CN115180843A - 一种利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法，包括：将石灰石与转炉渣混合进行破碎并预匀化，分别对铜渣、火山灰和赤泥进行预匀化；将预匀化后的混合物以及铜渣、火山灰和赤泥分别进行粉磨；将粉磨后的原料混合并进行匀化；将匀化后的生料进行预热分解以及熟料烧制过程，最终快速冷却得到水泥熟料。本发明方法使用混合后的石灰石与转炉渣代替单一的石灰石，铜渣、火山灰和赤泥代替铁矿粉与粘土，综合利用制成水泥熟料，一方面解决了多种固废堆存问题，实现资源化利用，另一方面减少水泥制作成本，制得的水泥熟料具有较高的强度。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法。
背景技术
固废的堆存不仅需要占用大量土地资源，还会经风化、雨淋后，让有害物质渗透进入地下，污染水资源、破坏土壤环境，甚至造成坝体失稳等重大事故，对大宗固废的资源化利用迫在眉睫。近年来，大宗固废在建筑行业综合应用最多，如尾矿、粉煤灰、煤矸石等可替代建筑材料原料、水泥或混凝土掺合料等，冶炼废渣提取稀贵金属、有价金属，脱硫石膏用作化工品原材料，炉渣可用作道路铺垫的填料等。
铜渣是炼铜过程中产生的废渣，总堆存量已经达到1.5亿吨，其中含有丰富的铁以及硅，可以作为水泥熟料生产过程中的铁质原料以及硅质原料，并且铜渣中的重金属可以作为矿化剂降低煅烧温度。
目前对铜渣等固废的资源化利用途径叫多主要集中在建筑材料技术领域。例如一种冶炼铜渣作为水泥铁质校正剂的用途及水泥（CN109437619B）提出将铜渣添加到水泥制作过程，作为水泥中铁含量的矫正剂，提高水泥3d和28d强度。该方法铜渣添加量较少，不能实现铜渣的大宗消纳。一种铜渣硅酸盐水泥材料及其制备方法（CN111320401A）提出将激活了火山灰活性的铜渣、矿渣和氢氧化钙加入到水泥中，提高水泥抗腐蚀强度。该方法成本高，不适宜大规模生产。以上的方法都存在着成本高、处理效率低等问题，所以在目前迫切需要一种低成本并能够实现固废大宗消纳的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法。
本发明的目的是这样实现的，包括以下步骤：
（1）将石灰石与转炉渣混合进行破碎并预匀化，分别对铜渣、火山灰和赤泥进行预匀化；
（2）将步骤（1）预匀化后的混合物以及铜渣、火山灰和赤泥分别进行粉磨；
（3）将步骤（2）粉磨后的原料混合并进行匀化；
（4）将步骤（3）匀化后的生料进行预热分解以及熟料烧制过程，最终快速冷却得到水泥熟料。
所述铜渣中SiO2含量25-31％，Fe2O3含量45-56%，Al2O3含量5-7%。
所述铜渣80微米筛余量≤15%；
铜渣制备水泥生料的率值为：石灰饱和系数KH为0.93-1.1，硅率SM为2.63-2.85，铝率IM为1.32-1.45。
铜渣制备水泥熟料的率值为：石灰饱和系数KH为0.88-0.92，硅率SM为2.43-2.65，铝率IM为1.21-1.83。
步骤（1）中石灰石与转炉渣混合预匀化后CaO含量＞49%。
步骤（2）中预匀化后的混合物、火山灰和赤泥粉磨后80微米筛余量≤15%。（写明其他各原料具体是哪几个）
步骤（3）中粉磨后的原料混合按重量百分比：石灰石78%、转炉渣4%、铜渣8%、火山灰土6%、赤泥3%混合。
步骤（4）中，在预热的同时，实现原料的干燥与脱水，温度控制在450-590℃。
步骤（4）中，匀化生料在800-900℃预分解40min，接着在1300-1450℃煅烧15-25min，快速冷却是通过篦冷机快速冷却降温，温度降到100℃以下。
本发明的有益效果：
1、本发明利用铜渣、火山灰代替水泥生料中硅质材料，铜渣与赤泥代替水泥生料中铁质原料，用转炉渣（CaO含量39.2-42.3%、SiO2含量16.7-18.2%、Al2O3含量5.4-6.2%）作为低品位石灰石与高品位石灰石混合，经过煅烧制成水泥熟料；本发明方法可以实现铜渣、转炉渣和赤泥等多种固废的资源化利用，铜渣、转炉渣和赤泥中都拥有制备水泥熟料所必需的石灰石、铁质原料与硅质材料，通过不同的配比可达到制备水泥熟料的条件；
2、铜渣与火山灰中矿物都拥有较强的活性，可增加水泥熟料产量，并且可作为矿化剂降低煅烧温度；
3、本发明方法中添加的各种水泥生料替代物均为固废，拥有来源广泛成本低廉等特点，并且这几种固废粒径均较细，能够有效减少辊压机、破碎机等的电耗及磨损率；
