一种利用新型干法回转窑系统生产高强度低碳水泥熟料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到生产水泥熟料的技术领域。具体涉及到一种利用新型干法水泥回转窑系统生产高强度低碳水泥熟料的方法。
【背景技术】
[0002]新型干法水泥回转窑是以悬浮预热和预分解为核心的新型干法水泥熟料生产设备，新型干法水泥窑在热效率、大量连续生产、熟料质量等方面均比立窑、干法中空窑、立波尔窑、湿法窑优越很多。
[0003]生产娃酸盐水泥熟料的原材料主要是石灰质原料、粘土质原料及校正料，水泥熟料的主要矿物成分为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。通常硅酸三钙占矿物组成的50?60%，硅酸二钙占20?25%，铝酸三钙占5?10%，铁铝酸四钙占10?15%。水泥工业消耗大量石灰石资源，1450°C的高温煅烧需消耗大量煤炭资源，每生产一吨水泥熟料约排放一吨CO2，0.74千克SO2，130千克粉尘以及大量的N0X。我国是水泥生产大国，2013年水泥产量已达到20亿吨，水泥工业一直以来就是高能耗、高资源消耗、高污染的行业，是煤电及钢铁之外的二氧化碳排放量最大的行业。
[0004]能否降低石灰饱和系数，减少水泥熟料中硅酸三钙含量，提高硅酸二钙含量并提高硅酸二钙的水化活性，并采用新型干法水泥回转窑在较低温度下生产高强度低碳水泥熟料是解决困扰水泥工业各种问题的有效途径。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于将低碳水泥熟料材料技术与新型干法水泥回转窑生产工艺的结合生产高强度水泥，降低对石灰石资源的品质要求，降低煤炭及电能消耗，显著减少C02、S02、N0x等大气污染物质的排放。
[0006]本发明目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种利用新型干法回转窑系统生产高强度低碳水泥熟料的方法，所述生产高强度低碳水泥熟料的原料包括石灰质原料和粘土质原料，所述原料的重量份数为:
[0008]石灰质原料:65?91;
[0009]粘土质原料:8?35;
[0010]生产步骤为:
[0011 ] A、按各原料重量份数将原料混合磨细得粉磨物料；
[0012]B、步骤A所得的粉磨物料进入新型干法水泥回转窑的预热系统，在所述预热系统出口使物料升温至850?950°C，得到升温物料；
[0013]C、步骤B所得的升温物料进入分解炉，所述分解炉温度900?1000°C，升温物料通过所述分解炉后得到分解物料；
[0014]D、步骤C所得的分解物料进入新型干法水泥回转窑的烧成带，所述烧成带温度1300?1400°C，分解物料通过所述烧成带后得到出窑熟料；
[0015]E、步骤D所得的出窑熟料经过冷却后得到高强度低碳水泥熟料。
[0016]作为对原料的改进，所述石灰质原料为石灰岩、泥灰岩、电石渣中一种或几种的混合物，其中CaO含量45?56 %。
[0017]进一步的，所述粘土质原料为粘土、黄土、砂岩、页岩、高娃尾矿中一种或几种的混合物，其中S12含量55?95%。
[0018]进一步的，所述原料还包括铁质校正料，所述铁质校正料的重量份数为0.01?9，所述铁质校正料为铁粉、低品位铁矿石、含铁尾矿、硫铁矿渣中一种或几种的混合物，其中Fe2O3 含量 8 ?30 %。
[0019]进一步的，所述原料还包括铝质校正料，所述铝质校正料的重量份数为0.01?5，所述铝质校正料为铝土矿、煤矸石、粉煤灰、煤渣、赤泥中一种或几种的混合物，其中Al2O3含量8?70%。
[0020]进一步的，所述原料还包括工业废弃物，所述工业废弃物的重量份数为0.01?
4.5;所述工业废弃物为工业废弃物A、工业废弃物B和工业废弃物C其中一种或几种的混合物，所述工业废弃物A为含磷、钛、钡、硫的工业废弃物;所述工业废弃物B为含钙、磷、硼、钾、钠、硫的工业废弃物;所述工业废弃物C为含钙、镁、硅、锌、铜、镍、硼的尾矿。
[0021]作为对制备方法的改进，所述步骤A所得粉磨物料粒度要求为0.08mm方孔筛筛余小于15%。
[0022]进一步的，所述步骤B中预热系统为5级预热器系统。
[0023]进一步的，所述步骤C所得分解物料中碳酸钙的分解率在70%以上。
[0024]进一步的，所述步骤D中分解物料通过烧成带的时间为5?lOmin。
[0025]本发明的有益效果在于:
[0026]1.低石灰饱和系数，可以显著降低对石灰质资源的CaO含量要求，因此可大量使用目前较多储量的低品位石灰石、电石渣、高炉渣等工业废渣，使用铁尾矿配料可以减少或不用粘土质原料及铁铝质原料。
[0027]2.该高强度低碳水泥熟料的烧结温度为1350 土 50°C，比传统硅酸盐水泥熟料的烧成温度1450°C降低50?150°C，C02排放量比生产传统水泥熟料排放降低15%左右，NOx排放量降低40%以上，可比煤耗降低20%以上，可比电耗降低5%以上。
[0028]3.该高活性、高强度低碳水泥熟料3天抗压强度可达15?35MPa，28天强度可达55MPa?75MPa，水泥胶砂扩展度可达到180mm?210mm，水泥水化热较低，安定性良好，工作性能优良。
