專利名稱：銅、鉛鋅尾礦中二氧化硅活性調(diào)整的水泥熟料燒成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅、鉛鋅尾礦中二氧化硅活性調(diào)整的水泥熟料燒成方法。
背景技術(shù)：
我國是水泥生產(chǎn)大國，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)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(chǎn)的關(guān)鍵是熟料的燒成。立窯生產(chǎn)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，在燒成器(立窯)中于1400～1450℃煅燒而成(見《水泥工藝學(xué)》，中國建筑工業(yè)出版社，1986.7)。各種原料的配制比例即生料配方是根據(jù)其化學(xué)成分而定的。所配制的生料就化學(xué)成分而言，其重量百分比一般為CaO(占65％)、SiO222％、Al2O36％、Fe2O34％、其它成分如Na2O、K2O、CaF2等占3％。
對于SiO2，從化學(xué)活性評價(jià)，它是CaO(主要來自石灰石)、SiO2(主要來自粘土、煤灰)、Al2O3(主要來自粘土或頁巖)、Fe2O3(主要來自鐵粉)四個(gè)成分中最惰性最關(guān)鍵的成分，是形成水泥熟料主要強(qiáng)度礦物3CaO·SiO2，2CaO·SiO2的主體。所謂主體主要指①SiO2在水泥熟料燒成溫度條件下，不會分解，不會熔解。②SiO2的結(jié)構(gòu)特性決定了熔溶粘度很大，阻礙其本身的自行擴(kuò)散和體系內(nèi)的CaO、Fe2O3、Al2O3的擴(kuò)散。③要參與熟料礦物3CaO·SiO2，2CaO·SiO2反應(yīng)必須是單離子的[SiO4]4-，而SiO2的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要解聚成[SiO4]4-很難。④SiO2在水泥熟料燒成中的溶出溫度與CaO的活性溫度不在同步范疇，因而形成了高能耗矛盾。所以SiO2在水泥燒成中處于主體成分地位，它的活性在熟料燒成中起著舉足輕重的作用。傳統(tǒng)水泥燒成用化學(xué)成分配方時(shí)，掩蓋了SiO2本質(zhì)的內(nèi)涵，從而使水泥燒成能耗居高不下。
水泥生產(chǎn)傳統(tǒng)原料SiO2主要取自粘土，粘土的主要礦物組成為石英和高嶺土。SiO2石英是熔點(diǎn)最高，粘度最大的架狀結(jié)構(gòu)[SiO4]0。高岑土Al4[Si4O10]，它的[Si4O10]4-是層狀高熔點(diǎn)高粘度結(jié)構(gòu)體。不管用何種粘土原料，原料中必定有Si-O結(jié)構(gòu)體，只是Si-O結(jié)構(gòu)狀況不同而異。例如變質(zhì)巖原料中的SiO2，其結(jié)構(gòu)有簡單的[Si4O10]4-、[Si2O7]0-島狀結(jié)構(gòu)；巖漿巖原料中有[Si3O9]6-、[Si4O12]8-、[Si6O18]12-的環(huán)狀結(jié)構(gòu)及[Si2O6]4-、[Si4O11]6-的鏈狀結(jié)構(gòu)；沉積巖(包括粘土)原料中多[Si4O10]4-層狀結(jié)構(gòu)和[SiO2]0架狀結(jié)構(gòu)。SiO2的粘度、結(jié)構(gòu)見下表。
鐵鋁榴石Fe3Al2[SiO4]3、綠簾石CaFeAl2[SiO4][Si2O7]O(OH)，低粘度的環(huán)狀結(jié)構(gòu)蘭錐石BaLi[(TiSi)O9]、包頭石BaLi(Ti、Nb、Fe)8[Si4O12]O16(Cl)、綠栓石Ba3Al2[Si6O18]，中等粘度的鏈狀結(jié)構(gòu)普通輝石(CaO Mg Fe2+)(Fe3+Al2)[(AlSi)2O6]、透閃石Ca2Mg5[(Si4O11)O2](OH)2

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種銅、鉛鋅尾礦中二氧化硅活性調(diào)整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，其特征在于所述生料的重量百分比配方為石灰石78～84％，原煤9～11％，尾礦硅質(zhì)材料3～8％，二氧化硅解聚礦化劑1～3％。
