CN104944813A - 一种小颗粒硅酸盐水泥熟料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小颗粒硅酸盐水泥熟料及其制备方法，将控制剂作为一种原材料组分按比例直接配入生料中，采用新型干法窑进行煅烧，煅烧出来的熟料中有大量外观呈细珠状的熟料颗粒，其中表观颗粒粒径在0.1-3.0毫米的小颗粒水泥熟料在全部水泥熟料中占比超过50%。所述控制剂选自天然石膏、硬石膏、氟磷灰石、铜矿渣、钢渣、锌渣、镍渣、磷渣、粉煤灰，或它们的组合，比对于水泥生料其掺量范围在0.1%-5%。本发明提供的水泥熟料矿物结构与普通硅酸盐水泥相比，具有低能耗、低碳、高强等效果。

Description

一种小颗粒硅酸盐水泥熟料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水泥熟料及其制备方法，尤其涉及一种小颗粒硅酸盐水泥熟料及其制备方法。

背景技术

水泥工业是资源、能源依赖型基础原材料工业。我国是世界最大的水泥生产和消费国，2012年我国水泥产量占世界产量的60%，水泥生产消耗了大量的石灰石和粘土等不可再生自然资源，并耗用大量的煤电等能源，同时排放出大量的二氧化碳、二氧化硫及氮氧化合物等废气。巨大的能源、资源消耗使我国的矿产资源不堪重负，大量的废气排放加剧了温室效应和酸雨的产生，严重污染了环境。目前国内主要重视水泥技术装备的更新换代，不太重视对水泥材料本身的研究和开发，仍然存在熟料烧成温度高（1450℃），产品碳排放高的现象。而通过扩张型的水泥工业发展模式达到提高水泥产量，来满足国民经济建设的需要，将造成水泥产能的进一步过剩，，生产规模进一步扩大，产品同质化加剧，市场主要靠成本来竞争，这将对我国的社会与经济的可持续发展带来极为不利的影响。

为实现水泥生产过程中的节能、环保、降耗，通常采用两种技术方案：一是通过改进生产工艺及装备水平，调控原材料的易烧性和易磨性，或者合理掺加工业废渣；二是研究开发节能型新品种水泥体系。目前，前者已取得了很大进展，如在水泥中掺加矿渣、粉煤灰等掺合料，或采用现代新型干法生产技术及高效粉磨技术，但该技术已走到瓶颈，想再突破很困难。而后者已成为当今水泥领域的研究热点，然其推广应用受到传统水泥工业思维局限，不能普遍大规模使用。

发明内容

为了克服现代水泥工业高能耗、高排放等缺陷，本发明提供了一种小颗粒硅酸盐水泥熟料及其制备方法，用该方法制备出的水泥熟料具有低能耗、低碳、高强等效果。

本发明是将控制剂作为一种原材料组分按比例直接配入生料中，进入生料磨粉磨，均化，然后将均化后的生料粉和控制剂粉入窑煅烧，煅烧温度控制在1100-1400℃，煅烧出来的熟料，50%以上粒径小于3.0毫米。

