本发明涉及一种硅酸盐水泥熟料的生产方法，具体涉及一种用改性煤矸石替代硅铝质原料配料生产硅酸盐熟料的方法。
背景技术：
煤矸石是伴随着煤炭采掘、洗选加工过程中产生的固体废弃物，包括岩巷矸石、煤巷矸石、自然矸石、洗矸石、手选矸石和剥离矸石六类。
从按照煤矸石资源利用的类型划分，大致可分为如下三大类：
第一类是白矸（石），为露天煤矿开采剥离以及井下巷道挖掘时所排出的，其特征是含炭量低，大多热值低，白矸热值大多波动为100～1200kcal×4.18kj/kg，且矿物质成分较多，依其矿物质成分不同而实施深度开发利用如提铝、选铁、制保温或耐火材料等。
第二类是选矸（石），为采煤/洗煤过程中挑选出来的煤矸石，其煤矸石中的含煤量较高、热值及成分波动大，选矸热值大多波动为500～2800kcal×4.18kj/kg，选矸又可分门别类的选择利用，如高热值矸石用于工业窑炉、低热值的回填、筑路等。
第三类是熟矸（石），为煤矸石经焙烧或经堆燃热处理去掉绝大部份可燃物后的煤矸石，熟矸热值大多波动为0～200kcal×4.18kj/kg，大多用于制建材或制化学产品。白矸和选矸未经热处理的又统称为生矸石。
从白矸和选矸中筛选出砂岩矸石资源化利用于水泥生产中生料配料，从煤矸石中筛选出来的块状砂岩矸石，其热值与熟矸石相当（<200×4.18kj/kg)。
此外，还有依煤矸石的主要矿物成分和主要化学成分分类的。依煤矸石主要矿物结构分类一般分为黏土岩类煤矸石、砂岩类煤矸石、碳酸盐岩类煤矸石三类。依主要化学成分分类，因煤矸石的主要化学成分为sio2和a12o3等，依其化学成分相对含量不同，可分为硅质煤矸石、铝质煤矸石等。还有依煤矸石中硫含量高低分为低硫煤矸石和高硫煤矸石等。煤矸石中的含硫矿物可以分为硫酸盐、硫化物如硫铁矿（fes2)、有机硫三类，高硫煤矸石一般含有较多的硫铁矿物，有用于选取硫铁矿、或焙烧出so2生产硫酸铵的实践。
煤矸石的特性，就其本质是夹在煤层间的脉石,在开采和洗选过程中被分离出来的煤质沉积岩类废弃物，实际上就是碳质页岩/碳质粘土、碳质砂岩、或碳质碳酸盐岩等和其他页岩/粘土、砂岩、砾岩等的混合物。随着煤层地质年代、地域、成矿条件、开采方法的不同,煤矸石组成及其质量分数也各不相同，即其矿物组成和化学成分及工业分析（灰份、内水、固定碳、挥发份、热值）差异大，尤其是煤矸石低位热值的波动可从100×4.18kj/kg波动至2800×4.18kj/kg，单位热值差距可达数十倍。既便是同一产地的不同批次的煤矸石的热值差异亦可达数倍。
从煤矸石的矿物组成来看，不同类别的煤矸石有较大的差异和一定的特征性。
粘土岩类煤矸石，因粘土矿物固有的吸附性，此类煤矸石中富集了大量的有害微量元素。粘土岩类煤矸石的主要矿物成分为黏土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石、长石、勃母石），其次为石英、长石、方解石、云母、硫铁矿和碳酸盐等矿物，还含有丰富的植物化石、有机质和碳质等。多为板状、层状或纤维结构，有一定的硬度，透水性大，不易受地下水的影响，在加工过程中容易被粉碎。
砂岩类煤矸石，其主要矿物多数为石英、云母、长石、植物化石和菱铁矿结核等，其次为含有碳酸岩的黏土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石、长石）、其它无机盐、有机质和碳质等。至于所谓的硅质类煤矸石，客观上为二氧化硅含量很高的砂岩类煤矸石。
碳酸岩类煤矸石，主要矿物组成为方解石、白云石和菱铁矿，其次，混杂有较多的黏土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石、勃母石）、陆源碎屑矿物、碳质及有机物（包括有机硫）、黄铁矿等。
铝质岩类煤矸石，主要矿物组成为三水铝矿、一水软铝石和一水硬铝石等高铝矿物，其次为石英玉髓、褐铁矿、白云母和方解石及高岭土、长石、蒙脱石等粘土矿物、碳质及有机质等。
概括地说，煤矸石是由黏土【高岭石al2o3·2sio2·2h2o、伊利石(al,r2+)2[(si,al)si3o10][oh]2·nh2o、蒙脱石(na,ca)0.33(al,mg)2[si4o10](oh)2·nh2o、白云母(k·al2)(alsi3o10)(oh)2、长石（kalsi3o8、naalsi3o8、caal2si2o8）、勃姆石γ-alooh、绿泥石】、砂岩(石英sio2)、碳酸盐【方解石caco3、白云石(ca·mg)(co3)2、菱铁矿feco3】、硫化物(黄铁矿fes2)以及铝土(三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石)、炭质和有机质以及植物化石、无机盐（氯盐、硫酸盐、磷酸盐）及少量的稀有金属矿物等组成。不同地区、不同来源、不同类别的煤矸石的矿物成分含量相差很大。对于煤矸石用于水泥生产来说，值得注意的是部分煤矸石中含有难以热分解的绿泥石类粘土矿物。
从煤矸石的化学成分构成来看，煤矸石的主要化学成分为sio2、a12o3、fe2o3、cao、mgo、na2o、k2o、so3、p2o5、tio2和loss(烧失量），微量稀有元素为ga、sc、v、li、co、sr及稀土元素ce等，可燃物为c（碳）、cmhno（碳氢氧氮硫有机化合物）及mxs（硫化物）。不同地区、不同来源、不同类别的煤矸石的化学成分含量差异性大，其相应的煤矸石工业分析指标（灰份、内水、固定碳、挥发份、热值）差别很大。
