CN109206028A - 一种水泥回转窑用高效固硫剂及其使用方法 - Google Patents

一种水泥回转窑用高效固硫剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于环保技术领域，公开了一种水泥回转窑用高效固硫剂及其使用方法。所述水泥回转窑用高效固硫剂由以下按质量百分数计的组分组成：萤石尾矿30～60％、锶渣20～40％、钡渣10～40％，各组分之和为100％。本发明将各组分混合均匀，粉磨，与水泥生料混合或者放置于喷煤管出，煅烧，获得水泥熟料，实现固硫剂的固硫作用。本发明的固硫剂固硫效率高，降低了水泥窑烟气中SO2浓度，还降低了熟料烧成温度、提高了熟料品质，对水泥工业节能减排、可持续发展和资源综合利用具有重大的经济、社会和环境意义。

Description

一种水泥回转窑用高效固硫剂及其使用方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种水泥回转窑用高效固硫剂及其使用方法。
背景技术
SO2是一种无色的刺激性气体，对人体呼吸道有较大的刺激性作用，会增高呼吸道疾病的发病率，直接危害人的身体健康，进入大气中会形成酸雾或硫酸盐气溶胶并进一步被氧化形成酸雨将落到地面，导致土壤酸化，加速土壤的贫瘠化，不利于植被生长，同时导致湖泊、河流等水体酸化，腐蚀建筑物、机械和市政设施。2015年水泥行业排放SO2 146.7万吨，且呈逐年增加趋势，约占全国SO2总排放量的8.7％，为仅次于煤电、钢铁行业的第三大排放源。因此，规定水泥窑烟气SO2排放限值为200mg/Nm3(《水泥工业大气污染物排放标准》GB 4915-2013)，重点地区SO2排放限值仅为100mg/Nm3。
水泥熟料生产过程中，原燃料中的硫在预热器、分解炉和回转窑释放的SO2，又经过生料磨脱硫、预热器脱硫及分解炉脱硫后，最终均以硫酸盐(主要为CaSO4) 的形式进入回转窑。回转窑熟料烧成温度达1500℃、烟气温度更高达 1800～2000℃，导致50～70％的CaSO4分解又释放出SO2，并随气流入分解炉和预热器，部分被CaO和CaCO3捕获重新进入物料流。经过多次SO2释放-捕获，硫逐渐在分解炉、回转窑循环富集，使烟气中SO2浓度和物料中硫酸盐含量逐渐升高。可见经过多次SO2释放-补集循环后，水泥原燃料中的硫要么以硫酸盐形式固化于熟料之中，要么以SO2的形式随气体排出。因此，提高熟料中含硫矿物的热稳定性，即提高水泥熟料固硫能力和效率，进而减少硫酸盐的分解率，将更多的硫固化于熟料中，是水泥窑烟气SO2减排关键和核心，对水泥工业节能减排、高硫原料利用具有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种水泥回转窑用高效固硫剂及其使用方法。本发明的固硫剂显著提高了熟料固硫效率、降低了水泥窑烟气中SO2浓度，还降低了熟料烧成温度、提高了熟料品质。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种水泥回转窑用高效固硫剂，由以下按质量百分数计的组分组成：萤石尾矿30～60％、锶渣20～40％、钡渣10～40％，各组分之和为100％。
萤石尾矿中氟化钙为高效固硫剂质量的3～10％；锶渣中氧化锶为高效固硫剂质量的3～10％；钡渣中氧化钡为高效固硫剂质量的2～10％。
所述水泥回转窑用高效固硫剂的使用方法，包括以下步骤：将萤石尾矿、锶渣、钡渣混合均匀，并进行粉磨，然后将粉磨后的粉体(即高效固硫剂)加入水泥生料中或者加入水泥回转窑的喷煤管处，通过回转窑煅烧，获得水泥熟料，在煅烧过程中实现固硫剂的固硫作用。所述粉磨是指粉磨至比表面积≥300m2/kg，优选为300～500m2/kg。
高效固硫剂的添加量为水泥生料质量的0.01～0.1％，即可使熟料固硫效率达95％以上。
所述高效固硫剂在水泥熟料制备中的应用。
所述高效固硫剂用于水泥回转窑。
本发明的固硫剂在水泥熟料制备中的作用为：利用CaF2类矿化剂促进碳酸盐、碱性长石、云母等原料矿物的分解，加速结晶态氧化硅(石英、燧石)中 Si-O键的断裂、破坏SiO2的晶格，特别是促进CaSO4参与固相反应生成热稳定性更高的硫铝酸钙矿物。
CaF2+H2O→CaO+2HF
4HF+SiO2→SiF2+2H2O
2HF+CaCO3→CaF2+H2O+CO2
