專利名稱：石灰石分解點(diǎn)與二氧化硅溶出點(diǎn)吻合的水泥熟料燒成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石灰石分解點(diǎn)與二氧化硅溶出點(diǎn)吻合的水泥熟料燒成方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對(duì)水泥的需求日益增加。水泥生產(chǎn)的關(guān)鍵是熟料的燒成。立窯生產(chǎn)水泥熟料的原料通常是石灰石、粘土或頁(yè)巖、鐵粉、礦化劑和無(wú)煙煤，按照工藝配方以一定的比例混合、粉磨、加水成球，在燒成器(立窯)中于1400～1450℃煅燒而成(見《水泥工藝學(xué)》，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986.7)。各種原料的配制比例即生料配方是根據(jù)其化學(xué)成分而定的。所配制的生料就化學(xué)成分而言，其重量百分比一般為CaO 65％、SiO222％、Al2O36％、Fe2O34％、其它成分如Na2O、K2O、CaF2等占3％。
傳統(tǒng)的水泥熟料生產(chǎn)工藝通常用CaO含量較高的高品位石灰石。從地質(zhì)成巖的理論分析，高品位石灰石為淺海高能(波浪大)富氧帶生物沉積形成。所謂高能即海浪波打，生物吸收海水中的CaCO3形成自己的骨胳求得淺海高能帶中生存。富氧帶海浪波打氧氣充分使生物生長(zhǎng)。如珊瑚、貝殼等生物死亡、打碎堆積、重結(jié)晶。這樣形成的高品位石灰石對(duì)熟料煅燒有兩個(gè)不利點(diǎn)一是CaCO3晶格完善，分解溫度高。不同品位的石灰石分解溫度如下表。

分解溫度高意味著能耗高，分解速度慢。二是高品位石灰石由于是生物化學(xué)沉積，則生物在生長(zhǎng)的過程中為了骨架完善、牢固，產(chǎn)生一個(gè)生物分異作用，即把SiO2、Al2O3、Fe2O3排斥在外而不共生融合，這樣SiO2、Al2O3、Fe2O3都是獨(dú)立結(jié)晶的形式存在，也增加熔點(diǎn)及熔出溫度，鈍化了活性，對(duì)熟料煅燒不利。
傳統(tǒng)水泥熟料煅燒工藝所用的另一種原料是粘土，它的主要礦物是石英、高嶺石、云母、蒙脫石，它們的熔點(diǎn)見下表

從以上兩表可以看出，石灰石分解點(diǎn)900～950℃與粘土熔點(diǎn)1580℃，相差630℃。由于熟料中的主要礦物硅酸三鈣要在熔融條件下CaO和SiO2反應(yīng)生成，因此石灰石分解出來的新生態(tài)CaO要等到溫度達(dá)到液相出現(xiàn)才與SiO2反應(yīng)化合，這需要消耗較多的能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種石灰石分解點(diǎn)與二氧化硅溶出點(diǎn)吻合的水泥熟料燒成方法。
它包括生料配制、粉磨、成球，在燒成器中于1400～1450℃煅燒形成水泥熟料，其特征在于生料的重量百分比配方為石灰石75～84％，尾礦硅質(zhì)材料4～15％，原煤9～12％。
尾礦硅質(zhì)材料分子式為島狀結(jié)構(gòu)鐵鋁榴石Fe3Al2[SiO4]3、綠簾石CaFeAl2[SiO4][Si2O7]O(OH)，環(huán)狀結(jié)構(gòu)蘭錐石BaLi[(TiSi)O9]、包頭石BaLi(Ti、Nb、Fe)8[Si4O12]O16(Cl)、綠栓石Ba3Al2[Si6O18]，鏈狀結(jié)構(gòu)普通輝石(CaO Mg Fe2+)(Fe3+Al2)[(AlSi)2O6]、透閃石Ca2Mg5[(Si4O11)O2](OH)2。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.原料易得廉價(jià)。除了水泥生產(chǎn)所用的常規(guī)原料石灰石、原煤外，本發(fā)明所用的銅、鉛鋅尾礦全國(guó)各地均有(如浙江富陽(yáng)鉛鋅礦尾礦、浙江建德銅礦尾礦、浙江臨安鉛鋅礦尾礦、安徽銅陵銅礦尾礦、廣東韶關(guān)凡口鉛鋅礦尾礦等)，且為銅、鉛鋅礦選礦后排出的廢渣，目前尚未大量利用，只要在水泥廠合理運(yùn)輸半徑內(nèi)即可；2.配料易掌握。只要根據(jù)原生產(chǎn)所用原料及尾礦成分特性適當(dāng)調(diào)整配方即可生產(chǎn)出合格的水泥熟料；3.工藝簡(jiǎn)單。勿需對(duì)原生產(chǎn)工藝設(shè)備進(jìn)行改造；4.原料種類減少，便于配方、便于管理，并節(jié)約成本；5.節(jié)能增產(chǎn)明顯，熟料單位熱耗可降低到3553kJ/kg(850kcal/kg0以下，熟料產(chǎn)量可比設(shè)計(jì)產(chǎn)量提高15以上％。
具體實(shí)施例方式
