水泥生產(chǎn)用原燃材料選擇體會
我公司自主開發(fā)設(shè)計的3500t/d新型干法生產(chǎn)線在設(shè)備安裝期間，由礦山部和化驗室負(fù)責(zé)所有原燃材料種類的確定及配料方案的設(shè)計。本著就地取材、節(jié)約能源的原則，我們考察了周邊地區(qū)所有能用來生產(chǎn)水泥的原燃材料礦源和供貨地，通過對各配料方案的易磨性實驗及易燒性實驗，優(yōu)化確定了配料方案。經(jīng)過近3年的生產(chǎn)實踐，水泥熟料質(zhì)量一直居于較好水平。本文就我們對生產(chǎn)原料的選擇和確定配料方案的過程作一總結(jié)，供同行借鑒。
1 生產(chǎn)用原燃材料的確定
根據(jù)水泥生產(chǎn)的配料要求，同時參考周邊幾家干法水泥所用原料種類，結(jié)合我公司的生產(chǎn)規(guī)模，主要考察各礦源的質(zhì)量和儲量，只有質(zhì)量、儲量同時滿足要求，才能列在候選方案中。
1.1石灰石的確定
我公司地處膠東半島，石灰石資源非常缺乏。公司接管過來的石灰石礦已經(jīng)多年的民采，礦坑內(nèi)滿目瘡痍，剝離土、夾層泥灰質(zhì)巖到處堆放。經(jīng)過近兩個多月在各個開采面的反復(fù)取樣驗證，確認(rèn)自備礦山的儲量完全滿足生產(chǎn)需求，但是質(zhì)量波動很大，俗稱“雞窩礦”，同一個爆破堆質(zhì)量變化也很大。石灰石質(zhì)量大體分為兩類：即表1中的自采1和自采2。如果自采1和自采2能夠按1∶1搭配比例同時開采搭配使用，也可以滿足生產(chǎn)需求；但自采2石灰石開采量有限，且其中SiO2含量較高，單獨使用自備礦山的石灰石，石灰石中w（SiO2）高達10.8%，配料很困難。另外，石灰石破碎機錘頭磨損嚴(yán)重，幾乎半月需要更換一副錘頭，且生料的易磨性、易燒性極差，煤耗高，煅燒時又易產(chǎn)生飛砂料，不利于窯襯的保護。
表1 石灰石料的一種搭配方案（%）
|
石灰石來源 |
調(diào)配比例 |
化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù) | |||||
|
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 |
|
外購1 |
10 |
3.02 |
0.54 |
0.31 |
48.59 |
3.58 |
0.20 |
|
外購2 |
10 |
8.02 |
0.98 |
0.76 |
46.95 |
2.27 |
0.11 |
|
外購大理巖 |
10 |
4.42 |
0.45 |
0.26 |
49.58 |
1.69 |
0.16 |
|
調(diào)配后 |
100 |
9.12 |
1.35 |
0.69 |
44.76 |
2.7 |
0.25 |
根據(jù)我公司自備石灰石的狀況，考慮到當(dāng)?shù)厥沂Y源將越來越緊張，我公司礦山又處于初始整合階段，石灰石質(zhì)量無保證，決定外購一部分民采的優(yōu)質(zhì)石灰石，進行儲備用于自備礦山開采質(zhì)量滿足不了配料要求時搭配使用。事實上，投產(chǎn)近3年的生產(chǎn)中，已有幾次自備礦山質(zhì)量出現(xiàn)波動，均用現(xiàn)場儲備的優(yōu)質(zhì)石灰石料進行了及時調(diào)整，從而實現(xiàn)了生產(chǎn)線正常運行。如表1中方案就采用外購石灰石30%，與70%自備礦山搭配，此混合石灰石料既經(jīng)濟又改善物料易磨性和易燒性，使配料主動，而且熟料質(zhì)量較好。
1.2 硅質(zhì)原料的確定
當(dāng)?shù)毓栀|(zhì)原料礦源比較充足，我們主要考察了硅石、風(fēng)化砂巖、頁巖、黏土、黃金尾礦、鐵礦石尾礦幾種，見表2。根據(jù)水泥生產(chǎn)常規(guī)考慮，我們首先考慮使用黏土作硅質(zhì)原料，并且尋找了三個黏土的供應(yīng)點，質(zhì)量也符合配料要求，但是儲量較小，且我公司臨近海邊，空氣比較潮濕，黏土晾曬難度大，不符合新型干法水泥生產(chǎn)的環(huán)保要求，最終放棄。另外我們還考察了當(dāng)?shù)氐狞S金尾和鐵礦石選礦廠的尾礦，也均達不到質(zhì)量和儲量的要求。后我們又對周邊的三處砂巖礦分別考察了儲量和質(zhì)量。砂巖1運輸距離遠，但是礦儲量豐富具備開采條件，質(zhì)量指標(biāo)比較好，可作為低堿水泥生產(chǎn)時儲備原料使用；砂巖2因處風(fēng)景保護區(qū)不具備開采條件；砂巖3雖是風(fēng)化砂巖，但堿含量較高被否決。
表2 硅質(zhì)原料
|
編號 |
運輸距離/km |
化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% | |||||
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
R2O | ||
|
砂巖1 |
12 |
88.9 |
4.8 |
0.89 |
1.39 |
0.35 |
1.15 |
|
砂巖2 |
1.0 |
93.32 |
2.34 |
1.03 |
0.47 |
0.25 |
1.16 |
|
砂巖3 |
1.0 |
62.78 |
15.15 |
4.83 |
1.33 |
2.84 |
5.6 |
|
頁巖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 |
最后考察了頁巖。表2中頁巖1的成分滿足我們的配料要求（根據(jù)常規(guī)干法水泥配料，都希望硅質(zhì)材料的硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高越好，但因我公司的石灰石硅高，直接影響配料，后經(jīng)計算和試配發(fā)現(xiàn)硅質(zhì)原料的硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在55%以上就可以配出合理的生料三率值），而且通過大量的表層取樣、刻槽取樣，整個礦體的質(zhì)量波動較小，儲量很大又具備開采條件，易燒性試驗效果也很好，最后確定了該礦為我公司硅質(zhì)原料礦點。
