專利名稱：：一種在機立窯上煅燒的水泥熟料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，尤其是一種由工業(yè)廢渣全部代替不可再生性原料在機立窯上煅燒優(yōu)質(zhì)水泥熟料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：水泥屬建筑行業(yè)的必備材料，通用硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成為硅酸三鈣(3Ca0.Si02)、硅酸二鈣(2CaOSi02)鋁酸三鈣(3CaO.A1203)、鐵鋁酸四釣(4CaO.A1203.Fe203))。其氧化物主要有四種，即氧化鈣(CaO)、氧化硅(Si02)、氧化鋁(A1203)、氧化鐵(Fe2(U。各氧化物的含量對水泥性質(zhì)有十分重要的影響，所以在制備生料時需尋找合適的原料以滿足要求。但在自然界里，很難找到單一原料能完全符合生產(chǎn)水泥熟料的要求，因此在生產(chǎn)過程中，通常都是選用分布廣泛、資源豐富的幾種原料，根據(jù)其成分，調(diào)制成生料。我國水泥生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)歷了三個階段第一階段是以石灰質(zhì)為主要原料生產(chǎn)水泥。本階段主要利用當?shù)刎S富的石灰質(zhì)礦山資源，采取了就地取材生產(chǎn)水泥，一般選用的石灰石質(zhì)原料主要提供氧化鈣，粘土或頁巖原料主要提供氧化硅和氧化鋁及少量的氧化鐵，通過大量的煤炭提供4丐、硅鋁、鐵等物化反應(yīng)的必需熱量，而煤炭、石灰石、粘土都屬不可再生性資源，大量的開采將對環(huán)境造成嚴重破壞。并且，這種方式生產(chǎn)出的水泥，未利用工業(yè)廢渣，不僅資源浪費大，而且成本高，，環(huán)境污染嚴重，不利于企業(yè)長遠的發(fā)展。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，眾多的煤化工廠、鋼鐵廠、發(fā)電廠、化工廠等生產(chǎn)后產(chǎn)生的工業(yè)廢渣量越來越大，而且又沒有得到充分的開發(fā)和利用，其廢棄物通常只能采用堆積的辦法，既占用了土地，又造成了環(huán)境污染和破壞。隨著科學(xué)技術(shù)的不段發(fā)展，對這些工業(yè)廢物的充分利用成為了水泥行業(yè)發(fā)展的重點。第二階段是主要以石灰質(zhì)添加工業(yè)廢渣(煤渣、硫酸渣、電石渣、粉煤灰等)生產(chǎn)水泥。隨著社會步入市場經(jīng)濟時代，國家為了實施可持續(xù)發(fā)展，保護礦產(chǎn)資源及環(huán)境，對礦山開采實施了限制，對水泥生產(chǎn)污染大、能耗高的立窯生產(chǎn)技術(shù)實行強制淘汰，本階>^主要采用回轉(zhuǎn)窯煅燒工藝，其配方組分主要仍是石灰質(zhì)，廢渣為配料校正原料，廢渣利用率低，未徹底改變水泥生產(chǎn)主要以石灰石配方的生產(chǎn)技術(shù)。第三階4殳是利用廢渣部分代替石灰質(zhì)生產(chǎn)水泥。為了適應(yīng)市場，實現(xiàn)資源循環(huán)利用，水泥主要原料由利用礦產(chǎn)資源生產(chǎn)轉(zhuǎn)型為利用工業(yè)廢渣生產(chǎn)，由制造污染源轉(zhuǎn)型為處理污染物。在利用廢渣生產(chǎn)水泥方面，許多科研單位、設(shè)計單位、生產(chǎn)企業(yè)研究開發(fā)，但只能代替部分石灰質(zhì)原料，配料組成仍不能全部取代石灰質(zhì)原料。工業(yè)廢渣的特性，現(xiàn)在已經(jīng)被熟知。比如電石渣是電石(CaC2)與水(H20)進行水化反應(yīng)后的堿性殘留物，在化工生產(chǎn)過程中排出的廢渣，其主要成份為氫氧化鈣，其分子式是[Ca(OH)2];在580。C時分解為CaO和H20。由于Ca(OH)2因其富含氧化鈣，所以是很好的石灰石原料的替代品。煤渣是煤炭經(jīng)工業(yè)鍋爐1100150(TC燃燒后，燒結(jié)粘連成塊狀從爐底排出的多孔狀的廢渣，也稱為鍋爐爐渣。