我国是煤资源储量丰富的国家之一，约占世界探明可采煤总储量约9842亿吨的11.63%（中国约1145亿吨），我国也是以煤为主要能源的国家，根据国家统计局所发布的统计信息，我国2017年原煤产量约为34.45亿吨，煤矸石综合排放量占原煤产量的15%～20%，大量的煤矸石开采后堆存于排废场地，占用了宝贵的土地资源，且造成地下渗透、矸石山坍塌滑坡、自燃爆炸等现象，污染土壤、地下水体和大气环境。
自20世纪60年代开始，我国即开始对煤矸石展开综合利用研究，数十年来，在利用煤矸石作为工业窑炉燃料或煤矸石发电、利用煤矸石烧砖、焙烧煤矸石作为水泥掺合料和生料配料原料及生产少熟料/无熟料水泥、生产砼骨料、煤矸石微晶玻璃、煤矸石矿棉、利用硅质煤矸石生产碳化硅多孔陶瓷材料及莫来石耐火材料、利用铝质煤矸石生产氢氧化铝/氧化铝和氯化铝/聚合氯化铝、合成硫酸铵等化工产品及提取镓钪锂钒钛钴和稀土等高价元素、利用焙烧煤矸石制取分子筛、白炭黑和炭黒及超细高岭土等填料、利用煤矸石作为路基材料、复垦造田和充填采空区/煤矿塌陷区、利用煤矸石处理酸性矿井水、及生产有机肥等行业/领域均取得了巨大的成果或获得了显著的成功，但煤矸石排废堆积数量仍以每年6亿吨以上的速度在不断增长着，截至目前，煤矸石累计堆放量逾45亿吨，规模较大的煤矸石山达2600多座。究其原因，上述众多煤矸石应用行业/领域对煤矸石的品质要求、经济性和环保问题等及煤矸石的消耗量有其客观上的局限性。
另一方面，我国是世界上最大的水泥产能国，水泥生产对粘土类硅铝酸盐原料不可再生资源和燃煤消耗巨大。煤矸石本身就是硅铝酸盐为主的矿石，并同时含有一定的碳类可燃物质，即煤矸石本身同时可作为硅铝酸盐原料和劣质燃料资源，具备作为水泥生产原燃材料潜质，有可能成为水泥生产最大的消纳对象，在国家政策的激励下，我国广大的水泥生产领域技术人员一直在努力的探索实践，我国几乎所有的水泥科研院所都在进行煤矸石利用的专项课题研究。
cn106277865b公开了一种硅酸盐水泥熟料的制备方法、cn104926163b公开了一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法，它们以低挥发份（vad3～5.5%)、高固定碳（fcad8～10%)、低水分（mad0.2～0.35%)、低热值（100～800kcal/kg)的特定化学成分范围的煤矸石（掺入量3%～5%）配料生产硅酸盐水泥熟料的方法，其技术方法的要点：一是选择低挥发份（vad3～5.5%)、高固定碳（fcad8～10%)、低水分（mad0.2～0.35%)、低热值的特定化学成分的煤矸石，且控制掺入量5%以内，以求最大限度地减少煤矸石中的可燃物尤其是挥发份对窑系统的结皮粘堵等不利影响，暂不说此类煤矸石可选择的样品有限，至少缺失普适性；二是控制入窑生料分解率在90～95%（一般干法水泥生产入窑生料分解率控制在97.5～99.5%以提高窑系统产能），以求用生粉料减轻预热器和窑系统的结皮粘堵等，这样的技术措施在无燃烧性能好的优质烟煤的水泥企业是行不通的，客观上缺乏实用性。
cn104986975b公开了一种g级油井水泥及其加工工艺（中国葛洲坝集团水泥有限公司）提供了一种用煤矸石配料生产g级油井水泥的方案，其技术措施及缺陷与cn106277865b公开了一种硅酸盐水泥熟料的制备方法、cn104926163b公开了一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法相同，只是对煤矸石中的硅含量等要求更高，且对硅酸盐水泥熟料的配料要求及生产无借鉴意义。
cn103833244b公开了一种风积砂硅酸盐水泥熟料及其生产方法（新疆建筑材料研究院），具体方法为：第一步将所有的原料包括7.82份至5.42份煤矸石直接配料、粉磨选粉制成细度为10%至12%的生料粉；第二步，是将均化后冷态的生料粉直接送入回转窑外分解分解炉中的分解炉中进行预热、预分解；第三步是将经过分解炉预热、预分解后的生科送入回转窑煅烧，其中煅烧温度为900℃至1450℃。该方法与现有通用的干法水泥生产线以多级预热器预热生料，然后入分解炉分解生料中的碳酸钙的工艺显著不同，而是以分解炉直接预热冷态生料粉并进行生料的预分解，即是将分解炉当作含煤矸石生料的悬浮焙烧炉（类似流化床焙烧），含可燃物生料经分解炉焙烧后然后送入回转窑煅烧，以避免生煤矸石对正常的干法水泥生产线预热器和回转窑系统的工况影响。
cn110790525a公开了一种含有煤矸石的电石渣水泥的制备方法、cn107200486a公开了一种高掺工业废渣水泥及其制备方法，提供了一种以电石渣、煤矸石、黄矸石等系列工业废渣配料生产水泥的工艺，未涉及煤矸石配料对干法水泥生产窑系统的工艺控制技术和窑况影响问题及解决办法。
本领域技术人员公知的是：熟石灰（电石渣的主要成分）的分解温度和热耗比石灰石低很多，因此，电石渣干粉替代石灰石生产水泥熟料的正常热耗要低很多，然而，该方法的熟料热耗不低于正常的石灰石配料的熟料热耗，因为严重的结皮粘堵导致窑况不稳定而增加了热耗。再者，由于现有电石渣制水泥的干法水泥生产线结皮粘堵都挺严重，窑系统稳定性不好，导致熟料热耗与正常的石灰石配料热耗相当或更高，其掺入煤矸石配料也只能导致结皮、粘堵更严重。
