磷渣配料在公司熟料生產(chǎn)中的初步應(yīng)用

俞春貴（云南紅塔滇西水泥股份有限公司 云南 大理 671000）

0 前言

磷渣是電爐法生產(chǎn)黃磷時排出的爐渣，經(jīng)水淬后形成的白色或淡灰色顆粒狀物質(zhì)。其主要成分為SiO2（約40%）和CaO（48%），以及少量的Al2O3、Fe2O3、MgO、P2O5、F-，其礦物成分中含有部分低硅酸鹽礦物，具有潛在活性。每生產(chǎn)1t黃磷約產(chǎn)出8~10t磷渣，云南省是磷化工大省，大量磷渣的產(chǎn)生對磷化工企業(yè)及社會環(huán)境均產(chǎn)生不利影響，為解決磷渣的綜合利用問題，云南省建材科研院等對磷渣在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用作了課題研究，并已形成研究成果，省內(nèi)多家水泥企業(yè)已成功將磷渣應(yīng)用于生料配料生產(chǎn)熟料或?qū)⒘自鳛榛旌喜膿郊尤胨嘀小楦纳乒旧弦谉?，降低熟料燒成煤耗，提高熟料強度，從而降低生產(chǎn)成本，加強公司產(chǎn)品市場競爭力，公司進行了磷渣作為生料配料組份的試驗研究，綜合窯煅燒情況、熟料質(zhì)量、配料成本等因素，磷渣摻入量確定為3%。

1 生產(chǎn)配料方案

1.1 熟料率值

采用石灰石、砂巖、粘土、銅渣、磷渣五組分配料，針對摻入3%磷渣配料后熟料易燒性的改善，為提高熟料質(zhì)量，結(jié)合公司4條窯的熱工特點，采用高KH、高n、低P的配料控制方案，摻入磷渣前后的熟料率值如表1。

表1 熟料率值

1.2 原材料質(zhì)量情況

磷渣自昆明海口采購，銅渣自楚雄滇中冶煉廠采購，砂巖自彌渡采購，石灰石及粘土為公司石灰石礦山自產(chǎn)，各原材料化學成分如表2。

表2 原材料化學成分/%

2 生產(chǎn)中窯系統(tǒng)情況

磷渣配料后，熟料易燒性加強，窯煅燒主要表現(xiàn)特點有：

2.1 預(yù)熱器系統(tǒng)穩(wěn)定性改善

（1）因配料成分中摻入3%的磷渣以后，熟料易燒性改善，用煤量相對減少，預(yù)熱器系統(tǒng)C5控制溫度降低，C5進口溫度較不摻磷渣煅燒熟料降低了15~20℃。

（2）窯尾煙室、縮口及各級旋風筒、錐體、下料管結(jié)皮明顯減少。因控制溫度降低，窯尾煙室、縮口及各級旋風筒、錐體、下料管等部位結(jié)皮情況得以根本性的解決，預(yù)熱器堵塞次數(shù)大幅下降。

（3）系統(tǒng)整體溫度降低。除C5進口溫度降低外，預(yù)熱器整個系統(tǒng)溫度降低，在窯尾高溫風機、主排風機拉風、窯臺時產(chǎn)量均不變的情況下，C1出口下降5~8℃。窯系統(tǒng)溫度情況如表3。

表3 摻入磷渣前后窯系統(tǒng)溫度變化情況對比

（4）摻入3%磷渣配料后，二次風溫基本變化不大（二次風溫的高低更多的是與投料量多少、篦冷機的冷卻效率及用風等有關(guān)）。

2.2 窯內(nèi)熱負荷降低

（1）窯內(nèi)熱負荷降低。從窯運行的情況來看，因易燒性改善，窯內(nèi)熱力強度明顯降低，這從窯尾溫度（降低）、窯內(nèi)產(chǎn)生的熱力型NOx初始濃度下降，從窯頭一次風量下降可以明顯看出。

（2）窯況穩(wěn)定性、適應(yīng)性增強。摻入3%磷渣配料后，窯穩(wěn)定性更好，適應(yīng)性更強。

（3）窯皮致密程度、厚度較好。從停窯后看窯內(nèi)的情況，燒成帶窯皮厚度、均勻性、密實牢靠程度，都比以前不摻磷渣時要好。這也為延長窯內(nèi)耐火材料的使用周期創(chuàng)造了條件，降低了單耗成本。

