專利名稱：生產(chǎn)具有水硬性能的礦渣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于含石灰石、粉煤灰(fly ash)和任意的添加劑的混合物，通過混合起始材料或原料、熔融并粉碎，制備具有水力粘合(hydraulically binding)性能的礦渣的方法。
根據(jù)歐洲專利No.0393731，這種方法是已知的，該專利的發(fā)明人之一也作為本申請的發(fā)明人被提及。根據(jù)所述已知方法，在1400℃-1550℃的溫度范圍下，在容器內(nèi)熔化基于CaO、SiO2和Al2O3的原料，以便結(jié)果是由33-52wt％CaO、9-25wt％Al2O3和23-45wt％SiO2組成的熔體，在它經(jīng)過輥冷卻器(壓延機)的輥之間導(dǎo)出之后，冷卻所述熔體，一直至達(dá)到500-1000℃的溫度，之后粉碎如此固化的物料，和進(jìn)一步用空氣冷卻，其中受熱的冷卻空氣用于原料的進(jìn)一步加熱。在實踐中，顯而易見的是，該方法導(dǎo)致具有高CaO含量的玻璃化礦渣。
根據(jù)比利時專利申請No.766032和德國專利公開No.2122027二者，已知使用碳?xì)堅吞妓徕}的一種方法，其中加熱所述混合物到約1300℃的溫度，和隨后在至少1500℃下烘烤，在此工藝過程中，發(fā)生焙燒與燒結(jié)。然而，燒結(jié)是顆粒在其表面上熔化的過程，從而引起它們粘接在一起。這意味著，在如前述兩項專利申請所披露的結(jié)構(gòu)中，粘接將發(fā)生在供應(yīng)燃料的地方或僅僅在其上方，這在實踐中非常令人討厭，它會引起整個物料在預(yù)熱器內(nèi)已經(jīng)粘接和結(jié)渣，這種粘接和結(jié)渣非常令人討厭。
在許多國家中，常規(guī)的卜特蘭(Potland)水泥仍正在生產(chǎn)，卜特蘭水泥的主要組分是在豎式爐中制備的卜特蘭熔塊(clinker)。這種費力的生產(chǎn)工藝難以遵守環(huán)境要求(灰塵)，而就所得熔塊質(zhì)量來說，該方法具有局限性，和就實現(xiàn)將導(dǎo)致改進(jìn)或?qū)е赂弋a(chǎn)率的調(diào)節(jié)(adaptation)來說，該工藝沒有太大的前景?，F(xiàn)在看起來有可能采用工廠已有的基本設(shè)施，從而使得可能變化到另一生產(chǎn)工藝，該工藝同樣提供建筑工業(yè)用無機粘合劑，所述無機粘合劑在強度與可加工性方面與卜特蘭水泥實際上相同。
本發(fā)明的目的是提供具有水力粘合性能的礦渣的制備方法，其中在焙燒工藝過程中，必須盡可能防止已加熱到高溫的起始材料燒結(jié)成拳頭大小(fist-sized)或甚至更大尺寸的塊狀物。
本發(fā)明另一目的是提供具有水力粘合性能的礦渣的制備方法，其中將起始材料以具有已知組成的顆粒形式供應(yīng)到加熱爐內(nèi)，所述加熱爐防止已以所需特定組成被供應(yīng)的顆粒的燒結(jié)。
本發(fā)明又一目的是提供利用熔塊生產(chǎn)工藝的已有基本設(shè)施的方法，其中在所述基本設(shè)施內(nèi)使用豎式爐，和該方法以生產(chǎn)礦渣，而不是熔塊的方式采用所述基本設(shè)施，其目的是實現(xiàn)制備礦渣用的熔燒產(chǎn)品的最大生產(chǎn)量。
本發(fā)明另一目的是提供一種方法與裝置，其中在其表面上沒有發(fā)生顆粒粘接，和所謂的點接觸將發(fā)生在緩慢移動的顆粒之間，結(jié)果實際上排除了物料非所需的結(jié)渣。
在引言中所指的本發(fā)明的特征在于，該方法包括下述步驟i)以所需重量比混合起始材料，即石灰石、粉煤灰和任意的添加劑，ii)?；襟Ei)中的混合物，同時添加固體燃料，iii)在圓柱形垂直換熱器的上側(cè)供應(yīng)來自步驟ii)的顆粒，iv)將在所述圓柱形垂直換熱器的底側(cè)獲得的熔燒(fired)產(chǎn)品供應(yīng)到熔化爐中，以便獲得熔融產(chǎn)品，v)猝冷步驟iv)中獲得的熔融產(chǎn)品，以便獲得具有水力粘合性能的礦渣，和隨后vi)粉碎步驟v)中獲得的礦渣，并將它與粉煤灰和任意的添加劑，優(yōu)選活化劑混合，以便獲得粘合劑。
通過以該方式實施本發(fā)明，獲得具有水力粘合性能的礦渣，將其粉碎之后，使之與粉煤灰和任意的添加劑，優(yōu)選活化劑混合，得到用作水泥的粘合劑。本發(fā)明尤其適合于在水泥廠的豎式爐的變型中使用。
