干法旋窑回灰作为替代性渣粉生产水泥的方法
【专利摘要】一种干法旋窑回灰作为替代性渣粉生产水泥的方法，其特征在于，将干法旋窑回灰用膨润土粉改性，将改性回灰作为水泥生产用替代性渣粉，在水泥磨机粉磨出磨后细度合格的水泥粉料中掺入；或在水泥磨的选粉系统中掺入；用于回灰改性的膨润土粉用量为回灰重量的3~20%；改性回灰掺入量为成品水泥重量的2%~12%。本发明有利于生料成分的稳定，并可部分化解长期以来困扰窑系统的氯碱硫的富集问题，节能减排，降低水泥生产成本，且可节省粉磨能耗；有利于提高水泥早期强度，并改善水泥的和易性和保水性，有效减轻水泥制品表面的起砂现象。
【专利说明】干法旋窑回灰作为替代性渣粉生产水泥的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生产水泥的方法，尤其是涉及一种干法旋窑回灰作为替代性渣粉生产水泥的方法。
【背景技术】
[0002]水泥生产过程中由于生产系统必需的拉风的作用，通常会产生“窑灰”，或产生“窑灰”和“回灰”。
[0003]“窑灰”，顾名思义，就是窑尾旋风筒和收尘器收集的来自熟料烧成的回转窑内随烟气从回转窑内带出的飞灰。
[0004]目前水泥厂排出的窑灰可分为两大类，一为中空干法、湿法和半干法回转窑排出的窑灰，包括预热器窑(不带分解炉的窑)系统跑漏逸出的来自回转窑内的飞灰；二为新型干法水泥回转窑(帶分解炉的窑)的窑尾烟室或窑尾烟室的上升烟道处所设置的旁路放风系统、所排出的来自回转窑内的高含氯碱飞灰一窑灰，其特性不同于新型干法窑预热器系统排出的“回灰”。窑灰的特性介于熟料和生料之间，新型干法水泥窑窑尾烟室旁路放风系统排出的高温窑灰通常做为水泥掺合材入水泥磨机，其它回转窑窑灰通常随生料返回窑内利用或做为掺合材入水泥磨机。
[0005]“回灰”为新型干法旋窑生产过程中随废气排出、来自分解炉和五级预热器的微细粉尘。设置有旁路放风系统的新型干法旋窑还会产生大量来自回转窑内和窑尾烟室的“窑灰”。通常窑系统预热器 的第一级旋风筒收尘效率设计为95%~97%，随一级筒出口 300°C以上高温废气排出的超细粉料量一般在生料投料量的5%以上，这些超细粉经增湿塔和收尘器回收，称之为回灰。当前，回灰在窑磨同步开时，与生料磨收尘的生料回灰一起连续配入生料磨机出磨的生料粉中入生料均化库，或直接入生料库；当生料磨机停磨或生料库系统出故障时，则直接进入窑系统提升机。由于窑系统回灰的成分率值和正常的生料控制成分率值相比，回灰的饱和比偏高、硅率偏低、铝铁成分含量偏高，且有害元素含量普遍偏高，即回灰和正常生料因成分差别大，对窑系统影响大，尤其是生料磨停而窑开时，回灰入生料库堆积会导致生料成分异常波动，严重地影响窑况和产质量，因此，停生料磨时，不得已直接将回灰入窑系统,但因回灰成分问题仍会严重影响窑况和产品质量。同时，由于回灰入生料均化库或直接入窑，因其中的氯碱硫等对干法旋窑生产有害的元素成分循环进入产生富集，对窑况及产品质量造成实质上的危害，部分企业不得不设置旁路放风系统(产生窑灰)以减轻氯、碱、硫循环富集的危害，也有少部分企业不得已弃置部分回灰。
[0006]另一方面，为降低生产成本，当前水泥生产中一般视水泥品种等级不同，需掺加20-50%不等的工业废渣类掺合材一起粉磨，或把大量废渣磨细选粉后再搭掺入熟料粉或水泥粉中以生产成品水泥。当前，掺合材或渣粉需求量大，在许多地方难以满足水泥生产的需求，水泥生产企业为降低成本，不得不采用大量石灰石乃至生矸石、生黑页岩、粘土矿作为掺合料，这些严重劣化水泥砼性能的掺合材已造成大量的豆腐渣工程。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种利用干法旋窑回灰作为替代性渣粉生产水泥的方法。