主要以偏高嶺土(A1203.2SiOJ礦物存在，含Si02量在50-78%，含A1A量10~18%,含F(xiàn)eA量6~14%，由于經(jīng)過高溫，一是Si-0鍵被破壞，Si02顆粒細小；二是有大量可燃C質(zhì)；三因燃燒是在還原氣氛中進行，其金屬元素是以FeS、FeS2、ZnS、PbS等含能量礦物存在，有4支好的節(jié)能因素。其A1力3高、Fe203高構(gòu)成熔點低，Si02經(jīng)過預(yù)燒，熔出溫度低至900~IOO(TC,硅酸鹽礦物易解聚成活性[Si04]4—參與固相和液相反應(yīng)，形成C2S、C3S，是頁巖、鐵粉的最佳替代品。同時，由于其自身還有不能充分燃燒的特點，一般殘留煤的發(fā)熱量可達到700-1100kcal/kg。利用該發(fā)熱量，與干電石渣等科學(xué)配料，完全可以替代煤炭的煅燒。粉煤灰是火力發(fā)電廠從煤粉鍋爐煙自由收塵器收集的灰渣。煤粉在高溫懸浮燃燒的過程中，粉煤灰所含的粘土質(zhì)礦物被熔融，在表面張力的作用下形成液滴，被除數(shù)氣流帶出爐外，并經(jīng)急速冷卻，即成為粒徑為l-50iam的球形顆粒，以酸性氧化物(Si02、A1203)為主。是很好的粘土質(zhì)材料。從現(xiàn)有的技術(shù)情況看，有少數(shù)企業(yè)用石灰石、頁巖、煤加1%~5%鍋爐爐渣配制生料，生料細度難以控制，生料需水量增加，成球質(zhì)量差，入窯易炸球、呲火，熟料燒成質(zhì)量差，游離氧化鈣(f-CaO)高。煤渣含熱量低(相對于煤炭)，仍然大量使用不可再生資源煤和頁巖，煤渣無法大幅度替代煤炭，更無法完全替代煤炭煅燒水泥熟料。也有企業(yè)用電石渣、粘土、煤等配制生料來煅燒水泥熟料。粘土中Si02顆粒粗，Si-O離子團多是層、架狀結(jié)構(gòu)，熔點溫度達1580。C以上，易燒性因素小，在煅燒過程中，硅酸鹽礦物難解聚成活性[Si04]4—參與固相和液相反應(yīng)，造成熟料游離氧化4丐(f-CaO)高，熟料質(zhì)量低下，且仍然大量使用不可再生資源粘土和煤，對自然環(huán)境長期破壞。但是，現(xiàn)有技術(shù)中沒有完全采用工業(yè)廢渣為原料生產(chǎn)水泥的^t術(shù)教導(dǎo)，無論是電石渣的利用、還是鍋爐煤渣和粉煤灰，都是和相應(yīng)的不可再生性原料配合后使用的，其次，這些工業(yè)廢渣一般認為只能作為輔料少量摻加在水泥的原料配料中，比如，在鍋爐爐渣利用方面，業(yè)內(nèi)人士普遍認為鍋爐爐渣只能作為少部分的水泥摻合，在用不可再生資源生產(chǎn)水泥的生料配料中也只能是少量的加入才能穩(wěn)定工藝，加入量過多不僅配料困難，而且成球和煅燒也發(fā)生困難，現(xiàn)有技術(shù)中沒有任何用鍋爐爐渣代替全部煤、粘土作為主要原料生產(chǎn)水泥的的教導(dǎo)，更沒有在機立窯上用鍋爐爐渣代替全部煤、粘土作為主要原津+生產(chǎn)水泥的的教導(dǎo)。因此，如何解決工業(yè)廢渣只能少部分配入生料及煅燒上存在的問題，以及完全采用工業(yè)廢料制備水泥的問題，成為了一個亟待解決的技術(shù)問題。但是，經(jīng)過深入的分析研究，申請人發(fā)現(xiàn)，要完全采用工業(yè)廢渣在機立窯上制備水泥，還存在如下技術(shù)難題這些原料之間相互的配比關(guān)系很難確定，如因電石渣中CaO含量高，如果在機立窯生產(chǎn)中摻量過大，使生料CaO含量過高，不僅成球需水大增，成球質(zhì)量下降，而且會造成熟料游離氧化鈣偏高，嚴重影響水泥安定性；如果摻量過小，又會使CaO含量偏低，出窯熟料粉化嚴重，二次游離氧化鈣偏高，影響水泥安定性。電石渣顆粒細小，煅燒反應(yīng)快，而爐渣中的炭燃燒時間長，如果爐渣配量過大會使底火拉長，冷卻效果不好，熟料C3S結(jié)晶不完整，甚至分解，C2S易4分化，造成強度低，安定性不良；如果配量過小，燒成熱量不足，會使熟料欠燒，反應(yīng)不完全，造成強度低下，安定不良。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點而提供一種用鍋爐爐渣代替全部無煙煤和粘土，并與粉煤灰、干電石渣配料，在機立窯中煅燒生產(chǎn)出的優(yōu)質(zhì)水泥熟料及其方法。使用該方法在機立窯上生產(chǎn)水泥熟料，其性能穩(wěn)定，投資小、能耗低、收益大；更主要的是充分利用工業(yè)廢渣，保留不可再生資源，既有利于發(fā)展，又保護了環(huán)境。