4、本发明方法在大幅度降低企业生产成本的基础上实现了多宗固废的规模消纳，符合国家有关规定，为企业创造了经济效益同时产生巨大环境效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法,以质量百分比计称取如下原料：石灰石81%、转炉渣4%、铜渣6%、火山灰土6%、赤泥3%；其中本实施例的各原料成分见表1所示；
表1：实施例1各原料成分
因此，根据原料的配比可以计算出生料的组成，见表2所示；
表2：实施例1生料组成
由表2可以看出水泥生料中SiO2含量为16.55%，Al2O3含量为1.94%，Fe2O3含量为4.80%；
CaO含量为46.90%，MgO含量为0.90%，符合水泥生料的锻造条件。
将上述原料按以下步骤生产硅酸盐水泥熟料：
（1）将石灰石与转炉渣混合进行破碎并预均化，经取料机输送至石灰石储库；分别对铜渣、火山灰和赤泥进行预匀化，输送至各自储库；
（2）将各种原料分别经皮带运输至水泥球磨机，进行粉磨；
（3）物料粉磨后混合并进行匀化；
（4）将生料运输至回转窑进行预热分解，匀化生料在800℃预分解40min，熟料烧制是在1300℃煅烧15min，烧制结束将高温熟料通过篦冷机快速冷却降温，完成熟料制备；
对制得水泥熟料中各组分和率值进行测定，最终结果见表3：
表3：实施例1水泥熟料测定
由表3可看出，所制备的硅酸盐水泥熟料各组分含量与率值均满足国家标准。
实施例2
本实施例提供一种利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法,以质量百分比计称取如下原料：石灰石80%、转炉渣4%、铜渣7%、火山灰土6%、赤泥3%；其中本实施例的各原料成分见表4所示：
表4：实施例2各原料成分
因此，根据原料的配比可以计算出生料的组成，见表5所示：
表5：实施例2生料组成
由表5可以看出水泥生料中SiO2含量为16.89%，Al2O3含量为1.94%，Fe2O3含量为4.87%，
CaO含量为46.21%，MgO含量为0.88%，符合水泥生料的锻造条件；
将上述原料按以下步骤生产硅酸盐水泥熟料：
（1）将石灰石与转炉渣混合进行破碎并预均化，经取料机输送至石灰石储库；分别对铜渣、火山灰和赤泥进行预匀化，输送至各自储库；
（2）将各种原料分别经皮带运输至水泥球磨机，进行粉磨；
（3）物料粉磨后混合并进行匀化；
（4）将生料运输至回转窑进行预热分解，匀化生料在900℃预分解40min，熟料烧制是在1450℃煅烧25min，烧制结束将高温熟料通过篦冷机快速冷却降温，完成熟料制备；
对制得水泥熟料中各组分和率值进行测定，最终结果见表6：
表6：实施例2水泥熟料测定
由表6可看出，实施例2所制备的硅酸盐水泥熟料各组分含量与率值均满足国家标准。
实施例3
本实施例提供一种利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法,以质量百分比计称取如下原料：石灰石79%、转炉渣4%、铜渣8%、火山灰土6%、赤泥3%；其中本实施例的各原料成分见表7所示：
表7：实施例3各原料成分
因此，根据原料的配比可以计算出生料的组成，见表8所示：
表8：实施例3生料组成
由表8可以看出水泥生料中SiO2含量为16.80%，Al2O3含量为1.94%，Fe2O3含量为5.00%，
CaO含量为43.87%，MgO含量为0.91%，符合水泥生料的锻造条件。
将上述原料按以下步骤生产硅酸盐水泥熟料：
（1）将石灰石与转炉渣混合进行破碎并预均化，经取料机输送至石灰石储库；分别对铜渣、火山灰和赤泥进行预匀化，输送至各自储库；
（2）将各种原料分别经皮带运输至水泥球磨机，进行粉磨；
（3）物料粉磨后混合并进行匀化；
（4）将生料运输至回转窑进行预热分解，匀化生料在850℃预分解40min，熟料烧制是在1375℃煅烧20min，烧制结束将高温熟料通过篦冷机快速冷却降温，完成熟料制备；
对制得水泥熟料中各组分和率值进行测定，最终结果见表9：
表9：实施例3水泥熟料测定
由表9可看出，实施例3所制备的硅酸盐水泥熟料各组分含量与率值均满足国家标准。
实施例4
本实施例提供一种利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法,以质量百分比计称取如下原料：石灰石78%、转炉渣4%、铜渣8%、火山灰土6%、赤泥3%；其中本实施例的各原料成分见表10所示：
表10：实施例4各原料成分
因此，根据原料的配比可以计算出生料的组成，见表11所示：
表11：实施例4生料组成
由表11可以看出水泥生料中SiO2含量为17.35%，Al2O3含量为2.00%，Fe2O3含量为5.24%，CaO含量为43.00%，MgO含量为0.93%，符合水泥生料的锻造条件。
