專利名稱:利用富氧礦物供氧特性的水泥熟料燒成方法
技術領域:
本發明涉及一種利用富氧礦物供氧特性的水泥熟料燒成方法。
背景技術:
我國是水泥生產大國,隨著國民經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高,對水泥的需求日益增加。水泥生產的關鍵是熟料的燒成。立窯生產水泥熟料的原料通常是石灰石、粘土或頁巖、鐵粉、礦化劑和無煙煤,按照工藝配方以一定的比例混合、粉磨、加水成球(對于立窯),在燒成器中于1400~1450℃煅燒而成(見《水泥工藝學》,中國建筑工業出版社,1986.7)。各種原料的配制比例即生料配方是根據其化學成分而定的。所配制的生料就化學成分而言,其重量百分比一般為CaO 65%、SiO222%、Al2O36%、Fe2O34%、其它成分如Na2O、K2O、CaF2等占3%。
立窯水泥熟料煅燒工藝采用鼓風機鼓風提供料球煅燒所需氧氣。氧氣通過擴散自料球表面逐漸深入料球內部燃燒,因此在料球表面屬富氧煅燒,球內由于受擴散控制,氧氣進入球內阻力較大。另一方面,空氣中的氧氣在深入料球內部時,受到了料球內部CaCO3分解出來的CO2外逸分壓的阻力。這樣就使內部變成貧氧煅燒,即還原燒成,燃燒速度慢,有時生燒造成熟料強度不高。同時,料球中的煤炭形成不完全燃燒造成熱損失。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用富氧礦物供氧特性的水泥熟料燒成方法。
它包括生料配制、粉磨、成球(立窯),在燒成器中于1400~1450℃煅燒形成水泥熟料,其特征在于生料的重量百分比配方為石灰石70~87%,富氧礦物尾礦3~12%,原煤9~12%,粘土0~11%,鐵粉0~3%。
富氧礦物的分子式為綠簾石CaFeAl2[SiO4][Si2O7]O(OH)↓弱陽—氧鍵包頸石BaLi(Ti,NbFe)8[(Si4O12)O16](Cl)↓
弱陽—氧鍵十字石Fe33+Al3[SiO4]O7(OH)↓弱陽—氧鍵燒成器為機立窯時采用球徑<5mm的小料球,機立窯采用深喇叭口小角度窯型,成“V”窯面塊燒。
本發明的優點1.原料易得廉價。除了水泥生產所用的常規原料石灰石、煤、鐵粉、礦化劑、粘土外,本發明所用的銅、鉛、鋅、錫尾礦全國各地均有(如浙江富陽鉛鋅礦尾礦、浙江建德銅礦尾礦、浙江臨安鉛鋅礦尾礦、安徽銅陵銅礦尾礦、廣東韶關凡口鉛鋅礦尾礦、廣東陸海豐錫尾礦等),且為選礦后排出的廢渣,目前尚未大量利用,只要在水泥廠合理運輸半徑內即可;2.配料易掌握。只要根據原生產所用原料及尾礦成分特性適當調整配方即可生產出合格的水泥熟料;3.工藝簡單。只需對立窯的喇叭口作適當改造,減小角度,喇叭口加深,同時調整成球盤角度,使之成小料球,其它生產工藝設備勿需改造;4.節能增產明顯。可降低煤耗5~10%,降低電耗10~15%,增產水泥5%以上。
具體實施例方式
本發明應用地質變質巖中的富氧礦物,利用其較低的陽—氧鍵能,高溫下容易分解的特性,用它代替傳統的粘土原料配入水泥生料,達到立窯燒制水泥熟料的料球內部供氧,形成內部貧氧煅燒變富氧煅燒,提高立窯熟料產量和質量;在回轉窯中形成自激供氧,使SiO2粘度降低,達到反應完善,形成低能耗高質高產。
銅、鉛、鋅、錫礦尾礦是銅、鉛、鋅、錫礦開采選礦過程中排出的廢棄物,它是一種變質巖。變質巖是從地殼動力、巖漿熱力為基本能量形成的一類由變質礦物組成的巖石,所謂變是把原來的母巖—沉積巖、巖漿巖、變質巖,根據地能的大小力度,通過壓合、壓溶、分解、溶離、交待、重組等形式形成新的復雜的變質礦物,由于它的成分、結構復雜,作用力的有限性,因而對有些礦物陽—氧鍵沒有達到穩定位,產生弱鍵能特性,例如
