一种水泥熟料及其生产方法与流程

本发明涉及水泥加工领域，尤其是涉及一种水泥熟料及其生产方法。

背景技术：

水泥广泛应用在建筑行业。水泥生产过程中的节能减排技术一直是水泥生产行业的研究重点。传统的水泥窑节能减排技术主要有以下几种：

1.改造燃烧器或篦冷机，提高热交换，提升煤炭燃烧利用率；

2.外购燃煤节能添加剂，降低煤耗；

3.改善分解炉及脱氮管运用，改善炉内燃烧状况，并实现废气达标排放；

4.建设脱硫塔或购买石灰石粉末脱硫；

5.使用复合脱硫剂(氨水、碱金属盐、有机酸钠等)脱硫；

6.投入高额技术改造，安装脱硫沉降室配合氧化钙脱硫；

7.使用电石渣入窑进行固硫。

上述节能减排技术中所使用到的脱硫系统普遍存在一些缺点，如：

1.脱硫塔脱硫：需要额外增加一套高额脱硫工艺，投资成本较高、占地面积较大、施工工期较长、脱硫成本较高、后期运营维护成本较高，增加企业负担；

2.氨水、碱金属盐、有机酸钠等脱硫：需额外增加设备投资，且有机酸钠成本较高；另氨法脱硫不仅腐蚀金属设备，并存在较大安全风险隐患；

3.复合脱硫技术：运营成本较高，吨熟料成本上升2-4元/吨，若使用是水剂，会增加系统能耗；

4.电石渣脱硫：因制备电石渣中会残留部分甲烷及氢气等易燃易爆成分，大量使用存在安全风险隐患。

一般水泥厂所使用的石灰石矿的品位波动都比较大，有害成分比较多，如结晶硅、硫等，不利于熟料煅烧过程中的矿物反应。石灰石矿的品位波动易造成回转窑结皮严重，熟料28天抗压强度偏低、变异系数较大、质量波动较大，以及生产过程煤耗偏高、SO₂排放阶段性超标，造成成本较高。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种有利于节能减排的水泥熟料及其生产方法。

一种水泥熟料的生产方法，包括如下步骤：

将黄磷渣和/或碱渣与石灰石、页岩及黄沙土搭配，经生料制备系统进行粉磨制成生料；

将制得的生料经生料均化库均化后得到均化的生料；

将均化的生料进行预热、分解后经水泥回转窑煅烧，制成熟料。

在其中一个实施例中，所述水泥熟料的生产方法还包括在将黄磷渣和/或碱渣与石灰石、页岩及黄沙土搭配之前，测定黄磷渣、碱渣、石灰石、页岩及黄沙土的化学成分的步骤，再依据所述黄磷渣与所述碱渣的化学成分以及预设的产品成分要求，将所述黄磷渣与所述碱渣搭配后，再与石灰石、页岩及黄沙土搭配。