将上述原料按以下步骤生产硅酸盐水泥熟料：
（1）将石灰石与转炉渣混合进行破碎并预均化，经取料机输送至石灰石储库；分别对铜渣、火山灰和赤泥进行预匀化，输送至各自储库；
（2）将各种原料分别经皮带运输至水泥球磨机，进行粉磨；
（3）物料粉磨后混合并进行匀化；
（4）将生料运输至回转窑进行预热分解，匀化生料在900℃预分解40min，熟料烧制是在1400℃煅烧20min，烧制结束将高温熟料通过篦冷机快速冷却降温至室温，完成熟料制备；
对制得水泥熟料中各组分和率值进行测定，最终结果见表12：
表12：实施例4水泥熟料测定
由表12可看出，实施例4所制备的硅酸盐水泥熟料各组分含量与率值均满足国家标准。
对比四个实施例，可以看出水泥生料中原料质量占比为：石灰石78%、转炉渣4%、铜渣9%、火山灰土6%、赤泥3%，烧制出来的水泥质量最佳，熟料28d强度可达到56.3MPa，铜渣的最佳添加量为9%。
Claims (9)
1.一种利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将石灰石与转炉渣混合进行破碎并预匀化，分别对铜渣、火山灰和赤泥进行预匀化；
（2）将步骤（1）预匀化后的混合物以及铜渣、火山灰和赤泥分别进行粉磨；
（3）将步骤（2）粉磨后的原料混合并进行匀化；
（4）将步骤（3）匀化后的生料进行预热分解以及熟料烧制过程，最终快速冷却得到水泥熟料。
2.根据权利要求1所述利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法，其特征在于所述铜渣中SiO2含量25-31％，Fe2O3含量45-56%，Al2O3含量5-7%。
3.根据权利要求1所述利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法，其特征在于所述铜渣80微米筛余量≤15%；
根据权利要求1所述利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法，其特征在于铜渣制备水泥生料的率值为：石灰饱和系数KH为0.93-1.1，硅率SM为2.63-2.85，铝率IM为1.32-1.45。
4.根据权利要求1所述利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法，其特征在于铜渣制备水泥熟料的率值为：石灰饱和系数KH为0.88-0.92，硅率SM为2.43-2.65，铝率IM为1.21-1.83。
5.根据权利要求1所述利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法，其特征在于步骤（1）中石灰石与转炉渣混合预匀化后CaO含量＞49%。
6.根据权利要求1所述利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法，其特征在于步骤（2）中预匀化后的混合物、火山灰和赤泥粉磨后80微米筛余量≤15%。
7.根据权利要求1所述利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法，其特征在于步骤（3）中粉磨后的原料混合按重量百分比：石灰石78%、转炉渣4%、铜渣9%、火山灰土6%、赤泥3%混合。
8.根据权利要求1所述利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法，其特征在于步骤（4）中，在预热的同时，实现原料的干燥与脱水，温度控制在450-590℃。
9.根据权利要求1所述利用铜渣协同多种固废制备水泥熟料的方法，其特征在于步骤（4）中，匀化生料在800-900℃预分解40min，接着在1300-1450℃煅烧15-25min，快速冷却是通过篦冷机快速冷却降温，温度降到100℃以下。
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| CN116573869A (zh) * | 2023-05-26 | 2023-08-11 | 安徽建筑大学 | 一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法 |
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2022
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