二氧化硅解聚礦化劑的分子式為鐵鋁榴石Fe3Al2[SiO4]3、綠簾石CaFeAl2[SiO4][SiO4]O(OH)、蘭錐石BaLi[(TiSi)O9]、包頭石BaLi(Ti、Nb、Fe)8[Si4O12]O16(Cl)、綠栓石Ba3Al2[Si6O18]、氟化鈣CaF2。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.原料易得廉價(jià)。除了水泥生產(chǎn)所用的常規(guī)原料石灰石、煤、鐵粉、礦化劑、粘土外，本發(fā)明所用的銅、鉛鋅尾礦全國各地均有(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(guān)凡口鉛鋅礦尾礦等)，且為銅、鉛鋅礦選礦后排出的廢渣，目前尚未大量利用，只要在水泥廠合理運(yùn)輸半徑內(nèi)即可；2.配料易掌握。只要根據(jù)原生產(chǎn)所用原料及尾礦成分特性適當(dāng)調(diào)整配方即可生產(chǎn)出合格的水泥熟料；3.工藝簡單。勿需對原生產(chǎn)工藝設(shè)備進(jìn)行改造；4.節(jié)能增產(chǎn)明顯。可降低能耗15％以上，增產(chǎn)熟料10％以上。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明著重抓住SiO2的Si-O結(jié)構(gòu)本質(zhì)，尋找和利用原料中的Si-O結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)特性，合理配制水泥原料，設(shè)法解聚Si-O結(jié)構(gòu)體以促進(jìn)其活性，達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)目的。
從上表可以看出，凡是簡單的、低熔點(diǎn)、低粘度的Si-O結(jié)構(gòu)體硅酸鹽礦物都在變質(zhì)巖類中，而變質(zhì)巖類主要集中在巖漿后期熱液變質(zhì)的各種變質(zhì)巖中，銅、鉛鋅礦床就產(chǎn)于這類變質(zhì)巖中，因此這類礦床的選礦尾礦是本發(fā)明選擇的Si-O結(jié)構(gòu)低熔點(diǎn)、低粘度的主要Si質(zhì)原料。選用銅、鉛鋅尾礦中的硅酸鹽礦Si-O結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)作用是SiO2都是低粘度高活性Si-O結(jié)構(gòu)體[SiO4]4-、[Si2O7]6-。第二個(gè)作用是銅、鉛鋅尾礦的硅酸鹽礦物Si-O結(jié)構(gòu)體都是低熔點(diǎn)易解聚結(jié)構(gòu)礦物體。水泥化學(xué)中生成3CaO·SiO2，2CaO·SiO2礦物必須是解聚出的[SiO4]4-參加反應(yīng)，而像上表中島狀結(jié)構(gòu)礦物，只要一分解就出現(xiàn)[SiO4]4-，而雙體[Si2O7]6-實(shí)際是[SiO3-O-SiO3]6-的結(jié)構(gòu)，只要加入一個(gè)解聚因子(O)，就能將雙體拉開，用巖礦供氧因子供氧即可達(dá)此目的。如果水泥熟料燒成用傳統(tǒng)配料粘土中的SiO2石英，它是架狀的三維結(jié)構(gòu)，要解聚一個(gè)[SiO4]4-必須要提供四個(gè)解聚因子，即要四個(gè)氧，供氧量增加，勢必導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電耗增加。其次架狀結(jié)構(gòu)體的Si-O鍵結(jié)合能力強(qiáng)，要弱化它必須提供較大能量，才能打開Si-O鍵，與CaO化合。
SiO2活性的調(diào)整。銅、鉛鋅尾礦中有較多的富氧礦物、一價(jià)元素和高潛能礦物。尾礦中的富氧礦物和Si-O結(jié)構(gòu)體一體存在，如綠簾石Ca2(Al，F(xiàn)e)3[Si2O7][SiO4]O(OH)2，在分解放氧過程中，內(nèi)部把O直接沖入[Si2O7]6-絡(luò)陰離子團(tuán)將雙體島狀結(jié)構(gòu)打開成2個(gè)[SiO4]4--
一價(jià)元素在銅、鉛鋅尾礦也出現(xiàn)很多，如矽卡變質(zhì)巖的尾礦常有CaF2，它是一種礦化劑，CaF2的F是一價(jià)元素。銅、鉛鋅尾礦中還有很多礦物含有(OH)-及H2O。這些礦物都可用來解聚Si-O結(jié)構(gòu)體
所以本發(fā)明利用尾礦中原生的礦物特性來調(diào)整二氧化硅活性。
本發(fā)明實(shí)施方式很簡單，條件是在水泥生產(chǎn)企業(yè)附近合理運(yùn)輸半徑內(nèi)有銅、鉛鋅尾礦資源，通常勿需改造原生產(chǎn)工藝設(shè)備和工藝流程，只要調(diào)整原料工藝配方即可。具體實(shí)施步驟如下1.調(diào)研尾礦資源情況，并取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析和礦物成分分析；2.根據(jù)尾礦化學(xué)成分和礦物成分特性，調(diào)整原料工藝配方，確定尾礦在原料中的配比；3.根據(jù)燒成的熟料的物化特性指標(biāo)(如游離氧化鈣含量、抗折抗壓強(qiáng)度等)逐步調(diào)整尾礦的摻量至合理比例，一般可在重量比3～8％范圍內(nèi)調(diào)整。
