本發(fā)明涉及水泥加工領(lǐng)域，尤其是涉及一種水泥熟料及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

水泥廣泛應(yīng)用在建筑行業(yè)。水泥生產(chǎn)過程中的節(jié)能減排技術(shù)一直是水泥生產(chǎn)行業(yè)的研究重點(diǎn)。傳統(tǒng)的水泥窯節(jié)能減排技術(shù)主要有以下幾種：

1.改造燃燒器或篦冷機(jī)，提高熱交換，提升煤炭燃燒利用率；

2.外購(gòu)燃煤節(jié)能添加劑，降低煤耗；

3.改善分解爐及脫氮管運(yùn)用，改善爐內(nèi)燃燒狀況，并實(shí)現(xiàn)廢氣達(dá)標(biāo)排放；

4.建設(shè)脫硫塔或購(gòu)買石灰石粉末脫硫；

5.使用復(fù)合脫硫劑(氨水、堿金屬鹽、有機(jī)酸鈉等)脫硫；

6.投入高額技術(shù)改造，安裝脫硫沉降室配合氧化鈣脫硫；

7.使用電石渣入窯進(jìn)行固硫。

上述節(jié)能減排技術(shù)中所使用到的脫硫系統(tǒng)普遍存在一些缺點(diǎn)，如：

1.脫硫塔脫硫：需要額外增加一套高額脫硫工藝，投資成本較高、占地面積較大、施工工期較長(zhǎng)、脫硫成本較高、后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本較高，增加企業(yè)負(fù)擔(dān)；

2.氨水、堿金屬鹽、有機(jī)酸鈉等脫硫：需額外增加設(shè)備投資，且有機(jī)酸鈉成本較高；另氨法脫硫不僅腐蝕金屬設(shè)備，并存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)隱患；

3.復(fù)合脫硫技術(shù)：運(yùn)營(yíng)成本較高，噸熟料成本上升2-4元/噸，若使用是水劑，會(huì)增加系統(tǒng)能耗；

4.電石渣脫硫：因制備電石渣中會(huì)殘留部分甲烷及氫氣等易燃易爆成分，大量使用存在安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。

一般水泥廠所使用的石灰石礦的品位波動(dòng)都比較大，有害成分比較多，如結(jié)晶硅、硫等，不利于熟料煅燒過程中的礦物反應(yīng)。石灰石礦的品位波動(dòng)易造成回轉(zhuǎn)窯結(jié)皮嚴(yán)重，熟料28天抗壓強(qiáng)度偏低、變異系數(shù)較大、質(zhì)量波動(dòng)較大，以及生產(chǎn)過程煤耗偏高、SO₂排放階段性超標(biāo)，造成成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種有利于節(jié)能減排的水泥熟料及其生產(chǎn)方法。

一種水泥熟料的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：

將黃磷渣和/或堿渣與石灰石、頁(yè)巖及黃沙土搭配，經(jīng)生料制備系統(tǒng)進(jìn)行粉磨制成生料；

將制得的生料經(jīng)生料均化庫(kù)均化后得到均化的生料；

將均化的生料進(jìn)行預(yù)熱、分解后經(jīng)水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒，制成熟料。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述水泥熟料的生產(chǎn)方法還包括在將黃磷渣和/或堿渣與石灰石、頁(yè)巖及黃沙土搭配之前，測(cè)定黃磷渣、堿渣、石灰石、頁(yè)巖及黃沙土的化學(xué)成分的步驟，再依據(jù)所述黃磷渣與所述堿渣的化學(xué)成分以及預(yù)設(shè)的產(chǎn)品成分要求，將所述黃磷渣與所述堿渣搭配后，再與石灰石、頁(yè)巖及黃沙土搭配。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述黃磷渣與所述堿渣中的CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于40％。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述黃磷渣、堿渣、石灰石、頁(yè)巖及黃沙土的質(zhì)量比為(2.5-3.0)％:(3.0-3.5)％:(85-88)％:(1-3)％:(5-8)％。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)熱的溫度不超過840℃，預(yù)熱的時(shí)間為200-300秒。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述分解是在分解爐中進(jìn)行，分解爐的出口溫度控制為840-860℃。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述煅燒的時(shí)間為20-25分鐘。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述水泥熟料的生產(chǎn)方法還包括根據(jù)所述水泥回轉(zhuǎn)窯排放的廢氣中SO₂的含量，及時(shí)調(diào)整黃磷渣與堿渣的配比的步驟，以使排放的廢氣中SO₂的含量達(dá)標(biāo)。

