专利名称：：一种在机立窑上煅烧的水泥熟料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及建筑材料领域，尤其是一种由工业废渣全部代替不可再生性原料在机立窑上煅烧优质水泥熟料及其制备方法。
背景技术：
：水泥属建筑行业的必备材料，通用硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为硅酸三钙(3Ca0.Si02)、硅酸二钙(2CaOSi02)铝酸三钙(3CaO.A1203)、铁铝酸四钓(4CaO.A1203.Fe203))。其氧化物主要有四种，即氧化钙(CaO)、氧化硅(Si02)、氧化铝(A1203)、氧化铁(Fe2(U。各氧化物的含量对水泥性质有十分重要的影响，所以在制备生料时需寻找合适的原料以满足要求。但在自然界里，很难找到单一原料能完全符合生产水泥熟料的要求，因此在生产过程中，通常都是选用分布广泛、资源丰富的几种原料，根据其成分，调制成生料。我国水泥生产技术经历了三个阶段第一阶段是以石灰质为主要原料生产水泥。本阶段主要利用当地丰富的石灰质矿山资源，采取了就地取材生产水泥，一般选用的石灰石质原料主要提供氧化钙，粘土或页岩原料主要提供氧化硅和氧化铝及少量的氧化铁，通过大量的煤炭提供4丐、硅铝、铁等物化反应的必需热量，而煤炭、石灰石、粘土都属不可再生性资源，大量的开采将对环境造成严重破坏。并且，这种方式生产出的水泥，未利用工业废渣，不仅资源浪费大，而且成本高，，环境污染严重，不利于企业长远的发展。随着经济的发展，众多的煤化工厂、钢铁厂、发电厂、化工厂等生产后产生的工业废渣量越来越大，而且又没有得到充分的开发和利用，其废弃物通常只能采用堆积的办法，既占用了土地，又造成了环境污染和破坏。随着科学技术的不段发展，对这些工业废物的充分利用成为了水泥行业发展的重点。第二阶段是主要以石灰质添加工业废渣(煤渣、硫酸渣、电石渣、粉煤灰等)生产水泥。随着社会步入市场经济时代，国家为了实施可持续发展，保护矿产资源及环境，对矿山开采实施了限制，对水泥生产污染大、能耗高的立窑生产技术实行强制淘汰，本阶>^主要采用回转窑煅烧工艺，其配方组分主要仍是石灰质，废渣为配料校正原料，废渣利用率低，未彻底改变水泥生产主要以石灰石配方的生产技术。第三阶4殳是利用废渣部分代替石灰质生产水泥。为了适应市场，实现资源循环利用，水泥主要原料由利用矿产资源生产转型为利用工业废渣生产，由制造污染源转型为处理污染物。在利用废渣生产水泥方面，许多科研单位、设计单位、生产企业研究开发，但只能代替部分石灰质原料，配料组成仍不能全部取代石灰质原料。工业废渣的特性，现在已经被熟知。比如电石渣是电石(CaC2)与水(H20)进行水化反应后的碱性残留物，在化工生产过程中排出的废渣，其主要成份为氢氧化钙，其分子式是[Ca(OH)2];在580。C時分解为CaO和H20。由于Ca(OH)2因其富含氧化钙，所以是很好的石灰石原料的替代品。煤渣是煤炭经工业锅炉1100150(TC燃烧后，烧结粘连成块状从炉底排出的多孔状的废渣，也称为锅炉炉渣。主要以偏高岭土(A1203.2SiOJ矿物存在，含Si02量在50-78%，含A1A量10~18%,含FeA量6~14%，由于经过高温，一是Si-0键被破坏，Si02颗粒细小；二是有大量可燃C质；三因燃烧是在还原气氛中进行，其金属元素是以FeS、FeS2、ZnS、PbS等含能量矿物存在，有4支好的节能因素。其A1力3高、Fe203高构成熔点低，Si02经过预烧，熔出温度低至900~IOO(TC,硅酸盐矿物易解聚成活性[Si04]4—参与固相和液相反应，形成C2S、C3S，是页岩、铁粉的最佳替代品。同时，由于其自身还有不能充分燃烧的特点，一般残留煤的发热量可达到700-1100kcal/kg。利用该发热量，与干电石渣等科学配料，完全可以替代煤炭的煅烧。粉煤灰是火力发电厂从煤粉锅炉烟自由收尘器收集的灰渣。煤粉在高温悬浮燃烧的过程中，粉煤灰所含的粘土质矿物被熔融，在表面张力的作用下形成液滴，被除数气流带出炉外，并经急速冷却，即成为粒径为l-50iam的球形颗粒，以酸性氧化物(Si02、A1203)为主。是很好的粘土质材料。从现有的技术情况看，有少数企业用石灰石、页岩、煤加1%~5%锅炉炉渣配制生料，生料细度难以控制，生料需水量增加，成球质量差，入窑易炸球、呲火，熟料烧成质量差，游离氧化钙(f-CaO)高。煤渣含热量低(相对于煤炭)，仍然大量使用不可再生资源煤和页岩，煤渣无法大幅度替代煤炭，更无法完全替代煤炭煅烧水泥熟料。