专利名称：选矿废弃的尾矿硅粉作为制作硅酸盐水泥原料的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及选矿尾矿的开发利用，特别是水泥行业中以选矿废弃的尾矿硅粉作为硅质校正原料和混合材在制作硅酸盐水泥原料中的应用。
背景技术：
现在水泥行业一直用粘土作为硅质校正原料，粘土开挖需破坏耕地，造成水土流失，且粘土的S i O 2含量低，煅烧温度高，不能满足水泥生料配料中S i O 2的需求；另一方面，水泥厂通常用高炉矿渣、粉煤灰作为混合材，而现在这两种原料储量越来越少，价格逐年增长，使水泥企业的利润空间逐年下降。硅粉是选矿后废弃的尾矿，其主要成份SiO2达到72 77%，另含有Ca0、Al203、 !^e2O 3都是硅酸盐水泥需要成份。白银有色集团公司选矿尾矿堆积50年以上，储量大，占地广。白银地区储量现有4000万吨以上，全国尾矿储存量有几亿吨，一直未得到很好的开发与利用。
发明内容
本发明的第一目的是为水泥厂提供一种用于的制造硅酸盐水泥熟料，本发明的另一目的是提供一种硅酸盐水泥。本发明实现第一目的技术方案为一种用于的制造硅酸盐水泥熟料，其特征是以下述质量百分比原料作为全黑生料配料石灰石70% 73%，粘土 1% 3%，硅粉8% 12%， 铁粉3% 5%，无烟煤10% 13% ；按现有的制造硅酸盐水泥熟料的方法制作。上述技术方案中，硅粉作为硅质校正原料，代替大部分现有技术应用的粘土质原料，解决了由于使用粘土而带来的破坏耕地的问题，以及选矿尾矿大量堆积，污染、溃坝等问题。本发明实现另一目的技术方案为一种硅酸盐水泥其特征是以下述质量百分比原料为配比熟料65% 85%，硅粉10% 30%，石膏3% 5% ；或者熟料65% 85%，硅粉6% 15%，粉煤灰6 15%，石膏3% 5% ；按现有的制造硅酸盐水泥的方法制作。上述技术方案中，硅粉作为混合材在水泥中掺加使用，掺加量为10% 30%，代替现有技术应用的全部或部分粉煤灰和高炉矿渣原料，解决这两种原料储量越来越少，价格逐年增长，水泥企业利润降低的问题，以及选矿尾矿大量堆积，污染、溃坝等问题。硅粉是一种火山灰质混合材，本发明一方面将硅粉作为制作水泥熟料的全黑生料配料组分应用，另一方面将硅粉作为制作水泥的原料组分应用，不但能降低生产成本，而且可起到增产的目的，所生产水泥各项指标均符合国家标准。本发明的经济价值表现在
1、全黑生料原料中用硅粉代替粘土质原料，热耗可降低5% 10%，生产10万吨的水泥厂年节煤2000吨，年可节约成本计80万元。2、硅粉代替粉煤灰作为混合材，年产10万吨水泥厂可节约成本75万元。3、使用硅粉能提高硅酸率，能增加水泥强度，以生产10万吨水泥为例，使用硅粉作为原料能比原先使用粘土生产的水泥熟料强度高，观天抗压强度相对增加了 11.55%。在水泥粉磨过程中较以前多掺加5%混合材，年增加水泥产量5000吨，增加利润100万元。4、硅粉属固废，享受国家税务总局资源综合利用增值税即征即退等减免税优惠政策。5、硅粉储量大，该项目的推广应用，白银地区储量就达4000万吨以上，就有几亿元的潜在价值，全国堆存量达80亿吨以上，能带来数百亿元的价值。本发明的环保价值表现在选矿废弃尾矿硅粉储量大，占地广，不易固化，易溃坝， 给周边环境带来很大的影响。该项创新成果，不但可变废为宝，解决长期环保及溃坝的问题，而且还可为企业带来数亿元的收入；另外，我国耕地少，粘土资源欠缺，用硅粉代替粘土质原料可保护耕地，解决粘土资源欠缺问题。用尾矿硅粉作为制造水泥熟料的原料时，全黑生料配料的组分为石灰石70% 73%，粘土 1% 3%，硅粉8% 12%，铁粉3% 5%，无烟煤10% 13%。同样的条件下，现有技术制造水泥熟料时，其全黑生料配料的组分为石灰石69% 73%，粘土 9% 13%，铁粉 3% 5%，无烟煤11% 14%。用硅粉制造水泥进行组分配料和现有制造水泥不同的是，用硅粉全部或部分代替粘土，配煤时降低配煤量，获得的技术效果是使热耗减低5% 10%，石灰石配比提高1% 洲，满足高饱和比，高硅酸率的要求。硅粉中含有的各项化学成份Si02、CaO、AL203、Fe2O3都是硅酸盐水泥需要的成份。 应用本发明在水泥生产中对选矿废弃尾矿硅粉的技术要求为烧失量< 7%，Si& > 65%，SO3 < 3%，MgO < 5. 0%,细度< 10mm。现有的选矿废弃尾矿硅粉均能够满足这种技术要求。本次创新的试验内容如下
