煤矸石和金属尾矿代粘土配料生产水泥熟料的方法

(一)技术领域

本发明涉及一种生产水泥熟料的方法。

(二)背景技术

我国水泥实物产量从1985年起已连续22年位居世界第一，2007 年水泥总产量达13.5亿t。水泥工业大多以高品位石灰石资源和优质 粘土为原料。粘土是水泥生产的主要硅铝质原料，吨水泥生产约需粘 土0.18吨。连年大规模的粘土采取，造成田地大量被毁，山林遭到 破坏，生态受到威胁，开发粘土替代原料成为水泥工业研究的迫切任 务。

煤矸石的矿物成分以高岭土、石英、蒙脱石、伊犁石为主，化学 组成中SiO2、Al2O3约占50～80％；煤矸石具有一定的热值，其发热 量一般在6.3MJ/kg以下。用煤矸石替代粘土具有以下优点：(1)煤 矸石熔点比粘土低约50～100℃；(2)煤矸石中的Fe、Zn、Pb等硫 化物为能量矿物；(3)煤矸石具有一定的可燃物，其发热量一般在 1250～6270kJ/kg；(4)煤矸石中SiO2的Si-O结构相对要比粘土溶出 [SiO4]4-性能好。因此，煤矸石在水泥工业可作为替代黏土的低质值(低 品质、低价值)高潜能硅铝质原料。

金属尾矿是金属矿山采选过程中排出的固体废弃物，到目前为 止，我国金属矿山尾矿库已达400多个，尾矿堆存总量已超过50亿 吨，且每年仍以2.2亿-2.3亿吨的速度增加。但我国每年却只有7％ 的尾矿资源被综合利用，造成了大量的资源浪费。金属尾矿通常呈粉 状，粒度一般在0.15mm以下，与块状的粘土类原料相比粒度要小得 多。金属尾矿中SiO2和Al2O3的含量在65％～80％之间，与粘土主要 化学成份组成相似，能提供水泥熟料所需的硅铝质成份，适于在水泥 熟料生产中代替粘土原料。

然而，尽管大部分煤矸石和金属尾矿均能代替粘土生产水泥熟 料，但对于一些属于惰性原料的煤矸石，反应能力低，反应活化能高 不利于熟料烧成。一些金属尾矿熔点过低，易使窑内结圈结皮，造成 煅烧困难。

(三)发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种煤矸石和金属尾矿同时使 用代粘土配料生产水泥熟料的方法，克服煤矸石主要组成矿物的惰性 缺点，达到节能和提高水泥熟料产质量的目的。

本发明采用的技术方案如下：

一种生产水泥熟料的方法，包括生料配制、粉磨，在干法回转窑 中煅烧形成水泥熟料，所述生料由石灰石、铁质原料、煤矸石以及金 属尾矿按重量百分比为：石灰石85～90％，铁质原料1～2％，煤矸 石3～8％，金属尾矿2～5％配料，所述的金属尾矿是铜尾矿、铅锌 尾矿或铜铅锌尾矿。

本发明所述生产水泥熟料的方法，其中粉磨、煅烧都可采用常规 工艺。

较好的，所述煅烧温度推荐在1350～1450℃。粉磨后的生料细 度优选为：80μm筛余量不大于10％。

本发明中，所述的石灰石品位范围较广，可以是高品位石灰石， 也可以是CaO质量百分比在40～50％的中、低品位石灰石。

所述的铁质原料为一般的铁粉、硫酸渣等。

所述的煤矸石的矿物组成与粘土质原料非常相似，除了含有石 英、白云母、高岭石主要矿物之外，还有正长石、透长石、斜绿泥石 等富氧矿物，此外含硫量比较高的煤矸石，硫则以黄铁矿(FeS2)的 形式存在于煤矸石中。

所述的铜铅锌尾矿中硅铝质材料分子式为：岛状结构铁铝榴石 Fe3Al2[SiO4]3和绿帘石Ca2FeAl2[SiO4][Si2O7]O(OH)，环状结构蓝锥石 Be[Ti(Si3O9)]、包头石Ba4[(Ti，Nb，Fe)8(Si4O12)O16]Cl和绿柱石 Be3Al2[Si6O18]，以及链状结构普通辉石(Ca，Mg，Fe，Fe3+，Al)2[(Si，Al)2O6] 和透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2。

