石灰石品质对生料易烧性影响的研究

石灰石是水泥制备的主要原材料，不同品质的石灰石对熟料的质量影响很大。我公司地处广州西北郊区，靠近石灰石储量丰富的花县地区，花县不同地段的石灰石矿以及同一个石灰石矿不同的开采层，其品质变化都较大，不仅石灰石CaO、SiO2含量变化大，而且分解温度和结晶形态各异，以前单靠化学成分来判断石灰石品质是不全面的，应该从化学成分和物理性能两个方面来综合考虑。通过研究分析，我们摸索出一套判断石灰石品质的有效方法，通过对不同品质石灰石的跟踪管理，在开采和使用的过程加强搭配均化，可以有效稳定进厂石灰石质量，为熟料优质高产奠定基础。 

1　我公司石灰石使用概况 

我公司每月石灰石用量超过12万t，生产需求量大，没有自己的石灰石矿山，因此石灰石供应最多时有7个矿口同时承担，矿口多，石灰石品质复杂，化学成分波动较大。进厂石灰石CaO含量通常在48%～53%之间；SiO2含量在2%～6%之间。从判断石灰石品质来讲，光靠化学分析结果是远远不够的，还要依靠CaCO3晶型结构、结晶SiO2含量，以及CaCO3分解温度，从物理和化学两个方面来判定石灰石的品质。 

2　不同矿口石灰石品质对比试验 

　　 
2.1　样品制备 

为了保证各个矿口石灰石样品的代表性，进厂石灰石按矿口抽样检测，样品制好后，每次在矿口对应的留样瓶留5g样，为以后石灰石品质试验作准备。样品全部通过80μm方孔筛，各样品细度相近，试验前要求将各留样瓶内的样品搅拌混合均匀，有较好的代表性。 

2.2　各矿口石灰石品质对比试验 

2.2.1　各个矿口石灰石积累样化学分析(见表1) 

 
2.2.2　X射线衍射分析 

通过X射线衍射分析(XRD)，测定石灰石中SiO2特征衍射峰(3.34)的积分强度与CaCO30特征衍射峰(3.04)的积分强度，可判断石灰石中结晶SiO2含量与CaCO3的相对结晶程度。SiO2特征衍射峰的积分强度越大，说明结晶SiO2的含量越多；CaCO3特征衍射峰的积分强度越大，说明CaCO3的相对结晶程度越高，含量越多。根据石灰石中CaO的含量，计算出CaO所对应的CaCO3的积分强度(单位积分强度=3.04峰积分强度/CaO含量)，可对比CaCO3相对结晶程度的大小。试验结果见表2。 

 
2.2.3　石灰石差热分析 
　　

通过对石灰石进行差热分析(DSC与TG)，可检测石灰石在加热过程中CaCO3的分解温度与各温度点的分解程度，这一分析结果比X射线对CaCO3相对结晶程度的分析结果更为直观、可靠。7个样品的检测结果如表3所示。

 
2.2.4　不同品质石灰石配制生料的易烧性试验 
　　

我们模拟生产工艺，在化验室硅钼棒电炉中进行对比煅烧试验。配料中的铁粉、粘土、煤全部采用我公司长期使用的原料，在1325℃下保温40min。分别用7个进厂石灰石矿口留样，与同样品位的粘土、煤、铁粉按同一配方制备生料，控制相同的KH、n以及熟料热耗，做生料易烧性试验对比。在同样细度、煅烧时间、煅烧温度的情况下，通过测定熟料中fCaO的含量，比较反应程度，从而找出不同矿口石灰石对生料易烧性能影响的规律。熟料全分析结果见表4。 

 
3　讨论与分析 

　　 
3.1　石灰石X射线衍射结果分析 
　　

由表2结果可知，SiO2对应的3.34峰积分强度从小到大的顺序(即7个石灰石样品中结晶SiO2的含量由少到多的顺序)为:5<6<7<4<1<3<2。因此，根据结晶SiO2的含量7个样品可分为3类:较少的5、6、7、4号样，中等的1号样；较多的3、2号样。单位CaO所对应的CaCO3的积分强度大小顺序(即7个石灰石样品中CaCO3的相对结晶程度由小到大的顺序)为:1<4<5<6<2<7<3。 
　　