控制剂的定义：是指配合本发明形成小颗粒熟料而必须添加的一种外加剂，主要功能为增加熟料液相表面张力，控制熟料尺寸。

所述的控制剂为硬石膏、磷石膏、高镁石灰石、氟磷灰石、磷渣、锌渣、镍渣、萤石、粉煤灰中的一种或几种的组合，掺量范围在0.1%-5%。

本发明提供了一种小颗粒硅酸盐水泥熟料及其制备方法，其具体步骤如下：

1）将控制剂作为一种原材料组分按照一定的比列掺入到生料中进入计量秤进行生料配制；

2）按步骤1）配好的生料通过皮带输送进入生料磨，进行粉磨、预均化；

3）将步骤2）的生料通过输送装置送入到生料均化库进行充分均化；

4）均化后的生料粉用气力提升泵送至窑外悬浮预热器和窑外分解炉；

5）步骤4）的物料经预热和分解后进行回转窑中进行煅烧成熟料；

6）熟料经冷却装置冷却后，输送至熟料库存放。

步骤1）中所述的控制剂选自天然石膏、硬石膏、氟磷灰石、铜矿渣、钢渣、锌渣、镍渣、磷渣、粉煤灰，或它们的组合。

所述的控制剂掺量比对于生料的比例范围为0.1~5.0%。

步骤5）中所述的窑外分解，其分解率控制在94%~99%。

所述的回转窑中煅烧成熟料，其烧成温度控制在1100~1400℃。

本发明中按照硅酸盐水泥的常规配方，外掺入控制剂配制成水泥生料，水泥熟料理论率值控制为：KH（石灰饱和度）：0.90-0.96，SM(硅率)：1.9-2.5，IM（铝率）：1.3-1.8。

按本发明方法烧制出的小颗粒水泥熟料烧结状况良好，游离氧化钙低，按照GBT21372-2008（硅酸盐水泥熟料标准）进行全套水泥熟料检测，各项指标均符合相关标准要求，达到52.5级商品熟料等级。

本发明与传统水泥工艺的区别：

1、与飞砂料的区别

飞砂料主要是熟料煅烧过程中形成的大晶格熟料，此类熟料未烧结成球，易形成粉尘料，强度较正常烧结熟料偏低，且易磨性差，烧成能耗高。

应用本发明煅烧而成的小颗粒熟料，除了表观尺寸与飞砂料相近外，其余性能完全不同，具有强度更高，烧成能耗更低的特性。

2、熟料液相表面张力

    传统水泥生产的理论认为，熟料液相表面张力越小，熟料尺寸越大，一般的水泥生产也尽量控制熟料液相表面张力小。而本发明恰恰相反，控制剂的加入使得熟料的液相表面张力更高，在离心力（水泥窑转动产生）的作用下，形成的熟料表观尺寸更小。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、经过高温煅烧后，通用硅酸盐水泥熟料的颗粒尺寸主要集中在5-50毫米，而通过本发明制备出的硅酸盐水泥熟料，其颗粒尺寸主要集中在0.1-3毫米，小颗粒熟料可降低粉磨阶段能耗，能耗降比达到5%以上；

2、通用硅酸盐水泥熟料的烧成温度在1450℃以上，而通过本发明采用低温煅烧制备出的小颗粒硅酸盐水泥熟料，其烧成温度区间为1100-1400℃，可降低烧成煤耗5-15%；

3、通用硅酸盐水泥熟料28天抗压强度大概在55-58MPa范围，通过本发明制备出的小颗粒硅酸盐水泥熟料，其28天抗压强度可达58-70MPa。

附图说明

图1 普通熟料颗粒形貌分布

图2 本发明熟料颗粒形貌分布

 具体实施方式

以下将结合普通硅酸盐水泥熟料详细说明本发明实施例：

实施例1

采用通用硅酸盐水泥的生料配合比，水泥熟料的三率值控制为：KH（石灰饱和度）：0.90±0.02，SM(硅率)：2.3±0.1，IM（铝率）：1.5±0.1。掺入0.5%的控制剂进行生料配制，生料经生料磨粉磨后进入均化库，经均化后的生料粉再用气力提升泵送至窑尾悬浮预热器和窑外分解炉，控制分解率为96%，再在1380℃的高温下进行煅烧，煅烧出来的熟料经冷却后进入熟料库，煅烧出来的熟料50%以上的表观尺寸≤3.0毫米，熟料的物理性能见表1.

表1

实施例2

采用通用硅酸盐水泥的生料配合比，水泥熟料的三率值控制为：KH（石灰饱和度）：0.90±0.02，SM(硅率)：2.3±0.1，IM（铝率）：1.5±0.1。掺入1.0%的结构诱导剂进行生料配制，生料经生料磨粉磨后进入均化库，经均化后的生料粉再用气力提升泵送至窑尾悬浮预热器和窑外分解炉，控制分解率为96%，再在1380℃的高温下进行煅烧，煅烧出来的熟料经冷却后进入熟料库，煅烧出来的熟料50%以上的表观尺寸≤2.8毫米，熟料的物理性能见表2.