此外，CaF2还可以降低液相出现的温度和液相粘度，更多的液相对生料颗粒的物理包裹有利于液相中质点的扩散，加速C3S和硫铝酸钙矿物的生成。因此，CaF2降低熟料烧成温度、适当增加液相数量，提高了液相对含硫矿物的物理包裹、降低了含硫矿物分解率。通过掺加含Ba、Sr的废弃物，使硫铝酸钙矿物中的Ca部分被取代，生成热稳定性更高的硫铝酸钡钙、硫铝酸锶钡钙等矿物，且这些矿物均为早强型胶凝矿物，可在一定程度上提高熟料的早强、高强和抗蚀性能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
本发明利用CaF2降低了烧成温度、增加液相量，促进含硫矿物参与固相反应生成硫铝酸钙，并通过Ba和Sr部分取代硫铝酸钙矿物中的Ca生成硫铝酸钡钙、硫铝酸锶钙等矿物，提高了烧成过程中固硫矿物的热稳定性，降低水泥窑烟气中SO2浓度，提高了熟料固硫效率。
本发明通过萤石尾矿、锶渣、钡渣等废渣的合理搭配，不仅显著提高了熟料固硫效率、降低了水泥窑烟气中SO2浓度，还降低了熟料烧成温度、提高了熟料品质。本发明的固硫剂易于生产、成本低廉、对熟料生产和品质无不良影响，能够有效降低水泥窑烟气SO2浓度，减少大气污染，对水泥工业节能减排、高硫原燃料资源综合利用和可持续发展，具有重大的生态、经济和社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细地说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明的固硫剂在水泥生产过程中，可在生料配料系统、生料磨、入窑提升机及窑尾喷煤管等处均可加入，也可在水泥回转窑中加入。
实施例1
一种回转窑用高效固硫剂，由以下按质量百分比计的各组分组成：萤石尾矿40％、锶渣20％、钡渣40％；高效固硫剂中有效成分的质量百分比为：氟化钙4.2％、氧化锶6.6％、氧化钡3.2％。
将各组分按质量百分比混合均匀，粉磨至比表面积500m2/kg，制得高效固硫剂。将0.03％的高效固硫剂与水泥生料混合，然后通过水泥回转窑煅烧制备成熟料，熟料固硫效率为95.6％。
实施例2
一种回转窑用高效固硫剂，由以下按质量百分比计的各组分组成：萤石尾矿50％、锶渣20％、钡渣30％；高效固硫剂中有效成分的质量百分比为：氟化钙5％、氧化锶6.6％、氧化钡2.8％。
将各组分按质量百分比混合均匀，粉磨至比表面积500m2/kg，制得高效固硫剂。将0.06％的高效固硫剂与水泥生料混合，然后通过水泥回转窑煅烧制备成熟料，熟料固硫效率为97.1％。
实施例3
一种回转窑用高效固硫剂，由以下按质量百分比计的各组分组成：萤石尾矿60％、锶渣20％、钡渣20％；高效固硫剂中有效成分的质量百分比为：氟化钙6.2％、氧化锶6.6％、氧化钡2.2％。
将各组分按质量百分比混合均匀，粉磨至比表面积500m2/kg，制得高效固硫剂。将0.09％的高效固硫剂与水泥生料混合，然后通过水泥回转窑煅烧制备成熟料，熟料固硫效率为98.9％。
本发明选用的萤石尾矿组成为氟化钙，氧化钙，二氧化硅，氧化镁，氧化铝等；锶渣组成为氧化锶，氧化钙，二氧化硅，氧化铝等；钡渣组成为氧化钡，氧化钙，二氧化硅，氧化铝，氧化镁等。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水泥回转窑用高效固硫剂，其特征在于：由以下按质量百分数计的组分组成：萤石尾矿30～60％、锶渣20～40％、钡渣10～40％，各组分之和为100％。
2.根据权利要求1所述水泥回转窑用高效固硫剂，其特征在于：萤石尾矿中氟化钙为高效固硫剂质量的3～10％；锶渣中氧化锶为高效固硫剂质量的3～10％；钡渣中氧化钡为高效固硫剂质量的2～10％。
3.根据权利要求1～2任一项所述水泥回转窑用高效固硫剂的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：将萤石尾矿、锶渣、钡渣混合均匀，并进行粉磨，然后将粉磨后的粉末加入水泥生料中或者加入水泥回转窑的喷煤管处，煅烧，获得水泥熟料，实现固硫剂的固硫作用。
4.根据权利要求3所述水泥回转窑用高效固硫剂的使用方法，其特征在于：所述粉磨是指粉磨至比表面积≥300m2/kg；
粉磨后的粉末的添加量即高效固硫剂的添加量为水泥生料质量的0.01～0.1％。
5.根据权利要求1～2任一项所述高效固硫剂在水泥熟料制备中的应用。
6.根据权利要求1～2任一项所述高效固硫剂在水泥回转窑中的应用。
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