CN106277865B - 一种硅酸盐水泥熟料的制备方法 - Google Patents

一种硅酸盐水泥熟料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种硅酸盐水泥熟料的制备方法,具体包括以下步骤:通过破碎、均化、配料、烘干、粉磨制备成水泥生料,然后将生料喂入新型预分解窑进行预热、分解,最后经高温煅烧后冷却得到熟料,所述配料过程中将原有粘土的50~60wt%替换为煤矸石。本发明提供的方法实施后,熟料热耗显著下降,水泥磨和回转窑产量有明显提高,降低了生产能耗,减少了CO2、NOx等废气的排放,符合国家节能减排环保政策;同时,水泥的保水性、和易性等也有了明显改善,该方案不仅消耗了大量的废弃物煤矸石,减少了环境污染,保护了生态环境;而且由于熟料强度增强水泥混合材掺入量也有相应增加,降低了生产成本,提高了经济效益。

Description

一种硅酸盐水泥熟料的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及硅酸盐水泥熟料生产技术领域,具体涉及一种利用煤矸石配料生产硅 酸盐水泥熟料的方法。
背景技术
[0002] 煤矸石是采煤过程中和洗煤过程中排放的固体废弃物,是一种在成煤过程中与煤 层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。其主要成分与粘土相似,以二氧化硅、 氧化铝为主,另外含有少量的氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾、五氧化二磷、三氧化 硫和微量稀有元素。目前煤矸石是我国年排放量和累计存放量最大的工业废渣,煤矸石弃 置不用、占用大片土地,其含有的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。因此,研究应 用煤矸石具有十分重要的社会意义,由于其具有与粘土及其相似的化学成分,而粘土是水 泥生产中硅铝质材料通常采用的原料,粘土的反应活化能较高使得水泥能耗过高,且粘土 开采破坏植被,毁坏田地,致使许多发达国家已禁止使用粘土烧制水泥。因此研究用煤矸石 作为生产原料应用于硅酸盐水泥熟料的生产,既符合国家的资源循环利用产业政策,保护 环境,又能够为水泥企业节能减排、降低成本,使其变废为宝,具有重要的经济效益和社会 效益。
发明内容
[0003] 本发明的目的是针对以上问题,提供一种利用煤矸石配料生产硅酸盐水泥熟料的 方法,能够提高熟料质量,改善生料易烧性,提高回转窑的产量,降低熟料烧成热耗,改善水 泥熟料的性能。
[0004] 一种硅酸盐水泥熟料,水泥熟料f-CaO控制为0.5〜1.5%,水泥熟料立升重控制为 1280〜1350克/升,该水泥熟料的颗粒度为5〜15mm,阿利特和贝利特矿物总和含量在75% 以上。
[0005] 所述的水泥熟料包括如下重量份的原料组成:石灰石83%〜86%,铁矿石1.5%〜 2.5%,煤矸石3%〜5%,粘土6%〜8%,硅砂1 %〜3%,控制各原料混合后SiO2占总质量的 10〜15%,Al2〇3占总质量的2.5〜3.5%,卩62〇3占总质量的1.2〜2.0%,0&0占总质量的40〜 45% 〇
[0006] 进一步优选为水泥熟料包括如下重量份的原料组成:石灰石85%,铁矿石2%,煤 矸石4%,粘土7%,硅砂2%,控制各原料混合后SiO2占总质量的11.5〜13% ,Al2O3占总质量 的2.7〜3%,卩62〇3占总质量的1.6〜1.9%,0&0占总质量的42.5〜44%。
[0007] 煤矸石中,控制化学成分〇&0:3〜6.5%,51〇2:55〜60%412〇3:17〜20%,卩62〇3: 4.2〜6.5%,MgO:l〜2%,SO3:0.5〜1 %;工业分析值为 Aad: 84 〜88%,Vad: 3〜5.5%,Mad: 0.2〜0.35%,FCad:8〜10%,Qnet.ad: 100〜800kcal/kg〇
