CN1789194A - 干法回转窑应用铜铅锌尾矿的熟料烧成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种干法回转窑应用铜铅锌尾矿的熟料烧成方法。它包括生料配制、粉磨，在回转窑中于1400～1450℃煅烧形成水泥熟料，其生料的重量百分比配方为：石灰石83～91％，铜铅锌尾矿1～8％，铁粉1～2％，硅质材料砂岩3～8％。它在不改变水泥生产工艺设备和工艺流程的情况下，通过调整原料工艺配方，掺入适量铜铅锌尾矿，利用尾矿低熔点、含有能量矿物和微量元素的特性，在回转窑内烧成高质量熟料。在提高熟料质量的同时，节约能耗，增加水泥产量。本发明实施简单，原料易得价廉，节能显著，增产效果好。
Description
技术领域
本发明涉及干法回转窑应用铜铅锌尾矿的熟料烧成方法。
背景技术
我国水泥产量居世界第一，2005年将达到7.6亿吨，预计到2010年我国水泥产量将达到12亿吨。近年来新型干法回转窑水泥生产发展迅猛，2000年回转窑生产的水泥产量仅占水泥总产量的20％，2005年已增加到45％，部分省份已超过50％。所以对新型干法回转窑生产的技术改进，原料结构的调整，废料废渣的利用，具有重要意义。
目前，新型干法回转窑水泥生产通常用高分解点的高品位石灰石和高熔点的优质粘土或页岩、铁粉、矿化剂为原料，按照工艺配方以一定的比例混合在磨机中磨成生料粉，经过窑外五级旋风分解后进入回转窑，用优质烟煤磨粉喷烧，生料在窑内1400～1450℃左右烧成熟料(见《水泥工艺学》，中国建筑工业出版社，1986.7)。各种原料的配制比例即生料配方是根据其化学成分而定的。所配制的生料就化学成分而言，其重量百分比一般为：CaO(占65％)、SiO2 22％、Al2O3 6％、Fe2O3 4％、其它成分如MgO、Na2O、K2O、CaF2等占13％。
优质石灰石或称高品位石灰石(CaO＞50％)和优质粘土(SiO2 55～72％，Al2O3 14～20％，Fe2O3 10～14％)这两种原料在水泥熟料烧成中都是高能耗原料。高品位石灰石起始分解点830℃，沸腾点900～930℃，终止分解点1100℃，是石灰石原料中分解能耗最高的CaO质原料。优质粘土中大的硅、铝质原料，一般熔点大于1580℃以上。高品位石灰石不仅分解温度高，且分解速度慢，对提高熟料产量不利。所以改变原料结构，应用新原料(低分解点，低熔点)是提高熟料烧成窑产量，节约能耗的一个发展方向。
自然界中的各种岩石(岩浆岩，变质岩，沉积岩)由于成因不同有自然烙印，即地质作用的烙印。如岩浆热能，地势增温，地质挤压等。所以岩石会出现不同的特性：如同属沉积页岩，在氧化沉积下，熔点就高；在还原条件下沉积，呈黑色，Fe质均为低价矿物(FeS2)，具有能量，所以熔点低。再如岩浆岩系列中的基性岩浆岩，在深部(3000m～6000m)矿物结晶温度为600℃；浅部(＜3000m)矿物结晶温度为900℃，喷出地表温度达到1200℃。这就从地质角度，完全存在改变水泥传统原料为低分解点低熔点新原料的可能。
铜铅锌尾矿是铜铅锌矿开采选矿过程中排出的废弃物，它是一种变质岩。变质岩是从地壳动力、岩浆热力为基本能量形成的一类由变质矿物组成的岩石，所谓变是把原来的母岩—沉积岩、岩浆岩、变质岩，根据地能的大小力度，通过压合、压溶、分解、溶离、交待、重组等形式形成新的复杂的变质矿物。铜铅锌尾矿的化学成分与粘土相似，熔点一般在1100℃左右，且含有金属硫化物如FeS2、ZnS、PbS等和丰富的微量元素。利用铜铅锌尾矿的低熔点、能量矿物和微量元素，当尾矿代替粘土和作矿化剂用于水泥生料原料时，将使熟料烧成能耗降低，产量提高。同时可节约优质资源，减轻环境污染，提高资源综合利用效益。我国每年排出铜铅锌尾矿1.6亿吨以上，从数量上完全可以满足烧水泥的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种干法回转窑应用铜铅锌尾矿的熟料烧成方法。