本发明在水泥配料中以煤矸石和铜铅锌尾矿替代黏土，利用铜铅 锌尾矿中的能量矿物：FeS2、PbS、ZnS、CuFeS2和矿化剂矿物CuF2、 V2O5的热激发作用和矿化作用，在水泥熟料烧成中能量矿物快速分 解氧化放热，促发煤矸石残炭提前燃烧形成共热聚温机制，达到节能 效果。同时利用尾矿中富氧矿物，在烧成过程中放出O2-，除促发碳 燃烧外，起快速解聚煤矸石中惰性的SiO2成为活性[SiO4]4-的作用， 促进Ca-Si反应，提高熟料产量和质量。具体来说，本发明具有以下 优点：

1原料易得廉价。本发明所用的煤矸石和金属尾矿是我国目前年 排放量和累计存量最大的两种工业固体废物，全国各地均有，只要在 水泥厂合理运输半径内有煤矸石和金属尾矿即可；

2.配料易掌握。只要根据原生产所用原料成分特性适当调整配方 即可生产出合格的水泥熟料；

3.工艺简单。勿需对原生产工艺设备进行改造；

4.节能明显。回转窑熟料单位热耗可节约8～10％。

5.熟料产量可比设计产量提高10％以上，原料成本相对降低5％ 以上。

(四)具体实施方式

下面以具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明 的保护范围不限于此：

本发明实施方式很简单，条件是在水泥生产企业附近合理运输半 径内有煤矸石和金属尾矿资源，通常勿需改造原生产工艺设备和工艺 流程，只要调整原料工艺配方即可。具体实施步骤如下：

1.调研煤矸石和金属尾矿资源情况，并取样进行化学成分分析和 矿物成分分析；

2.根据煤矸石和金属尾矿化学成分和矿物成分特性，调整原料工 艺配方，按生料配方三率值：石灰饱和KH＝0.90～0.94，硅酸率n＝2.4～ 2.8，铝氧率P＝1.4～1.9，确定原料配比；

3.根据烧成的熟料的物化特性指标(如游离氧化钙含量、抗折抗 压强度等)逐步调整原料的合理配比。

具体实施方式中所使用的原料的化学成分如表1所示。

实施例1

1000t/d回转窑，采用煤矸石和浙江诸暨铜铅锌尾矿代替粘土配 料。生料原料配比为：高钙石灰石与低钙石灰石之和89.6％，煤矸石 5.2％，硫酸渣1.2％，铜铅锌尾矿4％。先粉磨使生料细度为：80μm 筛余量不大于10％，再在1400～1450℃制成水泥熟料，性能指标如 表3所示。该方法制得水泥熟料烧成热耗从原采用粘土质配料的 3250kJ/kg降到2930kJ/kg，降幅达9.85％，熟料产量则由990t/d提高 到1090t/d，产量提高10％。而且比煤矸石单独代粘土时的指标也有 所提高。

对比例1：原粘土配料

改变生料的原料配比，配比如表2所示，其余工艺参数同实施例 1。所制得水泥熟料的性能指标如表3所示。

对比例2：煤矸石代粘土配料

改变生料的原料配比，配比如表2所示，其余工艺参数同实施例 1。所制得水泥熟料的性能指标如表3所示。

表1.各原料的化学成分及配料比例(％)

  原料 烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 高钙石灰          石             41.79      1.10      0.45      0.25       55.03      0.38 低钙石灰          石             35.94       12.08      3.46      1.41       42.24      3.18 硫酸渣 2.34 14.83 3.82 67.51 1.23 2.02 煤矸石 11.02 68.51 7.99 3.88 4.57 1.77 铜铅锌尾          矿            7.60       35.17       11.00       20.62      5.16      5.10

表2.原料配比(重量百分比，％)

  原料 高钙石灰 石％     低钙石灰 石％     硫酸渣％ 煤矸石％ 铜铅锌尾 矿％     粘土％ 对比例1 21.5 68.6 1.2 8.7 对比例2 20.3 68.7 1.2 5.6 4.2 实施例1 17.7 71.9 1.2 5.2 4

表3.制得的水泥熟料的性能指标