本發(fā)明涉及硅酸鹽水泥熟料生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種利用煤矸石配料生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法。
背景技術(shù)：
：煤矸石是采煤過程中和洗煤過程中排放的固體廢棄物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石。其主要成分與粘土相似，以二氧化硅、氧化鋁為主，另外含有少量的氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂、氧化鈉、氧化鉀、五氧化二磷、三氧化硫和微量稀有元素。目前煤矸石是我國年排放量和累計(jì)存放量最大的工業(yè)廢渣，煤矸石棄置不用、占用大片土地，其含有的硫化物逸出或浸出會(huì)污染大氣、農(nóng)田和水體。因此，研究應(yīng)用煤矸石具有十分重要的社會(huì)意義，由于其具有與粘土及其相似的化學(xué)成分，而粘土是水泥生產(chǎn)中硅鋁質(zhì)材料通常采用的原料，粘土的反應(yīng)活化能較高使得水泥能耗過高，且粘土開采破壞植被，毀壞田地，致使許多發(fā)達(dá)國家已禁止使用粘土燒制水泥。因此研究用煤矸石作為生產(chǎn)原料應(yīng)用于硅酸鹽水泥熟料的生產(chǎn)，既符合國家的資源循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)政策，保護(hù)環(huán)境，又能夠?yàn)樗嗥髽I(yè)節(jié)能減排、降低成本，使其變廢為寶，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對以上問題，提供一種利用煤矸石配料生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，能夠提高熟料質(zhì)量，改善生料易燒性，提高回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量，降低熟料燒成熱耗，改善水泥熟料的性能。一種硅酸鹽水泥熟料，水泥熟料f-CaO控制為0.5～1.5％，水泥熟料立升重控制為1280～1350克/升，該水泥熟料的顆粒度為5～15mm，阿利特和貝利特礦物總和含量在75％以上。所述的水泥熟料包括如下重量份的原料組成：石灰石83％～86％，鐵礦石1.5％～2.5％，煤矸石3％～5％，粘土6％～8％，硅砂1％～3％，控制各原料混合后SiO2占總質(zhì)量的10～15％，Al2O3占總質(zhì)量的2.5～3.5％，F(xiàn)e2O3占總質(zhì)量的1.2～2.0％，CaO占總質(zhì)量的40～45％。進(jìn)一步優(yōu)選為水泥熟料包括如下重量份的原料組成：石灰石85％，鐵礦石2％，煤矸石4％，粘土7％，硅砂2％，控制各原料混合后SiO2占總質(zhì)量的11.5～13％，Al2O3占總質(zhì)量的2.7～3％，F(xiàn)e2O3占總質(zhì)量的1.6～1.9％，CaO占總質(zhì)量的42.5～44％。煤矸石中，控制化學(xué)成分CaO：3～6.5％，SiO2：55～60％，Al2O3：17～20％，F(xiàn)e2O3：4.2～6.5％，MgO：1～2％，SO3：0.5～1％；工業(yè)分析值為Aad：84～88％，Vad：3～5.5％，Mad：0.2～0.35％，F(xiàn)Cad：8～10％，Qnet.ad：100～800kcal/kg。本發(fā)明提供了一種利用煤矸石配料生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，具體包括以下步驟：通過破碎、預(yù)均化、配料、烘干、粉磨制備成干粉生料，然后將生料喂入新型干法預(yù)分解窯進(jìn)行預(yù)熱、分解，最后經(jīng)高溫煅燒后冷卻得到熟料，所述配料過程中將原有粘土的50～60wt％替換為煤矸石，具體為：1)將生產(chǎn)原料石灰石、粘土、鐵礦石、硅砂、煤矸石分別破碎至≤50mm并儲(chǔ)存于堆棚內(nèi)；2)以質(zhì)量計(jì)，將石灰石、粘土、鐵礦石、硅砂、煤矸石按比例混合均勻后喂入烘干兼粉磨系統(tǒng)進(jìn)行粉磨，控制粉磨成品水份含量≤1.5wt％，80微米篩的篩余物≤16wt％，得到的為干粉狀的生料；3)將均化后的生料喂入干法預(yù)分解窯進(jìn)行預(yù)熱、分解，然后在水泥回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行高溫煅燒，煅燒溫度為1300～1450℃(進(jìn)一步優(yōu)選溫度為1400℃)，煅燒8-10min(進(jìn)一步優(yōu)選煅燒時(shí)間為9min)，得到物料液相量為25-28％的部分熔融狀的物料(進(jìn)一步優(yōu)選為控制物料液相量為25-28％)，將熔融狀的物料在篦冷機(jī)上用高壓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)以50～70℃/min的冷卻速度冷卻至60～100℃得到硅酸鹽水泥熟料(進(jìn)一步優(yōu)選為在60℃/min的冷卻速度冷卻至70℃)。