它包括生料配制、粉磨，在干法回转窑中于1400～1450℃煅烧形成水泥熟料，其特征在于生料的重量百分比配方为：石灰石83～91％，铜铅锌尾矿1～8％，铁粉1～2％，硅质材料砂岩3～8％。
铜铅锌尾矿的熔点(变形温度)为：1050～1250℃。铜铅锌尾矿中的能量矿物为：FeS2、ZnS、PbS和CuFeS2。铜铅锌尾矿中的微量元素为：Mn、V、Cu、Zn、Ag、Ti和Ba。
本发明的优点
1)原料资源丰富，价格低廉。除了水泥生产所用的常规原料石灰石、煤、铁粉、砂岩外，本发明所用的铜、铅锌尾矿全国各地均有(如浙江诸暨铜铅锌尾矿、福建建阳市铅锌尾矿、云南新平县铜尾矿、浙江建德铜矿尾矿、安徽铜陵铜矿尾矿、广东韶关凡口铅锌矿尾矿等等)，且为铜铅锌矿选矿后排出的废渣，目前尚未大量利用，只要在水泥厂合理运输半径内即可；
2)原料配料简单容易掌握。只要根据原生产所用原料及尾矿成分特性适当调整配方即可生产出合格的水泥熟料；
3)可减少原料种类(尾矿可代替粘土、铁粉和矿化剂)，节约成本开支；
4)工艺简单，勿需对原生产工艺设备进行改造；
5)节能增产明显，单位熟料最低烧成热耗可达3135KJ/kg熟料(750千卡/kg熟料)，吨熟料烧成电耗可降低3％以上，熟料产量比设计产量可提高10～20％。
具体实施方式
在干法回转窑生产工艺中，熟料的烧成能耗主要有以下几方面：
①形成熟料强度的主要矿物须在熔融条件下反应生成，因此原料的熔点高低是能耗高低的重要影响因素。原料熔点高，烧成熔融它必须要比较多的热耗。常规熟料烧成所用的粘土主要由高岭石矿物和石英矿物组成，熔点＞1580℃。如果用铜铅锌尾矿(熔点1050～1250℃)代替粘土，就可以节约熔化(液相)热耗。
②熟料烧成所需的CaO都来自石灰石的分解，由于石灰石沉积和成岩条件的不同，其分解温度各异。深海化学胶体沉积的石灰石品位低，相应CaCO3结构缺陷大，分解温度低。一般起始分解温度在680℃，沸腾分解温度在850℃，终止分解温度在950℃。而用浅海生物化学沉积的高品位石灰石，由于生物分异作用，CaCO3的结晶格架完善牢固，分解所需能耗必然较高，一般起始分解温度在830℃，沸腾分解温度在950℃，终止分解温度在1100℃。这两种不同成因的石灰石分解温度相差约100℃，相应熟料烧成热耗相差418～627kJ/kg熟料。同样铜铅锌尾矿中组成的矿物也存在一个分解温度的高低与能耗的关系。尾矿中的FeS、FeS2、PbS、ZnS则可以在450℃以上就开始氧化分解放热，从而有助于主燃烧物煤聚温燃烧，起到节能作用。
③传统的熟料煅烧工艺用高品位石灰石(CaO在50～55％)，则必须配高SiO2含量的粘土，在煅烧形成硅酸盐水泥矿物时是一个外在反应。
如果利用变质岩铜铅锌矿尾矿中复杂的含Ca硅酸盐矿物，则它们在低温分解熔化过程中可以自行重组出熟料矿物或活性较高的过渡性矿物，例如尾矿中的符山石Ca11(Mg·Fe)Al[SiO4]5(OH)4，它可以在一定的温度场自行重组矿物3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3或4CaO·Al2O3·Fe2O3及一些CaO·Al2O3，CaO·Fe2O3等过渡活性矿物，这样可以降低熟料矿物的形成温度和提高形成速度，达到节能高产。