一、测定硅粉与石灰石、铁粉、粘土、煤灰的化学成份，按照水泥生料组分的要求，进行配料计算，使生料的成份满足KH=O. 93 0. 96，n=2. 1 2. 3，p=l. 2 1. 4，细度达到0. 08um 方孔筛筛余< 10% ；生料粉制备到一定数量后从窑上煅烧，观察生料易烧性，液相的出现， 及窑温的高低，及时调整硅粉取代粘土质原料的比例，根据窑温的高低调整配煤量，煅烧出优质的熟料。二、取熟料样品，用试验室小磨磨细，使细度< 6，比表面积300士 10m2/kg，检测其化学成份，加3 5%的石膏磨成水泥，检测熟料强度。然后添加10% 30%的硅粉作为混合材，分别磨制成水泥后做全套物理试验，检测其性质。65% 85%熟料与10 30%的硅粉、3% 5%石膏磨制，形成不同标号等级的水泥， 检测其各项指标，要符合水泥国家标准(GB175-2007)各项品质指标的要求。硅粉是火山喷发而形成的变质岩石，国标(GB^47-81)对火山灰质混合材有如下定义凡天然的或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成份的矿物质原料，磨成细粉和水泥，其本身并不硬化，但与气硬性石灰混合，加水拌和成胶泥状态后，能在空气中硬化，而且能中水中硬化的，称为火山灰质混合材料。硅粉作为粘土质原料在原料中使用的试验研究表明硅粉优选用量为8% 12%， 饱和比优选为=KH=O. 93 0. 96，硅率优选为n=2. 1 2. 3，铝率优选为p=l. 2 1. 4。硅粉作为混合材的试验研究表明根据生产水泥品种的不同可优选为10% 30%，但目前国家标准规定的混合材范围有限，仅限于高炉矿渣，粉煤灰和火山灰，建议国家标准中增加选矿废弃的尾矿硅粉作为混合材在水泥生产中添加使用。
本次创新的试验方法与试验机理分析如下
对根据化学成份的不同进行配料计算，确定硅粉在水泥生料中的配比，经过煅烧形成硅酸盐水泥熟料。煅烧过程中，首先经过干燥与脱水，使物料中的自由水份和化合水释放出来，其次是碳酸盐分解其化学反应式如下 MgC03=Mg0+C02 CaCO3=CaO+ CO2 个
第三是固相反应，在碳酸盐分解的同时，石灰质与粘土质组分间通过质点相互扩散，进行固相反应，其反应过程大致如下
800°C左右时，CaO. AL2O3 (铝酸钙)，CaO . ^2ο3(铁酸钙)与 2 CaO . SiO2 (硅酸二钙) 开始形成；
800°C 900°C时，开始形成12Ca0. 7AL203 (七铝酸十二钙)
900°C 1000°C时2Ca0. AL2O3. SiO2 (硅铝酸二钙)开始形成后又分解，开始形成3Ca0. AL2O3 (铝酸三钙)和4CaO. AL2O3. !^e2O3 (铁铝酸四钙)。所有碳酸钙均分解，游离氧化钙达到最大值。1100°C 1200°C时，大量形成铝酸三钙、铁铝酸四钙，此温度下硅酸二钙达到最大值。通常水泥生料在出现液相前，硅酸三钙不会大量形成，到达最低共熔温度开始出现液相，液相主要由氧化铁、氧化铝、氧化钙所组成，根据共熔点理论，由于硅粉带入了铜、 铅、锌等微量元素，使共熔点降低，使液相提前出现，减少了所需要的热量，降低了煤耗。在高温液相作用下，水泥熟料逐渐烧结，物料逐渐由疏松状转变为色泽灰黑，结构致密的熟料，同时硅酸二钙与游离氧化钙逐步溶解于液相中，以Ca2+离子扩散与硅酸根离子、硅酸二钙反应，形成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙。其反应如下
C2S+CaO — C3S