cn104386930b公开了一种煤矸石在干法水泥熟料生产中的应用方法，通过实验研究（配料设计、易烧性试验、煤矸石燃烬实验和工业分析）及cfd模拟分析等技术手段，探索煤矸石在干法水泥熟料生产过程中的掺入方式、掺加量、粉磨细度等因素对生产工艺及热工设备的影响，提供了煤矸石作为生料配料使用、和煤矸石和煤粉作为混合燃料喷入分解炉两种方式。其对于煤矸石配料使用方式，提示了选用特定质量要求的煤矸石，依煤矸石的主要化学成分硅铝铁铁钙含量，理论上的化学成分率值计算煤矸石可配入9%及9%以下。在可满足配料的目标率值（kh=0.91±0.02,sm=2.6±0.01,im=1.6±0.01)范围，煤矸石与低硅砂岩配合使用，理论上可配入4.5855%，并提示须严格控制关键部位的温度参数，防止系统产生结皮、粘堵，但实际上，尚无有效的技术控制措施。其作为煤矸石混合燃料入分解炉方式，提示了理论分析煤矸石最高用量为进分解炉燃料量的10%及10%以下（即煤矸石用量低于0.007838kg/kg.cl，仅为生料中理论计算值用量的十分之一），否则会严重影响入分解炉燃料的燃烧性能，造成重度结皮粘堵严重影响窑系统工况。
cn104386930b公开的煤矸石掺入生料配料及作为分解炉替代燃料的两种方式，也是几十年来水泥行业领域大量技术工作者在反复探索和实践的两种利用煤矸石的方法，尽管本领域人员都认为煤矸石可替代水泥熟料生产的硅铝质原料和燃料，但因煤矸石的特性，至今未见有可行有效的方法解决煤矸石对水泥窑系统工况结皮粘堵的问题。
数十年来，煤矸石无论作为水泥生产的燃料、还是作为生料配料原料，客观上成为了水泥行业生产企业的“鸡肋”。为解决煤矸石直接配料对干法水泥生产线窑系统工况造成的负面影响，广大技术工作者进行了大量的探索实践，相对有效的技术措施大致可归纳为如下四种方法：
方法一：严格限制进厂煤矸石的成分、指标及热值，且控制用量（大多选用低热值煤矸石、或从煤矸石中筛分出来的基本无热值的砂岩），并加强煤矸石的均化，如cn110845195a公开的煤矸石生产硅酸盐水泥熟料的制备方法，采用0～3%的低热值煤矸石（从煤矸石中筛选出来的基本无热值的块状砂岩矸石）直接进行生料配料，以防止煤矸石掺入产生的严重结皮现象，稳定窑系统工况。
方法二；在控制进厂煤矸石热值、用量的前提下采用富氧燃烧，以求改善窑系统的工况，如《四川水泥》（1996no.3)刊发的“富氧空气助燃煤矸石生产水泥技术经济分析”一文公开了一种这样的技术方案。生产实际中除经济性存疑外，对解决窑系统的结皮粘堵问题同样很不乐观。
方法三：对煤矸石采用特殊的破碎筛分分离方式，分离出煤矸石中的可燃物粉料并入燃煤后入窑，基本去除可燃物后的矸石料再用于生料配料，如cn207086075u公开了一种利用煤矸石的水泥生产系统，但该方法煤矸石中可燃物和矿岩两大组分的分离不易，预分离处理能耗亦高。
方法四：将煤矸石熟化后掺入配料，即先将煤矸石焙烧或堆燃热处理去除绝大部分或全部可燃物、同时热分解去除煤矸石中的硫化物（硫铁矿），然后以焙烧煤矸石（即熟矸石）入生料配料，如cn108328951a公开的将煤矸石加工为水泥干粉原料的系统及其加工方法。该方法投资较大，占用场地面积也大，且浪费了煤矸石中的热能，并产生环境污染。
综上所述，现有干法水泥生产线资源化利用生煤矸石的方法，因受煤矸石的特性产生的结皮粘堵等问题制约，客观上不利于水泥企业大规模消纳煤矸石废渣。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种解决因生煤矸石的特性导致在窑系统产生严重的结皮粘堵影响窑系统工况稳定性等问题，以便于水泥企业大规模消纳煤矸石，化解煤矸石堆积带来的环境污染问题的用改性煤矸石替代硅铝质原料配料生产硅酸盐熟料的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种用改性煤矸石替代硅铝质原料配料生产硅酸盐熟料的方法，包括如下步骤：
（1）改性处理煤矸石：在煤矸石破碎、均化处理过程中，喷加液态改性助烧剂，对煤矸石颗粒进行吸附性物理化学处理改性，或在生料配料时，对已预破碎均化的煤矸石颗粒喷加改性助烧剂，对煤矸石颗粒进行吸附性物理化学改性，得改性煤矸石颗粒；
（2）配制生料粉和预分解：将步骤（1）所得改性煤矸石颗粒替代30～100%（w/w）硅铝质原料与石灰石、硅质校正料/铝质校正料、铁质校正料配料，混合粉磨制成生料粉，均化后送入预热器预热，经分解炉预分解，再经c5或c6旋风预热器收集卸入窑尾烟室送入回转窑内；
（3）调节尾煤用量、氧化煅烧：将步骤（2）送入回转窑的物料采用强化窑头一把火、窑内氧化性气氛煅烧成硅酸盐熟料，视含煤矸石的生料粉实际热值高低波动的情况，动态加减尾煤用量：含煤矸石生料粉热值高炉温上升时，减少尾煤喂入量，含煤矸石生料粉热值低炉温下降时，增加尾煤喂入量。