[0008]本发明解决其技术问题的方法是，一种利用干法旋窑回灰作为替代性渣粉生产水泥的方法，将干法旋窑回灰(即干法旋窑生产过程中窑预热器系统出口废气经增湿塔和收尘系统回收的窑系统粉料)用膨润土粉改性，将改性回灰作为水泥生产用替代性渣粉，在水泥磨机粉磨出磨后细度合格的水泥粉料中掺入；或在水泥磨的选粉系统中掺入；用于回灰改性的膨润土粉用量为回灰重量的3~20% ;改性回灰掺入量为成品水泥重量的2%~12%。
[0009]进一步，所述的膨润土粉为蒙脱石含量≥65wt% (优选> 80wt%)的通用的膨润土粉或改性膨润土粉。
[0010]进一步，回灰的利用采用水泥企业通用的设备和方式利用。
[0011]经长期的追踪取样分析和试验研究表明，伴随新型干法旋窑系统生产而连续产生、且回收入窑，容易影响干法旋窑生产稳定性的回灰，具有以下共同特性:(I)平均粒径比水泥粉成品还细；(2)钙含量高，尤其是游离钙高，大部分干法旋窑回灰活性游离钙含量高达10%以上，氯、碱、硫含量比正常生料高，其它主要成分为超细的碳酸钙和已基本脱水分解的硅、铝、铁的氧化物及偏高岭土矿物，另含有少量的铁酸一钙、铝酸一钙等；(3)回灰与水泥生产常用的掺合渣粉如粉煤灰、矿渣粉复合，可表现出一定的活性。
[0012]本发明的技术原理是:(I)利用新型干法旋窑回灰实质上是随干法旋窑系统的分解炉至预热器拉风产生的高温废气流中的微细粉(飞灰)，即是从分解炉内碳酸钙悬浮分解的1200°C ~870°C高温的分解炉内拉风至五级旋风收尘器(俗称预热器)、再向上逐级拉向四级、三级、二级、一级预热器出口，最后经一级预热器出口排出仍达320°C以上的废气拉向增湿塔与静电或布袋除尘器收集下废气中的微细粉(飞灰)。换句话说，干法旋窑回灰主要成分是旋风预热器难以捕集的已分解的极细的轻质氧化钙和极细的受热脱水分解的铝硅铁氧化物偏高岭土矿物成分(分解温度40(T67(TC)，或质轻而细的轻质碳酸钙；其次是，易挥发积聚的氯、碱、硫化合物等，这些高温气流中的飞灰矿物，基本上是经分解炉和预热器热处理的产物，且粒径小，完全可以不经粉磨，经适宜的改性调整，可以一定的量直接掺用于水泥中。(2)利用膨润土中蒙脱石矿物的分散、吸附、层间交换活性，激发干法旋窑回灰中矿物的反应活性，替代有潜在活性的渣粉，并利用蒙脱石矿物层间交换特性，促进回灰中高活性氧化钙和所含的氯、碱、硫化合物做为水泥中潜在活性渣粉和熟料矿物共同的活化激发剂，且保持适宜的水化环境，以提高水泥早期强度。(3)利用蒙脱石矿物的分散性、保水性及膨润值特性，优化活化回灰中超细组份和轻质游离氧化钙，改善水泥的施工和易性和保水性。
[0013]本发明的有益效果:(1)新型干法旋窑的窑系统回灰用膨润土改性，直接作为水泥生产的替代性掺合渣粉，回灰不再入生料均化库或入窑循环，一则有利于生料成分的稳定，而生料的稳定有利于窑况及产质量的稳定，有利于节能，二则可一定程度地化解长期以来困扰窑系统的氯碱硫的富集问题，利于节能慽排；(2)以膨润土改性回灰替代部分掺合渣粉2%~12% (以水泥成品总重量计)，相当于增加水泥粉2%~12%，具有很好的经济性，每以1%的改性回灰替代掺合材或渣粉，水泥成本可降低约1.5元/ t，相当于增加1%的成品水泥粉，且可节省粉磨能耗。(3)以膨润土改性回灰替代掺合渣粉，有利于提高水泥早期强度，并改善水泥的和易性和保水性，有效解决水泥制品表层易失水而不能充分水化的问题。【具体实施方式】
[0014]以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。但这些实施例不得用于解释对本发明保护范围的限制。
[0015]实施例1