也有企业用电石渣、粘土、煤等配制生料来煅烧水泥熟料。粘土中Si02颗粒粗，Si-O离子团多是层、架状结构，熔点温度达1580。C以上，易烧性因素小，在煅烧过程中，硅酸盐矿物难解聚成活性[Si04]4—参与固相和液相反应，造成熟料游离氧化4丐(f-CaO)高，熟料质量低下，且仍然大量使用不可再生资源粘土和煤，对自然环境长期破坏。但是，现有技术中没有完全采用工业废渣为原料生产水泥的^t术教导，无论是电石渣的利用、还是锅炉煤渣和粉煤灰，都是和相应的不可再生性原料配合后使用的，其次，这些工业废渣一般认为只能作为辅料少量掺加在水泥的原料配料中，比如，在锅炉炉渣利用方面，业内人士普遍认为锅炉炉渣只能作为少部分的水泥掺合，在用不可再生资源生产水泥的生料配料中也只能是少量的加入才能稳定工艺，加入量过多不仅配料困难，而且成球和煅烧也发生困难，现有技术中没有任何用锅炉炉渣代替全部煤、粘土作为主要原料生产水泥的的教导，更没有在机立窑上用锅炉炉渣代替全部煤、粘土作为主要原津+生产水泥的的教导。因此，如何解决工业废渣只能少部分配入生料及煅烧上存在的问题，以及完全采用工业废料制备水泥的问题，成为了一个亟待解决的技术问题。但是，经过深入的分析研究，申请人发现，要完全采用工业废渣在机立窑上制备水泥，还存在如下技术难题这些原料之间相互的配比关系很难确定，如因电石渣中CaO含量高，如果在机立窑生产中掺量过大，使生料CaO含量过高，不仅成球需水大增，成球质量下降，而且会造成熟料游离氧化钙偏高，严重影响水泥安定性；如果掺量过小，又会使CaO含量偏低，出窑熟料粉化严重，二次游离氧化钙偏高，影响水泥安定性。电石渣颗粒细小，煅烧反应快，而炉渣中的炭燃烧时间长，如果炉渣配量过大会使底火拉长，冷却效果不好，熟料C3S结晶不完整，甚至分解，C2S易4分化，造成强度低，安定性不良；如果配量过小，烧成热量不足，会使熟料欠烧，反应不完全，造成强度低下，安定不良。
发明内容本发明的目在于克服上述现有技术的缺点而提供一种用锅炉炉渣代替全部无烟煤和粘土，并与粉煤灰、干电石渣配料，在机立窑中煅烧生产出的优质水泥熟料及其方法。使用该方法在机立窑上生产水泥熟料，其性能稳定，投资小、能耗低、收益大；更主要的是充分利用工业废渣，保留不可再生资源，既有利于发展，又保护了环境。本发明的目的是这样实现的一种在机立窑上煅烧的水泥熟料，其生料按重量百分比的配比为电石渣锅炉炉渣粉煤灰70_80%15—25%1—10%其中，所述的电石渣的氧化钓含量为56-70%,水4分含量为3~8%,均为重量含量，并以电石渣总重量为基准；所述的锅炉炉渣是锅炉炉渣及其衍生矿物，其中Si02含量至少在50-75%，人1203含量10~23%，Fe力3含量6~14%,均为重量含量，并以锅炉炉渣总重量为基准；该锅炉煤渣的化学成份是成分CaOSi02A1203Fe203MgOS03含量(重量2-8%50-75%10-23%6-14%1-2%0.3-2%%)所述粉煤灰Si02含量至少在50-65%,人1203含量18~26%，Fe203含量6~12%，均为重量含量，并以粉煤灰总重量为基准，其的化学成份是成分LOSSCaOSi02A1203Fe203MgOS03(重量%)4-7%3-8%50-65%18-26%6-12%1-3%0.5-2.5%本在机立窑上煅烧的水泥熟料按如下步骤制备:a、配置生料按如下重量百分比的组成成份配制生料电石渣70—80%锅炉炉渣15—25%粉煤灰1一10%b、将(a)中所述原料计量配料，混合粉磨至0.080mm方孔筛筛余不超过18%的生料粉，该生料粉经充分搅拌均匀后入成球盘中成球，其中料球粒径为(D5—cD10mmmm，然后将料球入窑，利用锅炉炉渣残留的发热量锻烧，在煅烧带停留5~10分钟，冷却后既得水泥熟料。其中，本水泥熟料化学反应过程如下由才几立窑成球系统加水成3求的生料粒(粒径①5—①10隨)，净皮输送入立窑顶部的撒料盘，分层均匀撒播在机立窑上部，在25(TC—350。C上升热气流的作用下，料球物理水被蒸发。随着料层的加厚及料层的均匀向下的移动，上面料球所受的热气流温度越来越高；在350°C—650°C时Ca(OH)2分解成CaO和H20。同时与煤渣及粉煤灰组分间，通过质点的相互扩散，进行固相反应，其反应过程大致如下~800°C:CaO.A1203(CA)、CaO.(CF)与2CaO.Si02(C2S)开始形成。800~900°C:开始形成12CaO.7A1203(C12A7)，CaO少量与C02结合成CaCO"在894。