本发明之所述煤矸石吸附性物理化学改性处理，是针对煤矸石的矿物结构特性进行物理化学方法处理，煤矸石矿物中含有大量的含碳类有机质及一定量的碱、硫，煤矸石中的含碳有机质的挥发、裂解温度一般在320℃～600℃、剧烈氧化还原温度在580℃～800℃，煤矸石矿物中碱的挥发、硫化物的分解一般在600℃～780℃。对于带五级预热器系统的干法水泥生产线，煤矸石中的含碳类有机质及碱硫等在缺氧的五级预热器系统的c1、c2、c3、c4级预热器内逐步升温挥发、还原分解并逐渐加重生料的还原性，还原性物料进而加重分解炉内还原气氛，并连锁性加剧c5级预热器、窑尾烟室、缩口乃至回转窑内的还原结皮粘堵，进而严重影响干法水泥生产的窑况和能耗及产质量的问题（还原反应吸热，结皮粘堵及其处理均增加热耗）。对于带六级预热器系统的超短窑干法水泥生产线，煤矸石中的含碳类有机质及碱硫等在缺氧的六级预热器系统的c2、c3、c4、c5级预热器内逐步升温挥发、还原分解并逐渐加重生料的还原性，还原性物料进而加重分解炉内还原气氛，并连锁性加剧c6级预热器、窑尾烟室、缩口乃至回转窑内的还原结皮粘堵，同时增加烟气中的碳氢类挥发物和二氧化硫污染物。要解决煤矸石对干法水泥生产造成的结皮粘堵问题，需要对煤矸石改性以抑制或消除煤矸石中含碳类有机质及硫化物对预热器、分解炉内生料粉（含煤矸石粉）造成的还原性影响，阻止硫蒸气（硫铁矿受热还原分解出单质硫）的产生，并抑制挥发性碱、硫（二氧化硫）的负面影响。
进一步，步骤（1）中，所述液态改性助烧剂的喷加量相当于煤矸石质量的0.3～5.0%；优选0.3～3.0%；更优选0.3～2%；改性助烧剂的喷加量视煤矸石挥发份、硫化物及碱含量而定。
进一步，步骤（1）中，所述液态改性助烧剂为氧化剂高铁酸盐溶液与液态硅胶、液态铝微胶中的一种或多种的液态混合物。
进一步，步骤（1）中，所述液态改性助烧剂为30-70wt%的氧化剂高铁酸盐溶液与≤wt50%液态硅微胶、≤wt50%液态铝微胶的液态混合物。
本发明根据煤矸石的矿物结构特性，其对无机盐强氧化剂、高比表面积无机胶体类物质有很好的渗透吸附性，优选湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司开发的液态改性助烧剂zc-r型液态助烧剂，其主要成分为强氧化剂与液态硅胶、液态铝胶等的液态混合物，其中的强氧化剂高铁酸钠（钾）等可有效渗透吸附于煤矸石微细颗粒，抑制或消除含碳有机质的还原作用、并消除单质硫的产生，且可促进绿泥石矿物的热解离；其中的超大比表面积的硅微胶和/或铝微胶等的液态混合物可渗透吸附于煤矸石微细颗粒上于干法水泥生产c1～c4级/c5级预热器中吸收固化煤矸石挥发出的碱硫。
进一步，步骤（1）中，所述的煤矸石为硫化铁矿物含量小于3.5%、低位热值在10×4.18kj/kg～2800×4.18kj/kg范围的生煤矸石。
进一步，所述生煤矸石为所有包括白矸石、选矸石在内的各类粘土岩类煤矸石、砂岩类煤矸石（含硅质岩类煤矸石）、碳酸岩类煤矸石、铝质岩类煤矸石。
进一步，步骤（2）中，所述生料粉的细度为80μm筛余小于20%。
进一步，步骤（3）中，所述氧化性气氛煅烧的温度为1400℃～1500℃，优选1450℃。
本发明具有如下有益效果：1）可以有效利用我国庞大产能、且广为分布的干法水泥生产线大规模消纳各类生煤矸石，包括以白矸石、选矸石在内的粘土岩类煤矸石、砂岩类煤矸石（含硅质岩类煤矸石）、碳酸岩类煤矸石、铝质岩类煤矸石替代全部的硅铝质粘土（页岩）原料；可望化解煤矸石堆积造成的环境污染问题，并可为水泥企业节省大量的燃煤、大幅减小粘土类硅铝质原料的消耗。利于环境保护，利于水泥企业的节能减排、降本增效；2）针对煤矸石的矿物结构特性进行吸附性物理化学方法改性，抑制或消除煤矸石中含碳有机质在缺氧的预热器环境下的强还原效应，同时消除单质硫蒸汽的产生，且直接固化挥发出的碱硫，方法虽简单，但有效地解决了煤矸石配料长期困扰干法水泥生产的结皮粘堵顽症。虽出于改性处理的经济性考虑，限制了煤矸石中硫化铁矿物的含量（对硫酸盐和有机硫没有限制）。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1～3在某φ4.3×66m带五级旋风预热器预分解窑干法水泥生产线上进行，其正常生产的生料配料原料为：钙质原料石灰石、硅铝质原料页岩、硅质校正料硅石、铁质校正料硫酸渣，其页岩配料平均质量占比12.3%；燃煤采用挥发份12～17%、热值5400～5600kcal/kg的半烟煤，三率值控制在石灰饱和系数kh=0.91±0.02、硅酸率sm=2.5±0.1、铝氧率im＝1.5±0.1。生产中，煅烧用煤的头尾煤比例约为头煤0.38:尾煤0.62，窑尾烟室、缩口、窑内中度结皮、长圈，窑况较稳定，熟料中夹杂少量粽黄色还原料。正常窑况熟料产量平均为3447t/d，熟料实际标准煤耗113.9kg/t，熟料立升重波动在1178～1320g/l，f-cao波动在0.5～1.8%，熟料液相量波动在23.6～27.8%，熟料强度波动在3d抗压强度25.3～32.8mpa、28d抗压强度53.4～58.8mpa，标准稠度需水量波动在23.5～27.5%，流动度波动在162～187mm，凝结时间波动在初凝96～138min、终凝127～191min。
各实施例所用改性助烧剂为湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司生产的zc-r液态改性助烧剂，主要成分为43wt%氧化剂高铁酸盐、15wt%液态硅胶、15wt%液态铝胶，余为水。
实施例1
