CN1114568C - 一种利用冶炼铅锌湿废渣烧制硅酸盐水泥熟料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及硅酸盐水泥熟料的烧制，具体是指一种利用冶炼铅锌湿废渣烧制硅酸盐水泥熟料的方法。本法配方如下：石灰石86～90%(重量)，铅锌干废渣3～10%(重量)，粘土3～8%(重量)，铁粉0～2%(重量)。本法充分利用广东地区冶炼铅锌湿废渣代替部分粘土和大部分铁粉等有用资源，烧制优质硅酸盐水泥熟料，既变废为宝，又保护环境。不仅符合生态水泥工业可持续发展的战略决策，而且是使废弃物再资源化的有效途径。

Description

一种利用冶炼铅锌湿废渣 烧制硅酸盐水泥熟料的方法
本发明涉及硅酸盐水泥熟料的烧制，具体是指一种利用冶炼铅锌湿废渣烧制硅酸盐水泥熟料的方法。
硅酸盐水泥熟料是生产普通硅酸盐水泥必要的半成品之一。传统的硅酸盐水泥熟料的主要原料通常有石灰质原料(如石灰石)、粘土质原料(如粘土)和铁质原料(铁粉)。传统的水泥工业是一个环境污染比较严重、生态环境破坏比较大的行业，其制造水泥熟料的方法是一种高投入、高能耗、高污染、高有用资源消耗的方法，主要表现为生态环境协调性差，给生态平衡和环保带来了沉重负担。因此研究利用城市垃圾焚烧灰渣、下水道污泥、工业废渣等固体废弃物，烧制无公害的环境协调性好的生态水泥熟料的方法已成为水泥工业的发展方向。近年来，国内外本领域技术人员纷纷着力研究。
日本小野田公司的50t/d实验生产线，利用60％的城市垃圾焚烧灰渣、下水道污泥、制铝工业排放的废渣等废弃物为原料，为了保证水泥原料化学成分的稳定，必须使用40％的石灰石、粘土、铁粉等进行成份调整，经1000～1300℃回转窑内煅烧后得到生态水泥熟料。但是，由于该生态水泥中氯离子含量较高，其对钢筋等增强材料造成侵蚀，故应用于预应力钢筋混凝土、PC钢丝或纤维增强混凝土以外的领域，如建筑灰浆等，并且望作土壤固化材料。在国内《中国建材》2000年第1期报道了上海水泥厂利用宝钢炼钢洗石湿废渣代替30％左右的石灰石原料，烧制普通水泥熟料，生产了符合国家标准的普通水泥。广东岭南铅锌集团年产重金属铅锌约30万吨，同时排出冶炼铅锌湿废渣30万吨。冶炼铅锌湿废渣是以硫化矿物形态存在的铅锌精矿，经焙烧后烧结、炭热还原生产铅锌金属过程中排出的废弃物，它的主要成分是Si、Al、Fe、Ca、Mg、S等化合物，废渣中还有C，其对水资源、大气及农田等造成污染。日积月累，堆积如山，不仅每年因废渣堆放，要花费30万元征收土地，而且对厂区周围环境造成了严重污染，破坏了生态环境。随着铅锌工业不断发展，污染环境的程度也越来越严重，如何治理及开发利用，越来越为人们所重视，已成为一个急待解决的大问题。能利用这些废弃物，烧制优质硅酸盐水泥熟料，不仅符合生态水泥工业可持续发展的战略决策，而且是保护环境并使废弃物再资源化的有效途径。
本发明的目的在于利用广东地区冶炼铅锌湿废渣代替部分粘土和大部分铁粉等有用资源，提供一种利用冶炼铅锌湿废渣烧制硅酸盐水泥熟料的方法，有利于变废为宝，环境保护，且降低熟料烧成热耗，提高熟料标号。
本发明的目的是通过以下配方及其工艺方法来实现的：
一种利用冶炼铅锌湿废渣烧制硅酸盐水泥熟料的方法，它包括原材料处理、生料浆制备、熟料烧成等工艺过程，其特征在于原料组份及其重量百分比含量如下：
         原  料                    重量百分比
         石灰石                    86～90
         铅锌湿废渣(按干废渣计)    3～10
         粘  土                    3～8
         铁  粉                    0～2
原料、燃料的化学成份要求，按重量百分比计范围如下：
种类 烧失量 SiO2   Al2O3  Fe2O3   CaO   MgO   S    C
石灰石 39～41 4～8   1～3  0.5～2   48～51   1～3
铅锌干废渣 20～30   8～20  28～43   3～8   1～7   2～5   15～20
粘土 5～12 60～70   10～20  3～10   0.5～1   0.5～2
铁粉 5～10 7～17   5～15  40～65   1～2   1～3
综合煤灰 50～60   20～30  3～9   2～6   1～3
煤的热值范围为20800～23800KJ/kg。
熟料烧成工艺条件：烧成温度范围为1300℃～1450℃。
实验研究和生产实践发现，如果在生料浆中含有适量的碳、氧化镁、硫和微量的铅锌组分，既可在生料浆制备过程中起着改善料浆流动性的作用，在满足入窑生料浆流动度的情况下可使料浆水分减少1％～2％，有利于降低蒸发水分的热耗，又可在熟料烧成过程中起到矿化剂的作用，降低固相反应时最低共熔温度，使液相提前生成，有利于硅酸三钙的形成，促进熟料的烧成降低了熟料烧成热耗、提高了熟料标号。
本发明与现有技术相比具有如下实质性的显著优点：
1、经过实验及配方优化研究结果表明，采用铅锌湿废渣作为水泥原料配料，既可相应减少硅质、铁质原料分别为20％～30％和50％～60％，又可改善生料浆流动性，减少料浆水份，降低能耗，使用铅锌湿废渣前后入窑生料浆化学成分及三个率值的比较见表1。
表1
                                  入窑料浆化学成分(％)           三个率值
  烧失量   SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO    S   ∑   KH   SM   IM
  使用前   36.47   11.17   2.71   2.78   44.63   1.35   99.11   1.25   2.03   0.98
  使用后   35.83   11.72   2.60   2.75   44.21   1.33    0.25   98.69   1.19   2.19   0.95
2、使用铅锌湿废渣配料时，适当降低KH、提高SM、减少熔剂矿物、增加硅酸盐矿物，有利于提高熟料质量。使用铅锌湿废渣前后熟料化学成份、三个率值和熟料矿物组成、物理性能的比较见表2、3。分析表2、3可知，使用锌铅湿废渣配料后，在湿法旋窑上烧成的水泥熟料游离氧化钙明显从1％以上降低到1％以下，硅酸盐矿物总量从72％左右提高到74％，因而在比表面积相近时熟料各个龄期的强度都有所提高，为磨制优质水泥创造了条件。
表2
                                     熟料化学成分(％)                  三个率值
  烧失量  SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO  SO3  fCaO  KH   KH-     SM   IM
使用前   0.64  20.34   5.92   4.58   65.03   2.08  1.38  0.94   0.92     1.94   1.29
使用后   0.58  20.91   5.71   4.65   65.17   1.51  0.37  0.57  0.92   0.91     2.02   1.23
表3
                       矿物组成(％)   抗折强强度(Mpa)           抗压强度(Mpa)    比表面积      凝结时间(h：min)
C3S C2S C3A C4AF 3d 7d 28d 3d 7d 28d    (m2/kg) 初凝 终凝
  使用后   58.74   13.99   7.92   13.92     5.3     6.4     7.8   28.5   43.8   60.7     302   2：38   4：41
  使用后   57.69   16.38   7.24   14.25     5.8     7.1     8.4   31.7   46.2   62.6     303   2：58   4：45
3、以广东岭南铅锌集团为例，生产铅锌金属30万吨/年，排出的铅锌工业废渣30万吨/年，铅锌工业废渣中含有30％的铁及18％的炭，若以3％～10％废渣代替部分原料来生产水泥，利用铅锌废渣30万吨/年，则可节约铁粉9万吨/年、标准煤3万吨/年，获经济效益1842万元/年。
4、该项利废节能新技术的推广应用为冶炼铅锌工业湿废渣找到了一条综合利用的途径，既节省了有用的粘土和铁粉资源，又减少了铅锌废渣的污染，改善生态环境。因而具有显著的社会、经济和环境效益，对解决铅锌工业废渣污染及开发利用的问题和发展生态水泥工业的模式显示了良好前景。
通过如下实施例对本发明作进一步的阐述：
以广东岭南铅锌集团铅锌冶炼厂排出的冶炼铅锌湿废渣为部分原料，以三分之一的烟煤和三分之二的无烟煤均匀混合而成的综合煤为燃料，燃料的工业分析(重量％)及热值如表4所示，燃料、原料的化学成分(重量％)如表5所示，各实施例原料的配合比如表6所示。
表4
  名称     Wf     Af     Vf     Cf  Qf DW(KJ/kg)
  实例1(综合煤)     1.19     28.04     13.80     56.97     23052
  实例2(综合煤)     1.45     30.14     15.75     52.66     20836
  实例3(综合煤)     1.68     34.19     16.03     48.10     20855
表5
种类   烧失量     SiO2     Al2O3   Fe2O3     CaO     MgO   S   C
石灰石   39.80     6.99     1.30   0.66     49.08     1.30
铅锌干废渣     24.00     11.77   34.88     7.14     2.96   2.73   16.27
粘土   10.35     64.69     15.42   6.63     0.81     0.62
铁粉   14.13     11.33     7.47   61.82     2.48     1.44
综合煤灰     56.30     28.14   6.50     2.88     1.46
表6
原料名称     石灰石(重量％)     铅锌湿废渣(按干废渣，重量％)     粘土(重量％)     铁粉(重量％)
    实例1      88.5      5.0      6.5      0
    实例2      87.8      6.2      4.9      1.1
    实例3      89.0      4.0      6.0      1.0
熟料烧成工艺条件：烧成温度范围为1375±75℃。