1.3 鐵質(zhì)原料的確定
根據(jù)石灰石的品位，鐵質(zhì)原料中的w(Fe2O3)在35%以上即可滿足配料。另從充分利用廢渣考慮，我們重點考察了二種硫酸渣料，見表3。其中硫酸渣1雖然品位較高，但是運距太遠，貨源緊缺，相應(yīng)價格較高；而硫酸渣2雖然品位低，但是運距近，儲量大，價格便宜，又可以滿足配料要求，因此最終選擇硫酸渣2作為我公司鐵質(zhì)原料。
表3 硫酸渣
|
編號 |
運輸距離/km |
化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% | |||||
|
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鋁質(zhì)原料的確認(rèn)
選擇鋁質(zhì)原料時，我們要求鋁質(zhì)原料的w（Al2O3）值不只能考慮濕粉煤灰、鋁釩土及電廠煤爐渣等鋁質(zhì)原料。其中，鋁釩土價格昂貴被否決；濕粉煤灰露天堆放，表層很快風(fēng)干，粉塵隨風(fēng)而起，對周圍環(huán)境污染很嚴(yán)重，而且配料時下料不暢，影響配料的穩(wěn)定性，因此也被否決了。
最后考察電廠的煤爐渣（成分見表4），但爐渣1和煤爐渣2的質(zhì)量波動較大，w（Al2O3）從14%波動到25%，主要原因是電廠使用煤質(zhì)不均造成的。煤爐渣3成分相當(dāng)均勻，其w（Al2O3）在24%~28%之間波動，呈黑色玻璃態(tài)，結(jié)粒比較均齊，且量也在130t/d左右，能滿足原料配料用量要求。不過該爐渣的易磨性差，因我公司原料磨采用的是立磨，能滿足粉磨要求，因此最終我們選擇了煤爐渣3作為鋁質(zhì)校正原料用于原料配料。
表4 鋁質(zhì)材料（%）
|
編號 |
w（SiO2） |
w（Al2O3） |
w（Fe2O3） |
w（CaO） |
w（MgO） |
w（R2O） |
|
煤爐渣1 |
47.81 |
24.33 |
11.87 |
4.89 |
0.65 |
2.09 |
|
煤爐渣2 |
57.70 |
18.80 |
5.95 |
4.36 |
1.00 |
2.03 |
|
煤爐渣3 |
46.5 |
26.62 |
7.72 |
15.83 |
1.18 |
0.83 |
1.5 原煤指標(biāo)的確定
在試生產(chǎn)時，我公司進廠煤的指標(biāo)控制不高，在配料過程中發(fā)現(xiàn)進廠石灰石品位偏低時，煤灰對生料飽和比的提高影響很大，而且生料易燒性差，易起飛砂料，熟料質(zhì)量不好，對窯皮傷害很嚴(yán)重。因此，我們及時提高了進廠煤的質(zhì)量指標(biāo)，控制收到基原煤低位熱值不得低于5800×4.18kJ，從而確保了熟料質(zhì)量，見表5。
表5 原煤指標(biāo)
|
使用時間 |
Aad/% |
Vad/% |
Qar,net/（×4.18kJ） |
St% |
|
試生產(chǎn)時 |
≤20 |
25~30 |
≥5500 |
≤1.5 |
|
修訂后 |
≤15 |
≤25~32 |
≥5800 |
≤1.0 |
2 生熟料質(zhì)量情況
?。?）生料質(zhì)量。在上述一系列工作的基礎(chǔ)上，我們確定了四組成（石灰石，頁巖1，硫酸渣2和煤爐渣3）進行原料配料（見表6）。其中石灰石為混配石灰石，其游離硅仍很高（在8%左右）。為了改善生料的易燒性，在生料制備中我們控制生料細度0.08mm的篩余控制在12%以下，0.2mm的篩余控制為零。
表6 生料配料及組成%
|
編號 |
質(zhì)量配比 |
化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% | |||||
|
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 |
|
頁巖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 |
|
煤爐渣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，在易燒性試驗中還發(fā)現(xiàn)，配入大理巖后的生料易燒性要比單獨使用石灰石的易燒性差，因此在石灰石質(zhì)量符合要求時，盡可能的減少大理巖的用量。
?。?）熟料的質(zhì)量。通過易燒性試驗，確定了熟料的三率值指標(biāo)，采用“中飽合、高硅率、高鋁率”方案，我公司的生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的水泥熟料，見表7。
表7 近三年熟料平均質(zhì)量統(tǒng)計
|
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抗壓/MPa |
28d抗壓/MPa | ||
|
0.896 |
2.60 |
1.40 |
28.8 |
60.0 | ||
3 結(jié)語
?。?）選擇原材料時，不拘泥于教條，充分考慮當(dāng)?shù)刭Y源，有序開發(fā)，合理搭配，即節(jié)約資源，又可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)熟料。
?。?）我廠采用低品位石灰石配料，注重均化，選擇優(yōu)質(zhì)煤煅燒，節(jié)省了水泥生產(chǎn)成本，取得了良好的經(jīng)濟效益。
編輯：
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