本实施例中所用煤矸石取用某煤矸石山堆存的原由白矸和选矸混杂堆积的各类煤矸石，破碎均化。经厂方化验室分析：均化煤矸石工业分析平均值（w）为:灰份（aad）76.84%、挥发份（vad）15.31%、水份（mad）1.46%、固定碳（fcad）6.39%、热值（qnet.ad）683×4.18kj/kg。均化煤矸石主要化学成分（w）平均值为sio254.03%、a12o312.35%、fe2034.18%、cao4.91%、mgo1.53%、k2o0.8～2.7%、na2o0.6～1.8%、so31.78%、p2o50.01%、tio20.02%、烧失量（loi）22.71%。
本实施例包括按如下步骤：
（1）改性处理煤矸石：在煤矸石破碎、均化处理过程中、喷加相当于煤矸石质量0.5%的改性助烧剂，对煤矸石颗粒进行吸附性物理化学处理改性，得改性煤矸石颗粒；
（2）改性煤矸石替代硅铝质原料配料制生料粉和预分解：将步骤（1）所得改性煤矸石颗粒替代100%硅铝质原料页岩（占配比12.3%）与钙质原料石灰石、硅质校正料硅石、铁质校正料硫酸渣配料（三率值控制在石灰饱和系数kh=0.91±0.02、硅酸率sm=2.5±0.1、铝氧率im＝1.6±0.1）；即将改性煤矸石与石灰石、硅石、硫酸渣混合粉磨制成80um筛余16%的生料粉，均化后送入预热器预热后，经分解炉预分解，再经c5旋风预热器收集卸入窑尾烟室送入回转窑内；
（3）调节尾煤用量、氧化煅烧：将步骤（2）送入回转窑的物料采用烧强烧好窑头一把火，调整用风控制回转窑内氧化性气氛煅烧成硅酸盐熟料（熟料烧成温度1450℃），以稳定硅酸盐熟料的烧成质量（针对该厂采用的燃料是半烟煤、实际上是无烟煤为主的配煤，燃烧性能较差窑头火焰烧起来断流，因库存煤量大不便于换燃烧性能好的烟煤，本实验阶段对半烟煤燃料采用了成熟的煤用催化氧化燃烧方法以确保烧好窑头一把火）；并控制分解炉出口温度为860℃～890℃，视含煤矸石的生料粉实际热值高低波动的情况，动态适时加减尾煤用量，含煤矸石生料粉热值高炉温上升时及时减少尾煤喂入量、以防止燃煤过量（燃煤过量未及时燃尽的碳会导致窑尾烟室、缩口产生还原性结皮、粘堵），含煤矸石生料粉热值低炉温下降时及时增加尾煤喂入量。
为追综熟料质量波动状况，每2小时取一轮熟料样。
试验连续运行72小时，预热器、窑尾烟室、缩口及窑内未见明显结皮粘堵现象，窑头清亮基本无飞砂、熟料结粒性好，未见还原料，熟料立升重波动在1260～1387g/l，f-cao波动在0.3～0.9%，窑系统运行工况正常。窑尾废气排放未见任何负面影响，环保在线烟气监测显示so2排放值略有下降、脱硝氨水消耗量也略有下降。
煅烧用煤的头煤用量相当，尾煤用量降幅较大，3天吨熟料平均标准煤耗降至88.3kg/t，吨熟料标煤耗降低25.6kg/t。
3天熟料产量平均为3578t/d，提高131t/d。
3天熟料样分析实际率值为石灰饱和系数kh=0.901～0.927、硅酸率sm=2.39～2.57、铝氧率im＝1.48～1.67；熟料液相量在24.8～26.9%，熟料强度波动在3d抗压强度27.6～34.3mpa、28d抗压强度56.4～61.3mpa，标准稠度需水量波动在22.8～26.5%，流动度波动在176～184mm，凝结时间波动在初凝95～128min、终凝124～156min，熟料的各项物理力学性能指标均有所提高。
本次生产试验显示，本发明利用煤矸石均化改性后替代硅铝质原料的方法是可行的，利用堆积煤矸石山的混杂矸石，既可节省大量的尾煤，又可节省大量的粘土页岩类硅铝质原料，且能有效解决因煤矸石特性导致的结皮粘堵影响窑系统工况的问题，并能提高熟料质量及其物理力学性能，对烟气排放无负面影响。
实施例2
本实施例中所用煤矸石选用某煤矿采煤作业排弃的选矸，为碳酸岩类煤矸石，直接从煤矿运输至厂破碎均化后入原料库，经厂方化验室分析：均化煤矸石工业分析平均值（w）为:灰份（aad）64.36%、挥发份（vad）18.38%、水份（mad）2.23%、固定碳（fcad）16.03%、热值（qnet.ad）
864×4.18kj/kg。均化煤矸石主要化学成分（w）平均值为sio240.13%、a12o39.07%、fe2o33.31%、cao18.37%、mgo4.13%、k2o3.12%、na2o0.39%、so31.07%、p2o50.01%、tio20.36%、烧失量（loi）19.79%。本实施例中所用zc-r2液态改性助烧剂购自湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司，主要成分为氧化剂高铁酸盐溶液45%与液态硅微胶55%的液态混合物。
本实施例包括按如下步骤：
（1）改性处理煤矸石：在生料配料时，对已预破碎均化的煤矸石颗粒，喷加相当于煤矸石质量1.5%的改性助烧剂，对煤矸石颗粒进行吸附性物理化学改性，得改性煤矸石颗粒；
（2）改性煤矸石替代硅铝质原料配料制生料粉和预分解：将步骤（1）所得改性煤矸石颗粒替代80%硅铝质原料页岩（占配比9.8%）与钙质原料石灰石、硅质校正料硅石、铁质校正料硫酸渣配料（三率值控制在石灰饱和系数kh=0.91±0.02、硅酸率sm=2.5±0.1、铝氧率im＝1.5±0.1）；
即将改性煤矸石与石灰石、硅石、硫酸渣混合粉磨制成80um筛余16%的生料粉，均化后送入预热器预热后，经分解炉预分解，再经c5旋风预热器收集卸入窑尾烟室送入回转窑内；
