CN108117282A - 一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法，尤其涉及一种利用高硫石灰石尾矿生产的硅酸盐水泥熟料及其制备方法。其特征在于，它包括原材料处理、生料配料、熟料煅烧等工艺过程，通过搭配使用高硫石灰石尾矿替代优质石灰石0%~40%，优化水泥熟料生产工艺烧制水泥熟料，其熟料率值控制在：铝率IM=1.8~2.1，石灰饱和系数KM=0.92‑0.94，硅率SM=2.5‑2.8。本发明制得的硅酸盐水泥熟料不仅具有优良的物理性能，而且制备过程充分利用石灰石尾矿等矿产资源，烧制优质硅酸盐水泥熟料，促进资源的可持续化利用。

Description

一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法。

背景技术

在矿山开采中，通常优先选用优质高品位的石灰石作为水泥生产的原材料，而对于部分低品位的硅、铝、硫等成分含量高而钙成分含量低的尾矿则露天堆放、弃之不用，这造成了资源的浪费，增加了生产成本。低品位高硫石灰石在分选矿石时一般作为尾矿扔掉，且每年随着开采量的增加，高硫石灰石尾矿量也逐渐增加，如何有效利用高硫石灰石尾矿生产优质熟料是水泥行业亟待解决的问题。

在硅酸盐水泥生产中，预热器-分解炉-窑***的硫主要由原料及燃料引入，硫在高硫石灰石尾矿中主要以硫酸盐或硫化物的形式存在，在氧化气氛中硫酸钙开始分解温度为750℃～1100℃，1450℃分解完全，硫酸钙于900℃～1000℃和碳发生反应，并产生SO₂进入窑气中；窑气中硫能和碱蒸气会发生化合反应，也能与生料中的固态碱化合形成碱金属硫酸盐，并凝聚在生料表面，最终都随生料进入烧成带，从而在预热器和窑之间出现硫循环与富集，形成硫的“内循环”。在水泥烧成过程中，原燃材料中高硫含量一方面能降低烧成温度、加速阿利特形成、改善熟料矿物组成，另一方面会加重结皮堵塞以及造成熟料游离氧化钙高、熟料质量波动大等问题，因此会持续影响水泥回转窑内熟料煅烧。由于石灰石尾矿当中硫含量较高，不仅在熟料煅烧过程中对窑***有较大的影响，对熟料产质量不利，而且窑尾烟气中高SO₂气体成分含量，对生态环境造成不利影响。

为消除高硫石灰石尾矿对水泥熟料煅烧带来的负面影响，需要充分利用各种物理化学手段，促进熟料矿相体系的低温快速形成，大幅提高熟料矿相体系的胶凝性。由于硫会降低熟料的液相粘度和表面张力，导致水泥回转窑内结大圈，影响窑况稳定，因此通过采用高铝率为基础的“三高”配料方案，能优化熟料的液相量和液相黏度，稳定窑况；高硅酸钙熟料一般具有较高强度，而对于高硅熟料，提高熟料铝率，有利于阿利特形成，研究表明阿利特晶体尺寸随铝率增加而减小，晶体长径比明显增加，熟料物理性能增加，特别当煅烧温度高于1400℃，高硅高铝熟料具有较高的易烧性，因此高饱石灰石饱和系数、硅率、铝率的配料方案保证了熟料的3天和28天强度，提高了熟料质量。

为降低高硫石灰石尾矿的使用对环境和设备运行的影响，可采用旁路放风***，能很大程度降低预分解窑***中循环富集，缓解预分解窑***结皮的产生，同时降低窑尾SO₂含量排放量。

因此，通过提高高硫石灰石尾矿的利用，优化生料配料和熟料煅烧工艺，采用高铝率、高石灰饱和系数、高硅率配料思路，不仅能降低生产成本、改善窑况，保证窑的正常运行及熟料产、质量的稳定，而且实现石灰石尾矿的综合利用，降低对环境的破坏。

发明内容

本发明所要解决高硫石灰石尾矿资源化综合利用问题，并烧制具有优良胶凝性的硅酸盐水泥熟料，本发明提供一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法，通过搭配使用优质石灰石矿和高硫石灰石尾矿，提高矿山资源综合利用；通过优化熟料率值，采用高铝率、高石灰饱和系数、高硅率配料思路，降低了硫对水泥煅烧质量的影响；通过提高煅烧温度，加强熟料冷却制度，保证了熟料矿物形成和稳定，保证了熟料3天和28天强度；通过优化煅烧工艺，采用旁路放风***，降低了窑内循环富集的硫含量，避免了结皮等对窑况稳定的影响，提高了水泥熟料产量和质量。