现有某Φ3.5X48m干法旋窑生产线，熟料日产量平均1750t / d，平均台时产量72.9t / h。生产线窑系统收尘废气经增湿塔后电收尘器除尘，增湿塔和电除尘回收的回灰总量每小时约8.1吨，约占入窑生料投料量的7% ;生料磨系统收尘采用布袋除尘器，生料除尘回灰量约6.7吨。原工艺上将窑系统回灰和生料回灰一起送入成品生料粉斜槽入生料均化库，微调配料后对窑况影响较小；停生料磨时窑系统回灰直接入窑系统生料提升机入窑，回灰直接入窑时窑况波动大，产质量影响大，常出现结皮和粗大结粒的生烧熟料。产品32.5级水泥掺合材为矿渣、煤渣、石灰石,总掺合材量48%,掺合材平均价格折合为62元/ t，粒状掺合材在磨头与熟料石膏一起配料后入水泥磨机粉磨水泥。成品32.5级水泥初凝时间平均125分钟，终凝时间平均187分钟，标准稠度平均24.1%, 3天平均抗压强度17.6MPa、抗折强度1.9MPa，28天平均抗压强度36.6MPa、抗折强度3.7MPa，用户反馈水泥不起浆，易起砂和产生大量龟裂缝。
[0016]釆用本发明方法，生料磨回灰仍入生料均化库，窑系统回灰在输送过程中连续均匀地加入相当于回灰重量6%的膨润土粉(膨润土粉中蒙脱石含量81%)，送入水泥磨旁钢板仓作为替代性掺合渣粉，水泥磨配料将掺合材总量从48%降至43%，在水泥磨机出磨粉料中连续掺入相当于成品水泥重量5%的膨润土粉改性回灰，即维持成品水泥粉中熟料矿物量和掺合材量与原32.5级水泥相当。掺窑系统膨润土改性回灰水泥初凝时间平均120分钟，终凝时间平均181分钟，标准稠度24.2%，3天平均抗压强度20.7MPa、抗折强度2.2MPa，28天平均强度抗压37Mpa，抗折强度3.7MPa，即3天强度平均提高3MPa，28天强度相当。用户反映施工和易性变好，起砂和龟裂缝现象基本消除。
[0017]实施例2
现有某Φ3.3X47m干法旋窑生产线，熟料日产量平均1500t / d，平均台时产量62.5t / h。生产线窑系统收尘废气经增湿塔后电收尘器除尘，增湿塔和电除尘回收的回灰总量每小时约7吨，约占入窑生料投料量的7% ;生料磨系统收尘采用布袋除尘器，生料除尘回灰量约6吨。原工艺上将窑系统回灰和生料回灰一起送入成品生料粉斜槽入生料均化库，微调配料后对窑况影响较小；停生料磨时窑系统回灰直接入窑系统生料提升机入窑，回灰直接入窑时窑况波动大，产质量影响大，常出现结皮和粗大结粒的生烧熟料。产品32.5级水泥掺合材为矿渣、煤渣、粉煤灰,总掺合材量46%,掺合材平均价格折合为82元/ t，掺合材在磨头与熟料石膏一起配料后入水泥磨机粉磨水泥。成品32.5级水泥初凝时间平均136分钟、终凝时间平均201分钟，标准稠度平均24.3%, 3天平均抗压强度17.1MPa、抗折强度1.9MPa，28天平均抗压强度37.3MPa、抗折强度3.7MPa，用户反馈水泥不起浆、易起砂和产生大量龟裂缝。
[0018]釆用本发明方法，生料磨回灰仍入生料均化库，窑系统回灰在输送过程中连续均匀地加入相当于回灰重量7%的膨润土粉(膨润土粉中蒙脱石含量87%)，送入水泥磨旁钢板仓作为替代性掺合渣粉，水泥磨配料将掺合材总量从46%降至41%，在水泥磨机出磨粉料中连续掺入相当于成品水泥重量5%的窑系统膨润土改性回灰，即维持成品水泥粉中熟料矿物量和掺合材量与原32.5级水泥相当，掺窑系统膨润土改性回灰水泥初凝时间平均126分钟、终凝时间平均191分钟，标准稠度24.2%，3天平均抗压强度20.5MPa、抗折强度
2.2MPa，28天平均抗压强度37.8Mpa、抗折强度3.9MPa，即3天强度平均提高3MPa，28天强度相当。用户反映施工和易性变好，起砂和龟裂缝现象基本消除。
[0019]实施例3