（3）调节尾煤用量、氧化煅烧：将步骤（2）送入回转窑的物料采用烧强烧好窑头一把火，调整用风控制回转窑内氧化性气氛煅烧成硅酸盐熟料（熟料烧成温度1450℃）；以稳定硅酸盐熟料的烧成质量（针对该厂采用的燃料是半烟煤、实际上是无烟煤为主的配煤，燃烧性能较差窑头火焰烧起来断流，因库存煤量大不便于换燃烧性能好的烟煤，本实验阶段对半烟煤燃料采用了成熟的煤用催化氧化燃烧方法以确保烧好窑头一把火），并控制分解炉出口温度为860℃～890℃，视含煤矸石的生料粉实际热值高低波动的情况，动态适时加减尾煤用量，含煤矸石生料粉热值高炉温上升时及时减少尾煤喂入量、以防止燃煤过量（燃煤过量未及时燃尽的碳会导致窑尾烟室、缩口产生还原性结皮、粘堵），含煤矸石生料粉热值低炉温下降时及时增加尾煤喂入量。
为追综熟料质量波动状况，每2小时取一轮熟料样。
试验连续运行72小时，预热器、窑尾烟室、缩口及窑内未见明显结皮粘堵现象，窑头清亮基本无飞砂、熟料结粒性好，未见还原料，熟料立升重波动在1280～1380g/l，f-cao波动在0.4～0.9%，窑系统运行工况正常。窑尾废气排放未见任何负面影响，环保在线烟气监测显示so2排放值略有下降、脱硝氨水消耗量也略有下降。
煅烧用煤的头煤用量相当，尾煤用量降幅较大，3天吨熟料平均标准煤耗降至93.8kg/t，吨熟料标煤耗降低20.1kg/t。
3天熟料产量平均为3573t/d，提高126t/d。
3天熟料样分析实际率值为石灰饱和系数kh=0.908～0.927、硅酸率sm=2.39～2.54、铝氧率im＝1.41～1.57；熟料液相量在23.5～26.5%，熟料强度波动在3d抗压强度27.2～33.8mpa、28d抗压强度57.3～60.9mpa，标准稠度需水量波动在23.3～26.5%，流动度波动在178～186mm，凝结时间波动在初凝103～128min、终凝134～156min，熟料的各项物理力学性能指标均有所提高。
本次生产试验显示，本发明利用煤矸石均化改性后替代约80%硅铝质原料的方法是可行的，既可节省大量的尾煤，又可节省大量的粘土页岩类硅铝质原料，且能有效解决因煤矸石特性导致的结皮粘堵影响窑系统工况的问题，并能提高熟料质量及其物理力学性能，对烟气排放无负面影响。
实施例3
本实施例中所用煤矸石选用某洗煤厂的堆场洗矸，为铝质岩类煤矸石。经厂方化验室分析：均化煤矸石工业分析平均值（w）为:灰份（aad）65.47%、挥发份（vad）19.75%、水份（mad）2.47%、固定碳（fcad）12.31%、热值（qnet.ad）647×4.18kj/kg。均化煤矸石主要化学成分（w）平均值为sio244.86%、a12o337.32%、fe2030.97%、cao0.11%、mgo0.17%、k2o0.54%、na2o0.79%、so30.23%、p2o50.00%、tio21.39%、烧失量（loi）14.61%。本实施例中所用改性助烧剂选用湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司提供的zc-r3号液剂，主要成分为氧化剂高铁酸盐溶液65%与液态铝微胶35%的液态混合物。
本实施例包括按如下步骤：
（1）以物理化学方法改性处理煤矸石：在煤矸石破碎、均化处理过程中，喷加相当于煤矸石质量0.8%的改性助烧剂，对煤矸石颗粒进行吸附性物理化学处理改性，得改性煤矸石颗粒；
（2）改性煤矸石替代硅铝质原料配料制生料粉和预分解：将步骤（1）所得改性煤矸石颗粒替代59%硅铝质原料页岩（占配比7.3%）与钙质原料石灰石、硅质校正料硅石、铁质校正料硫酸渣配料（三率值控制在石灰饱和系数kh=0.91±0.02、硅酸率sm=2.5±0.1、铝氧率im＝1.6±0.1）；即将改性煤矸石与石灰石、硅石、硫酸渣混合粉磨制成80um筛余16%的生料粉，均化后送入预热器预热后，经分解炉预分解，再经c5旋风预热器收集卸入窑尾烟室送入回转窑内；
（3）调节尾煤用量、氧化煅烧：将步骤（2）送入回转窑的物料采用烧强烧好窑头一把火，调整用风控制回转窑内氧化性气氛煅烧成硅酸盐熟料（熟料烧成温度1450℃），以稳定硅酸盐熟料的烧成质量（针对该厂采用的燃料是半烟煤、实际上是无烟煤为主的配煤，燃烧性能较差窑头火焰烧起来断流，因库存煤量大不便于换燃烧性能好的烟煤，本实验阶段对半烟煤燃料采用了成熟的煤用催化氧化燃烧方法以确保烧好窑头一把火）。并控制分解炉出口温度为860℃～890℃，视含煤矸石的生料粉实际热值高低波动的情况，动态适时加减尾煤用量，含煤矸石生料粉热值高炉温上升时及时减少尾煤喂入量、以防止燃煤过量（燃煤过量未及时燃尽的碳会导致窑尾烟室、缩口产生还原性结皮、粘堵），含煤矸石生料粉热值低炉温下降时及时增加尾煤喂入量。
为追综熟料质量波动状况，每2小时取一轮熟料样。
试验连续运行72小时，预热器、窑尾烟室、缩口及窑内未见明显结皮粘堵现象，窑头清亮基本无飞砂、熟料结粒性好，未见还原料，熟料立升重波动在1275～1387g/l，f-cao波动在0.5～1.1%，窑系统运行工况正常。窑尾废气排放未见任何负面影响，环保在线烟气监测显示so2排放值略有下降、脱硝氨水消耗量也略有下降。
煅烧用煤的头煤用量相当，尾煤用量降幅较大，3天吨熟料平均标准煤耗降至99.2kg/t，吨熟料标煤耗降低14.7kg/t。
3天熟料产量平均为3575t/d，提高122t/d。