本发明所采用的技术方案为：

一种硅酸盐水泥熟料，该熟料的配方由高硫石灰石，优质石灰石，砂岩，页岩，硅土组成；其中各原料的配比为高硫石灰石0-35％，优质石灰石50-87％，砂岩7-10％，页岩4-7％，硅土0.5-2％。

进一步的，所述的硅酸盐水泥熟料率值分别是：铝率IM＝1.8～2.1，石灰饱和系数KM＝0.92-0.94，硅率SM＝2.5-2.8。

进一步的，所述的高硫石灰石的硫含量为2-3％，钙含量为40-42％。所述的优质石灰石的硫含量为0.1％及以下，钙含量为48％及以上。

进一步的，所述的高硫石灰石和优质石灰石由矿区石灰石通过两次筛分、一次破碎得到，高硫石灰石和优质石灰石通过搭配、均化处理后进入石灰石堆棚。

所述的硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括如下步骤：

第一步，取高硫石灰石、优质石灰石混合料，砂岩，页岩，硅土分别经粉磨均化后得混合生料；

第二步，将混合生料投入预分解窑***煅烧，经过篦冷机冷却制得高铝率熟料。

熟料煅烧温度1450-1500℃。熟料经篦冷机冷却至环境温度+65℃。预分解窑***中分解炉下部建有旁路放风***，每小时的抽风量为窑***风量5％。采用该方法得到的硅酸盐水泥熟料率值：铝率IM＝1.8～2.1，石灰饱和系数KM＝0.92-0.94，硅率SM＝2.5-2.8。

本发明的有益效果是：本发明不仅能实现石灰石矿山资源综合利用，而且能通过生料配料、熟料率值控制、煅烧工艺优化烧制出具有优良性能的水泥熟料，并缓解了窑尾SO₂污染。

本发明的技术方案重点在于解决高硫石灰石尾矿的在水泥生产中的综合利用，为消除高硫石灰石尾矿对熟料烧成的影响，保证熟料强度等性能，通过优化熟料率值，采用高铝率、高石灰饱和系数、高硅率配料思路。由于硫会降低熟料的液相粘度和表面张力，导致水泥回转窑内结大圈，影响窑况稳定，采用三高配料方案能优化熟料的液相量和液相黏度，稳定窑况，提高熟料铝率，有利于阿利特形成，研究表明阿利特晶体尺寸随铝率增加而减小，晶体长径比明显增加，熟料物理性能增加，特别当煅烧温度高于1400℃，高硅高铝熟料具有较高的易烧性。在研究背景技术里面有解释。

本发明的技术方案在制备方法中描述了：①加入了高硫石灰石和优质石灰石的预处理过程，通过两次筛分、一次破碎得到高硫石灰石和优质石灰石，再通过搭配、均化处理后进入石灰石堆棚，能更加精准控制原材料中对硫含量和CaO的要求。②通过提高煅烧温度(1450-1500摄氏度)，加强熟料冷却制度(在篦冷机中冷却至环境温度+65℃)，保证了熟料矿物形成和稳定。③采用旁路放风***，降低了窑内循环富集的硫含量，避免了结皮等对窑况稳定的影响，提高了水泥熟料质量的产量和质量。

现有的技术方案已经弱化了高铝的概念，而高铝率只是为了解决高硫石灰石尾矿煅烧熟料中存在问题的解决措施，本专利主要是为了解决高硫石灰石尾矿在水泥生产中的综合利用。采用高铝率配料方案，就会得到高铝率水泥熟料。