现有某Φ3Χ45πι干法旋窑生产线，熟料日产量平均1200t / d，平均台时产量50t /h。生产线窑系统收尘废气经增湿塔后电收尘器除尘，增湿塔和电除尘回收的回灰总量每小时约5.9吨，约占入窑生料投料量的7.5% ;生料磨系统收尘采用布袋除尘器，生料除尘回灰量约5吨。原工艺上将窑系统回灰和生料回灰一起送入成品生料粉斜槽入生料均化库，微调配料后对窑况影响较小；停生料磨时窑系统回灰直接入窑系统生料提升机入窑，回灰直接入窑时窑况波动大，产质量影响大，常出现结皮和粗大结粒的生烧熟料。产品32.5级水泥掺合材为矿洛、烧砰石、石灰石，总掺合材量45%,掺合材平均价格折合为57兀/ t,粒状掺合材在磨头与熟料石膏一起配料后入水泥磨机粉磨水泥。成品32.5级水泥初凝时间平均137分钟、终凝时间平均196分钟，标准稠度平均23.4%, 3天平均抗压强度18.5MPa、抗折强度1.9MPa，28天平均抗压强度38.6MPa、抗折强度3.8MPa，用户反馈水泥不起浆、易起砂和产生大量龟裂缝。
[0020]现有釆用本发明方法，生料磨回灰仍入生料均化库，窑系统回灰送入水泥磨旁钢板仓，膨润土粉(膨润土中蒙脱石含量91%)亦送入磨旁钢板仓，回灰和膨润土粉分别计量，以相当于成品水泥重量6%的回灰、0.6%的膨润土粉，作为替代性掺合渣粉，水泥磨配料将掺合材总重量从45%降至38.4%,也就是在水泥磨机出磨粉料中连续掺入相当于成品水泥重量6.6%的窑系统膨润 土改性回灰，即维持成品水泥粉中熟料矿物量和掺合材量与原32.5级水泥相当，掺窑系统膨润土改性回灰水泥初凝时间平均125分钟、终凝时间平均183分钟，标准稠度23.8%，3天平均抗压强度20.9MPa、抗折强度2.2MPa，28天平均抗压强度38.5Mpa、抗折强度3.8MPa，即3天强度平均提高2.4MPa，28天强度相当。用户反映施工和易性变好，起砂和龟裂缝现象基本消除。
[0021]实施例4
现有某Φ4.3X64m干法旋窑生产线，熟料日产量平均3250t / d，平均台时产量135.4t / h。生产线窑系统收尘废气经增湿塔后电收尘器除尘，增湿塔回收的回灰总量每小时约8.6吨，约占入窑生料投料量的4% ;生料磨系统收尘与窑尾除尘共用一台电除尘器，停生料磨后窑系统(増湿塔和电收尘)回灰总量约15t / h，约占入窑生料投料量的7%。原工艺上将窑系统回灰和生料回灰一起送入成品生料粉斜槽入生料均化库，微调配料后对窑况影响较小；停生料磨时窑系统回灰直接入窑系统生料提升机入窑，回灰直接入窑时窑况波动大，产质量影响大，常出现结皮和包心欠烧熟料。该厂成品制造车间将掺合材和熟料分开粉磨成熟料粉和渣粉，然后再按比例搭配均匀成水泥成品。该厂掺合材渣粉釆用矿渣、煤渣，再加石膏配料后粉磨成成品渣粉，成品渣粉核算成本为67元/ t，42.5级水泥按渣粉量30%、熟料粉量70%搭配均匀为成品水泥。成品42.5级水泥初凝时间平均110分钟、终凝时间平均175分钟，标准稠度平均22.3%, 3天平均抗压强度25.6MPa、抗折强度2.9MPa，28天平均抗压强度48.9MPa、抗折强度4.7MPa。用户反馈水泥不起浆、易起砂。
[0022]釆用本发明方法，窑系统增湿塔回灰在输送过程中连续均匀地掺入相当于回灰重量12%的膨润土粉(膨润土中蒙脱石含量83%)，送入水泥成品制造车间钢板仓内作为替代性掺合渣粉，生料磨停开时将增湿塔和窑尾电收尘回收的回灰一并送入水泥磨钢板仓作为替代性掺合渣粉，42.5级成品水泥配料搭掺保持熟料粉量70%不变，原渣粉量从30%分别降至28%、26%、24%、22%、20%，以窑系统膨润土改性回灰分别替代2%、4%、6%、8%、10%的渣粉，得以窑系统膨润土改性回灰作为替代性渣粉的42.5级水泥，与原含渣粉30%的42.5级水泥对比，以窑系统膨润土改性回灰替代部分渣粉的42.5级水泥，初凝时间缩短5~15分钟，终凝时间缩短约10分钟，标准稠度变化大，3天平均抗压强度提高2~4MPa，抗折强度提高