C时再分解为CaO和C02。900~1000°C:2Ca0.A1203.Si02(C2AS)形成后又分解。开始形成3Ca0,A1203(C3A)和4CaO.A1203Fe203(C4AF)。液相开始出现，3CaO.Si02(C3S)开始形成。1100~120Q。C:大量形成铝酸三钓(C3A)和4失铝酸四钩(C4AF),硅酸二钓(C2S)含量达最大值。液相量增加，液相粘度减小，氧化4丐(Ca0)、硅酸二钩(C2S)不断溶解、扩散，硅酸三钙(C3S)晶核不断形成，并使小晶体逐渐发育长大，大量形成几十微米大小、发育良好的硅酸三钓(C3S)，完成烧结过程。(水泥熟料矿物固相反应是;故热反应，；改热量约为420~500J/g,理i仑上i文热达420J/g时，就足以使物料温度升高300°C以上。)烧结物料向下移动(随着窑下面熟料的不断卸出)，经窑底部送入的冷风冷却逐渐由疏;&状转变为色泽灰黑、结构致密的熟料。生成的水泥熟料经卸料锥卸出送入熟料库，以备磨制成不同品种的水泥。本水泥熟料含有以下重量百分比的矿物成份C3S48~65C2S9.0~20C3A8.0~12C4AF8.0~14另外，该水泥熟料中含有以下重量百分比的化学成份LOSS0.050.8CaO6370Si021826AL2035.07.5Fe2033.04.9S030.52.0MgO0.21.1本水泥熟料的力学性能如下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>从上表可以看出，本水泥熟料的各项力学性能指标符合国家建材JC/T853—1999，GB/T17671-1999标准及GB/T13462001标准。本发明相比于现有技术有如下优点一、利用锅炉炉渣自身的特点，替代煤炭、粘土等物，与电石渣、粉煤灰完美结合，不仅解决了煤炭、石灰石、粘土等不可再生资源更合理利用的问题，而且为工业废弃物的处理提供了科学的利用途径，变废为宝，实现资源循环综合利用和可持续性发展；特别是对煤化工业、火力发电等大型企业的发展，提供了完美的途径。二、利用工业废弃物锅炉渣作为生产水泥的主要原料，将锅炉渣在现状中只能作为辅料添加的状况，改变为生产水泥的主要原料，大大提高了煤渣在制备水泥过程中的数量，为大量解决锅炉炉渣提供了保障，对煤化工业尤其重要。三、利用工业废弃物锅炉渣、电石渣等作为生产水泥的主要原料还可达到1、污染更小。锅炉渣是煤炭通过了燃烧后而形成，其自身所有的炭大部份已消耗，再次燃烧基本不再产生二氧化碳废气，硫已与金属元素产生化学反应，固溶入矿物质中，S02废气的排放量远远低于国家规定标准。2、成本更低、能耗更小。电石渣系粉状物，不需要象石灰石一样再次粉碎，直接就可以使用；加之，其氧化钙的含量高达66%,比石灰石氧化钙的含量高出15~20%,可利用率更高；锅炉渣替代煤炭、粘土降低熟料烧成热耗1500kJ/kg,解决了水泥生产中高耗能的尖端难题，同时也大大降低了成本。3、质量更好、产量更高。利用干电石渣和锅炉炉渣为主要原料在机立窑上生产水泥熟料，台时总产量为24t/h，熟料3天抗压强度为30Mpa,3天抗折强度为5.4Mpa，熟料28天抗压强度55Mpa，28天抗折强度为8.2Mpa;而采用普通水泥配方煅烧水泥熟料，台时总产量为20t/h，熟料3天抗压强度为29Mpa,3天抗折强度为4.8Mpa，熟料28天抗压强度为52Mpa,28天抗折强度为7.7Mpa，^艮明显，本发明的台时产量更高，熟料质量更好。四、本发明适用于机立窑生产，采用本发明提供的配方制备水泥熟料可避免因成球质量、氧化钓含量高导致的煅烧的熟料安定性不良的发生，更易于推广。五、本发明适用各种不同规格的机立窑干法配料及煅烧工艺，解决了生料的均化，预加水成球及机立窑煅烧中的各种关键技术问题，不仅实现了高产、低耗、优质，而且投资节省，易于扩广使用，可产生良好的经济效益和社会效益。具体实施方式下面结合3个实施例，对本发明作进一步说明，但本发明并不只限于这些例子以下锅炉渣采用含Si02达50%以上的锅炉炉渣及其衍生矿物；其灰分化学成份(重量°/。)如下<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>实施例l:各原料的重量配比是电石渣73%,其含水量为8/、氧化钙含量为56%,锅炉渣22%,粉煤灰2%，其Si02含量为55%,A1203含量20%,Fe203含量8%;将所述原料计量配料后，混合粉磨至0.080mm方孔筛筛余不超过18%的生料粉，该生料粉经充分搅拌均匀后入成球盘中成球，其中料球粒径为①5—cD10mm，然后将料球入机窑中，在高温区停留时间为5-10分钟，冷却后即得水泥熟料。