[0008] 本发明提供了一种利用煤矸石配料生产硅酸盐水泥熟料的方法,具体包括以下步 骤:通过破碎、预均化、配料、烘干、粉磨制备成干粉生料,然后将生料喂入新型干法预分解 窑进行预热、分解,最后经高温煅烧后冷却得到熟料,所述配料过程中将原有粘土的50〜 60wt %替换为煤矸石,具体为:
[0009] 1)将生产原料石灰石、粘土、铁矿石、硅砂、煤矸石分别破碎至<50mm并储存于堆 棚内;
[0010] 2)以质量计,将石灰石、粘土、铁矿石、硅砂、煤矸石按比例混合均匀后喂入烘干兼 粉磨系统进行粉磨,控制粉磨成品水份含量.5wt%,80微米筛的筛余物,得到 的为干粉状的生料;
[0011] 3)将均化后的生料喂入干法预分解窑进行预热、分解,然后在水泥回转窑中进行 高温煅烧,煅烧温度为1300〜1450°C (进一步优选温度为1400°C),煅烧8-10min (进一步优 选煅烧时间为9min),得到物料液相量为25-28%的部分熔融状的物料(进一步优选为控制 物料液相量为25-28%),将熔融状的物料在篦冷机上用高压风机鼓风以50〜70°C/min的冷 却速度冷却至60〜100°C得到硅酸盐水泥熟料(进一步优选为在60°C/min的冷却速度冷却 至70。〇。
[0012] 步骤3)中,干法预分解窑规格为0 4.8m X 74m,在干法预分解窑内通过5级预热、分 解系统进行操作,同时控制物料入回转窑的分解率为90〜95%。所述的5级预热、分解系统 为,控制水泥回转窑系统分解炉出口温度为860〜870°C;水泥回转窑尾烟室温度为950〜 1050°C;水泥回转窑内二次风温为1150〜1200°C;水泥回转窑内三次风温为950〜1000°C; 篦冷机篦室推动次数为11〜12rpm。
[0013] 上述步骤进一步解释为:控制水泥回转窑系统分解炉出口温度由原来的880〜890 。(:降到860〜870°C;窑尾烟室温度由1000〜IlOOcC降到950〜1050°C;二次风温由1100〜 1150°C提高到1150〜1200°C;三次风温由880〜950°C提高到950〜1000°C;篦冷机篦室一段 推动次数由9〜IOrpm提高到11〜12rpm。控制物料在烧成带的煅烧时间8〜IOmin,物料液相 量在25〜28 %,保证熟料结粒大小均匀,晶体发育良好,进入篦冷机后快速冷却。该工艺步 骤中,前者的参数均为未添加煤矸石的工艺,例如:控制水泥回转窑系统分解炉出口温度由 原来的880〜890°C降到860〜870°C,即为:未添加煤矸石时,水泥回转窑系统分解炉出口温 度为880〜890°C,经添加煤矸石的生料,在进入水泥回转炉时,水泥回转窑系统分解炉出口 温度为860〜870°C,下同。
[0014] 本发明具有以下有益效果:
[0015] 1)利用煤矸石配料生产硅酸盐水泥熟料方案,由于煤矸石是含有硫、铝、铁等多种 微量元素的富氧矿物,这些矿物的晶相势皇较弱,在高速升温的过程中超过800°C时便能快 速放氧,放出来的氧正好起到水泥原料内部解聚出[SiO4F4反应活性体的作用,从而有效促 进熟料A矿烧成,同时煤矸石中的大量微量元素也有助于熟料液相提早出现,有效降低物质 的熔点,进一步促进熟料A矿生成;由于A矿数量增加,A矿边缘比以前清晰,A矿棱柱状减少 板状增加,A矿出现在空洞周围的现象减少,硅酸盐熟料的物理性能有明显改善,标准稠度 由原来的25%下降到23.8%,胶砂流动度由原来的195mm上升到210mm。
[0016] 2)利用煤矸石配料生产硅酸盐水泥熟料方案,由于煤矸石的加入可采用高KH、高 SM配料、增加了熟料中硅酸盐矿物的含量,生产的硅酸盐熟料强度增幅显著,三天抗压提高 了2〜3MPa,28天抗压提高1〜2MPa左右,水泥中混合材掺量提高了3〜4%。
