一种以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料及其煅烧方法

摘要

本发明一种以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料及其煅烧方法，水泥熟料包括原料和燃料，原料包括：石灰石79.8～85.7份，砂岩1.9～3.1份，煤矸石4.7～3.9份，铁矿尾矿5.3～5.5份，稻壳8.3～1.8份；燃料包括：煤4.5～8.1份，稻壳9.0～1.8份。其制法为：取石灰石，砂岩，煤矸石和铁矿尾矿，粉磨均化后，混合成原料粉；原料粉预热分解，加入稻壳；煤经处理，加入分解后原料中，煅烧成煅烧熟料，冷却形成以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料。本发明中稻壳用作原燃料煅烧水泥，采用现有水泥厂生产设备，稻壳在分解炉口加入，即可煅烧出达标水泥熟料，降低矿物资源使用量，且减少稻壳废弃量，节约资源、降低二氧化碳排放，起到保护环境的作用。

说明书

技术领域：

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料及其煅烧方法。

背景技术：

作为建筑工业三大基础材料之一的水泥，其产量也随着建筑业的发展而不断增长。水泥工业是资源和能源消耗型工业，水泥是由水泥熟料加适量石膏，有时还加适量混合材料共同磨细制成的，水泥熟料生产的主要原燃料为石灰石、硅质原料(例如粘土)和煤，这些都是不可再生的天然矿物资源。

资源和环境是人类发展的两大主题，人类需降低资源消耗、保护环境、保护地球。建材行业作为国民经济重要基础，却是高能耗、高排放的行业。其中，水泥行业是资源消耗巨大、温室气体排放严重超标的大户之一。因此找到新的材料、新的工艺来减少水泥工业对资源的消耗以及环境的污染势在必行。

稻壳是水稻加工成大米后剩下的主要副产品，稻壳约占稻谷籽粒重量的20％。每年我国稻谷产量在2亿吨左右，产生稻壳的量约为4000万吨。

稻壳中含有的粗蛋白、粗脂肪等营养物质非常的少，既无法给动物提供能量也无法提供蛋白质，而且还含有大量的植物纤维，直接喂给动物，动物难以消化，从而造成肠胃不适，因此稻壳无法作为动物饲料主要的原料。在农村，稻壳的传统处理方式是不分离稻壳和稻草，将混合物晒干放在炉膛中当做燃料进行燃烧用于烧水做饭或者烧炕，烧剩的灰烬则可以用作人畜粪便的吸附剂，最后还可以用作肥料返回田间，但是当稻壳总量较多时，这种做法就不再适用了。通常稻壳总量较多时会直接在田间掩埋或者焚烧，稻壳燃烧会产生CO₂，且焚烧产生的稻壳灰会随风扬起向周围飘散，所以这种做法不但占用了土地资源而且还污染环境，造成环境压力，目前，我国处理垃圾，每吨需要成本50～150元。

随着科学技术的进步，人们逐渐意识到稻壳的潜在价值，稻壳发电就是例子，2t的稻壳可产生相当于1t标准煤的热量，2～3kg的稻壳可以发电1kW·h，但稻壳发电会产生粉煤灰，需要作二次处理。即使少量稻壳用作发电，稻壳的利用率仍然很低，还无法消除稻壳对环境所造成的巨大压力。

发明内容：

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料及其煅烧方法。该发明利用稻壳作为生产硅酸盐水泥熟料的原料之一，替代部分粘土质原料和部分煤，煅烧水泥熟料，不仅可以降低矿物资源的使用量，而且可以减少直接焚烧的稻壳量，从而节约资源、降低二氧化碳的排放，起到保护环境的作用。而且，稻壳用于水泥生产，不会像用于发电产生飞灰等二次废弃物，而是直接成为水泥熟料，一次环保到位。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料，包括原料和燃料，其中：

