一种利用骨料尾渣代替部分粘土生产硅酸盐熟料的方法

摘要

本发明公开了一种利用骨料尾渣代替部分粘土生产硅酸盐熟料的方法，将传统原料配方中的部分粘土替换为骨料尾渣，然后配料均化、烘干、粉磨得到生料，再将生料进行预热分解，最后经高温煅烧后冷却得到熟料。通过本发明能够利用骨料尾渣中的MgO来改善生料的易烧性，降低熟料的烧成温度，并通过骨料尾渣中适量的MgO来与熟料矿物C4AF生成固熔体，使熟料玻璃质颜色变黑，适当改善水泥的颜色。本发明还能解决骨料尾渣的处理难题，节能环保，降低成本。

说明书

技术领域

本发明涉及硅酸盐熟料生产领域，具体涉及一种利用骨料尾渣代替部分粘土生产硅 酸盐熟料的方法。

背景技术

生产硅酸盐熟料的主要原材料粘土，需要从外购进，且成本较高。

骨料尾渣是生产碎石之后的一种废料，其主要成分为CaO、SiO₂、Al₂O₃和MgO，如 果直接将其废弃排除，存在以下问题：一是处理工作量太大，需占用大量土地资源，年 产200万吨碎石约有20万吨尾渣；二是处理难度较大，成本极高；三是处理后对环境的 影响极大，且存在极大的安全隐患，有可能造成滑坡、泥石流等次生灾害，最后直接废 弃对资源来说是也极大的浪费。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种利用骨料尾渣代替部分粘土生产硅酸盐熟 料的方法，一方面可以利用废弃的骨料尾渣，另外，能够改善生料的易烧性，提高熟料 产量，降低熟料的烧成热耗，并能适当改善熟料的颜色。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种利用骨料尾渣代替部分粘 土生产硅酸盐熟料的方法，将传统原料配方中的部分粘土替换为骨料尾渣，然后配料均 化、烘干、粉磨得到生料，再将生料进行预热分解，最后经高温煅烧后冷却得到熟料；

其具体步骤为：

1)按重量份计，将8-12份骨料尾渣加入76-80份石灰石中，混合均匀；

2)步骤1)所得的物料加入2-3份红砂岩、4-6份粘土、1-2份硫酸渣、3-4份黄磷 渣，再次混合均匀；

3)将步骤2)所得的物料烘干至水份含量≤1.5％，然后进行粉磨和筛分，得到干粉 状的生料；

4)将生料均化后进行预热分解，然后在水泥回转窑中进行高温煅烧，煅烧温度为 1350-1450℃，得到部分熔融的物料；最后经冷却机快速冷却至60-100℃得到硅酸盐熟 料。

优化的方案，步骤1)及2)中，所加入的原料为10份骨料尾渣、79份石灰石、4 份粘土、2份红砂岩、2份硫酸渣、3份黄磷渣。生产中要保证骨料尾渣均匀地掺入石灰 石中，矿山各个开采台段的石灰石按一定的比例搭配后进仓，骨料尾渣与石灰石一同破 碎之后进预均化堆棚进行均化，加强预均化棚石灰石的检验，保证均化后石灰石的MgO 含量在2.8—3.2％。

所述的骨料尾渣中的主要成分为：CaO 32-36％、SiO₂ 10-12％、Al₂O₃ 2-3％、Fe₂O₃0.6-0.8％和MgO10-12％。由于骨料尾渣中含有大量生料所需的成分，故可以作为原材料 进行生料调配。

步骤2)混合后所得的物料中，控制混合物料中的SiO₂：12-13％，Al₂O₃：3-3.3％， Fe₂O₃：1.7-2.1％，CaO：42.0-43.0％。

步骤3)中所述的烘干和粉磨步骤在立磨中进行；筛分时，控制80μm筛的筛上物 ≤15％。

步骤4)中，所述的预热分解可通过5级预分解窑系统进行操作，其中控制入水泥回 转窑的物料温度在950-1000℃。

在进行高温煅烧时，控制水泥回转窑系统分解炉出口温度840℃；二次风温 1200℃；三次风温1000℃；篦冷机一段推动次数11-12次。在高温煅烧阶段，熔融的物 料占总料的25-27％时，硅酸三钙可顺利形成，此时进行快速冷却。