[0017] 3)利用煤矸石配料生产硅酸盐水泥熟料方案,由于煤矸石中含有较低的发热量, 可有效促进熟料烧成煤耗的降低,加之煤矸石中含有的少量微量元素有效的降低了物料的 高温熔点和粘度,改善了生料的易烧性,加速了固相反应的进行,使得熟料烧成煤耗进一步 下降,水泥磨和回转窑的产量大幅提高,大大节省了能源,降低了生产成本,减少C02、N0x等 废气的排放。
[0018] 4)通过本发明提供的方法制备的硅酸盐熟料,由于其物理性能显著改善,使得水 泥磨产量有一定的提高;水泥的和易性、保水性、水泥与外加剂的相容性等都得到了提高。 用本方案生产的硅酸盐熟料的小磨粉磨时间减少了3〜5min,应用于Φ4.2 X 13m的闭路水 泥磨,水泥磨产量可提高10〜20t/h。用该熟料生产的水泥制备的砼,在保证其工作性能和 质量不变的情况下外加剂的用量可少用8〜10%。
[0019] 5)利用煤矸石配料生产硅酸盐水泥熟料方案,不仅消耗了大量的固体废弃物煤矸 石,减少了对粘土资源的需求,保护了农用耕地;同时也增加了水泥中混合材的掺入量,消 耗了大量工业废弃渣如炉渣、粉煤灰等,减少废渣的堆放,有利于美化生态环境。
具体实施方式
[0020] 下面结合实施例来进一步说明本发明,但本发明要求保护的范围并不局限于实施 例表述的范围。
[0021] 实施例1:
[0022] 利用煤矸石配料生产硅酸盐水泥熟料的方法,在甲企业新型干法预分解窑进行, 具体的操作步骤为:
[0023] 1)将水泥熟料生产原料石灰石、粘土、铁矿石、硅砂、煤矸石等破碎至一定粒径范 围并储存于堆棚内。
[0024] 2)将石灰石85%,铁矿石2%,煤矸石4%,粘土7%,硅砂2%按质量分数的比例混 合均匀,其中控制石灰石中MgO含量彡2.5wt%,煤矸石的发热量〇^.3(1彡8001«^1/1^。
[0025] 3)将上述混合物料喂入带热风的立式风扫磨中进行粉磨,控制粉磨成品水份含量 彡1.5wt %,80μπι筛筛余彡16wt %,得到的为干粉状的生料。
[0026] 4)将均化后的生料喂入新型干法预分解窑进行预热、分解,然后在水泥回转窑中 进行高温煅烧,煅烧温度为1400°C,得到熔融态物料并形成大小均齐、发育良好、富含阿利 特和贝利特矿物的颗粒状结晶体,最后经冷却机快速冷却至70°C得到硅酸盐熟料。
[0027] 硅酸盐熟料质量控制指标:f-CaO在0.5〜1.5 %、立升重在1280〜1350克/升。
[0028] 熟料率值控制范围为:
[0029] 石灰饱和系数(熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度):ΚΗ = 0.93土 0.02;
[0030] 硅酸率冰泥熟料硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例):SM=2.7 ± 0.1;
[0031] 铝氧率(熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例):頂=1.6±0.1。
[0032] 其中实施例1中原料的化学成分见表1-1:
[0033] 表1-1
[0034]
Figure CN106277865BD00061
[0035] 生产中要加强对石灰石、粘土、煤矸石、硫铁矿、硅砂等原材料的预均化和水分的 控制,保证混合物料成份的均衡稳定;加强生料成份的的检验,提高检验结果的准确性;采 用在线自动检测控制程序,实现生料成份的即时自动调整。提高KH、SM、頂三率值的合格率。
[0036] 实施例1中,用煤矸石配料前后熟料化学分析结果对比表1-2:
[0037] 表 1-2
[0038]
Figure CN106277865BD00062
[0039] 用煤矸石配料前后熟料物理性能对比表1-3:
[0040] 表 1-3
[0041]
Figure CN106277865BD00063