表2

实施例3

采用通用硅酸盐水泥的生料配合比，水泥熟料的三率值控制为：KH（石灰饱和度）：0.90±0.02，SM(硅率)：2.3±0.1，IM（铝率）：1.5±0.1。掺入2.2%的结构诱导剂进行生料配制，生料经生料磨粉磨后进入均化库，经均化后的生料粉再用气力提升泵送至窑尾悬浮预热器和窑外分解炉，控制分解率为96%，再在1380℃的高温下进行煅烧，煅烧出来的熟料经冷却后进入熟料库，煅烧出来的熟料50%以上的表观尺寸≤2.8毫米，熟料的物理性能见表3.

表3

实施例4

采用通用硅酸盐水泥的生料配合比，水泥熟料的三率值控制为：KH（石灰饱和度）：0.90±0.02，SM(硅率)：2.3±0.1，IM（铝率）：1.5±0.1。掺入4.0%的结构诱导剂进行生料配制，生料经生料磨粉磨后进入均化库，经均化后的生料粉再用气力提升泵送至窑尾悬浮预热器和窑外分解炉，控制分解率为96%，再在1380℃的高温下进行煅烧，煅烧出来的熟料经冷却后进入熟料库，煅烧出来的熟料50%以上的表观尺寸≤3.0毫米，熟料的物理性能见表4.

表4

实施例5

采用通用硅酸盐水泥的生料配合比，水泥熟料的三率值控制为：KH（石灰饱和度）：0.90±0.02，SM(硅率)：2.3±0.1，IM（铝率）：1.5±0.1。掺入5.0%的结构诱导剂进行生料配制，生料经生料磨粉磨后进入均化库，经均化后的生料粉再用气力提升泵送至窑尾悬浮预热器和窑外分解炉，控制分解率为96%，再在1380℃的高温下进行煅烧，煅烧出来的熟料经冷却后进入熟料库，煅烧出来的熟料50%以上的表观尺寸≤3.0毫米，熟料的物理性能见表5.

表5

通用硅酸盐水泥熟料P1与本发明熟料的性能对比

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，可以做出大量可能的改变，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种小颗粒硅酸盐水泥熟料，所述水泥熟料是在通用硅酸盐水泥生料中掺加控制剂后，通过生料磨粉磨混合均匀，在新型干法水泥窑内经1100-1400℃低温煅烧后形成的，该熟料超过50%的表观颗粒尺寸在0.1-3.0毫米范围内，且熟料中硅酸三钙的含量在40-70%范围内；所述的控制剂的组分包括自天然石膏、硬石膏、氟磷灰石、铜矿渣、钢渣、锌渣、镍渣、磷渣、粉煤灰。

2.如权利要求1所述的小颗粒硅酸盐水泥熟料，其特征在于：水泥生料和结构诱导剂的组分和重量比为：

钙质原料                            60~85；

硅质原料                             5~15；

铁质原料                             0~10；

结构诱导剂                           0.5~5。

3.如权利要求2所述的小颗粒硅酸盐水泥熟料，其特征在于，钙质原料为石灰石、高镁石灰石、白云石中的一种或几种的组合。

4.如权利要求2所述的小颗粒硅酸盐水泥熟料，其特征在于，硅质原料为砂岩、硅石或两种的组合。

5.如权利要求2所述的小颗粒硅酸盐水泥熟料，其特征在于，铁质原料为磁铁矿、硫酸渣、铜矿渣、钢渣、锌渣中的一种或几种的组合。

6.如权利要求1或2所述的小颗粒硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述小颗粒硅酸盐水泥熟料的物理性能表征为其28天抗压强度在58-70MPa范围内。

7.一种如权利要求1所述的小颗粒硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括如下步骤：

1）将结构诱导剂作为一种原材料组分按照一定的比例掺入到生料中进入计量秤进行生料配制；

2）按步骤1）配好的生料通过皮带输送进入生料磨，进行粉磨、预均化；

3）将步骤2）的生料通过输送装置送入到生料均化库进行充分均化；

4）均化后的生料粉用气力提升泵送至窑外悬浮预热器和窑外分解炉；

5）步骤4）的物料经预热和分解后进行回转窑中进行煅烧成熟料；

6）熟料经冷却装置冷却后，输送至熟料库存放。