原料包括的组分及其质量份数为：

石灰石79.8～85.7份，

砂岩1.9～3.1份，

煤矸石4.7～3.9份，

铁矿尾矿5.3～5.5份，

稻壳8.3～1.8份；

燃料包括的组分及其质量份数为：

煤4.5～8.1份，

稻壳9.0～1.8份。

所述的一种以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料，原料包括的组分及其质量份数为：

石灰石85.7份，

砂岩3.1份，

煤矸石3.9份，

铁矿尾矿5.5份，

稻壳1.8份；

燃料包括的组分及其质量份数为：

煤8.1份，

稻壳1.8份。

所述的一种以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料，原料包括的组分及其质量份数为：

石灰石82.6份，

砂岩2.6份，

煤矸石4.3份，

铁矿尾矿5.4份，

稻壳5.1份；

燃料包括的组分及其质量份数为：

煤6.3份，

稻壳5.4份。

所述的一种以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料，原料包括的组分及其质量份数为：

石灰石79.8份，

砂岩1.9份，

煤矸石4.7份，

铁矿尾矿5.3份，

稻壳8.3份；

燃料包括的组分及其质量份数为：

煤4.5份，稻壳9.0份。

所述的以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料，其煅烧方法包括以下步骤：

(1)原料制备：按成分配比，取石灰石，砂岩，煤矸石和铁矿尾矿，分别进行破碎、粉磨、均化后，混合均匀，形成原料粉；

(2)预热：将原料粉进行预热，形成预热后原料；其中，预热温度为150～700℃，预热时间为1～3min；

(3)分解：将预热后原料进行分解，形成分解后原料；其中，分解温度为820～900℃，分解时间为4～10s；

(4)稻壳加入：按配比，向分解后原料中加入稻壳；

(5)煤粉制备：按成分配比，取煤，将其粉磨后，进行均化处理，形成煤粉；

(6)熟料煅烧：将煤粉加入分解后原料中，进行煅烧，生成煅烧熟料；其中，煅烧温度为1350～1450℃，煅烧时间为8～15min；

(7)熟料冷却：煅烧熟料经冷却形成以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料。

所述的步骤(1)中，石灰石，砂岩，煤矸石和铁矿尾矿经粉磨后过0.08mm方孔筛筛余7～9％，过0.02mm筛筛余≤1.0％。

将水泥熟料与3％以下的石膏，配料混合后，经过粉磨得到水泥。

所述的以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料的煅烧方法，采用的设备为干法水泥窑。

所述的干法水泥窑中包括分解炉。

所述的步骤(4)中，稻壳为原料稻壳和燃料稻壳，稻壳加入方式为：由鼓风机，通过分解炉口吹入。

所述的步骤(4)中，稻壳为辽宁省产的水稻稻壳，稻壳低位热值10850kJ/kg，稻壳灰分80％。

所述的步骤(5)中，煤为烟煤，煤低位热值21700kJ/kg，煤灰分19％，煤经粉磨后过0.08mm方筛筛余≤12％。

所述的步骤(7)中，以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料的率值为：

KH＝0.89～0.91

SM＝2.69～2.71

IM＝1.49～1.51

本发明所述的以稻壳为原燃料煅烧的水泥的煅烧方法，采用现有水泥厂的生产工艺和设备，将各组分按质量配比，按现有工艺流程喂料，与现有工艺的不同之处在于：稻壳在分解炉口加入，即可煅烧出符合国家标准的水泥熟料，再加入石膏则可生产出水泥。

本发明的有益效果：

(1)本发明利用稻壳作为生产硅酸盐水泥熟料的一种原燃料，替代部分粘土质原料和部分煤煅烧水泥熟料，不仅可以降低矿物资源的使用量，而且可以减少直接焚烧的稻壳量，从而节约资源、降低CO₂的排放，起到保护环境的作用。

(2)稻壳用于水泥生产，不同于用于发电产生飞灰等二次废弃物，而是直接成为水泥熟料，一次环保到位。

(3)稻壳是农业废弃物，其成本主要是运输成本。稻壳作为燃料无需均化、不需粉磨，可直接喂料。将稻壳作为原燃料用于水泥熟料生产，具有显著的社会经济效益。

(4)煅烧过程中，加入既作为原料也作为燃料的稻壳，进行水泥熟料煅烧，稻壳作为原燃料无需经过常规原料或燃料的破碎、粉磨、均化以及预热分解的过程就能达到生产要求，简化流程，节约成本。

附图说明：

图1为本发明以稻壳为原燃料煅烧水泥熟料的煅烧方法工艺流程图。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

以下实施例1～3采用的石灰石、砂岩、煤矸石、铁矿尾矿的化学成分如表1所示；

煤为烟煤，煤低位热值21700kJ/kg，煤灰分19％；

稻壳为辽宁省产的水稻稻壳，稻壳低位热值10850kJ/kg，稻壳灰分80％，稻壳成分如表2所示；

实施例1～3采用的设备为干法水泥窑，干法水泥窑中包括分解炉；

实施例1～3的以稻壳为原燃料煅烧水泥熟料的煅烧方法工艺流程图，如图1所示。

实施例1

一种以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料，包括原料和燃料，其中：原料包括的组分及其质量份数为：

石灰石85.7份，

砂岩3.1份，

煤矸石3.9份，

铁矿尾矿5.5份，

稻壳1.8份；

燃料包括的组分及其质量份数为：

煤8.1份，稻壳1.8份。

该以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料的煅烧方法包括以下步骤：

(1)原料制备：按成分配比，取石灰石，砂岩，煤矸石和铁矿尾矿，分别进行破碎、粉磨后过0.08mm方孔筛筛余8％，过0.02mm筛筛余≤1.0％，之后进行均化处理，并混合均匀，形成原料粉；