步骤4)中冷却的时间为20-30分钟，采用快速冷却对改善熟料的质量及易磨性有良 好的效果，特别是当MgO含量较高时，急冷可防止MgO结晶成方镁石，改善熟料的安 定性。

步骤4)中，通过控制入回转窑物料的温度和回转窑内的烧成温度，将熟料fCaO控 制在0.5％至1.2％，熟料立升重控制1350±50克/升。

所述预均化棚石灰石中MgO含量控制在2.8-3.2％。根据所掺入的骨料尾渣MgO含 量，矿山各个开采台段的石灰石质量情况，通过计算，来合理地搭配各台段的配矿比 例，使得均化后石灰石中MgO含量控制在2.8-3.2％，最终控制熟料中MgO含量在4- 5％，如果MgO含量过高，会影响水泥的质量。

本发明具有以下有益效果：

1、利用骨料尾渣中的MgO来改善生料的易烧性，降低熟料的烧成温度，因为MgO 在煅烧中与碱、硫等组分组合，最低共熔点约为1250-1280℃，比C₃S-C₂S-C₃A三组分最 低共熔点1455℃约降低175℃。回转窑的产量有所提高，节省了能源，降低了二氧化碳 的排放，节能减排。

2、利用骨料尾渣中适量的MgO来与熟料矿物铁铝酸四钙(C4AF)生成固熔体，可 使熟料玻璃质颜色变黑，适当改善水泥的颜色。

3、由于利用骨料尾渣代替了部分粘土生产硅酸盐熟料，不仅消耗了废渣，而且减少 了粘土的使用量40-50％，有利于农田的保护。

4、大量的骨料尾渣得以利用，因此不必再去进行任何处理，也避免了因处理不善而 发生次生灾害的风险，大大的降低了安全风险。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明，但实施例仅在于说明本发明，而不是对其进行 限制。

对比例1：

在原料配方中不加入骨料尾渣，制备硅酸盐熟料的具体步骤是：

1)将82份石灰石、10份粘土、3份红砂岩、2份硫酸渣、3份黄磷渣按比例混合均 匀；

2)将步骤1)所得的物料烘干至水份含量≤1.5％，然后进行粉磨和筛分，得到干粉 状的生料；

3)将生料均化后进行预热分解，然后在水泥回转窑中进行高温煅烧，煅烧温度为 1350-1450℃，得到熔融物料的比例占25wt％时；最后经冷却机快速冷却至60-100℃得到 硅酸盐熟料；fCao控制在0.5％至1.2％，熟料立升重控制1350±50克/升，熟料温度≤ 100℃。

实施例1：

一种利用骨料尾渣代替部分粘土生产硅酸盐熟料的方法，其具体步骤为：

1)将100kg骨料尾渣加入800kg石灰石中，进行破碎，然后到预均化棚进行预均 化，混合均匀；

2)步骤1)所得的物料加入40份粘土、20份红砂岩、10份硫酸渣、30份黄磷渣， 再次混合均匀；

3)将步骤2)所得的物料烘干至水份含量≤1.5％，然后进行粉磨和筛分，得到干粉 状的生料；

4)将生料均化后进行预热分解，然后在水泥回转窑中进行高温煅烧，煅烧温度为 1350-1450℃，得到熔融物料的比例占25wt％时；最后经冷却机快速冷却至60-100℃得到 硅酸盐熟料；fCao控制在0.5％至1.2％，熟料立升重控制1350±50克/升，熟料温度≤ 100℃。

熟料率值控制范围为：

熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度KH：0.93±0.02；

熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例SM：2.6±0.1；

熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例IM：1.7±0.1。

其中实施例1中骨料尾渣与石灰石的化学成分见表1：

品名 Loss SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO K₂O Na₂O R₂O 石灰石 41.75 4.16 1.15 0.23 50.85 0.88 0.25 0.15 0.31 骨料尾渣 39.86 10.52 2.61 0.74 34.01 11.28 0.2 0.15 0.28