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種在機立窯上煅燒的水泥熟料，其生料按重量百分比的配比為電石渣鍋爐爐渣粉煤灰70_80%15—25%1—10%其中，所述的電石渣的氧化釣含量為56-70%,水4分含量為3~8%,均為重量含量，并以電石渣總重量為基準；所述的鍋爐爐渣是鍋爐爐渣及其衍生礦物，其中Si02含量至少在50-75%，人1203含量10~23%，F(xiàn)e力3含量6~14%,均為重量含量，并以鍋爐爐渣總重量為基準；該鍋爐煤渣的化學(xué)成份是成分CaOSi02A1203Fe203MgOS03含量(重量2-8%50-75%10-23%6-14%1-2%0.3-2%%)所述粉煤灰Si02含量至少在50-65%,人1203含量18~26%，F(xiàn)e203含量6~12%，均為重量含量，并以粉煤灰總重量為基準，其的化學(xué)成份是成分LOSSCaOSi02A1203Fe203MgOS03(重量%)4-7%3-8%50-65%18-26%6-12%1-3%0.5-2.5%本在機立窯上煅燒的水泥熟料按如下步驟制備:a、配置生料按如下重量百分比的組成成份配制生料電石渣70—80%鍋爐爐渣15—25%粉煤灰1一10%b、將(a)中所述原料計量配料，混合粉磨至0.080mm方孔篩篩余不超過18%的生料粉，該生料粉經(jīng)充分攪拌均勻后入成球盤中成球，其中料球粒徑為(D5—cD10mmmm，然后將料球入窯，利用鍋爐爐渣殘留的發(fā)熱量鍛燒，在煅燒帶停留5~10分鐘，冷卻后既得水泥熟料。其中，本水泥熟料化學(xué)反應(yīng)過程如下由才幾立窯成球系統(tǒng)加水成3求的生料粒(粒徑①5—①10隨)，凈皮輸送入立窯頂部的撒料盤，分層均勻撒播在機立窯上部，在25(TC—350。C上升熱氣流的作用下，料球物理水被蒸發(fā)。隨著料層的加厚及料層的均勻向下的移動，上面料球所受的熱氣流溫度越來越高；在350°C—650°C時Ca(OH)2分解成CaO和H20。同時與煤渣及粉煤灰組分間，通過質(zhì)點的相互擴散，進行固相反應(yīng)，其反應(yīng)過程大致如下~800°C:CaO.A1203(CA)、CaO.(CF)與2CaO.Si02(C2S)開始形成。800~900°C:開始形成12CaO.7A1203(C12A7)，CaO少量與C02結(jié)合成CaCO"在894。C時再分解為CaO和C02。900~1000°C:2Ca0.A1203.Si02(C2AS)形成后又分解。開始形成3Ca0,A1203(C3A)和4CaO.A1203Fe203(C4AF)。液相開始出現(xiàn)，3CaO.Si02(C3S)開始形成。1100~120Q。C:大量形成鋁酸三釣(C3A)和4失鋁酸四鉤(C4AF),硅酸二釣(C2S)含量達最大值。液相量增加，液相粘度減小，氧化4丐(Ca0)、硅酸二鉤(C2S)不斷溶解、擴散，硅酸三鈣(C3S)晶核不斷形成，并使小晶體逐漸發(fā)育長大，大量形成幾十微米大小、發(fā)育良好的硅酸三釣(C3S)，完成燒結(jié)過程。(水泥熟料礦物固相反應(yīng)是;故熱反應(yīng)，；改熱量約為420~500J/g,理i侖上i文熱達420J/g時，就足以使物料溫度升高300°C以上。)燒結(jié)物料向下移動(隨著窯下面熟料的不斷卸出)，經(jīng)窯底部送入的冷風(fēng)冷卻逐漸由疏;&狀轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液?、結(jié)構(gòu)致密的熟料。生成的水泥熟料經(jīng)卸料錐卸出送入熟料庫，以備磨制成不同品種的水泥。本水泥熟料含有以下重量百分比的礦物成份C3S48~65C2S9.0~20C3A8.0~12C4AF8.0~14另外，該水泥熟料中含有以下重量百分比的化學(xué)成份LOSS0.050.8CaO6370Si021826AL2035.07.5Fe2033.04.9S030.52.0MgO0.21.1本水泥熟料的力學(xué)性能如下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從上表可以看出，本水泥熟料的各項力學(xué)性能指標符合國家建材JC/T853—1999，GB/T17671-1999標準及GB/T13462001標準。