變質礦物、綠簾石Ca2(Fe3+,Al)3[SiO4][Si2O7]O(OH)2↓弱陽—氧鍵包頸石BaLi(Ti,NbFe)8[(Si4O12)O16](Cl)↓弱陽—氧鍵十字石Fe33+Al3[SiO4]O7(OH)↓弱陽—氧鍵銅、鉛、鋅、錫礦尾礦中富氧礦物的放氧反應在600~800℃下,綠簾石的放氧反應
生成物鈣鋁石榴石Ca2Al2[Si4]3和鈣長石Ca[Al2SiO3]在繼續煅燒過程中最后分解成硅酸鈣和硅酸鋁,而Fe2O3可代替鐵粉原料,放出的O2供料球內燃料燃燒。在500~600℃下,十字石的放氧反應
反應物中的Fe3O4、SiO2為水泥原料中的鐵、硅質原料,生成物中的Fe3Al3[SiO4]進一步分解成為水泥的Fe質、Al質、Si質成分,放出的氧供料球內部燃燒。
對于立窯,采用變質巖銅、鉛、鋅、錫尾礦代替粘土配料或作礦化劑,料球內CaCO3分解出來的CO2遇到高溫強還原的煤炭細料,形成CO,CO由尾礦中富氧礦物分解放氧來的O2結合變成CO2達到燃燒完全,在加快燒成反應,提高熱效率的同時提高了水泥熟料的質量。
在回轉窯上可以用來解聚SiO2的Si-O結構。水泥原料中最重要的成分為SiO2,用粘土配料時,粘土中的SiO2熔點很高,在水泥熟料燒成溫度1300~1500℃不會熔,只能在Fe、Al液中溶出。然而Si-O結構在自然巖礦(水泥原料中)是多種多樣的,不同的Si-O結構有不同的熔點,不同的熔溶粘度和活性,但燒水泥必須把多樣的Si-O結構解聚割裂成簡單的[SiO4]4-的Si-O四面體才能反應生成3CaO·SiO2、2CaO·SiO2兩種水泥熟料的主要礦物。要解聚割裂復雜的Si-O結構體,采用銅、鉛、鋅、錫尾礦代替粘土及其沖氧是一個新的方法,可以把Si-O結構打開。例如Si-O的鏈狀結構
反應式 硅酸鹽原料中硅結構+巖礦供氧→形成水泥熟料的Si-O結構體這樣一個巖礦供氧的內部沖氧過程,可以使熟料燒成窯燒成效率提高,煤耗降低。
本發明實施方式很簡單,條件是在水泥生產企業附近合理運輸半徑內有銅、鉛、鋅、錫尾礦資源,只需對立窯的喇叭口作適當改造,減小角度,喇叭口加深,同時調整成球盤角度,使之成小料球,其它生產工藝設備勿需改造,只要調整原料工藝配方即可。具體實施步驟如下1.調研尾礦資源情況,并取樣進行化學成分分析和礦物成分分析;2.根據尾礦化學成分和礦物成分特性,調整原料工藝配方,確定尾礦在原料中的配比;3.根據燒成的熟料的物化特性指標(如游離氧化鈣含量、抗折抗壓強度等)和節能增產效果逐步調整尾礦的摻量至合理比例,一般可在重量比3~12%范圍內調整。
實施例1浙江臨安上甘水泥有限公司,立窯設計生產能力8萬噸/年,采用高、低品位石灰石搭配,摻入浙江富陽鉛鋅尾礦代粘土和礦化劑,對立窯的喇叭口作適當改造,減小角度,喇叭口加深,同時調整成球盤角度,使之成小料球,形成“V”型窯面快燒。生料原料配比為石灰石87%,尾礦3%,原煤10%。熟料燒成熱耗從應用尾礦前的1100~1200kcal/kg降到900kcal/kg,降幅達22%,產量提高20%,自2004年3月開始一直穩定運行,年節標準煤2500噸,年增水泥產量1.6萬噸。
實施例2湖南白沙礦務局水泥廠,2臺立窯,設計生產能力2×10萬噸/年。投產后一直未能達產,兩臺窯實際產量僅12萬噸/年。自2004年5月,通過工藝配方調整,采用高、低品位石灰石搭配,并摻入當地鉛鋅尾礦代粘土和作礦化劑,同時對立窯的喇叭口作適當改造,減小角度,喇叭口加深,調整成球盤角度,使之成小料球,形成“V”型窯面快燒。生料原料配比為石灰石80%,尾礦6%,原煤12%,鐵粉2%。熟料燒成熱耗從應用尾礦前的1150kcal/kg降到920kcal/kg,降幅達20%,產量達到18萬噸,增產幅度達50%,年節標準煤4900噸,年增水泥產量6萬噸。