7个样品中CaCO3的相对结晶程度可分为3类:结晶程度较差的1、4、5号样，结晶程度中等的6、2号样，结晶程度较好的7、3号样。CaCO3的结晶程度对熟料煅烧的影响与煅烧温度密切相关，在较低温度煅烧的熟料受CaCO3结晶程度的影响更大，随着烧成温度的提高，CaCO3结晶程度的影响越来越小。 

3.2　石灰石差热测试结果分析 
　　

由表3结果可见，7个石灰石样的最大峰温(CaCO3的分解温度)从低到高的顺序为:6<5<4<1<7<2<3；达到最大分解率时对应的温度从低到高的顺序为:5<6<1<4<7<2<3。CaCO3的分解温度越低，达到最大分解率所对应的分解温度越低，说明CaCO3的热稳定性越差，分解反应速度就越快，对生料易烧性越有利。 
3.3　生料易烧性试验结果分析 
　　

由表4可知，相同KH、n的生料配方，在同样温度、细度，同样煅烧时间的情况下，熟料的烧成质量不同。第5、6、4组试样的fCaO含量较低，在1.5%以下。第1、7组试样的fCaO含量在1.5%～2.0%；第2、3组试样的fCaO含量较高，在2.0%以上。因此，从fCaO的含量来看，第5、6、4矿口石灰石制备出的生料易烧性较好，说明此3个矿口石灰石品质较好；第1、7矿口石灰石制备出的生料易烧性一般，证明此2个矿口石灰石品质一般；第2、3矿口石灰石制备出的生料易烧性相对较差，说明这2个矿口石灰石品质较差。 

4　生产应用 

对石灰石品质的评价应将化学分析、X射线衍射分析、差热分析和生料易烧性试验结果结合起来综合考虑，我们将上述7个矿口的石灰石按品质划分成3个类别，第1类是品质较好应优先选用的，分别是第5、6、4矿口；第2类是品质一般的第1、7矿口，如果第1类的3个矿口不能满足生产时，则第2类的2个矿口可以考虑选用；第3类是品质较差的第2、第3矿口，决定停止使用。 
　　

从实际生产来看，因石灰石掺入量占生料配料的74%左右，其品质的提高大大改善了生料的易烧性。在进行石灰石品质试验以前，进厂石灰石矿口多，品种杂，质量参差不齐，同样的生料配方(KH=0.92±0.02；n=1.93±0.05；P=1.46±0.1)，同样CaO控制指标(39.01%)，同一批煤同样的生料配热(生料热值控制2640kJ/kg，熟料热耗4410kJ/kg)，立窑窑工操作时反映:烧成过程中熟料有时易结大块，炉温偏高，立窑产量低；有时熟料又偏散，炉温偏低，熟料fCaO高。这种现象主要是石灰石品质对生料易烧性的干扰引起的。 
　

因此，我公司加强了石灰石品质对生料易烧性影响的试验研究，根据试验结果，加强石灰石进厂跟踪管理，易烧性好、品质高的石灰石多进，易烧性差、品质低的石灰石不进，并且不同矿口的石灰石搭配使用，有效控制和稳定了进厂石灰石的质量。在同样生料率值的条件下，可根据生料易烧性适当降低配热(生料热值控制2480kJ/kg，熟料热耗4130kJ/kg)，在节约用煤的同时，减少了熟料烧成过程中的炉温波动，提高了立窑熟料台时产量[单位截面积产量达到1.81t/(m2·h)]；生料易烧性好，熟料固液相反应速度加快，fCaO含量降低(fCaO≤2.2%合格率达到90%)，改善了熟料质量。 

5　结论 

　　石灰石中结晶SiO2的含量、CaCO3的结晶程度与分解温度显著影响着生料的易烧性。在实际生产中，应将化学分析方法和物理性能测试方法相结合，综合分析石灰石品质，从而有效控制和稳定石灰石质量，为节约煤耗，提高窑的产量和熟料质量创造条件。