在其中一个实施例中，所述黄磷渣与所述碱渣中的CaO的质量分数不小于40％。

在其中一个实施例中，所述黄磷渣、碱渣、石灰石、页岩及黄沙土的质量比为(2.5-3.0)％:(3.0-3.5)％:(85-88)％:(1-3)％:(5-8)％。

在其中一个实施例中，所述预热的温度不超过840℃，预热的时间为200-300秒。

在其中一个实施例中，所述分解是在分解炉中进行，分解炉的出口温度控制为840-860℃。

在其中一个实施例中，所述煅烧的时间为20-25分钟。

在其中一个实施例中，所述水泥熟料的生产方法还包括根据所述水泥回转窑排放的废气中SO₂的含量，及时调整黄磷渣与碱渣的配比的步骤，以使排放的废气中SO₂的含量达标。

一种采用上述任一实施例所述的水泥熟料的生产方法制备得到的水泥熟料。

上述水泥熟料的生产方法将黄磷渣和/或碱渣等工业废渣回收利用，利用这些工业废渣中的CaF₂、P₂O₅、CaO将回转窑系统、预热器系统富集的硫碱化合物快速反应，平衡硫碱比，不仅能有效固化SO₂气体，生成较难分解的硫酸盐矿物，实现达标排放，也提升了窑内固相反应程度，熟料煅烧结粒更为致密，熟料质量更为稳定。该水泥熟料的生产方法复合工业固体废料(黄磷渣和/或碱渣)参加生料配料，不仅不用投资高额设备，也能满足达标排放的同时，又能提高水泥生料的易烧性，降低熟料能耗。而且黄磷渣和碱渣都是工业废渣，以往处理这些废渣都是采用填埋的方法，非常浪费土地资源，且污染环境，利用该废渣在水泥窑中脱硫还能起到消除工业废渣污染，变废为宝的效果。

附图说明

图1为一实施方式的水泥熟料的制备流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一实施方式的水泥熟料的生产方法包括如下步骤：

步骤S110，将黄磷渣和/或碱渣与石灰石、页岩及黄沙土搭配，经生料制备系统进行粉磨制成生料。

黄磷渣、碱渣均是CaO质量分数一般不超过40％的工业废渣。本实施方式在将黄磷渣和/或碱渣与石灰石、页岩及黄沙土搭配之前，还包括测定黄磷渣、碱渣、石灰石、页岩及黄沙土的化学成分的步骤，再依据黄磷渣和/或碱渣的化学成分，将黄磷渣和/或碱渣用于水泥生产工艺的生料配料环节，如进入均化堆场，优选的将黄磷渣与碱渣一起依据黄磷渣与碱渣的化学成分以及预设的产品成分要求以一定的比例进入均化堆场，经皮带输送到配料站，再与石灰石、页岩、黄沙土以一定的比例进入生料粉磨系统制成生料。

本实施方式在制备生料的过程中，根据不同水泥品种的工艺需求、所用石灰石、页岩、黄沙土等具体品位以及黄磷渣与碱渣的化学成分，合理配比，如可以将黄磷渣、碱渣、石灰石、页岩及黄沙土的质量比按照但不限于(2.5-3.0)％:(3.0-3.5)％:(85-88)％:(1-3)％:(5-8)％的配比进行搭配，使出磨生料质量符合控制标准。

步骤S120，将制得的生料经生料均化库均化后得到均化的生料。

步骤S130，将均化的生料进行预热、分解后经水泥回转窑煅烧，制成熟料。

针对不同的水泥品种，预热、分解及煅烧的工艺均有所不同，如预热的温度可控制在不高于840℃，时间为200-300秒，但不限于该值；分解时分解炉的出口温度可以控制为840-860℃，但不限于该值，分解的时间跟分解炉的尺寸相关，可视具体的原料化学成分、生产工艺及预设的产品成分要求具体设置；煅烧的温度可以为1250-1450℃，但不限于该值；煅烧的时间可以为25-30分钟，但不限于该值。

在预热过程中，黄磷渣和/或碱渣中的CaO即可起到降解硫排放的作用，将SO₂分子转化为CaSO₄。

在本实施方式中，该水泥熟料的生产方法还包括根据水泥回转窑排放的废气中SO₂的含量，及时调整黄磷渣与碱渣的配比的步骤，以确保有足够的CaO与SO₂反应，使排放的废气中SO₂的含量达标。

黄磷渣和碱渣复掺配料可以降低水泥窑窑尾废气的SO₂排放浓度，起到脱硫的作用，具体原理是：

黄磷渣和碱渣的主要化学成分为CaO，属于碱金属氧化物，废气中的SO₂为酸性氧化物，两者可以发生化学反应生成CaSO₄，化学反应方程式如下：

2CaO+2SO₂+O₂＝2CaSO₄

该化学反应可以将SO₂分子中的4价硫元素氧化为6价的SO₄^2-，SO₄^2-比较稳定，不容易被分解，在水泥熟料的煅烧过程中，SO₄^2-与Ca²⁺形成CaSO₄矿物被固化为不易分解的熟料晶体中，从而起到脱硫的作用。

