利用煤矸石和礦山剝離粘土生產低堿水泥的實踐

孔德高，徐梅花

1 生料配料及原料存在的問題

我公司生料長期采用石灰石混合料、黑頁巖、硫酸渣三組分配料，2019 年公司常用的鋁質校正材料黑頁巖資源枯竭，先后改用粘土、紅土等作為鋁質校正材料。由于粘土、紅土Al2O3含量在12%～14%左右，用其作為鋁質校正材料配料，生料易燒性差，硅酸率偏高，在窯內燒結范圍窄；熟料在煅燒的過程中飛砂大，預熱器系統易塌料，熟料結粒差，質量波動大，產量低；熟料易磨性差，生產成本高。為解決生料配料的問題，公司廣泛開展調研，尋找更合適的替代校正料，采取新的配料方案，實施后效果顯著。

2 鋁質校正材料的選擇

2019年4月，我公司積極尋找合適的鋁質校正材料，在公司周邊調研的原燃料情況如表1所示。

通過對比發現，煤矸石的化學成分與黑頁巖相近，而且K2O、Na2O也較低，是一種理想的鋁質校正材料，并非常有利于低堿水泥的生產，公司決定采用煤矸石作為鋁質校正材料。

3 石灰石礦山的質量

我公司石灰石礦不同礦點的質量情況如下：

（1）1 號礦山石灰石易燒性最差，若使用量大，易造成熟料燒成質量波動。

（2）2號礦山石灰石總體質量優良，CaO含量在48%～53%，MgO含量在0.8%左右，用其配制的生料易燒性好，產質量易控制。

另外，在2 號石灰石礦山開采剝離過程中，產生的粘土混合料是一種非常優良的粘土原料的替代品，其Al2O3含量在14%左右，Fe2O3含量在12%左右，堿含量在0.9%左右。充分利用礦山剝離的粘土混合料，有利于低堿水泥的生產，可減少煤矸石和鐵粉的配料量，降低生產成本，減少礦山開采剝離量，改善生態環境。

（3）1 號礦和2 號礦石灰石以1:9 至2:8 比例搭配下山。

表1 幾種硅鋁質校正材料的化學成分，%

表2 石灰石入庫指標

4 新的配料方案

生產實踐顯示，公司2號礦點石灰石中的夾層土，是一種非常優良的硅質、鋁質、鐵質原料，煤矸石是一種生產低堿水泥的較為理想的鋁質校正材料。因公司無預均化堆場，所以采取了如下措施進行生料配料：

（1）將2號礦山石灰石開采剝離過程中的粘土混合料，按要求搭配石灰石以混合料的形式破碎入庫，完全代替煤矸石用量，生料中煤矸石配比下降2%左右，鐵粉配比下降0.5%左右。

（2）為降低礦山粘土混合料搭配難度和利于燒成石灰石出庫搭配，2號配料庫石灰石CaO 含量控制在43%～46%，1號、3號配料庫石灰石CaO含量控制在46%～49%，4號配料庫石灰石CaO含量控制在49%以上；2 號采區西南角高鎂石與石灰石1:20 搭配下山，控制最終石灰石MgO＜1.5%。

（3）降低煤矸石粒度，控制進廠煤矸石粒度≤50mm，根據熟料的化學成分及時調整煤矸石摻加比例，一般控制在4%～8%之間。窯中控室及時調整石灰石搭配出庫，保證配料的穩定性。

（4）做好石灰石搭配入庫工作，具體入庫指標見表2。

（5）控制熟料中Fe2O3+Al2O3的總量在8.8%左右，保持合適的液相量。熟料三率值設定為：KH=0.90±0.02，SM=2.5±0.1，AM=1.5±0.1，熟料Fe2O3控制在3.5%±0.2%。

（6）原煤要求：原煤熱值≥21 736kJ/kg，灰分≤23%，全硫St，d≤1.0%，揮發分Vad=25%～28%，焦渣特征：2～3。

5 新配料方案實施效果

5.1 原燃料的化學成分

我公司水泥生產各原燃料的化學成分如表3所示。

5.2 配料、半成品、成品情況

（1）通過配料計算，各物料配比為：石灰石89.5%，煤矸石8.0%，硫酸渣2.5%。

（2）P·O42.5 低堿水泥各物料配比為：熟料79.0%，粉煤灰16.0%，石膏5.0%。

（3）生產過程中各工序物料化學分析如表4所示。

（4）熟料強度：熟料3d 抗壓強度27MPa，熟料28d抗壓強度57MPa。

通過以上各工序技術指標分析，半成品和成品各項技術指標均符合各品種水泥生產要求，生產的熟料是生產低堿水泥的理想半成品。

表3 各原燃料化學成分，%

表4 各工序物料化學成分，%

5.3 取得的成效

（1）充分利用礦山剝離的夾層粘土，解決了礦山排土難的問題，節約了石灰石和硫酸渣用量，大大降低了生產成本，提高了公司經濟效益，每年可消化外排堆存煤矸石約8萬余噸，為廢渣資源綜合利用做出了貢獻。

（2）由于煤矸石中的碳質成分有助磨作用，原料磨機產量提升，與全部使用頁巖配料相比，電耗指標得到改善，生料電耗為11kW·h/t。

（3）生產過程易控制，預熱器系統負壓穩定，基本無塌料現象，熟料煅燒過程飛砂少，二次風溫能穩定在1 100℃左右。熟料結粒均齊，fCaO 合格率穩中有升，產質量均有所提高。

（4）生產過程中熟料堿含量穩定在0.4%左右，生產的低堿水泥堿含量穩定在0.5%左右。生產的低堿水泥滿足了甘肅、青海兩省鐵路、公路對低堿水泥的需求，得到了客戶好評。

（5）水泥混合材摻加量提高到16%左右，生產成本降低，充分發揮了熟料質量效益。

6 存在的問題及改進建議

（1）石灰石無均化堆場，搭配難度大，沒有準確計量石灰石中粘土的配入量，造成生熟料化學成分有一定波動。為此，必須長期嚴格控制石灰石出入庫的搭配管理，以降低生產過程產質量波動。

（2）窯產量基本保持不變。由于煤矸石有一定的熱值，在生料煅燒的過程中產生一定的熱量，C1預熱器出口溫度有不同程度的上升，在保證熟料Al2O3在5.0%左右的情況下，煤矸石用量宜為6%左右，粒度應控制＜50mm，燒失量控制＜15%。