用上述配方在机立窑上煅烧出的水泥熟料的物理力学性能见表一，其化学成份和矿物组成见表二:表一机立窑熟料的力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表二机立窑水泥熟料的化学成份和矿物组成<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>出窑熟料添加一定比例的石膏及矿渣等混合材料磨细至0.08mm方孔筛<10%，即可生产出不同品种的合格水泥，其水泥的物理性能如表三表三机立窑水泥的力学性能(P.032.5)<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>实施例2:各原料的重量配比是电石渣77%,其含水量为3%、氧化钙含量为70%，锅炉渣18%，<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>实施例3:各原料的重量配比是电石渣70°/。，其含水量为4%、氧化钙含量为66%,锅炉渣20°/，粉煤灰10%,其Si02含量为52%,A1203含量17%,卞6203含量9%;按实施例1中的方法在机立窑制备的水泥熟料的力学性能见表七，其化学成份和矿物组成见表八表七机立窑熟料的力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表八机立窑熟料的化学成份和矿物组成<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>出窑熟料添加一定比例的石膏及矿渣等混合材料磨细至0.08mm方孔筛<10%,即可生产出不同品种的合格水泥，其水泥的物理性能如表九表九机立窑水泥的力学性能(P.C32.5)<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>权利要求1、一种在机立窑上煅烧的水泥熟料，其特征在于包括如下重量百分比的矿物组成C3S48～65C2S9.0～20C3A8.0～12.C4AF8.0～142、一种制备权利要求1所述水泥熟料的方法，其特征在于按如下步骤进行(A)按如下重量百分比的组成成份配制生料电石渣70—80%锅炉炉渣15—25%粉煤灰1一10%(B)将(A)中所述材料计重后，混合粉磨至0.080mm方孔筛筛余不超过18%的生料粉，该生料粉经充分搅拌均匀后入成球盘中成球，其中料球粒径为①5—①10mm,然后将料球入窑煅烧，在高温区滞留时间为5~10分钟，冷却后即得水泥熟料。3、根据权利要求2所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于所述的电石渣的氧化钙含量为56-70%，水份含量为3~8%,均为重量含量，并以电石渣总重量为基准。4、根据权利要求2所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于所述锅炉炉渣的Si02含量为50-75°/，人1203含量10~23%，Fe2。3含量6~14%,均为重量含量，并以锅炉炉渣总重量为基准。5、根据权利要求2所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于所述粉煤灰的Si02含量为50-65%,入1203含量18~26%,Fe2。3含量6~12%,均为重量含量，并以粉煤灰总重量为基准。全文摘要本发明公开了一种由工业废渣全部代替不可再生性原料在机立窑上煅烧优质水泥熟料及其制备方法，是以电石渣与锅炉炉渣、粉煤灰粉磨及均化后进入预加水成球系统，形成平均粒径Φ5-Φ10mm的料球，并送往机立窑煅烧形成优质水泥熟料。本发明充分利用锅炉炉渣、粉煤灰、干电石渣三种工业生产难以处理的废渣作为生产水泥的主要原料，大幅度提高了锅炉炉渣、电石渣在制备水泥过程中的掺合量，使生产出的水泥熟料更优质，变废为宝，有利于降低生产成本和环境保护，经济效益和社会效益显著。文档编号C04B7/44GK101229962SQ20081004534公开日2008年7月30日申请日期2008年2月2日优先权日2008年2月2日发明者廖友洪,邱小强,龙百春申请人:四川省九龙水泥有限公司