黄磷渣和碱渣复掺配料还可以降低熟料生产过程中分解炉的温度和降低回转窑烧成带温度，从而降低熟料标准煤耗。

降低熟料生产过程中分解炉的温度的原理是：黄磷渣和碱渣的主要化学成分CaO也是水泥熟料的主要化学成分，传统的熟料生产工艺中，熟料CaO主要从石灰石原料的CaCO₃分解而来，CaCO₃的分解是强吸热过程，会消耗大量的热量来提供CaCO₃的分解。黄磷渣和碱渣作为熟料生产的原料，可替代部分石灰石。由于这两者所提供的主要化学元素为CaO，没有CaCO₃分解这个强吸热的过程，因此可以显著降低熟料能耗。

降低回转窑烧成带温度的原理是：黄磷渣有微量CaF₂存在，CaF₂在高温蒸汽下作用产生HF，再与SiO₂反应生成SiF₄和CaF₂反应如下：

CaF₂+H₂O＝CaO+2HF

4HF+SiO₂＝SiF₄+2H₂O

2HF+CaCO₃＝CaF₂+H₂O+CO₂

该反应能加速碳酸盐的分解，破坏SiO₂的晶格，促进固相反应。

CaF₂和生料其它元素通过固相反应生成SiF₄，该物质为中间过渡相，其存在可促进水泥熟料的主要矿物C₂S(硅酸二钙)和C₃S(硅酸三钙)的形成，其化学反应方程式如下：

4CaO+SiO₂+CaF₂＝2C₂S·CaF₂

3C₂S+3CaO+CaF₂＝3C₃S·CaF₂

传统的水泥生产工艺在熟料煅烧环节生成硅酸盐矿物所需煅烧温度为1450℃左右，掺入CaF₂(黄磷渣和/或碱渣带入)可将煅烧温度降到1200℃左右即可生成硅酸盐矿物，因此可以降低熟料能耗。

经过实际生产(见下面的说明部分)验证，使用上述水泥熟料的生产方法可以达到如下效果。

1.实现硫碱平衡，系统结皮掉落，相应的系统通风改善，窑内通风良好，质量稳定；

2.熟料28天强度提高3.1MPa；

3.出窑熟料f-CaO合格率上升8.3％，平均值下降0.33％

4.节能降耗效果较明显：熟料标煤耗下降4.78Kg/吨熟料，电耗也有一定的下降；

5.有效脱硫，实现达标排放，排污成本下降0.56元/吨熟料左右。

说明：

将碱渣与黄磷渣按一定的比例混合后入相应的仓，石灰石、页岩、黄沙土入相应的仓，再按设定的配料方案执行相应的配比入磨粉磨，具体熟料配料方案为：

KH(石灰饱和系数)＝0.950±0.02；

SM(硅率)＝2.4±0.1；

IM(铁率)＝1.55±0.1。

该物料经相应的输送设备入生料制备系统，一是制备成符合要求的生料，二是对窑尾烟气中硫进行相应的捕捉。生料再经相应的输送设施送至预热器，通过预热、分解炉分解，再入窑进行煅烧，在此期间分解炉出口温度控制在840-860℃，窑内煅烧温度控制在1250-1450℃，窑的转速控制在3.5-4.0转/分钟。经冷却机冷却至熟料温度在150℃以下。

综上，上述水泥熟料的生产方法将黄磷渣和/或碱渣等工业废渣回收利用，利用这些工业废渣中的CaF₂、P₂O₅、CaO将回转窑系统、预热器系统富集的硫碱化合物快速反应，平衡硫碱比，不仅能有效固化SO₂气体，生成较难分解的硫酸盐矿物，实现达标排放，也提升了窑内固相反应程度，熟料煅烧结粒更为致密，熟料质量更为稳定。该水泥熟料的生产方法复合工业固体废料(黄磷渣和/或碱渣)参加生料配料，不仅不用投资高额设备，也能满足达标排放的同时，又能提高水泥生料的易烧性，降低熟料能耗。而且黄磷渣和碱渣都是工业废渣，以往处理这些废渣都是采用填埋的方法，非常浪费土地资源，且污染环境，利用该废渣在水泥窑中脱硫还能起到消除工业废渣污染，变废为宝的效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。