新法硅酸盐水泥

新法硅酸盐水泥

本发明涉及一种提高硅酸盐水泥生产产质量、降低能耗和减少“毁田取土”的新方法。

百余年来水泥生产采用石灰石和粘土配料煅烧水泥熟料，能耗高、水泥产量受水泥熟料形成速度所限，不能大幅度提高。采用粘土配料生产水泥已经毁掉大量农田土地，近三十年来水泥生产“代粘土”问题没有大的突破(少数水泥厂使用粉煤灰、煤矸石、页岩等“代粘土”配料)。

本发明的目的是要提供一种新方法：在基本不改变原有水泥生产设备和工艺条件的情况下，采用分布广泛、储量丰富的酸性(SiO2含量＞70％)～中酸性(SiO2含量＞62％)玻璃质火山岩(火山熔岩和火山碎屑岩)代替粘土配料煅烧水泥熟料，它能有效地提高水泥生产的产质量、降低能耗、保护大片农田土地，一改百余年来不甚合理的粘土配料旧工艺。

水泥厂采用的粘土配料不合理在于：一、粘土原料绝大多数情况是黄土或红土，其主要化学成分：SiO260～70％、Ae2O320～10％；其主要矿物成分：石英40～55％、伊利石45～30％以及少量的长石、云母、高岭石、蒙脱石等，它们都是晶体矿物，具有稳定性、低的势能和高的活化能；二、硅酸盐水泥的主要氧化物含量：CaO62～67％、SiO220～24％、Ae2O34～7％、Fe2O32～6％(“水泥工艺原理”，建工出版社，1981年)，其中SiO2和Ae2O3的组分在大多数情况下，基本上是来自粘土配料，根据Ae2O3的含量，用矿物岩石学和矿物计算法可以判断计算出：水泥熟料中6．3～11．0％的SiO2是由伊利石为主的粘土矿物提供，而17．70～9．0％的SiO2是来自石英、燧石。所以在水泥工艺过程中，含石英、燧石较多的生料难磨、难烧、能耗高、固相反应速度和熟料形成速度缓慢。

酸性～中酸性玻璃质火山岩“代粘土”配料煅烧水泥熟料的依据是：一、水泥配料的粘土与酸性～中酸性火山岩，两者的化学成分相近(如表1-1)，主要为水泥熟料提供SiO2和Ae2O3的组分；二、玻璃质(非晶质体)矿物不稳定、具有高的势能和低的活化能；三、火山玻璃质包含大量小水泡，1mm3内包含十几万个小水泡(“中国工业矿物和岩石”，地质出版社，1990年)其含水量占岩石总重量的0．5～12．0％左右，在水泥煅烧过程中1000℃左右，小水泡迅速汽化、膨胀、爆发出水蒸气，使硅酸盐系统中固相反应起始温度降低、“少量水蒸气的存在能使CaO和SiO2的固相反应速度提高8．5倍”(“水泥工艺原理”，建工出版社，1981年)。因此采用酸性～中酸性玻璃质火山岩“代粘土”配料煅烧水泥熟料可以达到：提高水泥生产产质量、降低能耗和减少“毁田取土“的目的。

本发明的目的是这样实现的；一、采用酸性(SiO2＞70％)～中酸性(SiO2＞62％)玻璃质火山岩“代粘土”配料以改善水泥窑炉煅烧条件。根据各厂情况(原料资源情况、水泥窑型、工艺条件等)可以部分或全部“代粘土”配料，使用量占生料总重量的1～20％。

适合水泥生产“代粘土”配料的酸性～中酸性玻璃质火山岩，其玻璃质含量10～100％，并按玻璃质含量将矿石分为三个品级：一级品(玻璃质含量＞70％)、二级品(玻璃质含量＞40％)、三级品(玻璃质含量＞10％)，玻璃质含量愈多，“代粘土”数量愈多，则易烧性效果愈好，它们是：1、酸性～中酸性玻璃质火山熔岩：流纹岩、松脂岩、珍珠岩、黑曜岩、浮岩、英安流纹岩、流纹英安岩、英安岩。

2、酸性～中酸性玻璃质火山碎屑岩；玻屑凝灰岩、玻屑火山角砾岩。

二、调正原料、燃料的加入量与生料制备1、制备的生料细度、率值符合常规要求范围，新法与旧法相比KH值可高0．01～0．05；n值可低0．01～0．05；P值可低0．01～0．05。

2、燃料与原配煤量比较，降低10～30％。

三、改进部分生产设备与生产控制。减少或取消粘土烘干设备，加大破碎、粉磨功率，随熟料形成速度的加快，适当调节投料机(喂料机)、旋窑转速、冷却机、鼓风机等各工艺环节的功率。

实施例1实验室试验采用水泥厂工业原料配料(表1-1、表1-2)以旧法水泥配料与新法“代粘土”(珍珠岩“代粘土”及玻屑凝灰岩“代粘土”)配料的平行对比法，考察三个不同“代粘土”量(占生料的2％、7％、12％)，煅烧温度分别至1280℃、1330℃并分别保温15分钟、25分钟所制得的熟料、测定其fcao含量(表1-3、表1-4)，由此判断其易烧性。

可以看出：1)用珍珠岩、玻屑凝灰岩等酸性～中酸性玻璃质火山岩“代粘土”配料煅烧水泥熟料易烧性好；2)代粘土数量愈多、玻璃质含量愈多，其易烧性效果愈好；3)可降低熟料煅烧温度50～200℃和缩短保温时间10～25分钟。表1-1原料化学成分(％)表1-2煅烧生料化学成分(％)及率值表1-3煅烧熟料中fcao的测定结果(一)表1-4煅烧熟料中fcao的测定结果(二)实施例2工业生产试验在机立窑进行，用沸石化珍珠岩(玻璃质80％、沸石15％、石英和长石5％等)代粘土配料煅烧水泥熟料试验情况、结果，如下几表(表2-1～表2-5)。

由此看出：酸性～中酸性玻璃质火山岩部分或全部代粘土配料煅烧水泥熟料，可以达到提高水泥熟料产量10～60％；提高水泥熟料质量，28天抗压强度提高5～20Mpa；降低能耗10～30％和减少“毁田取土”的目的。表2-1原燃料化学成分(％)表2-2配料及率值

表2-3试验前、后熟料的化学组成及可能的矿物组成(％)

表2-4试验前、后熟料物理性能对比

表2-5工业生产试验效果对比