本发明涉及水泥工业生料的制备方法,特别适用于在干法、半干法水泥生产中利用低劣质原料制备水泥生料。 干法、半干法水泥工艺,生料的制备方法通常是将破碎烘干后的各种原料(石灰石、粘土、铁粉、煤等)按配比送入磨机粉磨,以得到符合一定成份、细度、水份要求的水泥生料。其工艺流程如图1所示。
这种生料制备方法。特别对于矿山品位低或矿山储量不足,原料主要靠外供的水泥厂,由于对一些低品位原料不能加以充分利用(多为石灰质原料),并且原料中各种杂质和有害成份易混入生料而又无法剔除,给生产控制的稳定和产品质量的提高都带来不利的因素。且影响生产成本的降低和进一步提高经济效益。如:
(1)水泥生产中需用量最大的石灰质原料石灰石,一般要求其化学成份为:
CaOMgOR2O(碱性氧化物)燧石或石英>48%<3%<1%<4%
不符合要求的石灰质原料不利于或不能用于水泥生产。从而造成大量低品位矿山的废弃,或增加了矿山的剥采量、原料的运输量,原料成本上升,还造成配料的困难。
(2)虽然有些原料勉强用于生产,由于其成份不合适,需与优质原料搭配使用,给生产控制带来较大的困难。而且原料的杂质和有害成份无法剔除,另外还使设备(如磨机)电耗增加,研磨材料损耗增加,在经济上造成了损失和浪费。
目前我国许多矿山品位低,或矿山储量将尽,主要靠外供石灰质原料的工厂,往往采用好、坏原料搭配使用和予均化等手段来控制生料成分的稳定和利用低劣质原料,但都受到一定条件的限制。
本发明的目的。是采用一种新的生料制备方法。可以大量利用低劣质原料,并剔除其有害成份,保证生料的质量,还可以降低能耗,提高产量,以取得较好的经济效益。
本发明的实现,是引用石灰工业地消解法(即消化)于水泥工业生料的制备,即将石灰石入石灰窑煅烧后进行消化。再入立窑或回转窑生产水泥。其工艺流程示意图如图2所示。消解法(干法)工艺流程示意图如图3所示。
本发明的特点是在工艺上对大量的石灰质原料(占80%)无需粉磨,而是通过消解,得到很细的粉状物料(15.2米2/克)。即破碎后的石灰石入石灰窑煅烧。再经消解就得到粉状氢氧化钙。而石灰质原料中一些杂质则由于不能消解。被消解机从排渣口排出。如石灰质原料中的结核状燧石以及氧化镁等有害杂质。因无法消解以粒状存在。故通过消解可方便地将这些杂质从石灰质原料中剔除。这是原生料制备工艺所不易做到的。试验证明:通过消解。石灰质原料中的燧石剔除率可达95%以上。这样就为低劣质原料的利用创造了条件。同时,通过消解得到的氢氧化钙由于其纯度高,成份稳定,为准确配料及生产控制创造了极好的条件,为生料的煅烧打下了良好的基础。对于立窑及立波尔窑其生料需要成球。而氢氧化钙具有良好的可塑性,这样也为利用煤矸石及可塑性差的粘土质原料创造了有利的条件。
本发明的主要效益阐述如下:
1、可大量利用低劣质原料。由于可剔除绝大部分的有害杂质,使一些低品位石灰质原料得以很好利用,节约了资源,同时,石灰质原料经煅烧、消化成为氢氧化钙,可塑性好,使一些原来由于可塑性差而无法用于立窑或立波尔窑的粘土质原料均能得到利用。即水泥生产所用原料基本上均可利用劣质或低品位原料,以及一些工业废渣(如煤矸石等)。
2、质量。采用本发明制备水泥生料有两个新的特点:
a、细度很细,比表面积大。氧化钙消解后得到了氢氧化钙,其颗粒不但细(比表面积一般为15.2米2/克),而且均匀,比经过磨机粉磨效果要佳。而其它原料,因无须同石灰石一道粉磨(如粘土、铁粉等易磨物料),可得到较原来更细的物料。显然,这对于物料之间的物理化学反应是十分有利的。
b、拓宽了生料固相反应温度的范围。通常碳酸钙在水泥窑内的分解温度为912℃左右。在升温过程中。粘土在500~600℃时就分解为无定形新生态二氧化硅、三氧化二铝。如待900℃时才能与碳酸钙分解得到的氧化钙反应,不但造成新生态二氧化硅、三氧化二铝的老化,而且影响其与氧化钙的反应速度。而采用本发明的生产工艺,水泥窑内氢氧化钙的分解得到氧化钙的分解温度为547℃,比912℃要低得多,并且与粘土矿物脱水分解温度(500~600℃)相适应。由于新生态的氧化钙与新生态的二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁等在500~600℃之间就可较快发生固相反应,使固相反应温度范围扩大了近300℃。煅烧过程中物料的物理化学反应进行的更完全。更迅速。熟料强度将进一步提高。
3、产量。由于碳酸钙的分解在窑外进行,窑内进行的分解反应是氢氧化钙的分解,氢氧化钙分解所需热耗为209.46千卡,以熟料热耗计,在547℃时,氢氧化钙分解热耗为179.9千卡熟料,比通常900℃时碳酸钙在窑中分解热耗475千卡/公斤熟料要低,使窑的热负荷大为下降。在窑热力强度不变及窑的热效率不变时,其窑的产量可以得到许多的提高。另外对于立窑,由于碳酸钙的分解在窑外进行,窑内二氧化碳的分压大大下降,可减少产生包氏反应的可能性,这样就减少了化学不完全燃烧造成的损失,窑内气氛得到了改善,这对于节能和提高熟料质量也是十分有益的。
4、电耗。生料的粉磨电耗主要用于石灰质原料,由于本发明无须对石灰质原料进行粉磨,以及无须对其它原料进行烘干(可方便地采用石灰石经煅烧后得到的石灰作为化学干燥剂,对各原料水分进行控制,使之含水份达到1%左右,如图2所示。)。故扣除烘干设备和消解系统用电后,仍可节约一定的用电量。
5、实际热耗。采用本发明制备水泥生料,从石灰的煅烧到熟料的烧成,其理论热耗较通常工艺方法要高些。
若熟料中氧化钙含量按65%计,则多耗热:
65056×15.5=179.8千卡/公斤熟料
需要指出的是:由于窑内热负荷减轻,单位容积产量提高,以及窑体散热损失下降,无须多耗烘干热能等,另外,还由于生料性能的改变,物料反应机理所变化,熟料烧成温度将进一步降低,所以从每吨熟料耗能(电、煤)来看,本发明显然要比通常工艺方法要经济。
6、研磨体损耗。因石灰质原料无须经磨机粉磨,故可大大减少研磨体损耗。
采用本发明,对我国占大多数的立窑水泥厂的技术改造,如改善窑的煅烧气氛,提高产质量、及利用可塑性较差的粘土质原料等都创造了有利的条件。
采用本发明,由于可利用可塑性较差的粘土质原料,所以可使水泥速烧工艺达到更佳的效果。
为采用本发明,可将一些废弃的普通立窑改造成石灰窑。
为采用本发明,要相应提高水泥磨的生产能力。
综上所述,本发明基本实现了其目的,并且一定程度地促进了水泥工业面临着的资源、能源、环境污染等问题的解决,其经济效益是明显的。
本发明实施例如图2所示。