一种水泥熟料的生产方法，属于水泥生产工艺领域，具体涉及一种使用铬煤粉作为燃料的水泥熟料生产方法。
背景技术：
铬渣是铬铁矿、碳酸钠、白云石在高温下(1000℃)煅烧氧化，使铬铁矿中的铬氧化成可溶性铬盐，用水浸取熔体，过滤生产重铬酸钠后排出的废渣。铬渣属危险废物，有害成分主要是可溶性Na2Cr2O7、酸溶性CaCrO4等六价铬离子，铬渣中含有毒性大的六价铬，若将它堆置于露天，当受到雨雪淋浸时，六价铬被溶出渗入地下水或进入地表水体，会造成严重环境污染，甚至引起污染事故，六价铬被认为有致癌作用的物质，潜伏期长，人接触会得皮肤病，对农作物、微生物也有很大的毒害作用，它是一种危害严重的化工固体废物。铬渣含六价铬高约1％，亦即每吨产品以铬渣形式排出的六价铬达13～25kg，其中水溶及酸溶六价铬大致各半，具有六价铬的共有毒性，特别是有致癌物CaCrO4。铬渣环保处置一直是铬盐行业和固体污染物处理的难点。目前用水泥解毒铬渣主要有三种方式，一是将铬渣干法解毒后作为混合材，同水泥熟料、石膏经水泥磨粉磨制成水泥，铬渣用量约为成品水泥的10％，例如中国专利《解毒铬渣作为水泥掺和材料的用途》(申请号：200610000017.2)中即是将解毒铬渣和一定比例的水泥熟料混合作为早强、低碱水泥使用；二是将铬渣作为水泥原料之一，经原料配料由生料磨制成球后由水泥机立窑烧制成水泥熟料，铬渣用量约占水泥熟料的5％～10％；三是将铬渣代替氟化钙作为矿化剂，作为水泥原料之一由生料磨制成生料，生料成球后由水泥机立窑烧制成水泥熟料，铬渣用量占水泥熟料2％。研究表明，铬渣主要化学成分含有：SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO和没有反应的Cr2O3及水溶性Na2Cr2O7、酸活性CaCrO4等，这些成分与水泥熟料中的某些主要氧化物的含量相近，而能够较好满足水泥生产的化学含量要求，因此，如何利用铬渣生产水泥熟料，并在生产过程中消除含铬渣灰的二次污染，是目前该行业亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过铬渣配煤作水泥预分解窑煤粉助燃剂，同时利用水泥分解窑或回转窑使铬渣中六价铬被还原，进一步地利用熟料矿物形成中的晶体析出过程固化某些金属元素，实现铬渣的彻底解毒，消除含铬渣灰的二次污染，并将含铬煤灰用于水泥熟料生产的生产方法。本发明解决技术问题所采用的技术方案是：采用铬煤粉做燃料生产水泥熟料，其特征在于：包括如下步骤：a、称量以质量百分数计的水泥生料原料组分：石灰石82～85％，煤矸石5～7％，砂岩6～7％，铁质原料3～6％，混合并研磨后得水泥生料，泵送至预热器内预热；b、按质量比铬煤粉：水泥生料＝1：4～9量取铬煤粉，并将铬煤粉按质量比1.6～1.8：1的比例分成两份，分别投放至分解炉和回转窑的煤粉仓中备用；c、预热后的水泥生料送至分解炉中后，将分解炉煤粉仓中的铬煤粉通过喷煤嘴喷入分解炉中进行无焰燃烧，分解炉温度控制在900±20℃，以获得分解后的含铬煤灰水泥生料；d、分解后的含铬煤灰水泥生料进入回转窑后，将回转窑煤粉仓中的铬煤粉通过煤粉燃烧器喷煤嘴喷入回转窑中，控制回转窑转速为3.5～3.9r/min，烧成温度为1350～1650℃，获得掺铬水泥熟料。所述的铬煤粉是将铬渣和原煤按质量比0.5～2.5：10配制，混合均匀后经煤磨系统研磨制成。所述铬煤粉的研磨细度按0.08mm～0.1mm方孔筛筛余≤5.0％，含水量≤1.5％。所述的原煤包括有烟煤和/或无烟煤。所得的水泥生料细度按0.08mm～0.1mm方孔筛筛余≤17.0％，水分≤1.0％。所述的铁质原料包括硫酸渣和赤泥砂。