(2)预热：将原料粉进行预热，预热温度为500℃，预热时间为2min，形成预热后原料；

(3)分解：将预热后原料进行分解，分解温度为850℃，分解时间为7s，形成分解后原料；

(4)煤粉制备：按成分配比，取煤，将其粉磨至过0.08mm方筛筛余≤12％，之后进行均化处理，形成煤粉；

(5)稻壳加入：按配比，由鼓风机，通过干法水泥窑的分解炉口向分解后原料中吹入原料稻壳和燃料稻壳；

(6)熟料煅烧：将煤粉加入分解后原料中，进行煅烧，煅烧温度为1400℃，煅烧时间为12min，生成煅烧熟料；

(7)熟料冷却：煅烧熟料经冷却形成以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料，水泥熟料的率值为：KH＝0.89，SM＝2.7，IM＝1.49。

本实施例煅烧的水泥熟料性能测试结果如表3所示。

实施例2

一种以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料，包括原料和燃料，其中：原料包括的组分及其质量份数为：

石灰石82.6份，

砂岩2.6份，

煤矸石4.3份，

铁矿尾矿5.4份，

稻壳5.1份；

燃料包括的组分及其质量份数为：

煤6.3份，稻壳5.4份。

该以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料的煅烧方法包括以下步骤：

(1)原料制备：按成分配比，取石灰石，砂岩，煤矸石和铁矿尾矿，分别进行破碎、粉磨后过0.08mm方孔筛筛余7％，过0.02mm筛筛余≤1.0％，之后进行均化处理，并混合均匀，形成原料粉；

(2)预热：将原料粉进行预热，预热温度为150℃，预热时间为3min，形成预热后原料；

(3)分解：将预热后原料进行分解，分解温度为820℃，分解时间为10s，形成分解后原料；

(4)煤粉制备：按成分配比，取煤，将其粉磨至过0.08mm方筛筛余≤12％，之后进行均化处理，形成煤粉；

(5)稻壳加入：按配比，由鼓风机，通过干法水泥窑的分解炉口向分解后原料中吹入原料稻壳和燃料稻壳；

(6)熟料煅烧：将煤粉加入分解后原料中，进行煅烧，煅烧温度为1350℃，煅烧时间为15min，生成煅烧熟料；

(7)熟料冷却：煅烧熟料经冷却形成以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料，水泥熟料的率值为：KH＝0.9，SM＝2.69，IM＝1.51。

本实施例煅烧的水泥熟料性能测试结果如表4所示。

实施例3

一种以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料，包括原料和燃料，其中：原料包括的组分及其质量份数为：

石灰石79.8份，

砂岩1.9份，

煤矸石4.7份，

铁矿尾矿5.3份，

稻壳8.3份；

燃料包括的组分及其质量份数为：

煤4.5份，稻壳9.0份。

该以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料的煅烧方法包括以下步骤：

(1)原料制备：按成分配比，取石灰石，砂岩，煤矸石和铁矿尾矿，分别进行破碎、粉磨后过0.08mm方孔筛筛余9％，过0.02mm筛筛余≤1.0％，之后进行均化处理，并混合均匀，形成原料粉；

(2)预热：将原料粉进行预热，预热温度为700℃，预热时间为1min，形成预热后原料；

(3)分解：将预热后原料进行分解，分解温度为900℃，分解时间为4s，形成分解后原料；

(4)煤粉制备：按成分配比，取煤，将其粉磨至过0.08mm方筛筛余≤12％，之后进行均化处理，形成煤粉；

(5)稻壳加入：按配比，由鼓风机，通过干法水泥窑的分解炉口向分解后原料中吹入原料稻壳和燃料稻壳；

(6)熟料煅烧：将煤粉加入分解后原料中，进行煅烧，煅烧温度为1450℃，煅烧时间为8min，生成煅烧熟料；

(7)熟料冷却：煅烧熟料经冷却形成以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料，水泥熟料的率值为：KH＝0.91，SM＝2.71，IM＝1.5。

本实施例煅烧的水泥熟料性能测试结果如表5所示。

表1石灰石、砂岩、煤矸石、铁矿尾矿的化学成分

项目烧失量SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaOMgOK₂ONa₂OSO₃Cl^-其他石灰石39.365.631.890.9547.362.510.500.070.2000.0031.527砂岩1.1890.003.561.651.600.780.420.360.3500.0020.098煤矸石24.0341.2521.528.101.161.070.630.390.2000.0061.644铁矿尾矿3.5766.364.3613.325.834.420.780.600.1500.0150.595

表2稻壳成分表(重量％)

烧失量SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO其他80.216.50.40.10.22.6

表3实施例1以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料性能测试结果

表4实施例2以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料性能测试结果

表5实施例3以稻壳为原燃料煅烧的水泥熟料性能测试结果

注：表3、表4及表5中：

1.国家标准为：《中华人民共和国国家标准GB/T 21372-2008硅酸盐水泥熟料》；

2.C₃S为硅酸三钙，C₂S为硅酸二钙。