將適量已包括固體燃料，例如煤或具有高碳含量的粉煤灰的顆粒供應(yīng)到換熱器內(nèi)，各種所述顆粒的組成已經(jīng)遵照所需的規(guī)定，以便在熔化爐的出口處獲得具有正確化學(xué)組成的礦渣。在具體的實施方案中，希望使用已根據(jù)步驟i)粉碎的起始材料。在顆粒中存在固體燃料的結(jié)果是，在顆粒內(nèi)將發(fā)生劇烈的均相反應(yīng)，其中燒結(jié)效果僅在顆粒內(nèi)發(fā)生，結(jié)果在其表面處幾乎沒有任何粘接，而所述外部粘接有可能甚至導(dǎo)致物料的結(jié)塊。由于在圓柱形垂直換熱器內(nèi)顆粒已被充分地脫碳，熔體的溫度不會局部不利地受到耗能的脫碳工藝影響。另外，在熔化爐內(nèi)顆粒幾乎不引起任何分離。盡管此處一致地提及石灰石作為起始材料，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯而易見的是，除了石灰石以外，具有高CaO含量的工業(yè)廢物，如Ca(OH)2或CaO殘渣也可在本發(fā)明方法的步驟i)中使用。
在粉碎之后，礦渣最終與基本上相同量的粉煤灰混合，獲得作為最終產(chǎn)品的粘合劑。與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的熔塊生產(chǎn)工藝相比，本發(fā)明的方法具有數(shù)個優(yōu)點。由于礦渣具有高的質(zhì)量，可添加用量達(dá)礦渣自重的未處理的粉煤灰(礦渣∶粉煤灰＝50∶50)。結(jié)果，本發(fā)明最終產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和能量成本降低到低于普通卜特蘭水泥的程度。除此之外，實現(xiàn)了每單位最終產(chǎn)品石灰石用量的顯著降低。這導(dǎo)致劇烈降低的二氧化碳釋放(下降超過50％)。另一優(yōu)點是可由用量最多70％的煤炭粉煤灰作為替代原料生產(chǎn)最終產(chǎn)品的事實。
術(shù)語添加劑應(yīng)理解為包括諸如粘合劑、填料和校正劑(correctingagent)之類的試劑，后一試劑認(rèn)為是因其化學(xué)或礦物組成校正混合物，尤其石灰石和粉煤灰的混合物，導(dǎo)致結(jié)果在顆粒內(nèi)獲得所打算的最佳組成和原始強度的試劑。因此，將校正劑加入到本發(fā)明方法步驟i)中的原料石灰石和粉煤灰內(nèi)，為的是獲得顆粒的所需化學(xué)或礦物組成。
優(yōu)選將來自熔化爐的熱氣體供應(yīng)到圓柱形垂直換熱器中，所述熱氣體與朝下移動的顆粒包逆流地通過換熱器。這種熱氣體將對顆粒內(nèi)存在的組分干燥、加熱、使之脫碳和燃燒。從效率角度考慮，希望全部或部分地從熔化爐的廢氣中獲得熱氣體。應(yīng)當(dāng)理解，也可通過其它能源，如炭、常見的燃料或天然氣加熱換熱器。
在本發(fā)明的方法中，尤其重要的是，應(yīng)當(dāng)控制圓柱形垂直換熱器內(nèi)的溫度，以便防止根據(jù)步驟iii)供應(yīng)的顆粒一起燒結(jié)，和實現(xiàn)完全脫碳。在其停留和移經(jīng)換熱器的過程中，這一溫度調(diào)節(jié)將發(fā)生小量的陶瓷粘接，之后，將顆粒攜帶到熔化爐內(nèi)，在此它們將以本身已知的方式進(jìn)行反應(yīng)。
此外，在圓柱形垂直換熱器的底側(cè)處的溫度優(yōu)選約1100-1300℃，和熔化爐的溫度優(yōu)選約1400-1550℃。
原則上，可在圓柱形垂直換熱器內(nèi)區(qū)分兩部分的流動，即在上側(cè)供應(yīng)的顆粒和在底側(cè)供應(yīng)的來自熔化爐的熱氣體。由于來自熔化爐的氣體溫度高，所以將利用熱氣體加熱與其逆流供應(yīng)的緩慢移動經(jīng)過圓柱形垂直換熱器的顆粒包。為了支持熱氣體向上流過圓柱形垂直換熱器，優(yōu)選在圓柱形垂直換熱器的上側(cè)安裝抽風(fēng)風(fēng)扇。向下移動經(jīng)過圓柱形垂直換熱器的顆粒包的額外優(yōu)點是下述事實該包充當(dāng)集塵器的作用。通過常規(guī)的灰塵除去裝置，可在換熱器的上側(cè)收集任何微細(xì)的殘留物質(zhì)。
在特定的實施方案中，希望使用豎式爐作為圓柱形垂直換熱器和使用制備巖石棉(rock wool)或玻璃棉用的熔化爐作為熔化爐。
根據(jù)本發(fā)明的方法，石灰石、粉煤灰和任意的添加劑已經(jīng)以所需的比例存在于已形成的顆粒中，這對在圓柱形垂直換熱器和熔化爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)和物理過程具有積極的影響。