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點一、利用鍋爐爐渣自身的特點，替代煤炭、粘土等物，與電石渣、粉煤灰完美結(jié)合，不僅解決了煤炭、石灰石、粘土等不可再生資源更合理利用的問題，而且為工業(yè)廢棄物的處理提供了科學(xué)的利用途徑，變廢為寶，實現(xiàn)資源循環(huán)綜合利用和可持續(xù)性發(fā)展；特別是對煤化工業(yè)、火力發(fā)電等大型企業(yè)的發(fā)展，提供了完美的途徑。二、利用工業(yè)廢棄物鍋爐渣作為生產(chǎn)水泥的主要原料，將鍋爐渣在現(xiàn)狀中只能作為輔料添加的狀況，改變?yōu)樯a(chǎn)水泥的主要原料，大大提高了煤渣在制備水泥過程中的數(shù)量，為大量解決鍋爐爐渣提供了保障，對煤化工業(yè)尤其重要。三、利用工業(yè)廢棄物鍋爐渣、電石渣等作為生產(chǎn)水泥的主要原料還可達到1、污染更小。鍋爐渣是煤炭通過了燃燒后而形成，其自身所有的炭大部份已消耗，再次燃燒基本不再產(chǎn)生二氧化碳廢氣，硫已與金屬元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，固溶入礦物質(zhì)中，S02廢氣的排放量遠遠低于國家規(guī)定標準。2、成本更低、能耗更小。電石渣系粉狀物，不需要象石灰石一樣再次粉碎，直接就可以使用；加之，其氧化鈣的含量高達66%,比石灰石氧化鈣的含量高出15~20%,可利用率更高；鍋爐渣替代煤炭、粘土降低熟料燒成熱耗1500kJ/kg,解決了水泥生產(chǎn)中高耗能的尖端難題，同時也大大降低了成本。3、質(zhì)量更好、產(chǎn)量更高。利用干電石渣和鍋爐爐渣為主要原料在機立窯上生產(chǎn)水泥熟料，臺時總產(chǎn)量為24t/h，熟料3天抗壓強度為30Mpa,3天抗折強度為5.4Mpa，熟料28天抗壓強度55Mpa，28天抗折強度為8.2Mpa;而采用普通水泥配方煅燒水泥熟料，臺時總產(chǎn)量為20t/h，熟料3天抗壓強度為29Mpa,3天抗折強度為4.8Mpa，熟料28天抗壓強度為52Mpa,28天抗折強度為7.7Mpa，^艮明顯，本發(fā)明的臺時產(chǎn)量更高，熟料質(zhì)量更好。四、本發(fā)明適用于機立窯生產(chǎn)，采用本發(fā)明提供的配方制備水泥熟料可避免因成球質(zhì)量、氧化釣含量高導(dǎo)致的煅燒的熟料安定性不良的發(fā)生，更易于推廣。五、本發(fā)明適用各種不同規(guī)格的機立窯干法配料及煅燒工藝，解決了生料的均化，預(yù)加水成球及機立窯煅燒中的各種關(guān)鍵技術(shù)問題，不僅實現(xiàn)了高產(chǎn)、低耗、優(yōu)質(zhì)，而且投資節(jié)省，易于擴廣使用，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。具體實施方式下面結(jié)合3個實施例，對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不只限于這些例子以下鍋爐渣采用含Si02達50%以上的鍋爐爐渣及其衍生礦物；其灰分化學(xué)成份(重量°/。)如下<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>實施例l:各原料的重量配比是電石渣73%,其含水量為8/、氧化鈣含量為56%,鍋爐渣22%,粉煤灰2%，其Si02含量為55%,A1203含量20%,Fe203含量8%;將所述原料計量配料后，混合粉磨至0.080mm方孔篩篩余不超過18%的生料粉，該生料粉經(jīng)充分攪拌均勻后入成球盤中成球，其中料球粒徑為①5—cD10mm，然后將料球入機窯中，在高溫區(qū)停留時間為5-10分鐘，冷卻后即得水泥熟料。