0.3^0.7MPa，28天平均强度相当。用戶反馈，起砂和龟裂缝现象基本消失。
[0023]实施例5
现有某Φ4.8Χ74πι干法旋窑生产线，熟料日产量平均5200t / d，平均台时产量216.7t / h。生产线窑系统收尘废气经增湿塔后电收尘器除尘，增湿塔回收的回灰总量每小时约12吨，约占入窑生料投料量的3.5% ;生料磨系统收尘与窑尾除尘共用一台电除尘器，停生料磨后窑系统(増湿塔和电收尘)回灰总量约24t / h，约占入窑生料投料量的7%。原工艺上将窑系统回灰和生料回灰一起送入成品生料粉斜槽入生料均化库，微调配料后对窑况影响较小；停生料磨时窑系统回灰直接入窑系统生料提升机入窑，回灰直接入窑时窑况波动大，产质量影响大，常出现结皮和包心欠烧熟料。该厂成品制造车间将掺合材和熟料配料粉磨成水泥粉后再搭掺外购渣粉一一级粉煤灰，即将粉磨的含渣熟料粉和粉煤粉按不同比例搭配均匀勾兑成42.5级和32.5级水泥成品。该厂水泥磨用约18%掺合材(矿渣、煤渣)，再加石膏配料后粉磨成水泥粉，外购的一级粉煤灰渣粉到厂价120元/ t，其成品42.5级水泥按粉煤灰量20%、水泥粉量80%搭配均匀为成品水泥。成品42.5级水泥初凝时间平均127分钟、终凝时间平均198分钟，标准稠度平均22.8%, 3天平均强度抗压26.2MPa、抗折2.8MPa, 28天平均 强度抗压48.7MPa、抗折4.8MPa,用户反馈水泥不起衆、易起砂。
[0024]釆用本发明方法，窑系统增湿塔回灰在输送过程中连续均匀地掺入相当于回灰重量15%的膨润土粉(膨润土中蒙脱石含量87%)，送入水泥成品制造车间钢板仓内作为替代性掺合渣粉，生料磨停开时将增湿塔和窑尾电收尘回收的回灰一并送入成品制造车间钢板仓作为替代性掺合渣粉，42.5级成品水泥配料，保持水泥粉量80%不变，掺合料粉煤灰量从原20%分别降至17%、15%、13%、10%，作为减少的粉煤灰的替代品，分别相应加入3%、5%、7%、10%的窑系统膨润土改性回灰。以本发明实施例窑系统改性膨润土回灰作为掺合料粉煤灰部分替代品的42.5级成品水泥与原粉煤灰20%的成品水泥对比，本发明实施例以窑系统改性膨润土回灰替代部分粉煤灰的成品水泥初凝时间缩短约10分钟，终凝时间缩短约10分钟，标准稠度变化大，3天平均抗压强度提高2~4MPa，抗折强度提高0.3^0.6MPa，28天平均强度相当。用戶反馈，水泥和易性明显变好，起砂现象基本消失。
[0025]本说明书所述百分比均为重量百分比。
【权利要求】
1.一种干法旋窑回灰作为替代性渣粉生产水泥的方法，其特征在于，将干法旋窑回灰用膨润土粉改性，将改性回灰作为水泥生产用替代性渣粉，在水泥磨机粉磨出磨后细度合格的水泥粉料中掺入；或在水泥磨的选粉系统中掺入；用于回灰改性的膨润土粉用量为回灰重量的3~20% ;改性回灰掺入量为成品水泥重量的2%~12%。
2.如权利要求1所述的干法旋窑回灰作为替代性渣粉生产水泥的方法，其特征在于，所述膨润土粉为蒙脱石含量> 65wt%的通用的膨润土粉或改性膨润土粉。
3.如权利要求2所述的干法旋窑回灰作为替代性渣粉生产水泥的方法，其特征在于，所述膨润土粉为蒙脱石含量.> 80wt%的通用的膨润土粉或改性膨润土粉。
【文档编号】C04B7/38GK103466976SQ201310402159
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】尹无忌 申请人:尹无忌