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工业固体废物生产水泥的实验探讨

2013-04-27 14:42 来源:冶金工业论文 人参与在线咨询

石灰石选矿废渣酒钢石灰石矿的选矿废料CaO在47.0%~52.0%之间,R2O在0.2%~0.8%之间,粒度≤20mm的占80%以上。我们要求石灰石矿山在开采过程彻底清理覆盖层,将CaO≥50%、R2O含量<0.4%的石灰石选矿废渣单独堆放,作为生产低碱水泥的石灰石质原料。转炉钢渣酒钢炼钢厂排出的废渣是金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物和为调整钢渣性质而加入的造渣材料,如石灰石、白云石、铁矿石、硅石等形成的。按炼钢工艺,钢渣可分为:转炉渣和电炉渣,排出时为熔融状,经喷水焖捂冷却后体积变大,经多级破碎成粉状和块状。碱度较低的钢渣呈灰色,碱度较高的钢渣呈褐灰色、灰白色。钢渣块松散不粘结,质地坚硬密实,孔隙较少,具有一定活性。主要矿物组成为硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、钙镁橄榄石(CMS)、钙镁蔷薇辉石(C3MS2)、铁酸二钙(C2F)等。钢渣的矿物组成决定了钢渣具有一定的胶凝性,主要源于其中一些活性胶凝矿物的水化,如CaO含量较高时,常生成C3S、C2S及铁铝酸盐。化学成分稳定,见表1(表略)。我们选择Fe2O315.0%~18.0%、R2O≤0.3%,粒度≤10mm的转炉钢渣作为生产低碱水泥熟料的铁质校正原料。

硅石选矿废渣我们选择距公司最近、SiO2含量在90.0%~97.0%之间、R2O<0.4%、粒度<20mm的金塔穿山驯硅石矿的硅石选矿废渣作为硅质校正原料。这种废渣是硅石矿,为酒钢铁合金厂供应40mm~60mm的块状硅石后的筛下物。粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣是熔融高炉渣经水淬急冷后的一种粒状物,由于矿物质来不及结晶,因此含有80%~90%的玻璃相,具有较高的潜在活性。其主要矿物组成是硅酸二钙(C2S)、钙铝黄长石(C2AS)、镁黄长石(C2MS2)、钙长石(CAS2)、硫化物等。酒钢有充足的矿渣储量,其碱含量在0.5%~0.8%之间。根据配料的要求,我们选择8%的粒化高炉矿渣作另一种硅质原料。脱硫石膏酒钢年产脱硫石膏5~7万t,属火电工业废渣。与天然石膏相比,脱硫石膏SO3达到40%以上,R2O比天然石膏低,但其水含量高达30%以上,粘稠度大,易结块,无法直接使用。我们与有关单位合作,完成了脱硫石膏的烘干造粒技术改造,在水泥磨制中加入5%左右脱硫石膏作缓凝剂。

生产线的选择我公司现有3条生产线,1200t/d、2000t/d、5000t/d生产线各一条(即1号、2号、3号线)。1号线配备2台Φ3.2m×7.0m的球磨机,2号、3号线配备辊式立磨。硅石高强度、难粉磨的特点不适合在立磨上粉磨(2007年在2号线立磨投产初期采用7%的硅石配料时,3个月就将磨辊辊皮磨出50mm左右的大坑,被迫停用硅石更换磨辊);1号线配置了10座Φ8.0m×15m的圆筒库,采用多点下料、多库搭配储存、均化生料,相对于2号线更便于生料调配;考虑到1号线产量对整个熟料产量的影响相对小些,所以选择在1号线上生产低碱熟料。生产时机的选择,入磨硅石粒度满足要求由于硅石难破难磨,如果继续使用粒度40mm左右的硅石配料,2台球磨机台时产量将大幅度下降。小磨试验知道,当入磨硅石粒度降到20mm以下时,基本可消除硅石对磨机产量的影响。因此,入磨硅石粒度达标将是生产低碱熟料的必要条件。储备足够的低碱石灰石将进厂的石灰石选矿废渣中CaO≥50%、R2O含量<0.4%的单独堆放标示,最低储量达到3万t,作为生产低碱水泥的石灰石质原料。

