低鈣高硅高結(jié)晶石灰石燒制水泥熟料的生產(chǎn)試驗(yàn)

杜鳳懷，鄭林昌，吳秀俊

（云南省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司云南 昆明650221）

0 引言

生產(chǎn)水泥熟料用的石灰石要求CaO 含量大于>45%，SiO2含量<4%[1]，以保證生料粉磨效率和熟料煅燒過程中各礦物組成的形成時(shí)間[2]。緬甸旦多淼水泥廠5 000t/d 新型干法熟料水泥生產(chǎn)線配套礦山石灰石屬變質(zhì)灰?guī)r，方解石普遍呈重結(jié)晶狀態(tài)，粒徑較大，含有較多的它形石英，存在CaO 含量偏低和游離SiO2含量偏高的現(xiàn)象，指標(biāo)達(dá)不到水泥生產(chǎn)原料品質(zhì)的要求，作為水泥的原料其易碎性和易燒性都比較差，單獨(dú)使用配料和熟料燒成均有困難。云南省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司依托云南省科技廳國際合作科研課題，對該項(xiàng)目低鈣、高硅、高結(jié)晶石灰石進(jìn)行分析，對原料配方進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，通過低鈣、高硅、高結(jié)晶石灰石與高鈣、低硅石灰石合理搭配使用，從而實(shí)現(xiàn)熟料穩(wěn)定生產(chǎn)。合理地利用了該項(xiàng)目礦山資源，提高了熟料的性能，降低了水泥生產(chǎn)成本，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 石灰石分析

1.1 化學(xué)成分巖相及X 衍射分析

由于該廠石灰石CaO 含量偏低、游離SiO2含量偏高且呈重結(jié)晶狀態(tài)，達(dá)不到我國水泥工業(yè)二級石灰石的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此選擇了高鈣、低硅的外購石灰石進(jìn)行搭配使用。本廠礦山和外購石灰石化學(xué)成分見表1、表2，本廠礦山和外購石灰石巖相分析見圖1、圖2，本廠礦山和外購石灰石衍射分析見圖3、圖4。

表1 本廠礦山石灰石化學(xué)成分表

表2 外購石灰石化學(xué)成分表

1.2 石灰石分析結(jié)果

（1） 本廠礦山石灰石屬變質(zhì)灰?guī)r，方解石普遍呈重結(jié)晶狀態(tài)，粒徑0.1~2.1mm，含有較多的它形石英（表1、圖1），普遍存在CaO 偏低和游離SiO2含量偏高的現(xiàn)象。

圖1 本廠礦山石灰石巖相分析圖

圖2 外購石灰石巖相分析圖

圖3 本廠礦山石灰石X 衍射分析圖

圖4 外購石灰石X 衍射分析圖

（2） 外購石灰石是微晶灰?guī)r，由粒徑小于0.03mm 粉晶狀方解石組成，巖石含有少量微裂隙，由后生方解石充填（表2、圖2），其分解溫度較低，具有較好的反應(yīng)活性。

2 石灰石相對易磨性

2.1 相對易磨性試驗(yàn)

選取本廠礦山石灰石（M1）和外購石灰石（M2），見表3，并采用標(biāo)準(zhǔn)石英砂作為參照組，做本廠礦山高硅石灰石和外購低硅石灰石的相對易磨性試驗(yàn)，測定分別粉磨15min、20 min、25 min、30 min 后通過45μm 試驗(yàn)篩的篩余，試驗(yàn)結(jié)果見表4和圖5。

表3 石灰石試樣的化學(xué)成分

表4 相對易磨性試驗(yàn)

圖5 45μm 試驗(yàn)篩試驗(yàn)結(jié)果

2.2 石灰石相對易磨性結(jié)果

（1） 本廠礦山石灰石中含有較多的結(jié)晶硅，硬度和抗沖擊能力較外購石灰石高，難于破碎，其相對易磨性略差于外購石灰石。

（2） 生料立磨對本廠礦山和外購石灰石的粉磨效果并無太明顯差別，易磨性基本處于正常范圍。這主要是由于高硅石灰石內(nèi)部顆粒結(jié)構(gòu)較差,抗碾壓、抗剪切力差，且因立式磨是依靠磨輥和磨盤之間的壓力對物料進(jìn)行碾壓、剪切粉碎, 所以在硬質(zhì)物料粉磨方面有一定優(yōu)勢。

3 生料易燒性試驗(yàn)

選取5 000t/d 新型干法熟料水泥生產(chǎn)線生產(chǎn)用粘土（M3）、砂巖（M4）和鐵礦石（M5），見表5，按照J(rèn)C/T 735-2005《水泥生料易燒性試驗(yàn)方法》進(jìn)行易燒性試驗(yàn)。