一種采用上述任一實(shí)施例所述的水泥熟料的生產(chǎn)方法制備得到的水泥熟料。

上述水泥熟料的生產(chǎn)方法將黃磷渣和/或堿渣等工業(yè)廢渣回收利用，利用這些工業(yè)廢渣中的CaF₂、P₂O₅、CaO將回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)、預(yù)熱器系統(tǒng)富集的硫堿化合物快速反應(yīng)，平衡硫堿比，不僅能有效固化SO₂氣體，生成較難分解的硫酸鹽礦物，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，也提升了窯內(nèi)固相反應(yīng)程度，熟料煅燒結(jié)粒更為致密，熟料質(zhì)量更為穩(wěn)定。該水泥熟料的生產(chǎn)方法復(fù)合工業(yè)固體廢料(黃磷渣和/或堿渣)參加生料配料，不僅不用投資高額設(shè)備，也能滿足達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，又能提高水泥生料的易燒性，降低熟料能耗。而且黃磷渣和堿渣都是工業(yè)廢渣，以往處理這些廢渣都是采用填埋的方法，非常浪費(fèi)土地資源，且污染環(huán)境，利用該廢渣在水泥窯中脫硫還能起到消除工業(yè)廢渣污染，變廢為寶的效果。

附圖說明

圖1為一實(shí)施方式的水泥熟料的制備流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

如圖1所示，一實(shí)施方式的水泥熟料的生產(chǎn)方法包括如下步驟：

步驟S110，將黃磷渣和/或堿渣與石灰石、頁(yè)巖及黃沙土搭配，經(jīng)生料制備系統(tǒng)進(jìn)行粉磨制成生料。

黃磷渣、堿渣均是CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過40％的工業(yè)廢渣。本實(shí)施方式在將黃磷渣和/或堿渣與石灰石、頁(yè)巖及黃沙土搭配之前，還包括測(cè)定黃磷渣、堿渣、石灰石、頁(yè)巖及黃沙土的化學(xué)成分的步驟，再依據(jù)黃磷渣和/或堿渣的化學(xué)成分，將黃磷渣和/或堿渣用于水泥生產(chǎn)工藝的生料配料環(huán)節(jié)，如進(jìn)入均化堆場(chǎng)，優(yōu)選的將黃磷渣與堿渣一起依據(jù)黃磷渣與堿渣的化學(xué)成分以及預(yù)設(shè)的產(chǎn)品成分要求以一定的比例進(jìn)入均化堆場(chǎng)，經(jīng)皮帶輸送到配料站，再與石灰石、頁(yè)巖、黃沙土以一定的比例進(jìn)入生料粉磨系統(tǒng)制成生料。

本實(shí)施方式在制備生料的過程中，根據(jù)不同水泥品種的工藝需求、所用石灰石、頁(yè)巖、黃沙土等具體品位以及黃磷渣與堿渣的化學(xué)成分，合理配比，如可以將黃磷渣、堿渣、石灰石、頁(yè)巖及黃沙土的質(zhì)量比按照但不限于(2.5-3.0)％:(3.0-3.5)％:(85-88)％:(1-3)％:(5-8)％的配比進(jìn)行搭配，使出磨生料質(zhì)量符合控制標(biāo)準(zhǔn)。

步驟S120，將制得的生料經(jīng)生料均化庫(kù)均化后得到均化的生料。

步驟S130，將均化的生料進(jìn)行預(yù)熱、分解后經(jīng)水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒，制成熟料。

針對(duì)不同的水泥品種，預(yù)熱、分解及煅燒的工藝均有所不同，如預(yù)熱的溫度可控制在不高于840℃，時(shí)間為200-300秒，但不限于該值；分解時(shí)分解爐的出口溫度可以控制為840-860℃，但不限于該值，分解的時(shí)間跟分解爐的尺寸相關(guān)，可視具體的原料化學(xué)成分、生產(chǎn)工藝及預(yù)設(shè)的產(chǎn)品成分要求具體設(shè)置；煅燒的溫度可以為1250-1450℃，但不限于該值；煅燒的時(shí)間可以為25-30分鐘，但不限于該值。

在預(yù)熱過程中，黃磷渣和/或堿渣中的CaO即可起到降解硫排放的作用，將SO₂分子轉(zhuǎn)化為CaSO₄。

在本實(shí)施方式中，該水泥熟料的生產(chǎn)方法還包括根據(jù)水泥回轉(zhuǎn)窯排放的廢氣中SO₂的含量，及時(shí)調(diào)整黃磷渣與堿渣的配比的步驟，以確保有足夠的CaO與SO₂反應(yīng)，使排放的廢氣中SO₂的含量達(dá)標(biāo)。

黃磷渣和堿渣復(fù)摻配料可以降低水泥窯窯尾廢氣的SO₂排放濃度，起到脫硫的作用，具體原理是：

黃磷渣和堿渣的主要化學(xué)成分為CaO，屬于堿金屬氧化物，廢氣中的SO₂為酸性氧化物，兩者可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaSO₄，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

2CaO+2SO₂+O₂＝2CaSO₄

該化學(xué)反應(yīng)可以將SO₂分子中的4價(jià)硫元素氧化為6價(jià)的SO₄^2-，SO₄^2-比較穩(wěn)定，不容易被分解，在水泥熟料的煅燒過程中，SO₄^2-與Ca²⁺形成CaSO₄礦物被固化為不易分解的熟料晶體中，從而起到脫硫的作用。

黃磷渣和堿渣復(fù)摻配料還可以降低熟料生產(chǎn)過程中分解爐的溫度和降低回轉(zhuǎn)窯燒成帶溫度，從而降低熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗。