随着温度的升高和时间的延长，液相量增加，液相粘度减少，硅酸三钙晶核不断形成， 最终形成发育良好的阿利特晶体，完成熟料烧结过程。65% 85%熟料与10 30%的硅粉、3% 5%石膏磨制，形成不同标号等级的水泥， 检测其各项指标，要符合水泥国家标准(GB175-2007)各项品质指标的要求。硅粉是火山喷发而形成的变质岩石，国标(GB^47-81)对火山灰质混合材有如下定义凡天然的或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成份的矿物质原料，磨成细粉和水泥，其本身并不硬化，但与气硬性石灰混合，加水拌和成胶泥状态后，能在空气中硬化，而且能中水中硬化的，称为火山灰质混合材料。该项创新成果应用有关情况的说明
1、选矿废弃尾矿硅粉储存量大，且在制作加工过程中经过多次拌和与均化，原料成份较稳定。2、重金属元素问题经研究，许多渣中重金属都不超过允许含量，可以使用。由于把分散的细渣烧结，金属元素参于反应转化成水泥混凝土固结起来，大大减轻了随风飘，跟水流引起的危害。3、对窑衬的影响，硅粉配料后易烧性好，在立窑上由于硅粉配料烧成温度低，边壁温度更低，不构成危害，窑衬寿命比高煤耗烧粘土质原料时间长。在回转窑上，其成份在要求范围之内，加上煅烧操作得当，硅粉配料有利于窑炉长期安全运转。白银地区选矿废弃尾矿硅粉堆存量巨大，达4000万吨以上，本发明经推广在银城水泥厂、新华水泥厂与王岘水泥厂进行了应用，已经在批量生产中用选矿废弃尾矿硅粉代替粘土质原料，各家使用情况反映很好，达到了预期效果。
具体实施例方式下面通过本发明的试验与应用，对本发明作更进一步说明。实验例
1、硅粉代替粘土质原料的试验与应用
1.1制作水泥原料的化学成份分析如表所示
表1水泥原料的化学成份分析表
从表1可以看出，硅粉的SiA比粘土质原料的SiA高21. 04%，烧失量为5. 78%，AL2O3 为7. 58 Fe2O3为7. 22% CaO为1. 63，MgO为2. 87%，SO3为1. 9%，各项数据均符合水泥原料的要求，表明硅粉代替粘土质原料的可行性。根据硅粉SiA含量比粘土高，易烧性好的特点，制定高KH、高η、低ρ的配料方案， 按照 KH=O. 94士0. 01，η=2. 2士0. 1，ρ=1. 3士0. 1 配制水泥生料。1. 2硅粉代替粘土质原料水泥生料全分析见表2
表2中代替前的水泥生料配比为石灰石70%、粘土 12%、铁粉4%与无烟煤14%。表2中代替后的水泥生料配比为石灰石70%、粘土 2%、硅粉12%、铁粉4%与无烟煤1觊。从表2可以看出，用选矿废弃尾矿硅粉代替粘土质原料后，生产的水泥生料饱和比(KH)相对增加了 2. 08%，硅酸率(η)相对增加了 27. 78%，铝率(P)相对降低了 18. 75%，这几个变化都有利于提高水泥熟料的强度。表2硅粉代替粘土质原料水泥生料全分析对比表
权利要求
1.一种用于的制造硅酸盐水泥熟料，其特征是以下述质量百分比原料作为全黑生料配料石灰石70% 73%，粘土 1% 3%，硅粉8% 12%，铁粉3% 5%，无烟煤10% 13% ；按现有的制造硅酸盐水泥熟料的方法制作。
2.一种硅酸盐水泥，其特征是以下述质量百分比原料为配比熟料65% 85%，硅粉 10% 30%，石膏3% 5% ；或者熟料65% 85%，硅粉6% 15%，粉煤灰6 15%，石膏3% 5% ；按现有的制造硅酸盐水泥的方法制作。
全文摘要
本发明涉及选矿尾矿的开发利用，特别是水泥行业中以选矿废弃的尾矿硅粉作为硅质校正原料和混合材在制作硅酸盐水泥原料中的应用。一种用于的制造硅酸盐水泥熟料，以下述质量百分比原料作为全黑生料配料石灰石70%～73%，粘土1%～3%，硅粉8%～12%，铁粉3%～5%，无烟煤10%～13%；按现有的制造硅酸盐水泥熟料的方法制作。用硅粉全部或部分代替粘土，配煤时降低配煤量，使热耗减低5%～10%，石灰石配比提高1%～2%，满足高饱和比，高硅酸率的要求。一种硅酸盐水泥，以下述质量百分比原料为配比熟料65%～85%，硅粉10%～30%，石膏3%～5%；或者熟料65%～85%，硅粉6%～15%，粉煤灰6～15%，石膏3%～5%。硅粉代替粉煤灰作为混合材，各项指标均符合现行水泥国家标准要求。
文档编号C04B7/34GK102249575SQ20111011848
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者白飞虎, 连飞鹏 申请人:白银有色集团股份有限公司