為了獲得具有優(yōu)良水力粘合性能的粘合劑，優(yōu)選添加活化劑，例如顯示堿性反應(yīng)的物質(zhì)，如NaOH、Ca(OH)2等作為步驟vi)中的添加劑。將要添加到步驟vi)中的另一合適添加劑是已粉碎成水泥尺寸的干燥天然火山灰。
將要根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的顆粒尤其在其粒徑方面僅變化到很小的程度，其中優(yōu)選例如1-2cm的直徑，所述顆?？赏ㄟ^可能地添加起始材料，即石灰石、粉煤灰和任意的添加劑來獲得，其中添加劑的組分促進(jìn)粉碎的起始材料組分之間的物理粘結(jié)。為了防止當(dāng)進(jìn)入熔化爐內(nèi)時，各元素的調(diào)節(jié)比例的非所需的變化，使用顆粒尤其有利。
盡管在此處一致地提及來自燒煤廠的粉煤灰，但也可能使用其它殘渣物質(zhì)，如焚燒爐殘渣、其它類粉煤灰、純化的鋼砂、污泥、來自污水處理廠的污渣、石棉、金屬礦渣、挖泥機撈出物和含雜質(zhì)的其它物質(zhì)。在具有水力粘合性能的本發(fā)明礦渣的制備中，進(jìn)一步重要的是熔體不應(yīng)當(dāng)結(jié)晶，而是維持其玻璃態(tài)，這是因為結(jié)晶將導(dǎo)致無用的最終產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種基于含石灰石、粉煤灰和任意的添加劑的混合物，制備具有水力粘合性能的礦渣的方法，其中混合、熔化并粉碎所述起始材料，其特征在于該方法包括下述步驟i)以所需重量比混合起始材料，即石灰石、粉煤灰和任意的添加劑，ii)粒化步驟i)中的混合物，同時添加固體燃料，iii)在圓柱形垂直換熱器的上側(cè)供應(yīng)來自步驟ii)的顆粒，iv)將在所述圓柱形垂直換熱器的底側(cè)獲得的熔燒產(chǎn)品供應(yīng)到熔化爐中，以便獲得熔融產(chǎn)品，v)猝冷步驟iv)中獲得的熔融產(chǎn)品，以便獲得具有水力粘合性能的礦渣，和隨后vi)粉碎步驟v)中獲得的礦渣，并將它與粉煤灰和任意的添加劑，優(yōu)選活化劑混合，以便獲得粘合劑。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于將來自熔化爐的熱氣體供應(yīng)到所述圓柱形垂直換熱器的底側(cè)，所述熱氣體以與向下移動的顆粒包逆流地移動經(jīng)過換熱器。
3.前述任何一項權(quán)利要求的方法，其特征在于控制在圓柱形垂直換熱器內(nèi)的溫度，以便防止根據(jù)步驟iii)供應(yīng)的顆粒燒結(jié)在一起和實現(xiàn)完全脫碳。
4.前述任何一項或多項權(quán)利要求的方法，其特征在于熔化爐的溫度高于圓柱形垂直換熱器的溫度。
5.權(quán)利要求4的方法，其特征在于在圓柱形垂直換熱器的底側(cè)處的溫度為約1100-1300℃，和熔化爐的溫度為約1400-1550℃。
6.前述任何一項或多項權(quán)利要求的方法，其特征在于豎式爐用作所述圓柱形垂直換熱器。
7.前述任何一項或多項權(quán)利要求的方法，其特征在于制備巖石棉或玻璃棉用的熔化爐用作所述熔化爐。
8.前述任何一項或多項權(quán)利要求的方法，其特征在于根據(jù)步驟i)使用的粉碎起始材料。
9.前述任何一項或多項權(quán)利要求的方法，其特征在于步驟vi)的添加劑包括活化劑。
10.前述任何一項或多項權(quán)利要求的方法，其特征在于步驟i)的添加劑包括校正劑。
11.前述任何一項或多項權(quán)利要求的方法，其特征在于步驟vi)的添加劑是是已粉碎成水泥尺寸的干燥的天然火山灰。
12.前述任何一項或多項權(quán)利要求的方法，其特征在于步驟ii)中獲得的顆粒在其粒徑方面僅僅變化很小的程度，其中直徑尤其是1-2cm。
全文摘要
一種基于含石灰石、粉煤灰和任意的添加劑的混合物，通過混合、熔化并粉碎所述起始材料，制備具有水力粘合性能的礦渣的方法。本發(fā)明的目的是通過使具有所需組成的顆粒經(jīng)過圓柱形垂直換熱器，和將所述顆粒供應(yīng)到熔化爐中，提供制備具有粘合性的礦渣的方法。本發(fā)明尤其適合于在水泥廠的豎式爐的改型中使用。
文檔編號C04B7/00GK1604883SQ02825375
公開日2005年4月6日 申請日期2002年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者E·M·M·G·尼埃爾, J·克蘭司韋爾德 申請人:A·P·M·咨詢有限公司