（4）NOx初始濃度下降，氨水用量降低，單耗成本下降。

3 熟料質(zhì)量情況

3.1 熟料化學成分及礦物組成

摻入3%磷渣配料后，由于物料易燒性加強，在提高熟料KH及n后，熟料f-CaO反而降低，從而提高了熟料硅酸鹽礦物的含量，熟料綜合化學成分及礦物組成見表4。

表4 熟料化學成分及礦物組成

3.2 熟料巖相分析

未摻磷渣配料的普通熟料A礦較多，含量約為58%，A礦呈六角板狀及柱狀，結(jié)晶完整，發(fā)育不錯，邊棱清晰，粒徑10~20 um之間，熔蝕現(xiàn)象較少，可見少量包裹物，A礦包裹物為B礦和游離氧化鈣。B礦呈圓粒狀，可見交叉晶紋，含量約為20%，平均尺寸18um，A、B礦均發(fā)育不錯，且均勻分布。在阿利特和貝利特填充的白色中間相和黑色中間相數(shù)量充足，分布均勻，中間相呈點線狀均勻分布，形態(tài)正常，含量18%。

從摻3%磷渣配料的熟料巖相分析可以看出，A礦數(shù)量及尺寸均有增長，A礦發(fā)育更加完整，平均粒徑達25 um，甚至出現(xiàn)粒徑達95 um的大尺寸A礦，A礦含量約為61%，說明摻加磷渣后，由于F-和P2O5的礦化劑作用，降低熟料燒成溫度，有利于A礦的形成和發(fā)育；A礦仍包裹有少量的B礦，A礦邊緣清晰，呈六角板狀及柱狀，晶體形狀規(guī)則，但大小不均。B礦數(shù)量較少，分布不均，有成片分布的B礦，呈圓粒狀，表面有雙交叉晶紋，含量約為17%，平均粒徑為20um。A，B礦分布均勻。黑色中間相呈點線狀分布（C3A 7%,C4AF10%），中間相含量正常，均勻分布。

使用磷渣配料后，熟料易燒性改善，降低了熟料燒成溫度，熟料孔隙率降低，A礦數(shù)量及粒徑增加，熟料質(zhì)量提高，在熟料KH提高后，熟料游離氧化鈣降低，C3S增加，有利于煅燒高強度熟料。

3.3 熟料物理性能

表5為熟料摻加磷渣配料前后的物理性能情況。

表5 熟料物理性能

從表5可以看出：

（1）采用磷渣配料后，熟料標準稠度用水量無變化。

（2）采用磷渣配料后，熟料凝結(jié)時間變化明顯，初凝延長22min，終凝延長25min，這主要是受磷渣中P2O5影響所致。

（3）采用磷渣配料后，熟料3天及28天抗壓強度均有增長，3天抗壓強度增加1.4MPa，28天抗壓強度增加2.2MPa。

3.4 磷渣配料改善易燒性機理

由于水淬磷渣玻璃體中含有大量CaSiO3微晶，這些微晶對熟料礦物的形成具有良好的晶核誘導(dǎo)作用，磷渣配料生產(chǎn)熟料能顯著改善熟料易燒性，加速礦物形成，降低熟料燒成溫度；由于磷渣帶入的微量F-和P2O5的作用，降低了高溫液相粘度，并因此促進C3S礦物的形成與析晶及降低熟料形成過程中的反應(yīng)活化能，具有礦化作用；磷渣中的低硅酸鹽礦物在熟料煅燒過程中具有晶種作用，能加速C3S礦物的形成，摻加適量磷渣能大幅提高熟料強度并降低燒成熱耗。

4 結(jié)語

（1）經(jīng)過近年來公司采用3%磷渣配料的生產(chǎn)實踐表明，由于生料易燒性的改善，在燒成系統(tǒng)方面，可降低熟料燒成的系統(tǒng)溫度，從而降低熟料燒成煤耗；由于燒成系統(tǒng)溫度的降低，降低了窯系統(tǒng)的NOX初始濃度，有利于氨水消耗量的下降；增加了窯系統(tǒng)耐火材料的使用周期，有利于窯系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運行。

（2）在產(chǎn)品質(zhì)量控制方面，由于生料易燒性的改善，為提高熟料KH控制值及提高熟料中C3S創(chuàng)造了條件，從而提高了熟料強度，而熟料強度的提高有利于生產(chǎn)高強度等級水泥及增加混合材摻加量，最終增強了公司產(chǎn)品的市場競爭力。

（3）磷渣配料生產(chǎn)熟料，由于磷渣改善易燒性的機理較為復(fù)雜，磷渣的摻量又與磷渣中的F-和P2O5含量密切相關(guān)，因此需進一步深入開展磷渣的摻量與熟料性能的試驗研究與生產(chǎn)應(yīng)用工作。