專利名稱：選礦廢棄的尾礦硅粉作為制作硅酸鹽水泥原料的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及選礦尾礦的開(kāi)發(fā)利用，特別是水泥行業(yè)中以選礦廢棄的尾礦硅粉作為硅質(zhì)校正原料和混合材在制作硅酸鹽水泥原料中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在水泥行業(yè)一直用粘土作為硅質(zhì)校正原料，粘土開(kāi)挖需破壞耕地，造成水土流失，且粘土的S i O 2含量低，煅燒溫度高，不能滿足水泥生料配料中S i O 2的需求；另一方面，水泥廠通常用高爐礦渣、粉煤灰作為混合材，而現(xiàn)在這兩種原料儲(chǔ)量越來(lái)越少，價(jià)格逐年增長(zhǎng)，使水泥企業(yè)的利潤(rùn)空間逐年下降。硅粉是選礦后廢棄的尾礦，其主要成份SiO2達(dá)到72 77%，另含有Ca0、Al203、 !^e2O 3都是硅酸鹽水泥需要成份。白銀有色集團(tuán)公司選礦尾礦堆積50年以上，儲(chǔ)量大，占地廣。白銀地區(qū)儲(chǔ)量現(xiàn)有4000萬(wàn)噸以上，全國(guó)尾礦儲(chǔ)存量有幾億噸，一直未得到很好的開(kāi)發(fā)與利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是為水泥廠提供一種用于的制造硅酸鹽水泥熟料，本發(fā)明的另一目的是提供一種硅酸鹽水泥。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)第一目的技術(shù)方案為一種用于的制造硅酸鹽水泥熟料，其特征是以下述質(zhì)量百分比原料作為全黑生料配料石灰石70% 73%，粘土 1% 3%，硅粉8% 12%， 鐵粉3% 5%，無(wú)煙煤10% 13% ；按現(xiàn)有的制造硅酸鹽水泥熟料的方法制作。上述技術(shù)方案中，硅粉作為硅質(zhì)校正原料，代替大部分現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用的粘土質(zhì)原料，解決了由于使用粘土而帶來(lái)的破壞耕地的問(wèn)題，以及選礦尾礦大量堆積，污染、潰壩等問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)另一目的技術(shù)方案為一種硅酸鹽水泥其特征是以下述質(zhì)量百分比原料為配比熟料65% 85%，硅粉10% 30%，石膏3% 5% ；或者熟料65% 85%，硅粉6% 15%，粉煤灰6 15%，石膏3% 5% ；按現(xiàn)有的制造硅酸鹽水泥的方法制作。上述技術(shù)方案中，硅粉作為混合材在水泥中摻加使用，摻加量為10% 30%，代替現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用的全部或部分粉煤灰和高爐礦渣原料，解決這兩種原料儲(chǔ)量越來(lái)越少，價(jià)格逐年增長(zhǎng)，水泥企業(yè)利潤(rùn)降低的問(wèn)題，以及選礦尾礦大量堆積，污染、潰壩等問(wèn)題。硅粉是一種火山灰質(zhì)混合材，本發(fā)明一方面將硅粉作為制作水泥熟料的全黑生料配料組分應(yīng)用，另一方面將硅粉作為制作水泥的原料組分應(yīng)用，不但能降低生產(chǎn)成本，而且可起到增產(chǎn)的目的，所生產(chǎn)水泥各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)價(jià)值表現(xiàn)在
1、全黑生料原料中用硅粉代替粘土質(zhì)原料，熱耗可降低5% 10%，生產(chǎn)10萬(wàn)噸的水泥廠年節(jié)煤2000噸，年可節(jié)約成本計(jì)80萬(wàn)元。2、硅粉代替粉煤灰作為混合材，年產(chǎn)10萬(wàn)噸水泥廠可節(jié)約成本75萬(wàn)元。3、使用硅粉能提高硅酸率，能增加水泥強(qiáng)度，以生產(chǎn)10萬(wàn)噸水泥為例，使用硅粉作為原料能比原先使用粘土生產(chǎn)的水泥熟料強(qiáng)度高，觀天抗壓強(qiáng)度相對(duì)增加了 11.55%。在水泥粉磨過(guò)程中較以前多摻加5%混合材，年增加水泥產(chǎn)量5000噸，增加利潤(rùn)100萬(wàn)元。4、硅粉屬固廢，享受?chē)?guó)家稅務(wù)總局資源綜合利用增值稅即征即退等減免稅優(yōu)惠政策。