鈣硅渣煅燒水泥熟料中試試驗研究

趙林茂 李寶才 李 旺

（內(nèi)蒙古蒙西水泥股份有限公司, 鄂爾多斯 016014）

我國是世界主要產(chǎn)煤國之一，煤炭是我國當(dāng)前和今后相當(dāng)長時間的主要能源。煤炭發(fā)電必然產(chǎn)生大量的粉煤灰，不僅占用土地、污染環(huán)境，而且粉煤灰中少量的重金屬元素、有毒物質(zhì)、放射性物質(zhì)通過污染空氣、水體、土壤及農(nóng)作物后進入人體，則會對人體健康產(chǎn)生巨大影響[1]。

由于特殊的成礦背景，在我國內(nèi)蒙古中西部的鄂爾多斯的煤層中賦存大量含鋁礦物，其氧化鋁含量達到9%～13%，比其他地區(qū)的煤炭資源中氧化鋁含量高出6～10個百分點，這種高鋁煤炭用于發(fā)電后產(chǎn)生的粉煤灰稱為高鋁粉煤灰，其氧化鋁含量可達40%～50%，是一種典型的含鋁非鋁土礦資源，長期以來，高鋁煤炭發(fā)電后產(chǎn)生的高鋁粉煤灰綜合利用受到了國家及地方政府的高度重視，將其用作建筑材料、改善農(nóng)田、筑路等領(lǐng)域的研究取得了較大成績[2]，但這些領(lǐng)域?qū)Ψ勖夯业木C合利用不僅數(shù)量小，而且也是初級利用，粉煤灰中價值含量高的氧化鋁和一些稀有元素沒有得到有效利用。

內(nèi)蒙古大唐再生資源公司就是利用當(dāng)?shù)仉姀S排出的高鋁粉煤灰采用預(yù)脫硅堿石灰燒結(jié)法，有效地從高鋁粉煤灰中提取出了氧化鋁，但該工藝提取1噸氧化鋁后將產(chǎn)生3噸左右的副產(chǎn)品鈣硅渣，這么多鈣硅渣能否有效利用于水泥熟料煅燒，這是需要研究的課題，也是實現(xiàn)有效利用高鋁粉煤灰，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，大唐再生資源與蒙西水泥合作，在公司水泥熟料煅燒中試線進行了鈣硅渣煅燒水泥熟料的中試試驗。

1 試驗方案

鈣硅渣主要成份為硅酸二鈣，顏色為米黃且略帶紅色，有時由于堿含量高而容易結(jié)塊，根據(jù)試驗室對提取完氧化鋁后鈣硅渣煅燒水泥熟料的實驗研究結(jié)果和鈣硅渣成份分析，初步確定中試試驗用30%的鈣硅渣替代石灰石在中試試驗回轉(zhuǎn)窯中煅燒水泥熟料,在不同飽和比和煅燒溫度情況下進行試驗,以確定鈣硅渣煅燒水泥熟料的可行性，為鈣硅渣工業(yè)化煅燒水泥熟料提供切實可行方案。

由于鈣硅渣中氧化鋁含量較高，已達到了配料要求，因此配料原料中無鋁質(zhì)原料，用柴油煅燒不考慮燃料灰分對配料的影響，其它試驗用原材料包括石灰石、鐵礦石粉末、硅廢石均采用公司生產(chǎn)水泥熟料用原材料, 鈣硅渣由大唐再生資源公司提供，其原料成份分析見表1、試驗配料方案見表2、生料成份分析見表3。

表1 試驗用原材料分析 %

表2 試驗配料方案

表3 試驗配料生料成份分析 %

2 中試試驗設(shè)備及工藝

該中試試驗所用設(shè)備主要參數(shù)：回轉(zhuǎn)窯Ф1.0×6.0m，轉(zhuǎn)數(shù)：0～10轉(zhuǎn)/小時；窯尾排風(fēng)機風(fēng)量：6000m3/h；喂料量：0～10kg；噴油量：0～30L/h，其工藝流程見圖1。

圖1 中試試驗工藝流程

3 試驗過程

3.1 中試試驗調(diào)節(jié)參數(shù)