[0042] 用煤矸石回转窑的产量与熟料标煤耗见表1-4:
[0043] 表1-4
Figure CN106277865BD00071
[0045] ~~从上表数据知掺入煤矸石配料后,可以适当提高熟料的石灰饱和比和硅酸率,提 高熟料中硅酸盐矿物的含量,改善熟料性能,而且熟料的日产量提高了 150t/h,熟料标煤耗 下降了4.3kg/t,熟料3天强度提尚了3. IMPa,28天强度提尚了2MPa。综上,米用煤奸石配料 后,熟料产质量有较大提高,熟料易磨性也有效提升,熟料性能得到了改善,熟料烧成热耗 下降下降明显。
[0046] 同时,将采用煤矸石配料生产的熟料与当前国内同类研究、同类技术的综合比较, 见表A:
[0047] 表A
[0048]
Figure CN106277865BD00072
[0049] ~可见,用煤矸石配料生产硅酸盐水泥熟料,上述各项生产技术指标均已达到目前 国内先进水平。
[0050] 实施例2:
[0051] 利用煤矸石配料生产硅酸盐水泥熟料的方法,在甲企业新型干法预分解窑进行, 具体的操作步骤为:
[0052] 1)将水泥熟料生产原料石灰石、粘土、铁矿石、硅砂、煤矸石等破碎至一定粒径范 围并储存于堆棚内。
[0053] 2)将石灰石83 %,铁矿石1.8 %,煤矸石4.2 %,粘土6.4 %,硅砂3 %按质量分数的 比例混合均匀,其中控制石灰石中MgO含量<2.5wt%,煤矸石的发热量1^<8001«^1/ kg 〇
[0054] 3)将上述混合物料喂入带热风的立式风扫磨中进行粉磨,控制粉磨成品水份含量 彡1.5wt %,80μπι筛筛余彡16wt %,得到的为干粉状的生料。
[0055] 4)将均化后的生料喂入新型干法预分解窑进行预热、分解,然后在水泥回转窑中 进行高温煅烧,煅烧温度为1450°C,得到熔融态物料并形成大小均齐、发育良好、富含阿利 特和贝利特矿物的颗粒状结晶体,最后经冷却机快速冷却至l〇〇°C得到硅酸盐熟料。
[0056] 硅酸盐熟料质量控制指标:f-CaO在0.5〜1.5 %、立升重在1280〜1350克/升。
[0057] 熟料率值控制范围为:
[0058] 石灰饱和系数(熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度):ΚΗ = 0.93土 0.02;
[0059] 硅酸率(水泥熟料硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例):SM=2.7 ± 0.1;
[0060] 铝氧率(熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例):頂=1.6±0.1。
[0061] 利用煤矸石配料生产硅酸盐水泥熟料的方法,在乙企业新型干法预分解窑进行, 生产的熟料结果如下:
[0062] 实施例2中,用煤矸石配料前后熟料化学分析结果对比表2-1:
[0063] 表2-1
[0064]
Figure CN106277865BD00081
[0065] 用煤矸石配料前后熟料物理性能对比表2-2:
[0066] 表2-2
[0067]
Figure CN106277865BD00082
[0069] 用煤矸石前后回转窑的产量与熟料标煤耗见表2-3:
[0070] 表2-3
[0071]
Figure CN106277865BD00083
[0072] ~从上表数据知掺入煤矸石配料后,在适当提高熟料的石灰饱和比和硅酸率的情况_ 下,熟料的日产量提高了 126t/h,熟料标煤耗下降了 3.2kg/t,熟料3天强度提高了 3. SMPa, 28天强度提高了 1.9MPa,小磨时间缩短了 4min。综上,采用煤矸石配料后,熟料产质量有较 大提高,熟料易磨性、熟料性能有明显改善,熟料烧成热耗下降明显。

Claims (6)

