水泥生产用原燃材料选择体会

2010-08-20 00:00

　　我公司自主开发设计的3500t/d新型干法生产线在设备安装期间，由矿山部和化验室负责所有原燃材料种类的确定及配料方案的设计。本着就地取材、节约能源的原则，我们考察了周边地区所有能用来生产水泥的原燃材料矿源和供货地，通过对各配料方案的易磨性实验及易烧性实验，优化确定了配料方案。经过近3年的生产实践，水泥熟料质量一直居于较好水平。本文就我们对生产原料的选择和确定配料方案的过程作一总结，供同行借鉴。

　　1 生产用原燃材料的确定
　　根据水泥生产的配料要求，同时参考周边几家干法水泥所用原料种类，结合我公司的生产规模，主要考察各矿源的质量和储量，只有质量、储量同时满足要求，才能列在候选方案中。

　　1.1石灰石的确定
　　我公司地处胶东半岛，石灰石资源非常缺乏。公司接管过来的石灰石矿已经多年的民采，矿坑内满目疮痍，剥离土、夹层泥灰质岩到处堆放。经过近两个多月在各个开采面的反复取样验证，确认自备矿山的储量完全满足生产需求，但是质量波动很大，俗称“鸡窝矿”，同一个爆破堆质量变化也很大。石灰石质量大体分为两类：即表1中的自采1和自采2。如果自采1和自采2能够按1∶1搭配比例同时开采搭配使用，也可以满足生产需求；但自采2石灰石开采量有限，且其中SiO₂含量较高，单独使用自备矿山的石灰石，石灰石中w（SiO₂）高达10.8%，配料很困难。另外，石灰石破碎机锤头磨损严重，几乎半月需要更换一副锤头，且生料的易磨性、易烧性极差，煤耗高，煅烧时又易产生飞砂料，不利于窑衬的保护。

表1 石灰石料的一种搭配方案（%）

石灰石来源	调配比例	化学组成质量分数
石灰石来源	调配比例	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	R₂O
自采1	35	5.80	0.48	0.24	46.39	5.03	0.21
自采2	35	15.85	2.82	1.36	40.02	0.53	0.38
外购1	10	3.02	0.54	0.31	48.59	3.58	0.20
外购2	10	8.02	0.98	0.76	46.95	2.27	0.11
外购大理岩	10	4.42	0.45	0.26	49.58	1.69	0.16
调配后	100	9.12	1.35	0.69	44.76	2.7	0.25

　　根据我公司自备石灰石的状况，考虑到当地石灰石资源将越来越紧张，我公司矿山又处于初始整合阶段，石灰石质量无保证，决定外购一部分民采的优质石灰石，进行储备用于自备矿山开采质量满足不了配料要求时搭配使用。事实上，投产近3年的生产中，已有几次自备矿山质量出现波动，均用现场储备的优质石灰石料进行了及时调整，从而实现了生产线正常运行。如表1中方案就采用外购石灰石30%，与70%自备矿山搭配，此混合石灰石料既经济又改善物料易磨性和易烧性，使配料主动，而且熟料质量较好。

　　1.2 硅质原料的确定
　　当地硅质原料矿源比较充足，我们主要考察了硅石、风化砂岩、页岩、黏土、黄金尾矿、铁矿石尾矿几种，见表2。根据水泥生产常规考虑，我们首先考虑使用黏土作硅质原料，并且寻找了三个黏土的供应点，质量也符合配料要求，但是储量较小，且我公司临近海边，空气比较潮湿，黏土晾晒难度大，不符合新型干法水泥生产的环保要求，最终放弃。另外我们还考察了当地的黄金尾和铁矿石选矿厂的尾矿，也均达不到质量和储量的要求。后我们又对周边的三处砂岩矿分别考察了储量和质量。砂岩1运输距离远，但是矿储量丰富具备开采条件，质量指标比较好，可作为低碱水泥生产时储备原料使用；砂岩2因处风景保护区不具备开采条件；砂岩3虽是风化砂岩，但碱含量较高被否决。

表2 硅质原料

编号	运输距离/km	化学组成质量分数/%
编号	运输距离/km	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	R₂O
砂岩1	12	88.9	4.8	0.89	1.39	0.35	1.15
砂岩2	1.0	93.32	2.34	1.03	0.47	0.25	1.16
砂岩3	1.0	62.78	15.15	4.83	1.33	2.84	5.6
页岩1	12	60.81	14.71	8.15	7.80	1.81	3.4
黏土1	5.0	62.8	14.68	6.03	1.41	1.17	2.33

　　最后考察了页岩。表2中页岩1的成分满足我们的配料要求（根据常规干法水泥配料，都希望硅质材料的硅质量分数越高越好，但因我公司的石灰石硅高，直接影响配料，后经计算和试配发现硅质原料的硅质量分数在55%以上就可以配出合理的生料三率值），而且通过大量的表层取样、刻槽取样，整个矿体的质量波动较小，储量很大又具备开采条件，易烧性试验效果也很好，最后确定了该矿为我公司硅质原料矿点。