表5 輔助原料試樣的化學(xué)成分

3.1 試驗(yàn)樣的生料配比和率值

由于本廠礦山和外購石灰石有較大差異，且燃料中褐煤又占較大比例，所以采用了不同率值配料，見表6，以試驗(yàn)摻加外購石灰石及不同率值下對熟料燒成的影響。

表6 生料配比和率值

3.2 試驗(yàn)熟料的游離氧化鈣含量及液相量

表7 試燒熟料的游離氧化鈣含量及液相量

3.3 試驗(yàn)熟料的巖相及X 衍射分析

3.3.1 巖相分析（圖6～13）

圖6 MD1#-1（1350℃）巖相分析圖

圖7 MD1#-3（1450℃）巖相分析圖

圖8 MD2#-1（1350℃）巖相分析圖

圖9 MD2#-3（1450℃）巖相分析圖

圖10 MD3#-1（1350℃）巖相分析圖

圖11 MD3#-3（1450℃）巖相分析圖

圖12 MD4#-1（1350℃）巖相分析圖

圖13 MD4#-3（1450℃）巖相分析圖

3.3.2 熟料X 衍射分析（圖14～21）

圖14 MD1#-1（1350℃）X 衍射分析圖

圖15 MD1#-3（1450℃）X 衍射分析圖

圖16 MD2#-1（1350℃）X 衍射分析圖

圖17 MD2#-2（1450℃）X 衍射分析圖

試驗(yàn)熟料的特征峰強(qiáng)度見表8。

3.4 生料易燒性試驗(yàn)結(jié)果

（1） 熟料巖相和X 衍射分析表明，各組試燒樣品1350℃時(shí)，主要礦物已經(jīng)形成，但以園粒狀B 礦（貝利特）為主，A 礦（阿利特）結(jié)晶差，數(shù)量較少。

（2）MD1#和MD3#單獨(dú)采用本廠礦山高硅石灰石配料，高硅石灰石不僅石英含量高，且方解石呈重結(jié)晶狀，晶粒粗大，故低溫時(shí)分解率可能偏低。單獨(dú)用其配料硅酸率較高，液相量偏少，燒制的熟料質(zhì)地疏松，孔洞較多，1 350℃游離石灰含量高達(dá)6%左右。

圖18 MD3#-1（1350℃）X 衍射分析圖

圖19 MD3#-3（1450℃）X 衍射分析圖

圖20 MD4#-1（1350℃）X 衍射分析圖

圖21 MD4#-3（1450℃）X 衍射分析圖

表8 熟料特征峰強(qiáng)度（d/l）

（3）MD2#和MD4#采用本廠礦山和外購石灰石配料，配料硅酸率較低，液相量偏高，1450℃熟料燒成，游離氧化鈣含量較低，A 礦呈板狀和柱狀結(jié)晶含有包裹物。

（4） 試燒熟料的游離氧化鈣含量和液相量數(shù)據(jù)表明（表6、表7），不同溫區(qū)的游離氧化鈣含量隨配料硅酸率增加而增加，液相量隨配料硅酸率增加而降低。

（5）試燒熟料的X 衍射數(shù)據(jù)表明（表8），熟料主要礦物硅酸三鈣（C3S）的衍射峰強(qiáng)度隨溫度升高而增加，游離氧化鈣含量隨溫度升高而降低。

4 存在的問題和采取的措施

（1） 本廠礦山石灰石成分波動(dòng)較大，為保障入窯生料成分的穩(wěn)定，在礦山開采時(shí)即對不同品質(zhì)石灰石進(jìn)行初步搭配后再進(jìn)行破碎，并嚴(yán)格對本廠礦山石灰石及外購石灰石等各種原料進(jìn)行預(yù)均化。

（2） 本廠礦山石灰石含有較多的結(jié)晶硅，破碎難度大，破碎機(jī)原配錘頭材質(zhì)為ZGMn13，在試生產(chǎn)階段石灰石破碎機(jī)一直不能達(dá)產(chǎn)，且錘頭經(jīng)常使用僅1 周就需要翻面。因此，將錘頭更換為 超 高 錳 鋼 合 金 鑲 嵌 技 術(shù) 錘 頭（ZGMn18Cr2MoVTiRe+WTi），加大巡檢頻率，并定期對錘頭進(jìn)行翻面和堆焊。

（3）本廠礦山石灰石普遍存在CaO 含量偏低和游離SiO2含量偏高的現(xiàn)象，配料和燒成較困難，由于液相量偏少窯頭飛砂現(xiàn)象嚴(yán)重。生產(chǎn)中對本廠礦山石和外購石灰石進(jìn)行了搭配使用，將石灰石中SiO2 含量控制在7%左右，調(diào)整并優(yōu)化了配料率值，并適當(dāng)調(diào)整了回轉(zhuǎn)窯的操作參數(shù)，改善了生料的易燒性。

5 取得的效果

（1） 石灰石破碎機(jī)錘頭壽命提高到50 多天，一副錘頭破碎產(chǎn)量由試生產(chǎn)階段的11 萬t 提高到了40 萬t 以上，避免了以前每月更換錘頭的高強(qiáng)度作業(yè)，大大降低了石灰石破碎機(jī)的維修工作量。

（2） 試生產(chǎn)期間，水泥熟料實(shí)際產(chǎn)量超過設(shè)計(jì)產(chǎn)量，水泥熟料的成分和性能指標(biāo)均達(dá)到了GB/T21372-2008《硅酸鹽水泥熟料》的技術(shù)要求，其中，熟料28 天抗壓強(qiáng)度超過了55Mpa，生產(chǎn)線順利達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)。

6 結(jié)語

（1） 水泥生產(chǎn)中，原料特性對生料高溫反應(yīng)活性起重要作用，生料配料方案的優(yōu)選直接影響水泥熟料質(zhì)量。

（2） 低鈣、高硅、高結(jié)晶石灰石作為水泥生產(chǎn)原料其易碎性和易燒性都比較差，單獨(dú)采用其進(jìn)行配料時(shí)，生料硅酸率較高，燒制的熟料質(zhì)地疏松，孔洞較多，質(zhì)量偏低。

（3） 為合理利用低鈣、高硅、高結(jié)晶石灰石資源，采用本廠礦山和外購石灰石適當(dāng)搭配使用，控制搭配后石灰石中SiO2含量控制在7%內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)水泥熟料的穩(wěn)定生產(chǎn)。相比全部外購優(yōu)質(zhì)石灰石進(jìn)行生產(chǎn)而言，每年產(chǎn)生了近千萬的經(jīng)濟(jì)效益。