在水泥生產(chǎn)原料中，CaO原料只能來自石灰石，而粘土可以用其它的巖石—巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖來替代。其實(shí)這些巖石都是粘土的母巖，粘土是母巖經(jīng)過長(zhǎng)期風(fēng)化后結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定的殘積物，所以粘土是一個(gè)最低能量平衡體，也是最高粘度的Si-O結(jié)構(gòu)體。由于尾礦中含有較多的低熔點(diǎn)(1070-1250℃)低粘度的島狀結(jié)構(gòu)鐵鋁榴石Fe3Al2[SiO4]3、綠簾石CaFeAl2[SiO4][Si2O7]O(OH)，環(huán)狀結(jié)構(gòu)蘭錐石BaLi[(TiSi)O9]、包頭石BaLi(Ti、Nb、Fe)8[Si4O12]O16(Cl)、綠栓石Ba3Al2[Si6O18]，鏈狀結(jié)構(gòu)普通輝石(CaO Mg Fe2+)(Fe3+Al2)[(AlSi)2O6]、透閃石Ca2Mg5[(Si4O11)O2](OH)2等，因此本發(fā)明用尾礦代替粘土，可降低熟料煅燒共熔點(diǎn)，使石灰石分解點(diǎn)與尾礦中的二氧化硅溶出點(diǎn)基本吻合或接近，變傳統(tǒng)熟料煅燒的三步制反應(yīng)為同步進(jìn)行的疊加反應(yīng)(如下表)，從而降低能耗，增加產(chǎn)量。

本發(fā)明實(shí)施方式很簡(jiǎn)單，條件是在水泥生產(chǎn)企業(yè)附近合理運(yùn)輸半徑內(nèi)有銅、鉛鋅尾礦資源，通常勿需改造原生產(chǎn)工藝設(shè)備和工藝流程，只要調(diào)整原料工藝配方即可。具體實(shí)施步驟如下1.調(diào)研尾礦資源情況，并取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析和礦物成分分析；2.根據(jù)尾礦化學(xué)成分和礦物成分特性，調(diào)整原料工藝配方，確定尾礦在原料中的配比；3.根據(jù)燒成的熟料的物化特性指標(biāo)(如游離氧化鈣含量、抗折抗壓強(qiáng)度等)逐步調(diào)整尾礦的摻量至合理比例，一般可在重量比4～15％范圍內(nèi)調(diào)整。
實(shí)施例1浙江臨安上甘水泥有限公司，立窯設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力8萬(wàn)噸/年，采用高、低品位石灰石搭配，摻入浙江富陽(yáng)鉛鋅尾礦代粘土和礦化劑，生料原料配比為石灰石84％，尾礦6％，原煤10％。熟料燒成熱耗從應(yīng)用尾礦前的4560～5016kJ/kg(1100~1200kcal/kg)降到3762kJ/kg(900kcal/kg)，降幅達(dá)22％，產(chǎn)量提高20％，自2004年3月開始一直穩(wěn)定運(yùn)行，年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤2500噸，年增水泥產(chǎn)量1.6萬(wàn)噸。
實(shí)施例2浙江臨安三鑫水泥有限公司，立窯設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力6萬(wàn)噸/年，采用低品位石灰石，浙江富陽(yáng)鉛鋅尾礦代粘土和礦化劑，生料原料配比為石灰石82％，尾礦9％，原煤9％。熟料燒成熱耗從應(yīng)用尾礦前的5016kJ/kg(1200kcal/kg)降到3135kJ/kg(750kcal/kg)，降幅達(dá)37.5％，立窯臺(tái)時(shí)產(chǎn)量從4.5噸增加到7噸，增幅達(dá)55％，已穩(wěn)定運(yùn)行一年多，年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤3600噸，年增水泥產(chǎn)量2.3萬(wàn)噸。
實(shí)施例3湖南白沙礦務(wù)局水泥廠，2臺(tái)立窯，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2×10萬(wàn)噸/年。投產(chǎn)后一直未能達(dá)產(chǎn)，兩臺(tái)窯實(shí)際產(chǎn)量?jī)H12萬(wàn)噸/年。自2004年5月，通過工藝配方調(diào)整，采用高、低品位石灰石搭配，并摻入當(dāng)?shù)劂U鋅尾礦代粘土和作礦化劑，生料原料配比為石灰石84％，尾礦4％，原煤12％。熟料燒成熱耗從應(yīng)用尾礦前的4807kJ/kg(1150kcal/kg)降到4846kJ/kg(920kcal/kg)，降幅達(dá)20％，產(chǎn)量達(dá)到18萬(wàn)噸，增產(chǎn)幅度達(dá)50％，年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤4900噸，年增水泥產(chǎn)量6萬(wàn)噸。