　　1.3 铁质原料的确定
　　根据石灰石的品位，铁质原料中的w(Fe2O3)在35%以上即可满足配料。另从充分利用废渣考虑，我们重点考察了二种硫酸渣料，见表3。其中硫酸渣1虽然品位较高，但是运距太远，货源紧缺，相应价格较高；而硫酸渣2虽然品位低，但是运距近，储量大，价格便宜，又可以满足配料要求，因此最终选择硫酸渣2作为我公司铁质原料。

表3 硫酸渣

编号	运输距离/km	化学组成质量分数/%
编号	运输距离/km	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	R₂O
硫酸渣1	110	21.41	4.74	61.43	1.94	1.24	3.98
硫酸渣2	75	32.04	7.33	46.48	1.69	0.69	2.59

　　1.4铝质原料的确认
　　选择铝质原料时，我们要求铝质原料的w（Al2O3）值不只能考虑湿粉煤灰、铝钒土及电厂煤炉渣等铝质原料。其中，铝钒土价格昂贵被否决；湿粉煤灰露天堆放，表层很快风干，粉尘随风而起，对周围环境污染很严重，而且配料时下料不畅，影响配料的稳定性，因此也被否决了。

　　最后考察电厂的煤炉渣（成分见表4），但炉渣1和煤炉渣2的质量波动较大，w（Al₂O₃）从14%波动到25%，主要原因是电厂使用煤质不均造成的。煤炉渣3成分相当均匀，其w（Al₂O₃）在24%~28%之间波动，呈黑色玻璃态，结粒比较均齐，且量也在130t/d左右，能满足原料配料用量要求。不过该炉渣的易磨性差，因我公司原料磨采用的是立磨，能满足粉磨要求，因此最终我们选择了煤炉渣3作为铝质校正原料用于原料配料。

表4 铝质材料（%）

编号	w（SiO₂）	w（Al₂O₃）	w（Fe₂O₃）	w（CaO）	w（MgO）	w（R₂O）
煤炉渣1	47.81	24.33	11.87	4.89	0.65	2.09
煤炉渣2	57.70	18.80	5.95	4.36	1.00	2.03
煤炉渣3	46.5	26.62	7.72	15.83	1.18	0.83

　　1.5 原煤指标的确定
　　在试生产时，我公司进厂煤的指标控制不高，在配料过程中发现进厂石灰石品位偏低时，煤灰对生料饱和比的提高影响很大，而且生料易烧性差，易起飞砂料，熟料质量不好，对窑皮伤害很严重。因此，我们及时提高了进厂煤的质量指标，控制收到基原煤低位热值不得低于5800×4.18kJ，从而确保了熟料质量，见表5。

表5 原煤指标

使用时间	A_ad/%	V_ad/%	Q_ar,net/（×4.18kJ）	St%
试生产时	≤20	25~30	≥5500	≤1.5
修订后	≤15	≤25~32	≥5800	≤1.0

　　2 生熟料质量情况
　　（1）生料质量。在上述一系列工作的基础上，我们确定了四组成（石灰石，页岩1，硫酸渣2和煤炉渣3）进行原料配料（见表6）。其中石灰石为混配石灰石，其游离硅仍很高（在8%左右）。为了改善生料的易烧性，在生料制备中我们控制生料细度0.08mm的筛余控制在12%以下，0.2mm的筛余控制为零。

表6 生料配料及组成%

编号	质量配比	化学组成质量分数/%
编号	质量配比	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	R₂O
混配石灰石	90.5	9.12	1.35	0.69	44.76	2.7	0.25
页岩1	4.2	60.81	14.71	8.15	7.80	1.81	3.4
硫酸渣3	3.8	32.04	7.33	46.48	1.69	0.69	2.59
煤炉渣3	1.5	46.5	26.62	7.72	15.83	1.18	0.83
生料		13.06	2.96	1.96	41.46	2.57	0.44

　　另外，在易烧性试验中还发现，配入大理岩后的生料易烧性要比单独使用石灰石的易烧性差，因此在石灰石质量符合要求时，尽可能的减少大理岩的用量。

　　（2）熟料的质量。通过易烧性试验，确定了熟料的三率值指标，采用“中饱合、高硅率、高铝率”方案，我公司的生产出优质的水泥熟料，见表7。

表7 近三年熟料平均质量统计

w(SiO₂)/%	w(Al₂O₃)/%	w(Fe₂O₃)/%	w((CaO)/%	w((MgO)/%	w((R₂O)/%	w(f-CaO)/%
21.79	4.89	3.49	63.94	4.18	0.59	0.80
KH	SM	IM	3d抗压/MPa		28d抗压/MPa
0.896	2.60	1.40	28.8		60.0

　　3 结语
　　（1）选择原材料时，不拘泥于教条，充分考虑当地资源，有序开发，合理搭配，即节约资源，又可生产出优质熟料。
　　（2）我厂采用低品位石灰石配料，注重均化，选择优质煤煅烧，节省了水泥生产成本，取得了良好的经济效益。

编辑：监督：18969091791 投稿：news@ccement.com

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