步驟3)中，干法預(yù)分解窯規(guī)格為￠4.8m×74m，在干法預(yù)分解窯內(nèi)通過5級預(yù)熱、分解系統(tǒng)進(jìn)行操作，同時(shí)控制物料入回轉(zhuǎn)窯的分解率為90～95％。所述的5級預(yù)熱、分解系統(tǒng)為，控制水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)分解爐出口溫度為860～870℃；水泥回轉(zhuǎn)窯尾煙室溫度為950～1050℃；水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)二次風(fēng)溫為1150～1200℃；水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)三次風(fēng)溫為950～1000℃；篦冷機(jī)篦室推動(dòng)次數(shù)為11～12rpm。上述步驟進(jìn)一步解釋為：控制水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)分解爐出口溫度由原來的880～890℃降到860～870℃；窯尾煙室溫度由1000～1100℃降到950～1050℃；二次風(fēng)溫由1100～1150℃提高到1150～1200℃；三次風(fēng)溫由880～950℃提高到950～1000℃；篦冷機(jī)篦室一段推動(dòng)次數(shù)由9～10rpm提高到11～12rpm。控制物料在燒成帶的煅燒時(shí)間8～10min，物料液相量在25～28％，保證熟料結(jié)粒大小均勻，晶體發(fā)育良好，進(jìn)入篦冷機(jī)后快速冷卻。該工藝步驟中，前者的參數(shù)均為未添加煤矸石的工藝，例如：控制水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)分解爐出口溫度由原來的880～890℃降到860～870℃，即為：未添加煤矸石時(shí)，水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)分解爐出口溫度為880～890℃，經(jīng)添加煤矸石的生料，在進(jìn)入水泥回轉(zhuǎn)爐時(shí)，水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)分解爐出口溫度為860～870℃，下同。本發(fā)明具有以下有益效果：1)利用煤矸石配料生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料方案，由于煤矸石是含有硫、鋁、鐵等多種微量元素的富氧礦物，這些礦物的晶相勢壘較弱，在高速升溫的過程中超過800℃時(shí)便能快速放氧，放出來的氧正好起到水泥原料內(nèi)部解聚出[SiO4]-4反應(yīng)活性體的作用，從而有效促進(jìn)熟料A礦燒成，同時(shí)煤矸石中的大量微量元素也有助于熟料液相提早出現(xiàn)，有效降低物質(zhì)的熔點(diǎn)，進(jìn)一步促進(jìn)熟料A礦生成；由于A礦數(shù)量增加，A礦邊緣比以前清晰，A礦棱柱狀減少板狀增加，A礦出現(xiàn)在空洞周圍的現(xiàn)象減少，硅酸鹽熟料的物理性能有明顯改善，標(biāo)準(zhǔn)稠度由原來的25％下降到23.8％，膠砂流動(dòng)度由原來的195mm上升到210mm。2)利用煤矸石配料生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料方案，由于煤矸石的加入可采用高KH、高SM配料、增加了熟料中硅酸鹽礦物的含量，生產(chǎn)的硅酸鹽熟料強(qiáng)度增幅顯著，三天抗壓提高了2～3MPa，28天抗壓提高1～2MPa左右，水泥中混合材摻量提高了3～4％。3)利用煤矸石配料生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料方案，由于煤矸石中含有較低的發(fā)熱量，可有效促進(jìn)熟料燒成煤耗的降低，加之煤矸石中含有的少量微量元素有效的降低了物料的高溫熔點(diǎn)和粘度，改善了生料的易燒性，加速了固相反應(yīng)的進(jìn)行，使得熟料燒成煤耗進(jìn)一步下降，水泥磨和回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量大幅提高，大大節(jié)省了能源，降低了生產(chǎn)成本，減少CO2、NOX等廢氣的排放。