鈣硅渣煅燒水泥熟料中試試驗研究

趙林茂 李寶才 李 旺

（內蒙古蒙西水泥股份有限公司, 鄂爾多斯 016014）

我國是世界主要產煤國之一，煤炭是我國當前和今后相當長時間的主要能源。煤炭發電必然產生大量的粉煤灰，不僅占用土地、污染環境，而且粉煤灰中少量的重金屬元素、有毒物質、放射性物質通過污染空氣、水體、土壤及農作物后進入人體，則會對人體健康產生巨大影響[1]。

由于特殊的成礦背景，在我國內蒙古中西部的鄂爾多斯的煤層中賦存大量含鋁礦物，其氧化鋁含量達到9%～13%，比其他地區的煤炭資源中氧化鋁含量高出6～10個百分點，這種高鋁煤炭用于發電后產生的粉煤灰稱為高鋁粉煤灰，其氧化鋁含量可達40%～50%，是一種典型的含鋁非鋁土礦資源，長期以來，高鋁煤炭發電后產生的高鋁粉煤灰綜合利用受到了國家及地方政府的高度重視，將其用作建筑材料、改善農田、筑路等領域的研究取得了較大成績[2]，但這些領域對粉煤灰的綜合利用不僅數量小，而且也是初級利用，粉煤灰中價值含量高的氧化鋁和一些稀有元素沒有得到有效利用。

內蒙古大唐再生資源公司就是利用當地電廠排出的高鋁粉煤灰采用預脫硅堿石灰燒結法，有效地從高鋁粉煤灰中提取出了氧化鋁，但該工藝提取1噸氧化鋁后將產生3噸左右的副產品鈣硅渣，這么多鈣硅渣能否有效利用于水泥熟料煅燒，這是需要研究的課題，也是實現有效利用高鋁粉煤灰，發展循環經濟產業鏈的關鍵環節，大唐再生資源與蒙西水泥合作，在公司水泥熟料煅燒中試線進行了鈣硅渣煅燒水泥熟料的中試試驗。

1 試驗方案

鈣硅渣主要成份為硅酸二鈣，顏色為米黃且略帶紅色，有時由于堿含量高而容易結塊，根據試驗室對提取完氧化鋁后鈣硅渣煅燒水泥熟料的實驗研究結果和鈣硅渣成份分析，初步確定中試試驗用30%的鈣硅渣替代石灰石在中試試驗回轉窯中煅燒水泥熟料,在不同飽和比和煅燒溫度情況下進行試驗,以確定鈣硅渣煅燒水泥熟料的可行性，為鈣硅渣工業化煅燒水泥熟料提供切實可行方案。

由于鈣硅渣中氧化鋁含量較高，已達到了配料要求，因此配料原料中無鋁質原料，用柴油煅燒不考慮燃料灰分對配料的影響，其它試驗用原材料包括石灰石、鐵礦石粉末、硅廢石均采用公司生產水泥熟料用原材料, 鈣硅渣由大唐再生資源公司提供，其原料成份分析見表1、試驗配料方案見表2、生料成份分析見表3。

表1 試驗用原材料分析 %

表2 試驗配料方案

表3 試驗配料生料成份分析 %

2 中試試驗設備及工藝

該中試試驗所用設備主要參數：回轉窯Ф1.0×6.0m，轉數：0～10轉/小時；窯尾排風機風量：6000m3/h；喂料量：0～10kg；噴油量：0～30L/h，其工藝流程見圖1。

圖1 中試試驗工藝流程

3 試驗過程

3.1 中試試驗調節參數

中試試驗小回轉窯主要參數調節見表4。

表4 中試試驗主要參數調節表

3.2 中試實驗煅燒過程及現象

方案一：

（1）煅燒過程中油槍霧化效果較差，滴油現象嚴重，柴油不完全燃燒、煙囪冒黑煙。

（2）點火升溫8小時，窯內火焰顏色仍為桔黃色、火焰集中度不高；此時窯速2.5轉/分鐘，窯尾開始喂料，喂料量為8kg/h。

（3）投料后，將柴油噴入量調整為11L/h，將窯尾排風機風門調整為80%，小回轉窯窯溫不但沒有預期的起火燃燒溫度，反而在控制過程中發現火力不集中，強度明顯不夠。

（4）當生料黑影到達燒成帶時，窯皮顏色逐漸發暗，窯溫開始下降。

（5）出窯熟料顏色灰白手感較輕，明顯屬于欠燒熟料。

方案二：

（1）根據方案一在試驗過程中出現的問題，對噴油槍進行了更換，油槍霧化效果明顯好轉，幾乎沒有滴油現象，煅燒過程中也無黑煙冒出，柴油基本燃盡。

（2）在升溫過程中逐漸增加柴油量，點火升溫8小時，窯皮溫度逐漸發白發亮，窯內火焰顏色由淺黃色逐步過渡為白亮色，窯筒體表面溫度均勻，達到了230～280℃，此時開始投料，喂料量為10kg/h，投料后將柴油噴入量調整為15L/h，將窯尾排風機風門調整為95%。

（3）當生料黑影進入到燒成帶，窯皮顏色更加發亮，煅燒溫度好。

（4）煅燒過程中火焰集中，窯前的狀況較為清亮，但少有飛砂現象。

（5）出窯熟料顏色烏黑色但略帶黃色，打開后出現結晶體手感較重。

方案三：

煅燒情況基本與方案二的情況一致，但加強柴油的微調，使其更加完全燃燒，投料后將窯尾排風機風門加大到98%，噴油量調整為16L/h，喂料量10kg/h，出窯熟料顏色烏黑，打開后斷面有晶體感手感較重，從熟料的顏色和結粒情況看，此時中試試驗煅燒出的水泥熟料與公司大型回轉窯煅燒熟料一樣，屬于正常生產熟料。

4 試驗結果

對中試試驗用30%鈣硅渣生產出的普通硅酸鹽水泥熟料，在公司中心化驗室進行，其成份分析見表5，物理性能檢測見表6 。

表5 中試試驗熟料成份分析 %

表6 中試試驗熟料物理檢驗

5 結 論

從以上的中試試驗過程和試驗數據可以得出，在高鋁粉煤灰采用預脫硅堿石灰燒結法提取氧化鋁后的副產品鈣硅渣作原料煅燒普通硅酸鹽水泥熟料的中試試驗中，當原料配料鈣硅渣添加量為30%、煅燒溫度適宜的情況下，完全可以部分代替石灰石生產出成份合理、物理性能合格的水泥熟料[3]，為鈣硅渣用于煅燒水泥熟料規模化生產、為粉煤灰綜合利用提供了有力的技術支持，而且用鈣硅渣代替石灰石煅燒水泥熟料，不但使氧化鋁生產后的鈣硅渣得到綜合利用，而且節約了寶貴石灰石資源、提高了石灰石的循環利用效率，在水泥、氧化鋁行業日益激烈競爭的今天，為企業節能降耗，提供了更大的利潤空間。

[1]周海龍等.從粉煤灰中提取氧化鋁的試驗研究[J].輕金屬.1994（8）：19-21.

[2]內蒙古自治區鄂爾多斯市高鋁粉煤灰資源綜合利用發展規劃（2011-2020年）.中煤科工集團南京設計研究院.2011年8月.

[3]Grzymek J,prof.Grzymek’s self-disintegration method for the complex manufacture of Aluminium oxide and Portland cement[J].Light Metals,1976 (2)：29-39.