm³，中值粒径为25～30μm；并且基于节煤剂的总重，以Na₂O的量计，所述节煤剂的含碱率为小于1wt％，所述节煤剂的含水率低于5wt％；

所述节煤剂通过将硅钙渣与电石渣和/或石灰乳加水反应进行脱碱，然后将脱碱后的硅钙渣进行压滤和烘干制得；或者所述节煤剂通过将硅钙渣直接烘干制得。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节煤剂通过以下步骤制成：

1)将硅钙渣、电石渣与水以1:(0.09～0.11)：(3.2～4.0)重量比混合形成混合浆液，所述水的温度为85～95℃；

2)将所述混合浆液的温度控制在85～95℃，搅拌1～3h，然后用压滤机压滤脱水得到滤饼；

3)用与1)中等量的水溶解所述滤饼，在85～95℃搅拌20～45分钟，再用压滤机压滤脱水得到滤饼，重复进行步骤3)1～3次，得到的滤饼即为脱碱的硅钙渣；

4)将脱碱的硅钙渣用烘干机烘干至水分小于5wt％得到所述节煤剂。