所述水泥熟料中铬渣占水泥熟料的1～4％。所得水泥熟料的三率值为：KH＝0.92±0.02、SM＝2.50±0.10、IM＝1.45±0.10。本发明中可通过装载机计量完成煤的预配比、由煤堆料机和煤取料机完成掺铬渣煤的预均化。本发明中公开的铬煤粉喷入分解炉和回转窑煤粉燃烧的过程中，铬渣起到煤粉助燃剂的作用。铬渣中铬以氧化铬(Cr2O3)、重铬酸钠(Na2Cr2O7·2H2O)、铬酸钠(Na2CrO4)和重铬酸钾(K2Cr2O7)等形式存在。三氧化铬(铬酸、铬酸酐)CrO3，是紫红色针状或片状晶体，密度2.70g/cm3，熔点196℃，在熔融状态时稍有分解。CrO3极易吸收空气中的水分而潮解，易溶于水溶在水中生成铬酸H2CrO4。CrO3的毒性较大并有强酸性及腐蚀性，它的浓溶液在高温时能腐蚀大部分金属，稀溶液也能损害植物纤维，使皮革脆硬等。CrO3是强氧化剂，其水溶液重铬酸在常温下能分解放出O2，破坏动植物的组织。在有还原剂的碱性条件下，或在有碱金属硫化物、硫氢化物的碱性条件下，或在有硫、碳和碳化物存在的高温、缺氧条件下，六价铬都可还原为毒性较小的三价铬。CrO3在加热到200℃以上有化学方程式：4CrO3＝2Cr2O3﹢3O2↑。另外，Na2Cr2O7﹢2KCl＝K2Cr2O7﹢2NaCl，Na2Cr2O7﹢K2SO4＝K2Cr2O7﹢Na2SO4；K2Cr2O7受强热时按下式分解：4K2Cr2O7＝4K2CrO4﹢2Cr2O3﹢3O2↑，反应中有氧气放出。重铬酸钠(Na2Cr2O7·2H2O)，燃爆危险，助燃，为致癌物，具强腐蚀性、刺激性，可致人体灼伤。铬酸钠(Na2CrO4)，黄色单斜晶体，易潮解，有氧化作用。其水合物有六水合物、十水合物，工业品为四水合物。加热至68℃失去结晶水变成α型Na2CrO4，413℃转变为β型。具有氧化性，易为常用还原剂还原为三价铬。重铬酸钾(K2Cr2O7)，为橙红色板状结晶，有强的氧化性，与可燃物接触可能着火，受强热时分解放出O2，反应式为：4K2Cr207＝4K2CrO4﹢2Cr2O3﹢3O2↑。铬酸钾K2CrO4，黄色斜方晶体，有氧化作用。铬渣产生的O2能加速风口前碳的燃烧过程，提高理论燃烧温度。着火温度反映了煤样着火的难易程度，在工程实际中，掌握着火温度对于煤的点燃和稳定燃烧有重要的指导意义。燃尽温度是煤样基本燃尽时的温度，燃尽温度越低，表明燃尽时间越短，煤样越容易燃尽，残炭中的可燃剩余量就越少。随着O2浓度的增加，煤粉燃烧的着火温度和燃尽温度均呈下降趋势，燃尽温度的下降幅度较着火温度更大，说明富O2可使煤粉的燃烧在较低的温度区完成，对煤粉的充分燃烧有较大影响。也就是说，随着O2浓度的增加，在较低温度下就能满足煤粉稳定燃烧的条件，这更有利于煤粉在分解炉内的燃烧。O2浓度的变化对煤粉燃烧产生很大的影响，增加O2浓度会降低着火热和着火温度，增加反应速度、提高火焰温度、促进完全燃烧，煤烧活性得到增强。O2浓度增加，削弱了煤粉浓度对着火温度的影响。同样不同O2浓度下煤粉细度对着火温度的影响很小，且基本相近，粒径越大，O2浓度对煤样的平均燃烧速率的影响就越大。O2浓度增加，由于燃烧同样的碳，其燃烧产物量下降，在一定的条件下相当于降低水泥回转窑用风量，减少了水泥热耗和排风用电量，降低了电耗。铬渣含有可溶性Na2Cr2O7、酸溶性CaCrO4等六价铬离子，受热或强热时产生O2，氧气有助燃作用，因此铬渣可起到煤炭燃烧助燃剂的作用，同时铬渣对煤炭气化燃烧具有催化作用。掺铬渣进行预配煤，铬渣为煤的外来矿物质，构成煤的灰分，煤的热量发生变化，根据原煤的工业分析值，主要是煤的灰分含量，确定铬渣掺加比例，如果原煤灰分低，掺加铬渣比例大，若原煤灰分高，掺加铬渣比例少，同时对掺铬渣煤进行工业分析和对含铬渣煤灰进行化学分析，掺铬渣煤的工业分析值要达到水泥厂工业用煤的要求，含铬渣煤灰的有害成分综合水泥原料的配料，要达到水泥厂熟料标准要求。