實(shí)施例4浙江諸暨雙鷹水泥廠(30萬(wàn)噸/年規(guī)模)，采用低品位石灰石(CaO38~45％)，不加粘土原料，直接加入15％諸暨鉛鋅礦尾礦，克服了低品位石灰石中石英砂粗，活性低的缺點(diǎn)，以尾礦中活性高的SiO2代替，使石灰石中SiO2部分被游離的方法，獲得很好的效果，原料配比為石灰石76％，尾礦15％，原煤9％。熟料燒成熱耗從4180kJ/kg(1000kcal/kg)降低到2717kJ/kg(650kcal/kg)，φ3×10m立窯的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量由9.5噸提高到13噸。
實(shí)施例5浙江諸暨墨城水泥廠(30萬(wàn)噸/年規(guī)模)，采用低品位石灰石(CaO38~45％)，不加粘土原料，直接加入14％諸暨鉛鋅礦尾礦，克服了低品位石灰石中石英砂粗，活性低的缺點(diǎn)，以尾礦中活性高的SiO2代替，使石灰石中SiO2部分被游離的方法，獲得很好的效果，原料配比為石灰石75％，尾礦14％，原煤11％。熟料燒成熱耗從4389kJ/kg(1050kcal/kg)降低到3135kJ/kg(750kcal/kg)，φ3×10m立窯的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量由9.8噸提高到12噸。
實(shí)施例6浙江諸暨福利水泥廠(35萬(wàn)噸/年規(guī)模)，采用低品位石灰石(CaO38~45％)，不加粘土原料，直接加入15％諸暨鉛鋅礦尾礦，克服了低品位石灰石中石英砂粗，活性低的缺點(diǎn)，以尾礦中活性高的SiO2代替，使石灰石中SiO2部分被游離的方法，獲得很好的效果，原料配比為石灰石76％，尾礦15％，原煤9％。熟料燒成熱耗從4096kJ/kg(980kcal/kg)降低到2926kJ/kg(700kcal/kg)，φ3×10m立窯的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量由9.6噸提高到12.5噸。
權(quán)利要求
1.一種石灰石分解點(diǎn)與二氧化硅溶出點(diǎn)吻合的水泥熟料燒成方法，它包括生料配制、粉磨、成球，在燒成器中于1400～1450℃煅燒形成水泥熟料，其特征在于生料的重量百分比配方為石灰石75～84％，尾礦硅質(zhì)材料4～15％，原煤9～12％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石灰石分解點(diǎn)與二氧化硅溶出點(diǎn)吻合的水泥熟料燒成方法，其特征在于所述的尾礦硅質(zhì)材料分子式為島狀結(jié)構(gòu)鐵鋁榴石Fe3Al2[SiO4]3、綠簾石CaFeAl2[SiO4][Si2O7]O(OH)，環(huán)狀結(jié)構(gòu)蘭錐石BaLi[(TiSi)O9]、包頭石BaLi(Ti、Nb、Fe)8[Si4O12]O16(Cl)、綠栓石Ba3Al2[Si6O18]，鏈狀結(jié)構(gòu)普通輝石(CaO Mg Fe2+)(Fe3+Al2)[(AlSi)2O6]、透閃石Ca2Mg5[(Si4O11)O2](OH)2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石灰石分解點(diǎn)與二氧化硅溶出點(diǎn)吻合的水泥熟料燒成方法。它包括生料配制、粉磨、成球，在燒成器中于1400～1450℃煅燒形成水泥熟料，其生料的重量百分比配方為石灰石75～84％，尾礦硅質(zhì)材料4～15％，原煤9～12％。它在不改變水泥生產(chǎn)工藝設(shè)備和工藝流程的情況下，通過調(diào)整原料工藝配方，摻入適量銅、鉛鋅尾礦，利用尾礦中的低熔點(diǎn)低粘度的島狀結(jié)構(gòu)鐵鋁榴石、綠簾石，環(huán)狀結(jié)構(gòu)蘭錐石、包頭石、綠栓石，鏈狀結(jié)構(gòu)普通輝石等礦物，降低熟料煅燒共熔點(diǎn)，使石灰石分解點(diǎn)與尾礦中的二氧化硅溶出點(diǎn)基本吻合或接近，變傳統(tǒng)熟料煅燒的三步制反應(yīng)為同步進(jìn)行的疊加反應(yīng)，從而降低能耗，增加熟料產(chǎn)量。本發(fā)明實(shí)施簡(jiǎn)單，節(jié)能顯著，增產(chǎn)幅度大。
文檔編號(hào)C04B7/00GK1657469SQ20051004920
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2005年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者傅圣勇, 駱仲泱, 施正展, 施正倫, 楊國(guó)建, 高翔, 程樂鳴, 俞百川, 余春江, 方夢(mèng)祥, 徐國(guó)飛, 袁小琴, 倪明江, 岑可法 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)