實施例3廣東惠東水泥廠,立窯設計生產能力分別為2×10萬噸/年,采用廣東海陸豐錫尾礦作礦化劑,同時對立窯的喇叭口作適當改造,減小角度,喇叭口加深,調整成球盤角度,使之成小料球,形成“V”型窯面快燒。生料原料配比為石灰石70%,尾礦7%,原煤9%,粘土11%,鐵粉3%,產量獲得很大提高,煤耗也大幅度降低,φ3×10m機立窯臺時產量僅10噸,應用尾礦后達到12噸,煤耗從4600kJ/kg(1100kcal/kg)降低到3135kJ/kg(750kcal/kg),尤其是立窯風機電流降低了三分之一,說明風機供氧量減少,燒成需要的氧氣部分由尾礦中富氧礦物提供。
實施例4廣東惠陽水泥廠,立窯設計生產能力分別為10萬噸/年,采用廣東海陸豐錫尾礦作礦化劑,同時對立窯的喇叭口作適當改造,減小角度,喇叭口加深,調整成球盤角度,使之成小料球,形成“V”型窯面快燒。生料原料配比為石灰石75%,尾礦8%,原煤9%,粘土5%,鐵粉3%,產量獲得很大提高,立窯臺時產量從10噸提高到12噸,煤耗也大幅度降低,從4577kJ/kg(1095kcal/kg)降低到3135kJ/kg(750kcal/kg)。
實施例5甘肅白銀市銀海水泥廠,立窯設計生產能力5萬噸/年,原生產原料用粘土與高中品位石灰石搭配,改用當地白銀市鉛鋅尾礦代替粘土,同時對立窯的喇叭口作適當改造,減小角度,喇叭口加深,調整成球盤角度,使之成小料球,形成“V”型窯面快燒。生料原料配比為石灰石76%,尾礦12%,原煤11%,鐵粉1%,情況發生突變,變得很好燒,上火快產量高,煤耗小,一臺年產5萬噸水泥的φ2.3×8.5m窯,提高到7萬噸,煤耗原160公斤標煤/噸熟料降到130公斤標煤/噸熟料,收到很好的應用效果。
權利要求
1.一種利用富氧礦物供氧特性的水泥熟料燒成方法,它包括生料配制、粉磨、成球,在燒成器中于1400~1450℃煅燒形成水泥熟料,其特征在于生料的重量百分比配方為石灰石70~87%,富氧礦物尾礦3~12%,原煤9~12%,粘土0~11%,鐵粉0~3%。
2.根據權利要求1所述的一種利用富氧礦物供氧特性的水泥熟料燒成方法,其特征在于所述的富氧礦物的分子式為綠簾石 包頸石 十字石
3.根據權利要求1所述的一種利用富氧礦物供氧特性的水泥熟料燒成方法,其特征在于所述的燒成器為機立窯時采用球徑<5mm的小料球,機立窯采用深喇叭口小角度窯型,成“V”窯面塊燒。
全文摘要
本發明公開了一種利用富氧礦物供氧特性的水泥熟料燒成方法。它包括生料配制、粉磨、成球,在燒成器中于1400~1450℃煅燒形成水泥熟料,其生料的重量百分比配方為石灰石70~87%,富氧礦物尾礦3~12%,原煤9~12%,粘土0~11%,鐵粉0~3%。它在不改變水泥生產工藝設備和工藝流程的情況下,通過調整原料工藝配方,摻入適量銅、鉛、鋅、錫尾礦,利用尾礦中的富氧礦物綠簾石、包頸石、十字石等,在低溫(500~800℃)下即能分解放出氧氣的特性,使水泥生料球形成里應外合的燃燒,加快熟料燒成反應,使燃料充分燃燼,在提高熟料質量的同時,節約能耗,增加水泥產量。本發明實施簡單,原料易得,節能顯著,增產效果好。
文檔編號C04B7/14GK1657468SQ20051004920
公開日2005年8月24日 申請日期2005年1月24日 優先權日2005年1月24日
發明者傅圣勇, 施正倫, 方夢祥, 駱仲泱, 楊國建, 王勤輝, 徐國飛, 王樹榮, 俞百川, 程樂鳴, 袁小琴, 周勁松, 倪明江, 岑可法 申請人:浙江大學