中試試驗小回轉(zhuǎn)窯主要參數(shù)調(diào)節(jié)見表4。

表4 中試試驗主要參數(shù)調(diào)節(jié)表

3.2 中試實驗煅燒過程及現(xiàn)象

方案一：

（1）煅燒過程中油槍霧化效果較差，滴油現(xiàn)象嚴重，柴油不完全燃燒、煙囪冒黑煙。

（2）點火升溫8小時，窯內(nèi)火焰顏色仍為桔黃色、火焰集中度不高；此時窯速2.5轉(zhuǎn)/分鐘，窯尾開始喂料，喂料量為8kg/h。

（3）投料后，將柴油噴入量調(diào)整為11L/h，將窯尾排風(fēng)機風(fēng)門調(diào)整為80%，小回轉(zhuǎn)窯窯溫不但沒有預(yù)期的起火燃燒溫度，反而在控制過程中發(fā)現(xiàn)火力不集中，強度明顯不夠。

（4）當(dāng)生料黑影到達燒成帶時，窯皮顏色逐漸發(fā)暗，窯溫開始下降。

（5）出窯熟料顏色灰白手感較輕，明顯屬于欠燒熟料。

方案二：

（1）根據(jù)方案一在試驗過程中出現(xiàn)的問題，對噴油槍進行了更換，油槍霧化效果明顯好轉(zhuǎn)，幾乎沒有滴油現(xiàn)象，煅燒過程中也無黑煙冒出，柴油基本燃盡。

（2）在升溫過程中逐漸增加柴油量，點火升溫8小時，窯皮溫度逐漸發(fā)白發(fā)亮，窯內(nèi)火焰顏色由淺黃色逐步過渡為白亮色，窯筒體表面溫度均勻，達到了230～280℃，此時開始投料，喂料量為10kg/h，投料后將柴油噴入量調(diào)整為15L/h，將窯尾排風(fēng)機風(fēng)門調(diào)整為95%。

（3）當(dāng)生料黑影進入到燒成帶，窯皮顏色更加發(fā)亮，煅燒溫度好。

（4）煅燒過程中火焰集中，窯前的狀況較為清亮，但少有飛砂現(xiàn)象。

（5）出窯熟料顏色烏黑色但略帶黃色，打開后出現(xiàn)結(jié)晶體手感較重。

方案三：

煅燒情況基本與方案二的情況一致，但加強柴油的微調(diào)，使其更加完全燃燒，投料后將窯尾排風(fēng)機風(fēng)門加大到98%，噴油量調(diào)整為16L/h，喂料量10kg/h，出窯熟料顏色烏黑，打開后斷面有晶體感手感較重，從熟料的顏色和結(jié)粒情況看，此時中試試驗煅燒出的水泥熟料與公司大型回轉(zhuǎn)窯煅燒熟料一樣，屬于正常生產(chǎn)熟料。

4 試驗結(jié)果

對中試試驗用30%鈣硅渣生產(chǎn)出的普通硅酸鹽水泥熟料，在公司中心化驗室進行，其成份分析見表5，物理性能檢測見表6 。

表5 中試試驗熟料成份分析 %

表6 中試試驗熟料物理檢驗

5 結(jié) 論

從以上的中試試驗過程和試驗數(shù)據(jù)可以得出，在高鋁粉煤灰采用預(yù)脫硅堿石灰燒結(jié)法提取氧化鋁后的副產(chǎn)品鈣硅渣作原料煅燒普通硅酸鹽水泥熟料的中試試驗中，當(dāng)原料配料鈣硅渣添加量為30%、煅燒溫度適宜的情況下，完全可以部分代替石灰石生產(chǎn)出成份合理、物理性能合格的水泥熟料[3]，為鈣硅渣用于煅燒水泥熟料規(guī)模化生產(chǎn)、為粉煤灰綜合利用提供了有力的技術(shù)支持，而且用鈣硅渣代替石灰石煅燒水泥熟料，不但使氧化鋁生產(chǎn)后的鈣硅渣得到綜合利用，而且節(jié)約了寶貴石灰石資源、提高了石灰石的循環(huán)利用效率，在水泥、氧化鋁行業(yè)日益激烈競爭的今天，為企業(yè)節(jié)能降耗，提供了更大的利潤空間。

[1]周海龍等.從粉煤灰中提取氧化鋁的試驗研究[J].輕金屬.1994（8）：19-21.

[2]內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市高鋁粉煤灰資源綜合利用發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）.中煤科工集團南京設(shè)計研究院.2011年8月.

[3]Grzymek J,prof.Grzymek’s self-disintegration method for the complex manufacture of Aluminium oxide and Portland cement[J].Light Metals,1976 (2)：29-39.