3天熟料样分析实际率值为石灰饱和系数kh=0.894～0.921、硅酸率sm=2.41～2.56、铝氧率im＝1.53～1.67；熟料液相量在23.8～27.1%，熟料强度波动在3d抗压强度26.9～33.8mpa、28d抗压强度56.8～61.4mpa，标准稠度需水量波动在23.5～26.5%，流动度波动在178～184mm，凝结时间波动在初凝96～124min、终凝131～155min，熟料的各项物理力学性能指标略有提高。
本次生产试验显示，本发明利用铝质岩类煤矸石均化改性后替代约59%硅铝质原料的方法是可行的，既可节省大量的尾煤，又可节省大量的粘土页岩类硅铝质原料，且能有效解决因煤矸石特性导致的结皮粘堵影响窑系统工况的问题，并能提高熟料质量及其物理力学性能，对烟气排放无负面影响。
实施例4
本实施例在某φ4.8×74m带五级旋风预热器预分解窑干法水泥生产线上进行，其正常生产的生料配料原料为：钙质原料石灰石、硅铝质原料页岩、硅质校正料硅砂、铁质校正料铁粉，其页岩配料质量占比平均为14.7%；燃煤采用挥发份28～36%、热值5800～6200kcal/kg的低硫烟煤，熟料率值控制在石灰饱和系数kh=0.90±0.02、硅酸率sm=2.5±0.1、铝氧率im＝1.5±0.1。生产中，煅烧用煤的头尾煤比例约为头煤0.36:尾煤0.64，窑尾烟室、缩口、窑内轻度结皮、长圈，窑况稳定，熟料中夹杂少量粽色还原料。正常窑况熟料产量平均为5857t/d，熟料实际标准煤耗107.6kg/t，熟料立升重波动在1210～1360g/l，f-cao波动在0.3～1.0%，熟料液相量波动在23.6～25.4%，熟料强度波动在3d抗压强度26.0～34.0mpa、28d抗压强度54.0～59.0mpa，标准稠度需水量波动在22.5～27.5%，流动度波动在175～185mm，凝结时间波动在初凝97～137min、终凝125～165min。
本实施例所用煤矸石选用某煤矿采煤作业排弃的选矸，为砂岩类煤矸石，直接从煤矿运输至厂破碎均化后入原料库，经厂方化验室分析：均化煤矸石工业分析平均值（w）为:灰份（aad）64.32%、挥发份（vad）18.38%、水份（mad）0.94%、固定碳（fcad）16.36%、热值（qnet.ad）
1087×4.18kj/kg。均化煤矸石主要化学成分（w）平均值为sio264.25%、a12o320.38%、fe2033.01%、cao1.47%、mgo2.57%、k2o3.12%、na2o0.39%、so30.76%、p2o50.01%、tio21.34%、烧失量（loi）18.73%。本实施例中所用改性助烧剂选用湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司提供的zc-r3号液剂，主要成分为氧化剂高铁酸盐37%、硅微胶41%、铝微胶22%等的液态混合物。
本实施例包括按如下步骤：
（1）改性处理煤矸石：在生料配料时对已预破碎均化的煤矸石颗粒，喷加相当于煤矸石质量2.2%的改性助烧剂，对煤矸石颗粒进行吸附性物理化学改性，得改性煤矸石颗粒；
（2）改性煤矸石替代硅铝质原料配料制生料粉和预分解：将步骤（1）所得改性煤矸石颗粒替代100%硅铝质原料页岩（占配比14.7%）与钙质原料石灰石、硅质校正料硅石、铁质校正料硫酸渣配料（三率值控制在石灰饱和系数kh=0.91±0.02、硅酸率sm=2.5±0.1、铝氧率im＝1.6±0.1）；即将改性煤矸石与石灰石、硅石、硫酸渣混合粉磨制成80um筛余16%的生料粉，均化后送入预热器预热后，经分解炉预分解，再经c5旋风预热器收集卸入窑尾烟室送入回转窑内；
（3）调节尾煤用量、氧化煅烧：将步骤（2）送入回转窑的物料采用烧强烧好窑头一把火，调整用风控制回转窑内氧化性气氛煅烧成硅酸盐熟料（熟料烧成温度1450℃），以稳定硅酸盐熟料的烧成质量（针对该厂采用的燃料是半烟煤、实际上是无烟煤为主的配煤，燃烧性能较差窑头火焰烧起来断流，因库存煤量大不便于换燃烧性能好的烟煤，本实验阶段对半烟煤燃料采用了成熟的煤用催化氧化燃烧方法以确保烧好窑头一把火）；并控制分解炉出口温度为860℃～890℃，视含煤矸石的生料粉实际热值高低波动的情况，动态适时加减尾煤用量，含煤矸石生料粉热值高炉温上升时及时减少尾煤喂入量、以防止燃煤过量（燃煤过量未及时燃尽的碳会导致窑尾烟室、缩口产生还原性结皮、粘堵），含煤矸石生料粉热值低炉温下降时及时增加尾煤喂入量。
为追综熟料质量波动状况，每2小时取一轮熟料样。
试验连续运行72小时，预热器、窑尾烟室、缩口及窑内未见明显结皮粘堵现象，窑头清亮基本无飞砂、熟料结粒性好，未见还原料，熟料立升重波动在1282～1390g/l，f-cao波动在0.4～0.9%，窑系统运行工况正常。窑尾废气排放未见任何负面影响，环保在线烟气监测显示so2排放值略有下降、脱硝氨水消耗量也略有下降。
煅烧用煤的头煤用量相当，尾煤用量降幅较大，3天吨熟料平均标准煤耗降至76.3kg/t，吨熟料标煤耗降低31.3kg/t。
3天熟料产量平均为6037t/d，提高180t/d。
3天熟料样分析实际率值为石灰饱和系数kh=0.902～0.927、硅酸率sm=2.39～2.56、铝氧率im＝1.49～1.62；熟料液相量在23.5～26.5%，熟料强度波动在3d抗压强度28.9～34.7mpa、28d抗压强度58.8～62.5mpa，标准稠度需水量波动在22.8～26.5%，流动度波动在178～186mm，凝结时间波动在初凝103～128min、终凝134～156min，熟料的各项物理力学性能指标均有所提高。