5、硅粉儲(chǔ)量大，該項(xiàng)目的推廣應(yīng)用，白銀地區(qū)儲(chǔ)量就達(dá)4000萬(wàn)噸以上，就有幾億元的潛在價(jià)值，全國(guó)堆存量達(dá)80億噸以上，能帶來(lái)數(shù)百億元的價(jià)值。本發(fā)明的環(huán)保價(jià)值表現(xiàn)在選礦廢棄尾礦硅粉儲(chǔ)量大，占地廣，不易固化，易潰壩， 給周邊環(huán)境帶來(lái)很大的影響。該項(xiàng)創(chuàng)新成果，不但可變廢為寶，解決長(zhǎng)期環(huán)保及潰壩的問(wèn)題，而且還可為企業(yè)帶來(lái)數(shù)億元的收入；另外，我國(guó)耕地少，粘土資源欠缺，用硅粉代替粘土質(zhì)原料可保護(hù)耕地，解決粘土資源欠缺問(wèn)題。用尾礦硅粉作為制造水泥熟料的原料時(shí)，全黑生料配料的組分為石灰石70% 73%，粘土 1% 3%，硅粉8% 12%，鐵粉3% 5%，無(wú)煙煤10% 13%。同樣的條件下，現(xiàn)有技術(shù)制造水泥熟料時(shí)，其全黑生料配料的組分為石灰石69% 73%，粘土 9% 13%，鐵粉 3% 5%，無(wú)煙煤11% 14%。用硅粉制造水泥進(jìn)行組分配料和現(xiàn)有制造水泥不同的是，用硅粉全部或部分代替粘土，配煤時(shí)降低配煤量，獲得的技術(shù)效果是使熱耗減低5% 10%，石灰石配比提高1% 洲，滿足高飽和比，高硅酸率的要求。硅粉中含有的各項(xiàng)化學(xué)成份Si02、CaO、AL203、Fe2O3都是硅酸鹽水泥需要的成份。 應(yīng)用本發(fā)明在水泥生產(chǎn)中對(duì)選礦廢棄尾礦硅粉的技術(shù)要求為燒失量< 7%，Si& > 65%，SO3 < 3%，MgO < 5. 0%,細(xì)度< 10mm?，F(xiàn)有的選礦廢棄尾礦硅粉均能夠滿足這種技術(shù)要求。本次創(chuàng)新的試驗(yàn)內(nèi)容如下
一、測(cè)定硅粉與石灰石、鐵粉、粘土、煤灰的化學(xué)成份，按照水泥生料組分的要求，進(jìn)行配料計(jì)算，使生料的成份滿足KH=O. 93 0. 96，n=2. 1 2. 3，p=l. 2 1. 4，細(xì)度達(dá)到0. 08um 方孔篩篩余< 10% ；生料粉制備到一定數(shù)量后從窯上煅燒，觀察生料易燒性，液相的出現(xiàn)， 及窯溫的高低，及時(shí)調(diào)整硅粉取代粘土質(zhì)原料的比例，根據(jù)窯溫的高低調(diào)整配煤量，煅燒出優(yōu)質(zhì)的熟料。二、取熟料樣品，用試驗(yàn)室小磨磨細(xì)，使細(xì)度< 6，比表面積300士 10m2/kg，檢測(cè)其化學(xué)成份，加3 5%的石膏磨成水泥，檢測(cè)熟料強(qiáng)度。然后添加10% 30%的硅粉作為混合材，分別磨制成水泥后做全套物理試驗(yàn)，檢測(cè)其性質(zhì)。65% 85%熟料與10 30%的硅粉、3% 5%石膏磨制，形成不同標(biāo)號(hào)等級(jí)的水泥， 檢測(cè)其各項(xiàng)指標(biāo)，要符合水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB175-2007)各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的要求。硅粉是火山噴發(fā)而形成的變質(zhì)巖石，國(guó)標(biāo)(GB^47-81)對(duì)火山灰質(zhì)混合材有如下定義凡天然的或人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成份的礦物質(zhì)原料，磨成細(xì)粉和水泥，其本身并不硬化，但與氣硬性石灰混合，加水拌和成膠泥狀態(tài)后，能在空氣中硬化，而且能中水中硬化的，稱為火山灰質(zhì)混合材料。硅粉作為粘土質(zhì)原料在原料中使用的試驗(yàn)研究表明硅粉優(yōu)選用量為8% 12%， 飽和比優(yōu)選為=KH=O. 93 0. 96，硅率優(yōu)選為n=2. 1 2. 3，鋁率優(yōu)選為p=l. 2 1. 4。硅粉作為混合材的試驗(yàn)研究表明根據(jù)生產(chǎn)水泥品種的不同可優(yōu)選為10% 30%，但目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的混合材范圍有限，僅限于高爐礦渣，粉煤灰和火山灰，建議國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中增加選礦廢棄的尾礦硅粉作為混合材在水泥生產(chǎn)中添加使用。