Claims (2)

1、一种利用冶炼铅锌湿废渣烧制硅酸盐水泥熟料的方法，它包括原材料处理、生料浆制备、熟料烧成工艺过程，其特征在于原料组份及其重量百分比含量如下：
          原  料                    重量百分比
          石灰石                    86～90
          按干废渣计的铅锌湿废渣     3～10
          粘  土                    3～8
          铁  粉                    0～2
熟料烧成工艺条件：烧成温度范围为1300～1450℃。
2、根据权利要求1所述的一种利用冶炼铅锌湿废渣烧制硅酸盐水泥熟料的方法，其特征在于：原料、燃料的化学成份要求，按重量百分比计范围如下：
石灰石的烧失量39～41，含有SiO2 4～8，Al2O3 1～3，Fe2O3 0.5～2，CaO 48～51，MgO 1～3；
铅锌干废渣含有SiO2 20～30，Al2O3 8～20，Fe2O3 28～43，CaO 3～8，MgO 1～7，S 2～5，C 15～20；
粘土的烧失量5～12，含有SiO2 60～70，Al2O3 10～20，Fe2O3 3～10，CaO 0.5～1，MgO 0.5～2；
铁粉的烧失量5～10，含有SiO2 7～17，  Al2O3 5～15，Fe2O3 40～65，CaO 1～2，MgO 1～3；
综合煤灰，含有SiO2 50～60，Al2O3 20～30，Fe2O3 3～9，CaO 2～6，MgO 1～3。
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