用上述配方在機立窯上煅燒出的水泥熟料的物理力學(xué)性能見表一，其化學(xué)成份和礦物組成見表二:表一機立窯熟料的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表二機立窯水泥熟料的化學(xué)成份和礦物組成<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>出窯熟料添加一定比例的石膏及礦渣等混合材料磨細至0.08mm方孔篩<10%，即可生產(chǎn)出不同品種的合格水泥，其水泥的物理性能如表三表三機立窯水泥的力學(xué)性能(P.032.5)<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>實施例2:各原料的重量配比是電石渣77%,其含水量為3%、氧化鈣含量為70%，鍋爐渣18%，<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>實施例3:各原料的重量配比是電石渣70°/。，其含水量為4%、氧化鈣含量為66%,鍋爐渣20°/，粉煤灰10%,其Si02含量為52%,A1203含量17%,卞6203含量9%;按實施例1中的方法在機立窯制備的水泥熟料的力學(xué)性能見表七，其化學(xué)成份和礦物組成見表八表七機立窯熟料的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表八機立窯熟料的化學(xué)成份和礦物組成<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>出窯熟料添加一定比例的石膏及礦渣等混合材料磨細至0.08mm方孔篩<10%,即可生產(chǎn)出不同品種的合格水泥，其水泥的物理性能如表九表九機立窯水泥的力學(xué)性能(P.C32.5)<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>權(quán)利要求1、一種在機立窯上煅燒的水泥熟料，其特征在于包括如下重量百分比的礦物組成C3S48～65C2S9.0～20C3A8.0～12.C4AF8.0～142、一種制備權(quán)利要求1所述水泥熟料的方法，其特征在于按如下步驟進行(A)按如下重量百分比的組成成份配制生料電石渣70—80%鍋爐爐渣15—25%粉煤灰1一10%(B)將(A)中所述材料計重后，混合粉磨至0.080mm方孔篩篩余不超過18%的生料粉，該生料粉經(jīng)充分攪拌均勻后入成球盤中成球，其中料球粒徑為①5—①10mm,然后將料球入窯煅燒，在高溫區(qū)滯留時間為5~10分鐘，冷卻后即得水泥熟料。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的水泥熟料的制備方法，其特征在于所述的電石渣的氧化鈣含量為56-70%，水份含量為3~8%,均為重量含量，并以電石渣總重量為基準。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的水泥熟料的制備方法，其特征在于所述鍋爐爐渣的Si02含量為50-75°/，人1203含量10~23%，F(xiàn)e2。3含量6~14%,均為重量含量，并以鍋爐爐渣總重量為基準。5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的水泥熟料的制備方法，其特征在于所述粉煤灰的Si02含量為50-65%,入1203含量18~26%,Fe2。3含量6~12%,均為重量含量，并以粉煤灰總重量為基準。全文摘要本發(fā)明公開了一種由工業(yè)廢渣全部代替不可再生性原料在機立窯上煅燒優(yōu)質(zhì)水泥熟料及其制備方法，是以電石渣與鍋爐爐渣、粉煤灰粉磨及均化后進入預(yù)加水成球系統(tǒng)，形成平均粒徑Φ5-Φ10mm的料球，并送往機立窯煅燒形成優(yōu)質(zhì)水泥熟料。本發(fā)明充分利用鍋爐爐渣、粉煤灰、干電石渣三種工業(yè)生產(chǎn)難以處理的廢渣作為生產(chǎn)水泥的主要原料，大幅度提高了鍋爐爐渣、電石渣在制備水泥過程中的摻合量，使生產(chǎn)出的水泥熟料更優(yōu)質(zhì)，變廢為寶，有利于降低生產(chǎn)成本和環(huán)境保護，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。文檔編號C04B7/44GK101229962SQ20081004534公開日2008年7月30日申請日期2008年2月2日優(yōu)先權(quán)日2008年2月2日發(fā)明者廖友洪,邱小強,龍百春申請人:四川省九龍水泥有限公司