實(shí)施例1浙江臨安上甘水泥有限公司，立窯設(shè)計(jì)生產(chǎn)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，生料原料配比為石灰石84％，尾礦硅質(zhì)材料3％，二氧化硅解聚礦化劑3％，原煤10％。熟料燒成熱耗從應(yīng)用尾礦前的4598～5016kJ/kg(1100～1200kcal/kg)降到3762kJ/kg(900kcal/kg)，降幅達(dá)22％，產(chǎn)量提高20％，自2004年3月開始一直穩(wěn)定運(yùn)行，年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤2500噸，年增水泥產(chǎn)量1.6萬噸。
實(shí)施例2浙江臨安三鑫水泥有限公司，立窯設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力6萬噸/年，采用低品位石灰石，浙江富陽鉛鋅尾礦代粘土和礦化劑，生料原料配比為石灰石82％，尾礦硅質(zhì)材料8％，二氧化硅解聚礦化劑1％，原煤9％。熟料燒成熱耗從應(yīng)用尾礦前的5016kJ/kg(1200kcal/kg)降到3135kJ/kg(750kcal/kg)，降幅達(dá)37.5％，立窯臺時(shí)產(chǎn)量從4.5噸增加到7噸，增幅達(dá)55％，已穩(wěn)定運(yùn)行一年多，年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤3600噸，年增水泥產(chǎn)量2.3萬噸。
實(shí)施例3湖南白沙礦務(wù)局水泥廠，2臺立窯，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2×10萬噸/年。投產(chǎn)后一直未能達(dá)產(chǎn)，兩臺窯實(shí)際產(chǎn)量僅12萬噸/年。自2004年5月，通過工藝配方調(diào)整，采用高、低品位石灰石搭配，并摻入當(dāng)?shù)劂U鋅尾礦代粘土和作礦化劑，生料原料配比為石灰石78％，尾礦硅質(zhì)材料8％，二氧化硅解聚礦化劑3％，原煤11％。熟料燒成熱耗從應(yīng)用尾礦前的1150kcal/kg降到920kcal/kg，降幅達(dá)20％，產(chǎn)量達(dá)到18萬噸，增產(chǎn)幅度達(dá)50％，年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤4900噸，年增水泥產(chǎn)量6萬噸。
實(shí)施例4江西貴溪市水泥廠(8萬噸/年規(guī)模)，原來用CaO50％的石灰石配粘土和沸騰爐渣，產(chǎn)量不高，熱耗高達(dá)5016kJ/kg(1200kcal/kg)。采用弋陽銅尾礦代替粘土，因弋陽銅礦尾礦是熱液侵入到基性巖中，這些巖石中礦物SiO2溶出溫度很低，使尾礦中SiO2溶出點(diǎn)與石灰石分解點(diǎn)基本吻合，原料配比為石灰石84％，尾礦硅質(zhì)材料4％，二氧化硅解聚礦化劑3％，原煤9％，熟料燒成熱耗從5016kJ/kg(1200kcal/kg)降到2508kJ/kg(600kcal/kg)，立窯臺時(shí)產(chǎn)量提高了1.5噸。
權(quán)利要求
1.一種銅、鉛鋅尾礦中二氧化硅活性調(diào)整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，其特征在于所述生料的重量百分比配方為石灰石78～84％，原煤9～11％，尾礦硅質(zhì)材料3～8％，二氧化硅解聚礦化劑1～3％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅、鉛鋅尾礦中二氧化硅活性調(diào)整的水泥熟料燒成方法，其特征在于所述的二氧化硅解聚礦化劑的分子式為鐵鋁榴石Fe3Al2[SiO4]3、綠簾石CaFeAl2[SiO4][SiO4]O(OH)、蘭錐石BaLi[(TiSi)O9]、包頭石BaLi(Ti、Nb、Fe)8[Si4O12]O16(Cl)、綠栓石Ba3Al2[Si6O18]、氟化鈣CaF2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銅、鉛鋅尾礦中二氧化硅活性調(diào)整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78～84％，原煤9～11％，尾礦硅質(zhì)材料3～8％，二氧化硅解聚礦化劑1～3％。它在不改變工藝設(shè)備和工藝流程的情況下，通過調(diào)整原料工藝配方，摻入適量銅、鉛鋅尾礦，利用尾礦中的富氧礦物、一價(jià)元素和高潛能礦物對二氧化硅的解聚作用，提高二氧化硅與氧化鈣進(jìn)行硅酸鹽礦物生成反應(yīng)的活性，加快反應(yīng)速度，從而起到節(jié)能降耗增產(chǎn)的效果。本發(fā)明實(shí)施簡單，節(jié)能顯著，增產(chǎn)幅度大。
文檔編號C04B7/14GK1657466SQ20051004920
公開日2005年8月24日 申請日期2005年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者駱仲泱, 施正倫, 傅圣勇, 施正展, 楊國建, 方夢祥, 周勁松, 袁小琴, 王勤輝, 高翔, 王樹榮, 余春江, 倪明江, 岑可法 申請人:浙江大學(xué)