高鎂石灰石在水泥生產中的使用

管文龍，周春榮，馬國興，姜書丹

（1.南方水泥有限公司，浙江 杭州 311100；2.江山南方水泥有限公司，浙江 江山 324103）

0 前言

江山南方水泥有限公司是國家“一五”時期投資興建的浙江省第一家大型水泥企業，于2007年加入南方水泥，現有2500 t/d和5000 t/d熟料生產線各一條，年產260萬t熟料。

隨著企業的發展，江山本地優質石灰石資源日趨枯竭，公司使用的石灰石大部分外購于玉山，石灰石成本高。為降低石灰石成本，提高企業競爭力，江山南方從2011年開始開發使用用自備北蕉礦石灰石，北蕉礦石灰石具有MgO含量高、CaO含量低的特點，屬于低品位高鎂石灰石。

1 公司的北蕉礦情況

公司礦區位于江山市大陳鄉早田村坂村。根據1995年的地質勘探報告，礦區擁有劣質石灰石資源量約5340萬t。勘探結果表明，北蕉石灰巖屬水泥原料Ⅱ級品，其他主要化學成分見表1。

表1 北蕉石灰巖化學成分 %

北蕉石灰石CaO含量低，MgO含量高，如單獨作為水泥生產的石灰石原料，不能滿足水泥標準中對MgO含量小于6%的要求，并且會降低水泥熟料的易燒性，熟料28d強度會下降。因此，為保證水泥熟料的質量穩定性，需搭配摻加其他優質的石灰石，調整生料配料方案，保證煅燒的熟料質量符合國家各項要求。

2 摻大量高鎂石灰石對窯內煅燒、熟料質量的影響

江山南方從2011年開始摻入北蕉石，摻入比例20%左右，熟料MgO含量在2.0%～2.5%左右，熟料3d強度31MPa左右，28d強度60MPa左右。由于外購石灰石資源供應緊張的問題日益突出，2015年開始逐年提高北蕉石灰石使用比例，至2018年，北蕉礦石灰石使用比例達到65%。當熟料MgO含量小于2.5%時，對窯內煅燒和熟料質量沒有大的影響。隨著北蕉礦石灰石使用比例的逐步提高，當熟料MgO含量大于4.0%時，影響較大。

2.1 對窯內煅燒的影響

本公司的生產情況證明：MgO在礦物中的固溶總量只能在2.5%左右。適當的MgO含量能降低液相的出現溫度并增加液相量，會降低液相的表面張力，從而促進C2S對CaO的吸收，有利于煅燒。當熟料MgO含量大于4.0%時，熟料液相表面張力大幅度下降，煅燒溫度要比正常溫度低，煅燒范圍要比正常窄，不利于f-CaO的吸收和晶體發育。主要表現在：f-CaO偏高，窯內易長厚窯皮、易結圈，嚴重時會堵塞預熱器。高鎂原料的耐火性差,操作調整頻繁，溫度高易結圈，溫度低影響熟料強度，特別是原料的不穩定給操作帶來很大的困難。

2.2 對熟料質量的影響

近幾年公司摻加北蕉石比例和熟料MgO的含量和強度變化情況見表2。可見，隨著北蕉石灰石使用量的增加，熟料MgO的含量增加，熟料3d強度基本維持不變，熟料28d強度明顯下降。

表2 熟料MgO的含量和強度

3 采取措施

3.1 加強管理，提高入窯生料質量穩定性

（1）加強北蕉礦石灰石質量管理，提高入磨石灰石質量穩定性。

制定《北蕉礦石灰石質量管理辦法》，規范礦山爆堆巖粉樣取樣方法，增加礦山巖粉樣取樣檢測頻次，并通過礦山實地取樣和進廠單獨破碎后取樣分析，驗證巖粉樣的代表性，做到石灰石進廠質量有準確預判。

（2）加強原料的預均化，提高入窯生料穩定性。主要通過控制石灰石配料庫位，在石灰石配料庫低于8m時，及時進行補送料，減少石灰石在庫內分級對生料成分波動的影響；增加高硅砂巖配料，實現四組份配料，方便中控員調整；加強設備管理，提高堆取料機設備的可靠性，杜絕預均化堆場石灰石定點堆料，提高石灰石均化能力。

采取以上措施后，2019年入磨石灰石CaO含量45.45%，CaO含量標準偏差0.95%，同比下降0.28%，生料率值合格率和熟料率值合格率均有較大改善，為窯的穩定運行和熟料質量提高提供條件。生料和熟料率值合格率數據對比見表3。

表3 生料和熟料率值合格率

3.2 優化高鎂熟料的配料方案

當熟料MgO含量大于2.5%時，熟料的易燒性是隨著MgO含量的增加而下降的，當MgO含量大于4.0%時，方鎂石的形成量增加，導致熟料安定性不良的風險增大。因此，除了通過快速冷卻熟料的煅燒方式外，在配料上宜采用降低石灰飽和系數（KH值），適當提高Fe2O3含量、降低鋁氧率的率值控制方案，見表4。

表4 熟料三率值的調整

3.3 優化操作參數

提高高溫風機轉速，減少窯內還原氣氛，避免窯內出現結圈，造成窯內通風不良，窯內狀況惡化情況的產生。

4 應用效果

調整前后熟料質量數據對比見表5。

表5 調整前后熟料質量數據對比

調整后，2019年北蕉石灰石使用比例達到66.43%，大幅降低了石灰石的成本，同時，熟料質量有較大提高，2019年熟料3 d、28 d強度33.7 MPa、58.6 MPa，同比分別提高1.9MPa、1.7MPa。

企業使用低鈣高鎂石灰石時，只要采取適當的配料方案，加強原料質量的過程控制和管理，合理優化操作參數，可以生產優質熟料。