表1

实施例1步骤1中所得的物料与对比例步骤1中所得的物料的化学成分对比见表2：

  Loss SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO K₂O Na₂O 对比例1 41.75 4.16 1.15 0.23 50.85 0.88 0.25 0.15 实施例1 41.40 4.89 1.49 0.46 48.73 2.89 0.25 0.15

表2

实施例1步骤2)中各种原材料的化学成分见表3：

品名 Loss SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO K₂O Na₂O 1)所得物料 41.40 4.89 1.49 0.46 48.73 2.89 0.36 0.15 红砂岩 2.44 86.67 6.22 1.43 0.21 0.30 1.80 0.60 硫酸渣 -0.66 28.96 10.71 44.94 5.12 5.52 0.70 1.10 黄磷渣 0.05 39.20 4.83 0.60 42.14 3.49 1.00 0.60

表3

生产中要加强石灰石、粘土、红沙岩、硫酸渣、黄磷渣的均化，保其化学成份的稳 定；加强生料成份的的检验频次，提高检验结果的准确性；采用在线自动控制程序，实 现生料成份的即时自动调整。努力提高KH、SM、IM率值合格率。

其中表1-表4中，单位均为百分含量。实施例1中与对比例1中，所得的熟料化学 成分对比见表4，物理性能对比见表5，耗标煤对比见表6：

  Loss SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO KH SM IM f-CaO 对比例1 0.56 20.65 5.23 2.97 64.85 3.96 0.955 2.52 1.74 1.05 实施例1 0.58 20.78 5.15 3.01 64.06 4.56 0.937 2.55 1.71 0.92

表4

  用水量 初凝 终凝 三天抗压 28天抗压 小磨时间 对比例1 121ml 121分 171分 38Mpa 59.6Mpa 33分钟 实施例1 121ml 119分 176分 39Mpa 60.6Mpa 33分钟

表5

表6

从表4-表6得到的结论是：利用骨料尾渣代替部分粘土配料后，改善了生料的易烧 性，熟料产量有所提升，熟料煤耗有所下降。易烧性改善后，熟料的f-CaO在原基础上 降低，熟料产量在原基础上每天增加了71吨，熟料耗标煤每吨下降了1.61Kg。

同时，利用骨料尾渣代替部分原材料配料后，生产的熟料与当前国内外同类研究、

同类技术的综合比较，见表7：

序号 名称 国内外同类研究的熟料 实施例1中生产的熟料 1 熟料3天抗压强度 38Mpa 39Mpa 2 熟料28天抗压强度 59.6Mpa 60.6Mpa 3 熟料产量 6057t/d 6128t/d 4 熟料耗标煤 95.36Kg 93.75Kg/t熟料 5 熟料标准稠度用水量 121ml 121ml 6 Po42.5水泥混合材掺量 18％ 18％ 7 Pc32.5水泥混合材掺量 43％ 43％ 8 熟料小磨时间 33分钟 33分钟 9 熟料初凝时间 121分钟 119分钟 10 熟料终凝时间 171分钟 176分钟

表7

可见，利用骨料尾渣代替部分粘土配料后，上述各项指标均能保持目前国内先进水 平。

实施例2：

一种利用骨料尾渣代替部分原材料生产硅酸盐熟料的方法，其具体步骤为：

1)将80kg骨料尾渣加入790kg石灰石中，进行破碎，然后到预均化棚进行预均 化，混合均匀；

2)步骤1)所得的物料加入50份粘土、25红砂岩、20份硫酸渣、35份黄磷渣，再 次混合均匀；

3)将步骤2)所得的物料烘干至水份含量≤1.5％，然后进行粉磨和筛分，得到干粉 状的生料；

4)将生料均化后进行预热分解，然后在水泥回转窑中进行高温煅烧，煅烧温度为 1350-1450℃，得到部分熔融的物料；最后经冷却机快速冷却至60-100℃得到硅酸盐熟 料。

