CN101462838A - 煤矸石和金属尾矿代粘土配料生产水泥熟料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矸石和金属尾矿代粘土配料生产水泥熟料的方法，包括生料配制、粉磨，在干法回转窑中煅烧形成水泥熟料，所述生料由石灰石、铁质原料、煤矸石以及金属尾矿按重量百分比为：石灰石85～90％，铁质原料1～2％，煤矸石3～8％，金属尾矿2～5％配料，所述的金属尾矿是铜尾矿、铅锌尾矿或铜铅锌尾矿。本发明将煤矸石和金属尾矿代粘土配入生料，利用尾矿的地质潜能激发煤矸石的反应活性，可起到优势互补的作用，具有原料易得廉价、配料易掌握、工艺简单、节能明显，熟料产量可比设计产量提高10％以上，原料成本相对降低5％以上。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种生产水泥熟料的方法。
(二)背景技术
我国水泥实物产量从1985年起已连续22年位居世界第一，2007年水泥总产量达13.5亿t。水泥工业大多以高品位石灰石资源和优质粘土为原料。粘土是水泥生产的主要硅铝质原料，吨水泥生产约需粘土0.18吨。连年大规模的粘土采取，造成田地大量被毁，山林遭到破坏，生态受到威胁，开发粘土替代原料成为水泥工业研究的迫切任务。
煤矸石的矿物成分以高岭土、石英、蒙脱石、伊犁石为主，化学组成中SiO2、Al2O3约占50～80％；煤矸石具有一定的热值，其发热量一般在6.3MJ/kg以下。用煤矸石替代粘土具有以下优点：(1)煤矸石熔点比粘土低约50～100℃；(2)煤矸石中的Fe、Zn、Pb等硫化物为能量矿物；(3)煤矸石具有一定的可燃物，其发热量一般在1250～6270kJ/kg；(4)煤矸石中SiO2的Si-O结构相对要比粘土溶出[SiO4]4-性能好。因此，煤矸石在水泥工业可作为替代黏土的低质值(低品质、低价值)高潜能硅铝质原料。
金属尾矿是金属矿山采选过程中排出的固体废弃物，到目前为止，我国金属矿山尾矿库已达400多个，尾矿堆存总量已超过50亿吨，且每年仍以2.2亿-2.3亿吨的速度增加。但我国每年却只有7％的尾矿资源被综合利用，造成了大量的资源浪费。金属尾矿通常呈粉状，粒度一般在0.15mm以下，与块状的粘土类原料相比粒度要小得多。金属尾矿中SiO2和Al2O3的含量在65％～80％之间，与粘土主要化学成份组成相似，能提供水泥熟料所需的硅铝质成份，适于在水泥熟料生产中代替粘土原料。
然而，尽管大部分煤矸石和金属尾矿均能代替粘土生产水泥熟料，但对于一些属于惰性原料的煤矸石，反应能力低，反应活化能高不利于熟料烧成。一些金属尾矿熔点过低，易使窑内结圈结皮，造成煅烧困难。
(三)发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种煤矸石和金属尾矿同时使用代粘土配料生产水泥熟料的方法，克服煤矸石主要组成矿物的惰性缺点，达到节能和提高水泥熟料产质量的目的。
本发明采用的技术方案如下：
一种生产水泥熟料的方法，包括生料配制、粉磨，在干法回转窑中煅烧形成水泥熟料，所述生料由石灰石、铁质原料、煤矸石以及金属尾矿按重量百分比为：石灰石85～90％，铁质原料1～2％，煤矸石3～8％，金属尾矿2～5％配料，所述的金属尾矿是铜尾矿、铅锌尾矿或铜铅锌尾矿。
本发明所述生产水泥熟料的方法，其中粉磨、煅烧都可采用常规工艺。
较好的，所述煅烧温度推荐在1350～1450℃。粉磨后的生料细度优选为：80μm筛余量不大于10％。
本发明中，所述的石灰石品位范围较广，可以是高品位石灰石，也可以是CaO质量百分比在40～50％的中、低品位石灰石。
所述的铁质原料为一般的铁粉、硫酸渣等。
所述的煤矸石的矿物组成与粘土质原料非常相似，除了含有石英、白云母、高岭石主要矿物之外，还有正长石、透长石、斜绿泥石等富氧矿物，此外含硫量比较高的煤矸石，硫则以黄铁矿(FeS2)的形式存在于煤矸石中。
所述的铜铅锌尾矿中硅铝质材料分子式为：岛状结构铁铝榴石Fe3Al2[SiO4]3和绿帘石Ca2FeAl2[SiO4][Si2O7]O(OH)，环状结构蓝锥石Be[Ti(Si3O9)]、包头石Ba4[(Ti，Nb，Fe)8(Si4O12)O16]Cl和绿柱石Be3Al2[Si6O18]，以及链状结构普通辉石(Ca，Mg，Fe，Fe3+，Al)2[(Si，Al)2O6]和透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2。