4)通過本發(fā)明提供的方法制備的硅酸鹽熟料，由于其物理性能顯著改善，使得水泥磨產(chǎn)量有一定的提高；水泥的和易性、保水性、水泥與外加劑的相容性等都得到了提高。用本方案生產(chǎn)的硅酸鹽熟料的小磨粉磨時(shí)間減少了3～5min，應(yīng)用于Φ4.2×13m的閉路水泥磨，水泥磨產(chǎn)量可提高10～20t/h。用該熟料生產(chǎn)的水泥制備的砼，在保證其工作性能和質(zhì)量不變的情況下外加劑的用量可少用8～10％。5)利用煤矸石配料生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料方案，不僅消耗了大量的固體廢棄物煤矸石，減少了對粘土資源的需求，保護(hù)了農(nóng)用耕地；同時(shí)也增加了水泥中混合材的摻入量，消耗了大量工業(yè)廢棄渣如爐渣、粉煤灰等，減少廢渣的堆放，有利于美化生態(tài)環(huán)境。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。實(shí)施例1：利用煤矸石配料生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，在甲企業(yè)新型干法預(yù)分解窯進(jìn)行，具體的操作步驟為：1)將水泥熟料生產(chǎn)原料石灰石、粘土、鐵礦石、硅砂、煤矸石等破碎至一定粒徑范圍并儲(chǔ)存于堆棚內(nèi)。2)將石灰石85％，鐵礦石2％，煤矸石4％，粘土7％，硅砂2％按質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例混合均勻，其中控制石灰石中MgO含量≤2.5wt％，煤矸石的發(fā)熱量Qnet.ad≤800kcal/kg。3)將上述混合物料喂入帶熱風(fēng)的立式風(fēng)掃磨中進(jìn)行粉磨，控制粉磨成品水份含量≤1.5wt％，80μm篩篩余≤16wt％，得到的為干粉狀的生料。4)將均化后的生料喂入新型干法預(yù)分解窯進(jìn)行預(yù)熱、分解，然后在水泥回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行高溫煅燒，煅燒溫度為1400℃，得到熔融態(tài)物料并形成大小均齊、發(fā)育良好、富含阿利特和貝利特礦物的顆粒狀結(jié)晶體，最后經(jīng)冷卻機(jī)快速冷卻至70℃得到硅酸鹽熟料。硅酸鹽熟料質(zhì)量控制指標(biāo)：f-CaO在0.5～1.5％、立升重在1280～1350克/升。熟料率值控制范圍為：石灰飽和系數(shù)(熟料中二氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度)：KH＝0.93±0.02；硅酸率(水泥熟料硅酸鹽礦物與溶劑礦物的比例)：SM＝2.7±0.1；鋁氧率(熟料熔劑礦物中鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣的比例)：IM＝1.6±0.1。其中實(shí)施例1中原料的化學(xué)成分見表1-1：表1-1生產(chǎn)中要加強(qiáng)對石灰石、粘土、煤矸石、硫鐵礦、硅砂等原材料的預(yù)均化和水分的控制，保證混合物料成份的均衡穩(wěn)定；加強(qiáng)生料成份的的檢驗(yàn)，提高檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；采用在線自動(dòng)檢測控制程序，實(shí)現(xiàn)生料成份的即時(shí)自動(dòng)調(diào)整。提高KH、SM、IM三率值的合格率。實(shí)施例1中，用煤矸石配料前后熟料化學(xué)分析結(jié)果對比表1-2：表1-2用煤矸石配料前后熟料物理性能對比表1-3：表1-3用煤矸石回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量與熟料標(biāo)煤耗見表1-4：表1-4煤矸石摻量日產(chǎn)量標(biāo)煤耗(kg/t.cli)0％5950105.64％6100101.3從上表數(shù)據(jù)知摻入煤矸石配料后，可以適當(dāng)提高熟料的石灰飽和比和硅酸率，提高熟料中硅酸鹽礦物的含量，改善熟料性能，而且熟料的日產(chǎn)量提高了150t/h，熟料標(biāo)煤耗下降了4.3kg/t，熟料3天強(qiáng)度提高了3.1MPa，28天強(qiáng)度提高了2MPa。