1. 一种硅酸盐水泥熟料的生产方法,其特征在于,包括如下步骤: 1) 将生产原料石灰石、粘土、铁矿石、硅砂、煤矸石分别破碎至<50mm并储存于堆棚内; 2) 将石灰石、粘土、铁矿石、硅砂、煤矸石按质量分数为石灰石83%〜86%,铁矿石1.5%〜 2.5%,煤矸石3%〜5%,粘土 6%〜8%,硅砂1%〜3%混合均匀后喂入烘干兼粉磨系统进行粉磨, 控制各原料混合后SiO2占总质量的10〜15%,Al2〇3占总质量的2.5〜3.5%^62〇3占总质量的 1.2〜2.0%,CaO占总质量的40〜45%,控制粉磨成品水份含量彡1.5wt%,80微米筛的筛余物 < 16wt%,得到的为干粉状的生料; 3) 将均化后的生料喂入干法预分解窑进行预热、分解,然后在水泥回转窑中进行高温 煅烧,煅烧温度为1300〜1450 °C,煅烧8-1Omin,得到物料液相量为25-28%的部分熔融状的 物料,将熔融状的物料在篦冷机上用高压风机鼓风以50〜70°C/min的冷却速度冷却至60〜 100 °C得到硅酸盐水泥熟料; 所述的水泥熟料f-CaO控制为0.5〜1.5%,水泥熟料立升重控制为1280〜1350克/升, 该水泥熟料的颗粒度为5〜15_,阿利特和贝利特矿物总和含量在75%以上; 熟料率值控制范围为: 石灰饱和系数,熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度:KH=O. 93 ±0.02; 硅酸率,水泥熟料硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例:SM=2.7 ± 0.1; 铝氧率,熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例:頂=1.6 ± 0.1。
2. 根据权利要求1所述的硅酸盐水泥熟料的生产方法,其特征在于,步骤3)中,干法预 分解窑规格为¢4.8mX74m,在干法预分解窑内通过5级预热、分解系统进行操作,同时控制 物料入回转窑的分解率为90〜95%。
3. 根据权利要求2所述的硅酸盐水泥熟料的生产方法,其特征在于,所述的5级预热、分 解系统为,控制水泥回转窑系统分解炉出口温度为860〜870°C;水泥回转窑尾烟室温度为 950〜1050°C;水泥回转窑窑头二次风温为1150〜1200°C;水泥回转窑三次风温为950〜 1000°C;篦冷机篦室推动次数为11〜12rpm。
4. 根据权利要求1所述的硅酸盐水泥熟料的生产方法,其特征在于,步骤3)中,将均化 后的生料喂入干法预分解窑进行预热、分解,然后在水泥回转窑中进行高温煅烧,煅烧温度 为1400°C,煅烧9min,得到物料液相量为26-27%的部分熔融状的物料,将熔融状的物料在篦 冷机上用高压风机鼓风以60 °C /min的冷却速度冷却至70 °C得到硅酸盐水泥熟料。
5. 根据权利要求1所述的硅酸盐水泥熟料的生产方法,其特征在于,水泥熟料包括如下 重量份的原料组成:石灰石85%,铁矿石2%,煤矸石4%,粘土 7%,硅砂2%,控制各原料混合后 SiO2占总质量的11.5〜13%412〇3占总质量的2.7〜3%,卩62〇3占总质量的1.6〜1.9%,〇3〇占总 质量的42.5〜44%。
6. 根据权利要求5所述的硅酸盐水泥熟料的生产方法,其特征在于,煤矸石中,控制化 学成分CaO: 3〜6 · 5%,SiO2:55〜60%,Al2O3:17〜20%,Fe2〇3:4 · 2〜6 · 5%,MgO: 1 〜2%,SO3:0 · 5〜1%;工业分析值为 Aad: 84 〜88%,Vad: 3〜5 · 5%,Mad: 0 · 2〜0 · 35%,FCad: 8〜10%,Qnet. ad: 100〜 800kcal/kg〇
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