制定生料配料方案

(1)原料经过对比、遴选,在充分考虑原料碱含量、化学成分、物料性能和采购成本的因素后,决定低碱熟料的生产全部选用固体工业废渣——石灰石选矿废渣、转炉钢渣、硅石选矿废渣、粒化高炉矿渣4种原料配料。原料化学分析结果见表2(表略)。(2)燃料公司一直使用哈密矿务局烟煤作燃料,燃料总体质量较好,但由于矿点较多,Aad、Vad、Mar波动较大,我们选用Aad<18%,Vad>25%、Mar<12%的原煤作燃料。原煤工业分析见表3(表略)。(3)缓凝剂目前我们采用天然二水石膏和工业副产品脱硫石膏作缓凝剂。天然石膏和脱硫石膏化学分析结果见表4(表略)。选用碱含量相对较低的脱硫石膏作为低碱水泥的缓凝剂。(4)生料配料方案设定低碱熟料配料方案为:KH=0.920±0.02,SM=2.6±0.1,IM=1.40±0.1,熟料热耗3350kJ/kg,煤灰掺入量=1.92%。矿物组成分别为C3S=50%~58%、C2S=18%~25%、C3A=4.5%~7.5%、C4AF=10%~13%,液相量21%~24%,R2O=0.45%。将入磨转炉钢渣的粒度控制在5mm以下,物料的易磨性改善、含水量降低后,生料粉磨设备台时产量提高了10%~20%,同时解决了生产过程中进料系统不畅的问题。采用石灰石选矿废渣、硅石选矿废渣、转炉钢渣、粒化高炉矿渣4种原料配料方案。生料配比见表5(表略)。

生产指标确定与过程控制

1.原料的进料和储存1号线配置了10座Φ8.0m×15m的圆筒库作为原料储库。石灰石选矿废渣从石灰石卧库进入,经过爬坡皮带机、单轴振动筛、高效锤式破碎机和提升机卸入石灰石储库;转炉钢渣由库壁提升机直接提到转炉钢渣储库;硅石选矿废渣从卧库经过地下皮带廊和提升机提到硅石选矿废渣库;粒化高炉矿渣经过地下皮带廊被提升机提到矿渣库。2.生产控制指标设定生料控制指标:CaO=(44.30±0.3)%,Fe2O3=(2.80±0.2)%,80μm生料细度≤18%,生料KH=0.960±0.020,SM=2.6±0.1,IM=1.40±0.1。生料化学成分见表6(表略)。3.生料制备1200t/d线生料制备系统采用2台球磨机,生料制备系统主要设备见表7(表略)。4.提高磨机产量的措施(1)降低入磨物料水分。选择水分小于5%的粒化高炉矿渣,使入磨物料综合水分≤2.0%。(2)严格控制入磨硅石粒度。在入磨的各种物料中,只有硅石粒度在40mm左右。降低硅石粒度的有两种方案可选。方案一是利用公司现有的PCF1000×1250锤式破碎机系统,更换锤头、调整篦缝后,对进厂的40mm左右的硅石进行再破碎。这样既可以充分发挥综合破碎系统的设备能力,又能利用现有的人员和运输资源。但经过这种破碎机破碎后硅石粒度难以达到20mm以下。据测算,即使通过减小给料量、缩小出料篦缝破碎粒度达到要求,破碎成本将在20元/t以上。如果投资建设细式破碎系统,破碎成本将更高。方案二是通过招标方式由供应商从开采的原矿中筛分或投资细式破碎设备二级破碎后提供20mm以下的硅石原料。据采购部门掌握的情况,粒度20mm以下的硅石比粒度40mm左右的硅石采购价格每吨高出20元左右。根据以往的生产教训和对熟料成本的测算,我们经过反复论证和对比,最终选择方案二。确定采购硅石的进货标准为SiO2≥90%,R2O<0.4%。(3)提高入磨热风温度,直到400℃以上。(4)定期清理隔仓板、篦板篦缝。10天停磨一次清理篦缝,更换隔仓板和下料篦板中心圆,将篦缝由12mm改为14mm。(5)重新级配研磨体。一是根据入磨物料最大粒度25mm、生料细度放宽的现状,取消了最大的Φ90mm和最小的Φ20mm的研磨体,即将原来的8级改为6级配球﹙Φ30mm~Φ80mm﹚,同时将平均球径由Φ44mm降低到38mm;二是增大了研磨体的装载量,根据研磨体装载量与产量成正比的关系,将1号磨研磨体由58t提高到65t。(6)放宽生料细度。因配料采用了16%的转炉钢渣和6%的粒化高炉水渣,使生料易烧性大为改善,在保证回转窑正常煅烧的情况下,将生料细度(80μm方孔筛)筛余从≤12%放宽到≤18%。3.5熟料煅烧低碱熟料正常煅烧过程中主要工艺技术参数见表8(表略)。(5)普通低碱熟料化学成分、矿物组成、物理性能普通低碱熟料化学成分、矿物组成见表9(表略),物理性能见表10(表略)。从表10中看出,熟料各项指标完全达到设计目标。

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