綜上，采用煤矸石配料后，熟料產(chǎn)質(zhì)量有較大提高，熟料易磨性也有效提升，熟料性能得到了改善，熟料燒成熱耗下降下降明顯。同時(shí)，將采用煤矸石配料生產(chǎn)的熟料與當(dāng)前國內(nèi)同類研究、同類技術(shù)的綜合比較，見表A：表A序號名稱煤矸石摻入前煤矸石摻入后增幅1熟料3天抗壓強(qiáng)度(MPa)31.234.3+3.12熟料28天抗壓強(qiáng)度(MPa)56.558.5+2.03回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量(t/d)59506100+1504熟料標(biāo)煤耗(kg/t.cli)105.6101.3－4.35熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量(ml)12511－66P.O42.5水泥混合材摻量(％)1518+37P.C32.5水泥混合材摻量(％)3640+48熟料小磨時(shí)間(min)3633－39熟料初凝時(shí)間(min)10296－610熟料終凝時(shí)間(min)152150－2可見，用煤矸石配料生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料，上述各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)均已達(dá)到目前國內(nèi)先進(jìn)水平。實(shí)施例2：利用煤矸石配料生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，在甲企業(yè)新型干法預(yù)分解窯進(jìn)行，具體的操作步驟為：1)將水泥熟料生產(chǎn)原料石灰石、粘土、鐵礦石、硅砂、煤矸石等破碎至一定粒徑范圍并儲(chǔ)存于堆棚內(nèi)。2)將石灰石83％，鐵礦石1.8％，煤矸石4.2％，粘土6.4％，硅砂3％按質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例混合均勻，其中控制石灰石中MgO含量≤2.5wt％，煤矸石的發(fā)熱量Qnet.ad≤800kcal/kg。3)將上述混合物料喂入帶熱風(fēng)的立式風(fēng)掃磨中進(jìn)行粉磨，控制粉磨成品水份含量≤1.5wt％，80μm篩篩余≤16wt％，得到的為干粉狀的生料。4)將均化后的生料喂入新型干法預(yù)分解窯進(jìn)行預(yù)熱、分解，然后在水泥回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行高溫煅燒，煅燒溫度為1450℃，得到熔融態(tài)物料并形成大小均齊、發(fā)育良好、富含阿利特和貝利特礦物的顆粒狀結(jié)晶體，最后經(jīng)冷卻機(jī)快速冷卻至100℃得到硅酸鹽熟料。硅酸鹽熟料質(zhì)量控制指標(biāo)：f-CaO在0.5～1.5％、立升重在1280～1350克/升。熟料率值控制范圍為：石灰飽和系數(shù)(熟料中二氧化硅被氧化鈣飽和成硅酸三鈣的程度)：KH＝0.93±0.02；硅酸率(水泥熟料硅酸鹽礦物與溶劑礦物的比例)：SM＝2.7±0.1；鋁氧率(熟料熔劑礦物中鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣的比例)：IM＝1.6±0.1。利用煤矸石配料生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的方法，在乙企業(yè)新型干法預(yù)分解窯進(jìn)行，生產(chǎn)的熟料結(jié)果如下：實(shí)施例2中，用煤矸石配料前后熟料化學(xué)分析結(jié)果對比表2-1：表2-1用煤矸石配料前后熟料物理性能對比表2-2：表2-2用煤矸石前后回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量與熟料標(biāo)煤耗見表2-3：表2-3煤矸石摻量日產(chǎn)量(t/d)標(biāo)煤耗(kg/t.cli)0％59801264.2％6106102.8從上表數(shù)據(jù)知摻入煤矸石配料后，在適當(dāng)提高熟料的石灰飽和比和硅酸率的情況下，熟料的日產(chǎn)量提高了126t/h，熟料標(biāo)煤耗下降了3.2kg/t，熟料3天強(qiáng)度提高了3.8MPa，28天強(qiáng)度提高了1.9MPa，小磨時(shí)間縮短了4min。綜上，采用煤矸石配料后，熟料產(chǎn)質(zhì)量有較大提高，熟料易磨性、熟料性能有明顯改善，熟料燒成熱耗下降明顯。當(dāng)前第1頁1 2 3