本次生产试验显示，本发明利用煤矸石均化改性后替代100%硅铝质原料的方法是可行的，既可节省大量的尾煤，又可节省大量的页岩类硅铝质原料，且能有效解决因煤矸石特性导致的结皮粘堵影响窑系统工况的问题，并能提高熟料质量及其物理力学性能，对烟气排放无负面影响。
实施例5
本实施例在某φ4.4×53m带六级旋风预热器预分解超短窑干法水泥生产线上进行，其正常生产的生料配料原料为：钙质原料石灰石、硅铝质原料废粘土、硅质校正料硅石、铁质校正料铁粉，其中废土占配料质量比的12.7%；燃煤采用挥发份28～32%、热值5600～6000kcal/kg的低硫烟煤，熟料率值控制在石灰饱和系数kh=0.90±0.02、硅酸率sm=2.4±0.1、铝氧率im＝1.5±0.1。生产中，煅烧用煤的头尾煤比例约为头煤0.4:尾煤0.6，窑尾烟室、缩口、窑内中度结皮、长圈，窑况较稳定，熟料中夹杂少量粽色还原料。正常窑况熟料产量平均为3108t/d，熟料实际标准煤耗114.8kg/t，熟料立升重波动在1130～1300g/l，f-cao波动在0.7～1.5%，熟料液相量波动在24.6～26.7%，熟料强度波动在3d抗压强度24.7～30.5mpa、28d抗压强度53.5～57.0mpa，标准稠度需水量波动在24.5～28.0%，流动度波动在165～180mm，凝结时间波动在初凝103～142min、终凝136～193min。
本实施例所用煤矸石选用煤矿采煤作业排弃的选矸石，运进厂破碎均化。经厂方化验室分析：均化煤矸石工业分析平均值（w）为:灰份（aad）75.90%、挥发份（vad）13.15%、水份（mad）0.92%、固定碳（fcad）10.03%、热值（qnet.ad）1032×4.18kj/kg。均化煤矸石主要化学成分（w）平均值为sio248.73%、a12o313.63%、fe2033.41%、cao1.96%、mgo1.75%、k2o0.8～2.11%、na2o0.13%、so32.70%、p2o50.01%、tio20.15%、烧失量（loi）25.90%。本实施例中所用改性助烧剂选用湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司提供的zc-r号液剂，主要成分为氧化剂高铁酸盐溶液与液态硅微胶和液态铝微胶的液态混合物。
本实施例包括按如下步骤：
（1）改性处理煤矸石：在煤矸石破碎、均化处理过程中，喷加相当于煤矸石质量0.5%的改性助烧剂，对煤矸石颗粒进行吸附性物理化学处理改性，得改性煤矸石颗粒；
（2）改性煤矸石替代硅铝质原料配料制生料粉和预分解：将步骤（1）所得改性煤矸石颗粒替代100%硅铝质原料页岩（占配比12.7%）与钙质原料石灰石、硅质校正料硅石、铁质校正料硫酸渣配料（三率值控制在石灰饱和系数kh=0.91±0.02、硅酸率sm=2.5±0.1、铝氧率im＝1.5±0.1）；即将改性煤矸石与石灰石、硅石、硫酸渣混合粉磨制成80um筛余16%的生料粉，均化后送入预热器预热后，经分解炉预分解，再经c5旋风预热器收集卸入窑尾烟室送入回转窑内；
（3）调节尾煤用量、氧化煅烧：将步骤（2）送入回转窑的物料采用烧强烧好窑头一把火，调整用风控制回转窑内氧化性气氛煅烧成硅酸盐熟料（熟料烧成温度1450℃），以稳定硅酸盐熟料的烧成质量（针对该厂采用的燃料是半烟煤、实际上是无烟煤为主的配煤，燃烧性能较差窑头火焰烧起来断流，因库存煤量大不便于换燃烧性能好的烟煤，本实验阶段对半烟煤燃料采用了成熟的煤用催化氧化燃烧方法以确保烧好窑头一把火）；并控制分解炉出口温度为860℃～890℃，视含煤矸石的生料粉实际热值高低波动的情况，动态适时加减尾煤用量，含煤矸石生料粉热值高炉温上升时及时减少尾煤喂入量、以防止燃煤过量（燃煤过量未及时燃尽的碳会导致窑尾烟室、缩口产生还原性结皮、粘堵），含煤矸石生料粉热值低炉温下降时及时增加尾煤喂入量。
为追综熟料质量波动状况，每2小时取一轮熟料样。
试验连续运行72小时，预热器、窑尾烟室、缩口及窑内未见明显结皮粘堵现象，窑头清亮基本无飞砂、熟料结粒性好，未见还原料，熟料立升重波动在1285～1380g/l，f-cao波动在0.3～1.0%，窑系统运行工况正常。窑尾废气排放未见任何负面影响，环保在线烟气监测显示so2排放值略有下降、脱硝氨水消耗量也略有下降。
煅烧用煤的头煤用量相当，尾煤用量降幅较大，3天吨熟料平均标准煤耗降至77.3kg/t，吨熟料标煤耗降低37.5kg/t。
3天熟料产量平均为3362t/d，提高254t/d。
3天熟料样分析实际率值为石灰饱和系数kh=0.895～0.923、硅酸率sm=2.39～2.54、铝氧率im＝1.34～1.56；熟料液相量在23.8～26.9%，熟料强度波动在3d抗压强度27.6～34.3mpa、28d抗压强度56.4～61.1mpa，标准稠度需水量波动在22.8～26.5%，流动度波动在176～186mm，凝结时间波动在初凝104～128min、终凝132～157min，熟料的各项物理力学性能指标均有所提高。
本次生产试验显示，本发明利用煤矸石均化改性后替代硅铝质原料的方法是可行的，利用堆积煤矸石山的混杂矸石，既可节省大量的尾煤，又可节省大量的粘土类硅铝质原料，且能有效解决因煤矸石特性导致的结皮粘堵影响窑系统工况的问题，并能提高熟料质量及其物理力学性能，对烟气排放无负面影响。