本次創(chuàng)新的試驗(yàn)方法與試驗(yàn)機(jī)理分析如下
對(duì)根據(jù)化學(xué)成份的不同進(jìn)行配料計(jì)算，確定硅粉在水泥生料中的配比，經(jīng)過(guò)煅燒形成硅酸鹽水泥熟料。煅燒過(guò)程中，首先經(jīng)過(guò)干燥與脫水，使物料中的自由水份和化合水釋放出來(lái)，其次是碳酸鹽分解其化學(xué)反應(yīng)式如下 MgC03=Mg0+C02 CaCO3=CaO+ CO2 個(gè)
第三是固相反應(yīng)，在碳酸鹽分解的同時(shí)，石灰質(zhì)與粘土質(zhì)組分間通過(guò)質(zhì)點(diǎn)相互擴(kuò)散，進(jìn)行固相反應(yīng)，其反應(yīng)過(guò)程大致如下
800°C左右時(shí)，CaO. AL2O3 (鋁酸鈣)，CaO . ^2ο3(鐵酸鈣)與 2 CaO . SiO2 (硅酸二鈣) 開(kāi)始形成；
800°C 900°C時(shí)，開(kāi)始形成12Ca0. 7AL203 (七鋁酸十二鈣)
900°C 1000°C時(shí)2Ca0. AL2O3. SiO2 (硅鋁酸二鈣)開(kāi)始形成后又分解，開(kāi)始形成3Ca0. AL2O3 (鋁酸三鈣)和4CaO. AL2O3. !^e2O3 (鐵鋁酸四鈣)。所有碳酸鈣均分解，游離氧化鈣達(dá)到最大值。1100°C 1200°C時(shí)，大量形成鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣，此溫度下硅酸二鈣達(dá)到最大值。通常水泥生料在出現(xiàn)液相前，硅酸三鈣不會(huì)大量形成，到達(dá)最低共熔溫度開(kāi)始出現(xiàn)液相，液相主要由氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣所組成，根據(jù)共熔點(diǎn)理論，由于硅粉帶入了銅、 鉛、鋅等微量元素，使共熔點(diǎn)降低，使液相提前出現(xiàn)，減少了所需要的熱量，降低了煤耗。在高溫液相作用下，水泥熟料逐漸燒結(jié)，物料逐漸由疏松狀轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液冢Y(jié)構(gòu)致密的熟料，同時(shí)硅酸二鈣與游離氧化鈣逐步溶解于液相中，以Ca2+離子擴(kuò)散與硅酸根離子、硅酸二鈣反應(yīng)，形成硅酸鹽水泥的主要礦物硅酸三鈣。其反應(yīng)如下
C2S+CaO — C3S
隨著溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)，液相量增加，液相粘度減少，硅酸三鈣晶核不斷形成， 最終形成發(fā)育良好的阿利特晶體，完成熟料燒結(jié)過(guò)程。65% 85%熟料與10 30%的硅粉、3% 5%石膏磨制，形成不同標(biāo)號(hào)等級(jí)的水泥， 檢測(cè)其各項(xiàng)指標(biāo)，要符合水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB175-2007)各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的要求。硅粉是火山噴發(fā)而形成的變質(zhì)巖石，國(guó)標(biāo)(GB^47-81)對(duì)火山灰質(zhì)混合材有如下定義凡天然的或人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成份的礦物質(zhì)原料，磨成細(xì)粉和水泥，其本身并不硬化，但與氣硬性石灰混合，加水拌和成膠泥狀態(tài)后，能在空氣中硬化，而且能中水中硬化的，稱為火山灰質(zhì)混合材料。該項(xiàng)創(chuàng)新成果應(yīng)用有關(guān)情況的說(shuō)明