附图说明

图1为本发明高硫石灰石与优质石灰石配料工艺。

图2实施例3水泥熟料的岩相分析图。

具体实施方法

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

在矿山开采中，通常优先选用优质高品位的石灰石作为水泥生产的原材料，而对于部分低品位的高硫石灰石尾矿弃之不用，造成了资源浪费和生产成本增加。葛洲坝宜城水泥有限公司所属石灰石矿山内高硫石灰石占比较大，这部分高硫石灰石被剥离出来，露天堆放。在生产中尝试使用高硫石灰石尾矿制备硅酸盐水泥熟料，如图1所示，未处理的石灰石含有部分高硫石灰石，通过两次筛分、一次破碎至粒度为1-10μm，能充分将高硫石灰石和优质石灰石分开，保证优质石灰石中硫含量为0.1％及以下，钙含量为48％及以上，再通过输送设备将高硫石灰石与优质石灰石按照适当比例混合均匀，输送到石灰石堆棚。

所用的优质石灰石和高硫石灰石以及各原材料的化学成分见表1，由表1可以看出，高硫石灰石中硫含量高达2.34％，而CaO含量为41.57％，已经不能单独作为石灰质原料；而优质石灰石中硫含量只有0.1％，而CaO含量为52.51％，满足水泥生产对CaO含量大于48％的要求。通过高硫石灰石和优质石灰石搭配使用，可以将硫等有害成分降低至可控范围内，并调整CaO含量达到生产所需的范围，实现了矿山的资源化利用。

表1石灰石与各原材料化学成分

具体的各个实施例按照表2所示的配料方案进行配比。经过生料配料、高温烧制、冷却后得到水泥熟料，保证硅酸盐水泥熟料率值：铝率IM＝1.8～2.1，石灰饱和系数KM＝0.92-0.94，硅率SM＝2.5-2.8，在烧制过程中高温煅烧温度在1480℃，熟料在篦冷机中冷却至环境温度+65℃以内，在熟料煅烧过程中在预热器底部部建有的旁路放风***每小时的抽风量为窑***风量5％。

表2生料配比(％)

采用上述技术方案，烧制成的水泥熟料率值和物理性质如表3所示。从表3中可发现，经过合理的生料配料后，熟料率值控制在：KH＝0.938，SM＝2.61，IM＝1.91，熟料矿物组成基本一致，由此烧制得到的高铝率硅酸盐水泥熟料具备良好的物理性能，熟料质量未出现较大波动，质量稳定，凝结时间、标准稠度、3天强度以及28天强度均符合使用要求。实施例1～5中矿物组成C3S+C2S≧75％，C3A含量9.4％，C4AF含量8.4％，实施例3水泥熟料的岩相分析图如图2所示，A矿大小均齐，粒径在20～50μm之间，呈六角板状或长柱状，表面和边棱光洁；B矿呈圆粒状，见交叉双晶纹，大小均齐，粒径在40μm左右；A矿、B矿均齐分布，其间基本被白色、黑色中间相隔开；白色中间相占视野比例大概8％左右；游离CaO、方镁石晶体较少，由此说明熟料性能优异。由此粉磨的各类水泥的适应性、物理性能符合国家标准要求。

表3实施例水泥熟料率值和物理性质

本发明各原料配方和率值的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此就不一一列举实施例，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出适当改进和修饰，但改进和修饰的结果应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种硅酸盐水泥熟料，其特征在于，该熟料的配方由高硫石灰石，优质石灰石，砂岩，页岩，硅土组成；其中各原料的配比为高硫石灰石0-35%，优质石灰石50-87%，砂岩7-10%，页岩4-7%，硅土0.5-2%。

2.权利要求1所述的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述的高硫石灰石的硫含量为2-3%，钙含量为40-42%。

3.权利要求1所述的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述的优质石灰石的硫含量为0.1%及以下，钙含量为48%及以上。

4.权利要求1所述的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述的高硫石灰石和优质石灰石由矿区石灰石通过两次筛分、一次破碎得到，高硫石灰石和优质石灰石通过搭配、均化处理后进入石灰石堆棚。

5.根据权利1所述的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述的熟料率值分别是：铝率IM=1.8~2.1，石灰饱和系数KM=0.92-0.94，硅率SM=2.5-2.8。

6.权利要求1-5任一项所述的硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，取高硫石灰石、优质石灰石混合料，砂岩，页岩，硅土分别经粉磨均化后得混合生料；

第二步，将混合生料投入预分解窑***煅烧，经过篦冷机冷却制得高铝率熟料。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：熟料煅烧温度1450-1500℃。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：熟料经篦冷机冷却至环境温度60-70℃。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：预分解窑***中分解炉下部建有旁路放风***，每小时的抽风量为窑***风量3-10%。