高鎂石灰石資源化利用的方法措施

甘麗華，彭興華，莊 煥（浙江南方水泥有限公司，浙江 杭州 311100）

1 石灰石質量現狀

某企業地處經濟發達地區，當地石灰石資源緊張，企業兩條生產線，每天生產熟料和水泥混合材需用石灰石14000t左右。2015年之前，該企業石灰石全部外購，來源礦點10多個，質量難以把控，生產受制于外部石灰石礦山的開采。隨著政府綠色礦山建設政策的推行，部分不合規礦山陸續關停，石灰石供應越來越緊張，數量和質量均在下降，而價格卻越來越高，企業組織生產比較被動。熟料生產石灰石成本要比同行業高將近20元/t，市場競爭處于弱勢。2015年企業獲得了新的礦山資源，但是自備礦山的石灰石質量不好，其石灰石化學成分見表1，可見其石灰石CaO含量偏低，MgO含量偏高（2.47%～4.62%），單獨使用該石灰石將導致熟料中的MgO含量超過國家標準要求，所以必須外購一部分高鈣低鎂的石灰石搭配使用（外購石灰石的化學成分范圍見表2）。

2 提高自備礦山高鎂石灰石用量的措施

自備礦山在2015年拿到礦權初期，礦山道路開采階段，就開始使用一部分高鎂石灰石，熟料中MgO已緩慢升高，隨著外購石灰石越來越困難，公司自2015年開始逐步將自備礦山的用量提高，直到現在的70%，各相關指標變化見表3。

從表3數據可以看出自備礦山石灰石用量從20%增加到70%，熟料w（MgO）從2.62%上升，到4.65%的內控指標，熟料的28 d強度從2015年的59.0MPa下降到2018年的56.9MPa，下降了2.1 MPa，自備礦山MgO以達到極限用量（企業內控熟料MgO含量不高于5.0%），因此如何在當前w（MgO）保持不變的前提下，穩定熟料的質量不下降，是擺在技術人員面前的攻關課題，2019年公司重點攻關，結合近幾年的高鎂石灰石生產經驗，采取了一系列的改進措施，攻克了高鎂熟料易燒性差，易結圈，煅燒不穩定，后期強度下降等難關，公司效益有了大幅提高。

表1 自備礦山石灰石化學成分 %

表2 外購石灰石化學成分 %

表3 自備礦山用量逐年增加熟料質量的變化 %

2.1 加強自備礦石灰石質量管理，嚴格把控進廠石灰石質量，提高生料配料穩定性

制定《礦山石灰石質量管理辦法》，規范礦山爆堆樣、鉆孔樣取樣方法，增加礦山鉆孔樣取樣檢測頻次，并通過礦山爆堆實地取樣和進廠單獨破碎后取樣分析，驗證鉆孔樣的代表性，做到石灰石進廠前，質量有準確預判，同時規定用于生料配料的自備礦山石灰石CaO日加權平均不得低于42.5%，礦山安排多個爆破堆搭配出礦，并提前一天預報出礦石灰石CaO含量，計劃次日外購石灰石搭配比例。

通過規范礦山石灰石質量管理，穩定了進廠石灰石質量，生料配料率值合格率大幅提高，為窯的穩定運行和熟料質量提高提供條件。2019年入磨石灰石CaO含量45.45%，標準偏差0.95%，同比下降0.28%；生料和熟料率值合格率有較大提高，見表4。

2.2 提高進廠原煤的品質，減小原煤貧化

由于石灰石品位低，進廠煤灰分偏高時，熟料的飽和比達不到配料要求，本公司優化了入磨熱風收塵器的收塵效率，降低煤的貧化現象，基本做到入窯煤粉的灰分和入磨原煤灰分差在1%以內，提高煤粉熱效率。同時要求進廠原煤收到基熱值在5800×4.18kJ/kg以上。近幾年原煤質量情況見表5（由于進廠原煤進廠均化后入磨，為了與入窯煤粉可比性，將進廠原煤數據用入磨原煤表示）。

2.3 調整現有的配料方案，穩定熟料的煅燒質量

眾所周知，煅燒w（MgO）較高的熟料時，燒成溫度低，液相量提前出現，易形成包裹料，液相量過高，窯內容易結球，結圈，長厚窯皮，窯皮頻繁脫落，結圈后窯內通風變差，篦冷機處理大塊易卡死，影響窯況穩定的不利因素較多。