实施例3：

一种利用骨料尾渣代替部分原材料生产硅酸盐熟料的方法，其具体步骤为：

1)将100kg骨料尾渣加入790kg石灰石中，进行破碎，然后到预均化棚进行预均 化，混合均匀；

2)步骤1)所得的物料加入40份粘土、20红砂岩、20份硫酸渣、30份黄磷渣， 再次混合均匀；

3)将步骤2)所得的物料烘干至水份含量≤1.5％，然后进行粉磨和筛分，得到干粉 状的生料；

4)将生料均化后进行预热分解，然后在水泥回转窑中进行高温煅烧，煅烧温度为 1350-1450℃，得到部分熔融的物料；最后经冷却机快速冷却至60-100℃得到硅酸盐熟 料。

实施例4：

一种利用骨料尾渣代替部分原材料生产硅酸盐熟料的方法，其具体步骤为：

1)将110kg骨料尾渣加入770kg石灰石中，进行破碎，然后到预均化棚进行预均 化，混合均匀；

2)步骤1)所得的物料加入60份粘土、20红砂岩、15份硫酸渣、35份黄磷渣， 再次混合均匀,控制混合物料中的SiO₂：12-13％，Al₂O₃：3-3.3％，Fe₂O₃：1.7-2.1％， CaO：42.0-43.0％；

3)将步骤2)所得的物料烘干至水份含量≤1.5％，然后进行粉磨和筛分，控制80μ m筛的筛上物≤15％，得到干粉状的生料；

4)将生料均化后进行预热分解，所述的预热分解可通过5级预分解窑系统进行操 作，其中控制入水泥回转窑的物料温度在950-1000℃，然后在水泥回转窑中进行高温煅 烧，煅烧温度为1350-1450℃，得到熔融物料的比例占27wt％时；最后经冷却机快速冷却 至≤100℃得到硅酸盐熟料。

实施例5：

一种利用骨料尾渣代替部分原材料生产硅酸盐熟料的方法，其具体步骤为：

1)将120kg骨料尾渣加入770kg石灰石中，进行破碎，然后到预均化棚进行预均 化，混合均匀，保证均化后石灰石的MgO含量在2.8—3.2％；

2)步骤1)所得的物料加入50份粘土、20红砂岩、10份硫酸渣、30份黄磷渣， 再次混合均匀；

3)将步骤2)所得的物料烘干至水份含量≤1.5％，然后进行粉磨和筛分，得到干粉 状的生料；

4)将生料均化后进行预热分解，然后在水泥回转窑中进行高温煅烧，煅烧温度为 1350-1450℃，得到熔融物料的比例占25wt％时；最后经冷却机快速冷却至60-100℃得到 硅酸盐熟料；fCao控制在0.5％至1.2％，熟料立升重控制1350±50克/升，熟料温度≤ 100℃。

实施例6：

一种利用骨料尾渣代替部分原材料生产硅酸盐熟料的方法，其具体步骤为：

1)将120kg骨料尾渣加入760kg石灰石中，进行破碎，然后到预均化棚进行预均 化，混合均匀，保证均化后石灰石的MgO含量在2.8—3.2％；

2)步骤1)所得的物料加入40份粘土、30红砂岩、10份硫酸渣、40份黄磷渣， 再次混合均匀，控制混合物料中的SiO₂：12-13％，Al₂O₃：3-3.3％，Fe₂O₃：1.7-2.1％， CaO：42.0-43.0％；

3)将步骤2)所得的物料烘干至水份含量≤1.5％，然后进行粉磨和筛分，控制80μ m筛的筛上物≤15％，得到干粉状的生料；

4)将生料均化后进行预热分解，然后在水泥回转窑中进行高温煅烧，煅烧温度为 1350-1450℃，在进行高温煅烧时，控制水泥回转窑系统分解炉出口温度840℃；二次风 温1200℃；三次风温1000℃；篦冷机一段推动次数11-12次，得到熔融物料的比例占 26wt％时；最后经冷却机快速冷却至60-100℃得到硅酸盐熟料；冷却时间为20—30分 钟，fCao控制在0.5％至1.2％，熟料立升重控制1350±50克/升。