降低熟料生產(chǎn)過程中分解爐的溫度的原理是：黃磷渣和堿渣的主要化學(xué)成分CaO也是水泥熟料的主要化學(xué)成分，傳統(tǒng)的熟料生產(chǎn)工藝中，熟料CaO主要從石灰石原料的CaCO₃分解而來，CaCO₃的分解是強(qiáng)吸熱過程，會(huì)消耗大量的熱量來提供CaCO₃的分解。黃磷渣和堿渣作為熟料生產(chǎn)的原料，可替代部分石灰石。由于這兩者所提供的主要化學(xué)元素為CaO，沒有CaCO₃分解這個(gè)強(qiáng)吸熱的過程，因此可以顯著降低熟料能耗。

降低回轉(zhuǎn)窯燒成帶溫度的原理是：黃磷渣有微量CaF₂存在，CaF₂在高溫蒸汽下作用產(chǎn)生HF，再與SiO₂反應(yīng)生成SiF₄和CaF₂反應(yīng)如下：

CaF₂+H₂O＝CaO+2HF

4HF+SiO₂＝SiF₄+2H₂O

2HF+CaCO₃＝CaF₂+H₂O+CO₂

該反應(yīng)能加速碳酸鹽的分解，破壞SiO₂的晶格，促進(jìn)固相反應(yīng)。

CaF₂和生料其它元素通過固相反應(yīng)生成SiF₄，該物質(zhì)為中間過渡相，其存在可促進(jìn)水泥熟料的主要礦物C₂S(硅酸二鈣)和C₃S(硅酸三鈣)的形成，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

4CaO+SiO₂+CaF₂＝2C₂S·CaF₂

3C₂S+3CaO+CaF₂＝3C₃S·CaF₂

傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)工藝在熟料煅燒環(huán)節(jié)生成硅酸鹽礦物所需煅燒溫度為1450℃左右，摻入CaF₂(黃磷渣和/或堿渣帶入)可將煅燒溫度降到1200℃左右即可生成硅酸鹽礦物，因此可以降低熟料能耗。

經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)(見下面的說明部分)驗(yàn)證，使用上述水泥熟料的生產(chǎn)方法可以達(dá)到如下效果。

1.實(shí)現(xiàn)硫堿平衡，系統(tǒng)結(jié)皮掉落，相應(yīng)的系統(tǒng)通風(fēng)改善，窯內(nèi)通風(fēng)良好，質(zhì)量穩(wěn)定；

2.熟料28天強(qiáng)度提高3.1MPa；

3.出窯熟料f-CaO合格率上升8.3％，平均值下降0.33％

4.節(jié)能降耗效果較明顯：熟料標(biāo)煤耗下降4.78Kg/噸熟料，電耗也有一定的下降；

5.有效脫硫，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，排污成本下降0.56元/噸熟料左右。

說明：

將堿渣與黃磷渣按一定的比例混合后入相應(yīng)的倉(cāng)，石灰石、頁(yè)巖、黃沙土入相應(yīng)的倉(cāng)，再按設(shè)定的配料方案執(zhí)行相應(yīng)的配比入磨粉磨，具體熟料配料方案為：

KH(石灰飽和系數(shù))＝0.950±0.02；

SM(硅率)＝2.4±0.1；

IM(鐵率)＝1.55±0.1。

該物料經(jīng)相應(yīng)的輸送設(shè)備入生料制備系統(tǒng)，一是制備成符合要求的生料，二是對(duì)窯尾煙氣中硫進(jìn)行相應(yīng)的捕捉。生料再經(jīng)相應(yīng)的輸送設(shè)施送至預(yù)熱器，通過預(yù)熱、分解爐分解，再入窯進(jìn)行煅燒，在此期間分解爐出口溫度控制在840-860℃，窯內(nèi)煅燒溫度控制在1250-1450℃，窯的轉(zhuǎn)速控制在3.5-4.0轉(zhuǎn)/分鐘。經(jīng)冷卻機(jī)冷卻至熟料溫度在150℃以下。

綜上，上述水泥熟料的生產(chǎn)方法將黃磷渣和/或堿渣等工業(yè)廢渣回收利用，利用這些工業(yè)廢渣中的CaF₂、P₂O₅、CaO將回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)、預(yù)熱器系統(tǒng)富集的硫堿化合物快速反應(yīng)，平衡硫堿比，不僅能有效固化SO₂氣體，生成較難分解的硫酸鹽礦物，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，也提升了窯內(nèi)固相反應(yīng)程度，熟料煅燒結(jié)粒更為致密，熟料質(zhì)量更為穩(wěn)定。該水泥熟料的生產(chǎn)方法復(fù)合工業(yè)固體廢料(黃磷渣和/或堿渣)參加生料配料，不僅不用投資高額設(shè)備，也能滿足達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，又能提高水泥生料的易燒性，降低熟料能耗。而且黃磷渣和堿渣都是工業(yè)廢渣，以往處理這些廢渣都是采用填埋的方法，非常浪費(fèi)土地資源，且污染環(huán)境，利用該廢渣在水泥窯中脫硫還能起到消除工業(yè)廢渣污染，變廢為寶的效果。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。