表4 進廠石灰石穩定后生料熟料配料合格率統計表

表5 入磨原煤與入窯煤粉的煤炭質量統計

查閱有關資料發現，當生料中MgO的含量小于2.0%時，MgO就會融入到晶體結構中，通過提高易燒性，促進游離石灰的吸收以及改善C3S和C4AF形成，就像好的礦化劑的作用一樣。但當生料中MgO含量大于2%時，熟料的易燒性是隨著MgO含量的增加而下降的，熟料MgO大于2.0%時，液相量計算中MgO的倍數從1.0增加到1.5，即MgO對液相量的影響成倍增加。

液相量的計算公式如下:

MgO小于2.0%時，L=3.0Al2O3+2.25Fe2O3+K2O+Na2O+MgO;

MgO大于2.0%時，L=3.0Al2O3+2.25Fe2O3+K2O+Na2O+1.5MgO;

從上面公式可看出，影響液相量的主要因素依次是Al2O3、Fe2O3、MgO，在配料上宜采用降低石灰飽和系數，降低熟料中Al2O3，適當提高Fe2O3含量，即降低熟料鋁率，更利于提高熟料游離鈣合格率，減小高w（MgO）熟料的膨脹性。

一般企業的燒成液相量的最佳范圍在24%～26%，由于自備礦山高MgO石灰石使用后后，熟料的液相量達到30%以上，熟料中MgO含量大于4%，此時方鎂石的晶體尺寸變大，液相粘度增加，C3S形成難度增加，物料易結大塊，結圈，熟料安定性不良的風險增大。

2.4 改善生料的易燒性，消減MgO的晶體尺寸

根據相關資料介紹CaF2作為礦化劑，高溫煅燒時，CaF2可使液相出現的溫度降低，加入1%～3%的CaF2，可降低燒成溫度50～100℃，同時降低液相粘度，有利于液相中質點的擴散，加速C3S的形成。但是摻加過多礦化劑的熟料，常由于形成過多的速凝早強礦物而出現閃凝現象，使水泥凝結時間不正常。

試驗室螢石尾礦對生料易燒性影響的相關實驗結果見表6，7。

表6 螢石尾礦的化學成分分析 %

表7 生料K1450易燒性試驗

根據易燒性實驗結果，結合氟離子對水泥性能影響，生料中F-不超過0.1%，經濟效益最好。

為了改善生料易燒性，該公司找到另一種替代材料轉爐渣，成分中含有CaF2（見表8），通過生產實踐摸索，公司確定了轉爐渣摻加適宜比例為4%～6%，生料易燒性較好，對窯況的穩定和熟料質量的影響最佳，見表9。

表8 轉爐渣的化學成分 %

表9 轉爐渣摻加前后熟料性能對比

3 應用效果

提高自備礦山高鎂石灰石用量后，企業的經濟效益和社會效益增加顯著。

（1）高鎂石灰石用量提高到75%以后，和相鄰無自備礦山企業相比，自備礦山石灰石成本19.40元，外購石灰石的成本約48元，搭配25%外購石灰石后，石灰石成本26.5元，而無礦山另一家企業的石灰石成本要48元，也就是說企業石灰石成本降低了21.5元。

（2）提高高鎂石灰石用量后，通過上述幾項調整措施，出窯熟料的質量沒有下降，反倒有了提升，見表10。

（3）提高高鎂石灰石用量后，指標參數見表11。

表10 出窯熟料化學成分及物理檢驗強度

表11 應用高鎂石灰石生產熟料的煤耗、料耗和強度

通過加強礦山石灰石質量管理，調整配料方案，添加轉爐渣改善生料易燒性，穩定窯操作，熟料標準煤耗從108.64 kg/t下降到97.24 kg/t，居于同行業領先地位，42.5水泥的熟料耗基本持平。熟料3d強度上升了1.4 MPa，利用企業自產礦粉的有利條件，增加礦粉摻量，水泥28d強度保持不變，3d強度比以前提高，提升了客戶的滿意度。

（4）熟料的急冷可使方鎂石晶體尺寸減小，降低方鎂石對水泥安定性的破環。該廠四代篦冷機的優化提升，熟料冷卻效果大大提升，熟料的質量將會越來越好。