【具体实施方式】
[0029]实施例1
[0030]—种利用新型干法回转窑系统生产高强度低碳水泥熟料的方法，所述生产高强度低碳水泥熟料的原料包括石灰质原料和粘土质原料，所述原料的重量份数为:
[0031]石灰质原料:65?91;
[0032]粘土质原料:8?35;
[0033]生产步骤为:
[0034]A、原料计量后在生料磨中混合磨细得粉磨物料，出磨粒度要求0.08mm方孔筛筛余小于15% ；
[0035]B、粉磨物料通过新型干法水泥回转窑5级预热器系统，在第5级预热器出口使物料升温至850?950°C，得升温物料；
[0036]C、升温物料通过分解炉得到分解物料，分解炉温度控制在900?1000°C，控制所得分解物料的碳酸钙的分解率在70%以上，即进入下一步前分解物料的碳酸钙的分解率在70%以上；
[0037]D、分解物料进入回转窑烧成带，烧成带温度必须控制在1350?1400°C，烧成带气氛应为氧化气氛。物料通过烧成带的时间控制在5?1min，得到出窑熟料;该步骤对获得高强度低碳水泥熟料最关键，在1350?1400°C温度和该气氛条件下，掺杂离子进入硅酸二钙晶格内部并保留在晶体内部作为晶体格子构造的一部分，从而获得高活性、高强度低碳水泥熟料，在此温度和气氛条件下，发生以下掺杂取代反应，
[0038]A13++3F——Ca2++02—[I]
[0039]S6++2Al3+^3Si4+[2]
[0040]掺杂原子应使电子分布向一些钙离子靠拢，而不是完全集中分布在掺杂原子附近，否则，会牺牲既有的活化点，并使总活化点减少，从而降低了C2S水化活性；
[0041]E、出窑熟料经过篦冷机冷却后便得到本发明的高强度低碳水泥熟料。
[0042]所述石灰质原料为石灰岩、泥灰岩、电石渣中一种或几种的混合物，其中CaO含量45 ?56%。
[0043]所述粘土质原材料为粘土、黄土、砂岩、页岩、高娃尾矿中一种或几种的混合物，其中S12含量55?95%。
[0044]所述原料还可以包括铁质校正料，所述铁质校正料的重量份数为0.0I?9，所述铁质校正料为铁粉、低品位铁矿石、含铁尾矿、硫铁矿渣中一种或几种的混合物，其中Fe2O3含量8?30%。
[0045]所述原料还可以包括铝质校正料，所述铝质校正料的重量份数为0.01?5，所述铝质校正料为铝土矿、煤矸石、粉煤灰、煤渣、赤泥中一种或几种的混合物，其中Al2O3含量8?70%。
[0046]所述原料还可以包括工业废弃物，所述工业废弃物的重量份数为0.01?4.5;所述工业废弃物为工业废弃物A、工业废弃物B和工业废弃物C其中一种或几种的混合物，所述工业废弃物A为含磷、钛、钡、硫的工业废弃物;所述工业废弃物B为含钙、磷、硼、钾、钠、硫的工业废弃物;所述工业废弃物C为含钙、镁、硅、锌、铜、镍、硼的尾矿。
[0047]该高强度低碳水泥熟料的矿物组成包括硅酸二钙(>60%)，硅酸三钙(O?25% )，铝酸三钙(O?5%)，铁铝酸四钙(5?15%)以及少量无定形中间相;按相关国家标准测试方法，该高强度低碳水泥熟料力学强度发展特征为3天抗压强度大于15?35MPa，7天抗压强度大于25?45MPa，28天抗压强度55?75MPa;该高强度低碳水泥熟料安定性合格，易磨性与传统硅酸盐水泥熟料相当。同时，高强度低碳水泥具有以下节能减排特征，即氮氧化物(NOx)排放降低40%以上，二氧化碳(CO2)排放降低15%左右，可比煤耗降低20%以上，可比电耗降低5%以上。
[0048]实施例2
[0049]在实施例1的基础上进行进一步的优化。
[0050]1、首先进行原料选取:
[0051]石灰质原料:使用石灰石作为原料，其中CaO质量百分比含量49%;
[0052]粘土质原料:使用砂岩作为粘土质原料，其中S12质量百分比含量为75%;
[0053]工业废弃物A与C的混合物，混合比例5:1。
[0054]2、原料选定后按下列重量(％)配制:
[0055]石灰质原料:77
[0056]粘土质原料:19
[0057]工业废弃物A与C的混合物:4
[0058]3、原料选定后其工艺步骤为:
[0059]首先原料计量后混合通过生料磨粉磨至粒径达到0.08mm方孔筛筛余为12%;然后通过新型干法水泥回转窑5级预热器系统，在第5级预热器使物料升温至860°C;然后物料通过分解炉，分解炉温度控制在930°C，控制生料入窑时碳酸钙的分解率在78% ;然后物料进入回转窑烧成带，烧成带温度控制在1360°C，在此温度条件下，物料通过烧成带的时间控制在5min;然后出窑熟料经过篦冷机冷却后便得到本发明的高强度低碳水泥熟料。
[0060]实施例3
[0061]在实施例1的基础上进行进一步的优化。
[0062]1、首先进行原料选取:
[0063]石灰质原料:使用石灰石、泥灰岩和电渣石的混合物作为原料，混合比例2:1:1其中CaO质量百分比含量52%;
[0064]粘土质原料:使用砂岩和页岩的混合物作为粘土质原料，混合比例3:1，其中Si〇2质量百分比含量为78% ；
[0065]工业废弃物B。
[0066]2、原料选定后按下列重量(％)配制:
[0067]石灰质原料:78
[0068]粘土质原料:20