煤与渣的配比取决定于掺渣煤的热值、灰分及铬渣有害物含量。用装载机按铬渣同煤的配料比例配煤，由煤悬臂式堆料机一层一层堆料，使用时由桥式刮板取料机取料，这对含铬渣煤起到很好的均化作用，做到掺铬渣煤灰分均匀，热值稳定。已知煤的灰分为Aad，铬渣100％成为煤的灰分，设铬渣X％，煤含量为(1－X％)，则掺铬渣煤的灰分为：Aad.铬渣＝Aad×(1－X％)+100×X％。Aad.铬渣要符合水泥厂熟料烧成用煤的灰分要求。掺混铬渣后入炉煤的灰质组成，附烧铬渣时，水泥预分解窑应维持正常的分解炉内和回转窑内温度水平、保持炉内、窑内热工制度的稳定，因此煤与渣的配比决定于掺渣煤的热值、灰分的含量及其铬渣有害成分烧成水泥熟料的含量，通常对于水泥预分解窑掺铬渣煤应满足灰分Aad.铬渣＜30％，发热量Qnet.ad＞21000KJ/㎏。铬煤粉喷入分解炉和回转窑，同时利用回转窑和分解炉的燃烧器喷出铬煤粉燃烧所形成火焰的还原气氛区，六价铬还原为三价铬对铬渣进行第一次解毒；喷入分解炉的铬煤粉进行无焰燃烧，分解炉内气体氧含量低于空气中氧含量，燃烧温度小于1000℃，所生成铬煤灰掺入到生料中，随着生料碳酸盐在880～920℃的分解及水泥熟料过渡相的生成，对铬渣进行第二次解毒；分解后含铬生料进入回转窑，通过回转窑在1450±150℃高温、25％左右液相、碱性条件下，在水泥熟料烧成过程中，对铬渣进行第三次解毒。喷入回转窑的铬煤粉进行有焰燃烧，火焰温度可达1600℃，所生成铬煤灰全部掺入水泥熟料烧成，形成水泥熟料矿物，对此部分铬渣直接进行第三次解毒。水泥预分解窑是在预热器和分解炉内(900℃)完成生料的预热碳酸盐的分解，在回转窑内(1450℃)固液相在碱性条件下完成熟料的烧结烧成。硅酸盐水泥熟料原料组分中含有K+、Na+、S、CO、Cl-等组分，铬渣作为煤粉的助燃剂，喷入分解炉和回转窑内燃烧，利用回转窑和分解炉的燃烧器喷出煤粉燃烧所形成火焰的还原气氛区，对铬渣进行第一次解毒；煤灰掺入水泥熟料为配料，利用预热器/分解炉和回转窑的两个阶段的高温工序，在有K+、Na+、S、CO、Cl-等组分参与，在硅酸盐熟料固熔体矿物形成过程中，碱性条件下实现铬渣的彻底解毒，消除含铬渣灰的二次处理问题。水泥熟料粉磨成水泥，水泥水化硬化又固定含铬离子，减少溶出，从而为解决铬渣污染找到了切实有效的途径，同时也为水泥企业开辟了新的原料资源。铬渣中的氧合物同水泥生产所需氧化物相同，掺加到煤中的铬渣，随煤灰掺入水泥熟料矿物形成，通过预分解窑二次高温三次解毒，同时利用熟料矿物形成过程中的晶体析出过程来固化某些金属元素，使铬渣完成彻底解毒，不存在含铬渣灰的二次处理问题，同时完成水泥熟料的生产，从而达到处置铬渣并生产水泥熟料的目的。含铬渣水泥熟料与石膏、混合材等粉磨制成水泥，水泥矿物水化固化含铬矿物，确保铬渣的无害化处理。铬渣主要化学成分含有：SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO和没有反应的Cr2O3及水溶性Na2Cr2O7、酸活性CaCrO4等，其成分与水泥熟料中的某些主要氧化物的含量相近，而能够较好满足水泥生产的化学含量要求，解决生料配料难题。但残留有少量的水溶性和酸溶性六价铬化合物，其组成主要为吸附的Na2CrO4和CaCrO4-4CaO·Al2O3·Fe2O3等。掺铬渣煤经煤粉制备系统粉磨干燥后，其中煤灰分与铬渣是以机械混合物形式送入分解炉和回转窑内，伴随其后的燃烧，初熔半程还原和保持过程，含...