在新型干法窑中用氢氟酸渣作矿化剂的应用

摘要

本发明提供了一种在新型干法窑中用氢氟酸渣作为矿化剂的应用，在生料配料过程中掺入一定量的氢氟酸渣作矿化剂，以有利于熟料的烧成。在生料配料过程中掺入的氢氟酸渣的剂量，是由生料中SO

说明书

技术领域    本发明涉及一种水泥行业的矿化剂技术，具体地说是一种将氢氟酸渣作矿化剂的应用。

背景技术    氢氟酸渣是生产氟化盐所产生的一种灰白色粉状的工业固体废料，主要成分为硫酸盐和氟化钙。据了解仅甘肃白银公司氟化盐厂每年排出近10万吨的氢氟酸渣，累计储存量达200多万吨，占地近百亩。

水泥生产的基本过程见图1所示，其中：熟料烧成就是用煅烧设备对生料加热，使其发生一系列物理化学反应生成熟料，物理化学反应可概括为五个过程：

一是干燥预热，在这个阶段中生料中水分被蒸发，粘土中的主要成分发生脱水反应。即：AL₂O₃·2SiO₂·2H₂O→AL₂O₃+2SiO₂+2H₂O↑

二是碳酸盐分解(熟料烧成的重要过程)，生料温度升至850℃时，碳酸钙大量分解，即：CaCO₃→CaO+CO₂↑

三是固相反应，随着温度逐步升至1300℃的阶段中，固态物质相互反应生成铁铝酸四钙(C₄AF)、铝酸三钙(C₃A)、硅酸二钙(C₂S)等矿物；

四是烧成反应(熟料烧成最重要的过程)，在温度升至1450℃的过程中，1280℃开始出现液相，形成液相后，烧成反应开始进行，生成硅酸三钙(C₃S)，即：

五是冷却过程，烧成反应完成后，生料转变成熟料开始冷却，完成熟料烧成任务。

熟料烧成所用的煅烧设备主要有两大类：一类是立窑；另一种是回转窑，回转窑又以预分解窑为主导，目前立窑使用矿化剂技术较为普遍，回转窑使用较少，其主要原因是回转窑容易提高温度，即烧成能力较强，对矿化剂技术的依赖性较低。

目前，国内水泥企业主要采用三种矿化剂技术：

第一种：是在配制生料时掺入萤石作矿化剂，萤石主要成分为氟化钙(CaF₂)，其矿化基本原理是：CaF₂在含水蒸气高温气体作用下，生成氟化氢(HF)，HF可破坏CaCO₃的化学键，生成新的CaF₂，且CaF₂与物料共熔后能降低液相粘度，有利于熟料的烧成反应，其化学反应式为：

CaF₂+H₂O→CaO+2HF    2HF+CaCO₃→CaF₂+H₂O+CO₂↑

第二种：是在配制生料时掺入石膏作矿化剂，石膏的主要成分为硫酸钙(CaSO₄)，其矿化基本原理是：硫酸盐因熔点低，可使形成液相的初始温度降低约80℃，即加快和提前了熟料的烧成反应，且硫酸盐与铝酸盐形成硫铝酸盐，将熟料中的部分低强矿物转化成高强矿物，提高了熟料的强度，

即：CaSO₄+C₃A→C₄AS

第三种：是在配制生料时掺入石膏和萤石，即复合矿化剂煅烧技术。在水泥行业，用石膏和萤石作复合矿化剂在立窑生产工艺中使用较普遍，目前，在回转窑生产工艺中使用较少。

发明内容    本发明的目的在于提供一种将工业废渣——氢氟酸渣作矿化剂的应用，它不仅能使水泥企业节能降耗、提高产品质量，而且能够消解工业固体废料、发展循环经济。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种在新型干法窑中用氢氟酸渣作为矿化剂的应用，在生料配料过程中掺入一定量的氢氟酸渣作矿化剂，以有利于熟料的烧成。

在生料配料过程中掺入的氢氟酸渣的剂量，是由生料中SO₃的含量来确定的，生料中SO₃的重量百分比在0.8±0.2％范围内最利于熟料的烧成，矿化效果最佳。

本发明提供的上述氢氟酸渣作为矿化剂的应用，从改善水泥生料的易烧性能着手，用工业废料氢氟酸渣作矿化剂代替了萤石和石膏，达到了节能降耗、提高产品质量、节约矿业资源的目的，与此同时，随着该技术的推广预计全国每年可消解工业固体废料——氢氟酸渣2000万吨以上，为发展循环经济开创了新的途径。