1、選礦廢棄尾礦硅粉儲(chǔ)存量大，且在制作加工過(guò)程中經(jīng)過(guò)多次拌和與均化，原料成份較穩(wěn)定。2、重金屬元素問(wèn)題經(jīng)研究，許多渣中重金屬都不超過(guò)允許含量，可以使用。由于把分散的細(xì)渣燒結(jié)，金屬元素參于反應(yīng)轉(zhuǎn)化成水泥混凝土固結(jié)起來(lái)，大大減輕了隨風(fēng)飄，跟水流引起的危害。3、對(duì)窯襯的影響，硅粉配料后易燒性好，在立窯上由于硅粉配料燒成溫度低，邊壁溫度更低，不構(gòu)成危害，窯襯壽命比高煤耗燒粘土質(zhì)原料時(shí)間長(zhǎng)。在回轉(zhuǎn)窯上，其成份在要求范圍之內(nèi)，加上煅燒操作得當(dāng)，硅粉配料有利于窯爐長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。白銀地區(qū)選礦廢棄尾礦硅粉堆存量巨大，達(dá)4000萬(wàn)噸以上，本發(fā)明經(jīng)推廣在銀城水泥廠、新華水泥廠與王峴水泥廠進(jìn)行了應(yīng)用，已經(jīng)在批量生產(chǎn)中用選礦廢棄尾礦硅粉代替粘土質(zhì)原料，各家使用情況反映很好，達(dá)到了預(yù)期效果。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)本發(fā)明的試驗(yàn)與應(yīng)用，對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)例
1、硅粉代替粘土質(zhì)原料的試驗(yàn)與應(yīng)用
1.1制作水泥原料的化學(xué)成份分析如表所示
表1水泥原料的化學(xué)成份分析表
從表1可以看出，硅粉的SiA比粘土質(zhì)原料的SiA高21. 04%，燒失量為5. 78%，AL2O3 為7. 58 Fe2O3為7. 22% CaO為1. 63，MgO為2. 87%，SO3為1. 9%，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均符合水泥原料的要求，表明硅粉代替粘土質(zhì)原料的可行性。根據(jù)硅粉SiA含量比粘土高，易燒性好的特點(diǎn)，制定高KH、高η、低ρ的配料方案， 按照 KH=O. 94士0. 01，η=2. 2士0. 1，ρ=1. 3士0. 1 配制水泥生料。1. 2硅粉代替粘土質(zhì)原料水泥生料全分析見(jiàn)表2
表2中代替前的水泥生料配比為石灰石70%、粘土 12%、鐵粉4%與無(wú)煙煤14%。表2中代替后的水泥生料配比為石灰石70%、粘土 2%、硅粉12%、鐵粉4%與無(wú)煙煤1覬。從表2可以看出，用選礦廢棄尾礦硅粉代替粘土質(zhì)原料后，生產(chǎn)的水泥生料飽和比(KH)相對(duì)增加了 2. 08%，硅酸率(η)相對(duì)增加了 27. 78%，鋁率(P)相對(duì)降低了 18. 75%，這幾個(gè)變化都有利于提高水泥熟料的強(qiáng)度。表2硅粉代替粘土質(zhì)原料水泥生料全分析對(duì)比表
權(quán)利要求
1.一種用于的制造硅酸鹽水泥熟料，其特征是以下述質(zhì)量百分比原料作為全黑生料配料石灰石70% 73%，粘土 1% 3%，硅粉8% 12%，鐵粉3% 5%，無(wú)煙煤10% 13% ；按現(xiàn)有的制造硅酸鹽水泥熟料的方法制作。
2.一種硅酸鹽水泥，其特征是以下述質(zhì)量百分比原料為配比熟料65% 85%，硅粉 10% 30%，石膏3% 5% ；或者熟料65% 85%，硅粉6% 15%，粉煤灰6 15%，石膏3% 5% ；按現(xiàn)有的制造硅酸鹽水泥的方法制作。
全文摘要
本發(fā)明涉及選礦尾礦的開(kāi)發(fā)利用，特別是水泥行業(yè)中以選礦廢棄的尾礦硅粉作為硅質(zhì)校正原料和混合材在制作硅酸鹽水泥原料中的應(yīng)用。一種用于的制造硅酸鹽水泥熟料，以下述質(zhì)量百分比原料作為全黑生料配料石灰石70%～73%，粘土1%～3%，硅粉8%～12%，鐵粉3%～5%，無(wú)煙煤10%～13%；按現(xiàn)有的制造硅酸鹽水泥熟料的方法制作。用硅粉全部或部分代替粘土，配煤時(shí)降低配煤量，使熱耗減低5%～10%，石灰石配比提高1%～2%，滿足高飽和比，高硅酸率的要求。一種硅酸鹽水泥，以下述質(zhì)量百分比原料為配比熟料65%～85%，硅粉10%～30%，石膏3%～5%；或者熟料65%～85%，硅粉6%～15%，粉煤灰6～15%，石膏3%～5%。硅粉代替粉煤灰作為混合材，各項(xiàng)指標(biāo)均符合現(xiàn)行水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。
文檔編號(hào)C04B7/34GK102249575SQ20111011848
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者白飛虎, 連飛鵬 申請(qǐng)人:白銀有色集團(tuán)股份有限公司