本发明在水泥配料中以煤矸石和铜铅锌尾矿替代黏土，利用铜铅锌尾矿中的能量矿物：FeS2、PbS、ZnS、CuFeS2和矿化剂矿物CuF2、V2O5的热激发作用和矿化作用，在水泥熟料烧成中能量矿物快速分解氧化放热，促发煤矸石残炭提前燃烧形成共热聚温机制，达到节能效果。同时利用尾矿中富氧矿物，在烧成过程中放出O2-，除促发碳燃烧外，起快速解聚煤矸石中惰性的SiO2成为活性[SiO4]4-的作用，促进Ca-Si反应，提高熟料产量和质量。具体来说，本发明具有以下优点：
1原料易得廉价。本发明所用的煤矸石和金属尾矿是我国目前年排放量和累计存量最大的两种工业固体废物，全国各地均有，只要在水泥厂合理运输半径内有煤矸石和金属尾矿即可；
2.配料易掌握。只要根据原生产所用原料成分特性适当调整配方即可生产出合格的水泥熟料；
3.工艺简单。勿需对原生产工艺设备进行改造；
4.节能明显。回转窑熟料单位热耗可节约8～10％。
5.熟料产量可比设计产量提高10％以上，原料成本相对降低5％以上。
(四)具体实施方式
下面以具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
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煤矸石和金属尾矿资源，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.调研煤矸石和金属尾矿资源情况，并取样进行化学成分分析和矿物成分分析；
2.根据煤矸石和金属尾矿化学成分和矿物成分特性，调整原料工艺配方，按生料配方三率值：石灰饱和KH＝0.90～0.94，硅酸率n＝2.4～2.8，铝氧率P＝1.4～1.9，确定原料配比；
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)逐步调整原料的合理配比。
具体实施方式中所使用的原料的化学成分如表1所示。
实施例1
1000t/d回转窑，采用煤矸石和浙江诸暨铜铅锌尾矿代替粘土配料。生料原料配比为：高钙石灰石与低钙石灰石之和89.6％，煤矸石5.2％，硫酸渣1.2％，铜铅锌尾矿4％。先粉磨使生料细度为：80μm筛余量不大于10％，再在1400～1450℃制成水泥熟料，性能指标如表3所示。该方法制得水泥熟料烧成热耗从原采用粘土质配料的3250kJ/kg降到2930kJ/kg，降幅达9.85％，熟料产量则由990t/d提高到1090t/d，产量提高10％。而且比煤矸石单独代粘土时的指标也有所提高。
对比例1：原粘土配料
改变生料的原料配比，配比如表2所示，其余工艺参数同实施例1。所制得水泥熟料的性能指标如表3所示。
对比例2：煤矸石代粘土配料
改变生料的原料配比，配比如表2所示，其余工艺参数同实施例1。所制得水泥熟料的性能指标如表3所示。
表1.各原料的化学成分及配料比例(％)
| 原料 | 烧失量 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO |
| 高钙石灰石 | 41.79 | 1.10 | 0.45 | 0.25 | 55.03 | 0.38 |
| 低钙石灰石 | 35.94 | 12.08 | 3.46 | 1.41 | 42.24 | 3.18 |
| 硫酸渣 | 2.34 | 14.83 | 3.82 | 67.51 | 1.23 | 2.02 |
| 煤矸石 | 11.02 | 68.51 | 7.99 | 3.88 | 4.57 | 1.77 |
| 铜铅锌尾矿 | 7.60 | 35.17 | 11.00 | 20.62 | 5.16 | 5.10 |
表2.原料配比(重量百分比，％)
| 原料 | 高钙石灰石％ | 低钙石灰石％ | 硫酸渣％ | 煤矸石％ | 铜铅锌尾矿％ | 粘土％ |
| 对比例1 | 21.5 | 68.6 | 1.2 | 8.7 | ||
| 对比例2 | 20.3 | 68.7 | 1.2 | 5.6 | 4.2 | |
| 实施例1 | 17.7 | 71.9 | 1.2 | 5.2 | 4 |
表3.制得的水泥熟料的性能指标
Claims (1)
1、一种煤矸石和金属尾矿代替粘土配料生产水泥熟料的方法，包括生料配制、粉磨，在干法回转窑中煅烧形成水泥熟料，其特征在于所述生料由石灰石、铁质原料、煤矸石以及金属尾矿按重量百分比为：石灰石85～90％，铁质原料1～2％，煤矸石3～8％，金属尾矿2～5％配料，所述的金属尾矿是铜尾矿、铅锌尾矿或铜铅锌尾矿。
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