附图说明    图1为水泥基本生产过程的流程图；

            图2为本发明原理流程示意图。

具体实施方式    为了进一步说明本发明的原理，现结合附图及实施例进行详细说明，以下试验是在甘肃高崖金城水泥有限公司日产1000吨预分解窑上进行的，如图2所示，本发明在新型干法窑中用氢氟酸渣作为矿化剂的应用，在生料配料过程中掺入一定量的氢氟酸渣作矿化剂，以有利于熟料的烧成。

实施例1：在配置生料时，将氢氟酸渣按生料重量百分比1％掺入，(氧氟酸渣经化学检测：SO₃重量百分比为35％、CaF₂的重量百分比为25％)，这时控制出磨生料SO₃重量百分比小于0.4％，预分解窑试烧表明：窑操作工主观感觉生料易烧性有所改善，但各种技术经济指标变化不明显。

实施例2：在配置生料时，将氢氟酸渣按生料重量百分比2％掺入，出磨生料中SO₃重量百分比按0.7±0.2％控制(因SO₃的检验误差为±0.15，配料计量设备也存在计量误差，所以生料中的SO₃含量不是一固定值，而是在一定范围内波动)，经预分解窑试烧表明：生料明显易烧，在投料量和用煤量、窑转速与不掺氢氟酸渣时相同的情况下，窑内起大块，表现出烧成能力过剩，说明矿化剂起到了作用，即氢氟酸渣中的CaF₂促进了生料中的CaCO₃的分解，SO₃降低了熟料的烧成温度。

(不加矿化剂)

(加矿化剂)

由于矿化剂的作用，在烧成能力出现过剩时，操作上采取增加投料量，加快窑速，减少向窑内的喷煤量来平衡烧成能力，即采用氢氟酸渣矿化剂技术后，窑产量得到提高，能耗得到降低，经测算：产量最低的一天提高了6％，最高的一天提高了12％，节煤最少的一天节约4％，最多的一天节约8％；对熟料质量的检测表明：熟料的强度提高了，其中3天抗压强度平均提高了3.5Mpa以上，28天抗压强度平均提高了2Mpa以上，熟料的其他质量指标均合格。分析熟料强度提高的主要原因是：氢氟酸渣中的SO₃将熟料中的部分低强矿物铝酸三钙(C₃A)转化成了高强矿物硫铝酸四钙(C₄AS)。即：

CaSO₄+C₃A→C₄AS

实施例3：在配置生料时，将氢氟酸渣按重量百分比2.5％掺入，出磨生料中SO₃的重量百分比按0.9±0.2％控制进行试烧，试烧表明：产量最低能提高6％，最高能提高10％，节煤最少节约4％，最多节约6％；熟料3天抗压强度平均提高了4Mpa以上，28天抗压强度平均提高了2Mpa以上。

实施例4：在配置生料时，将氢氟酸渣按重量百分比3.5％掺入，出磨生料中SO₃的重量百分比按1.2±0.2％控制进行试烧，试烧表明：操作上难以控制，煅烧范围变窄，烧成温度偏高时窑内结后圈；烧成温度偏低时，窑内窜生料导致熟料质量不合格。实践表明：当生料中SO₃的含量超过一定量时，对熟料烧成不再是有利的了。

其他实施例试验数据见下表：

  生料中  SO₃％含量  熟料  安定性  熟料凝结时间  熟料3天强度  熟料28天强度  增产  ％  节煤  ％  初凝  终凝  抗压  Mpa  抗折  Mpa  抗压  Mpa  抗折  Mpa  0.2-0.35  合格  2:55  4:54  26.0  4.5  52.0  6.5    不明显    不明显  0.4-0.5  合格  2:35  4:50  28.0  5.0  53.2  6.8    5    4  0.5-0.6  合格  2:50  5:10  28.6  5.2  53.7  7.0    8    5  0.6-0.7  合格  3:25  5:05  29.5  5.3  53.8  7.0    8    6  0.7-0.8  合格  3:35  5:20  32.4  6.0  55.0  8.2    12    8  0.8-0.9  合格  3:35  5:30  34.8  6.5  57.0  8.8    11    6  0.9-1.0  合格  3:50  5:30  34.5  6.5  55.5  8.2    10    5  1.0-1.1  合格  4:40  7:20  35.0  7.1  58.1  8.9    7    5  1.1-1.2  合格  5:05  7:30  30.8  5.7  52.4  6.5    5    4

综上所述，通过试验数据分析进行筛选，生料中SO₃的重量百分比在0.8±0.2％范围内最利于熟料的烧成，矿化效果最佳。