除了以上三方面的能量消耗外，原料自身能否放热对节煤有很大关系。粘土是地质母岩—沉积岩、岩浆岩、变质岩风化损失能量之后形成的最稳定的粘土矿物。因此，粘土原料在整个熟料煅烧过程中只是吸收热量而不会放热。而变质岩的铜铅锌矿尾矿中一般富含有FeS2(黄铁矿)、CuFeS2(黄铜矿)、PbS(方铅矿)、ZnS(硫锌矿)等具有能量的硫化矿物和变价的金属矿物，在熟料煅烧过程中会氧化放热，如：
还有像Fe3O4(磁铁矿)烧成氧化会放热：因为Fe3O4由FeO·Fe2O3组成，Fe2O3不会放热，而Fe2+氧化成Fe2 3+O3要放热。
从上述可知，铜、铅锌尾矿中含有能量矿物，具有潜在能量(物理能和化学能)，这些能量都是由地质成岩时的地质动力能量(压力)，温度和时间的储集，通过岩石矿物形成转换过来的。储存在一个基矿能量平衡体系中，在熟料煅烧过程中，这个能量平衡体系将被解聚而释放出能量，建立新的能量平衡体系。这些潜在能量的大小，直接影响着水泥熟料烧成能耗的高低。
本发明利用变质岩矿床铜铅锌矿尾矿的地质成因岩矿特性，以及地质运动能量转换过来的能量可释放的特性，应用于水泥熟料烧成工艺，使原料熔点降低，液相提早出现，同时在较低的温度下尾矿中的能量矿物氧化放出热量，有助于主燃烧物煤的聚温燃烧，硅酸盐矿物形成反应加快，起到明显的节能增产效果。
本发明实施方式很简单，条件是在水泥生产企业附近合理运输半径内有铜铅锌尾矿资源，通常勿需改造原生产工艺设备和工艺流程，只要调整原料工艺配方即可。具体实施步骤如下：
1)调研尾矿资源情况，并取样进行化学成分分析和矿物成分分析；
2)根据尾矿化学成分和矿物成分特性，调整原料工艺配方，确定尾矿在原料中的配比；
3)根据烧成的熟料的物化特性指标(如游离氧化钙含量、抗折抗压强度等)逐步调整尾矿的掺量至合理比例，一般可在重量比1～8％范围内调整；
4)根据回转窑内温度场及煅烧工况和出窑熟料质量，调整煤粉喷入量，逐步将喷煤量调整到合理范围。
实施例1
浙江兆山新星集团云石水泥有限公司，新型干法回转窑设计生产能力2500t/d，采用高低品位石灰石搭配，用诸暨铜铅锌尾矿代替粘土和作矿化剂，生料原料配比为石灰石90％，砂岩4％，铁粉1％，尾矿5％。熟料烧成标煤耗从应用前的114.5kg/t降到105.8kg/t，降幅7.6％，熟料产量达到2900t/d，比设计能力提高16％，年节约标煤7570吨，年增水泥产量14万吨。
实施例2
兆山新星集团湖南水泥有限公司，新型干法回转窑设计生产能力2500t/d，用就近铜铅锌尾矿代替粘土和作矿化剂，生料原料配比为石灰石89％，砂岩5％，铁粉1.5％，尾矿5.5％。熟料烧成标煤耗从应用前的118kg/t降到106kg/t，降幅10％，熟料产量达到2880t/d，比设计能力提高15％，年节约标煤9950吨，年增水泥产量11.4万吨。
Claims (4)
1.一种干法回转窑应用铜铅锌尾矿的熟料烧成方法，它包括生料配制、粉磨，在回转窑中于1400～1450℃煅烧形成水泥熟料，其特征在于生料的重量百分比配方为：石灰石83～91％，铜铅锌尾矿1～8％，铁粉1～2％，硅质材料砂岩3～8％。
2.根据权利要求1所述的一种干法回转窑应用铜铅锌尾矿的熟料烧成方法，其特征在于：所述的铜铅锌尾矿的熔点为1050～1250℃。
3.根据权利要求1所述的一种干法回转窑应用铜铅锌尾矿的熟料烧成方法，其特征在于：所述的铜铅锌尾矿中的能量矿物为：FeS2、ZnS、PbS和CuFeS2。
4.根据权利要求1所述的一种干法回转窑应用铜铅锌尾矿的熟料烧成方法，其特征在于：所述的铜铅锌尾矿中的微量元素为：Mn、V、Cu、Zn、Ag、Ti和Ba。
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