论文摘要
我国是一个煤炭生产和消费大国,煤炭开采和加工过程中伴随着大量煤矸石排出,目前已成为我国工业固体废弃物中排放量和堆存量最大的一种。煤矸石堆积如山,周围环境不仅遭到破坏,而且还占用大量土地。在水泥生产中,硅铝质材料目前通常采用粘土,而粘土的反应活化能较高使得水泥能耗过高,且粘土开采破坏植被,毁坏田地,致使许多发达国家已禁止使用粘土烧制水泥。而煤矸石的灰成分大都与粘土成分相似,可作为粘土的替代原料。将煤矸石代替粘土质原料配入水泥生料中,不仅摆脱粘土资源匮乏的束缚,而且还可以使煤矸石能源资源一体化充分利用,可谓一举两得。根据我国煤矸石的地理分布特征,对全国几个典型矿区的煤矸石进行了代表性的采样工作,并进行物化特性分析。通过分析可以清楚的看到,煤矸石的化学成分以及矿物组成都与水泥生产中的粘土质原料极为相近,且煤矸石中含有大量的富氧矿物及微量元素,这些对熟料的煅烧起积极的矿化作用,因此将煤矸石应用于水泥生产是完全有可能的。此外,煤矸石本身具有一定的发热量,这样还可以为水泥煅烧提供一定的热量,从而达到节约水泥煅烧煤耗的目的。对煤矸石进行粉磨性能试验,研究了几种煤矸石细度与粉磨时间的关系,对比煤矸石与砂岩、页岩的易磨性,并分析三个不同粘土替代率的煤矸石配方水泥生料的粉磨性能差异。结果表明:单独粉磨时,煤矸石的易磨性明显比粘土质原料差,但是煤矸石之间的粉磨性能相差不大。在相同粉磨条件下,两者要达到水泥生产对细度的要求,煤矸石要比粘土质原料粉磨时间长5～10min左右。煤矸石在生料中混合粉磨时,由于水泥生产中粘土质原料掺量较低,即使全部取代粘土质原料用煤矸石配料,对生料粉磨细度也影响不大,一般均能满足生料细度要求。文章中模拟了新型干法回转窑水泥煅烧工艺,采用了递减试凑法对生料配方进行优化设计,将生料的率值设定为KH=1.01,SM=2.8,IM=1.4,根据各种原料的化学分析对生料进行配制,然后进行生料均化和熟料煅烧。考虑到煅烧温度对生料易烧性的影响,试验中设置了1250℃,1300℃,1350℃,1400℃,1450℃等五个煅烧温度的工矿。通过试验表明,随着温度的升高,烧成的熟料在外观上可以清楚的看到液相的逐渐增多,颜色也逐渐加深,并最终在1400℃时与实际水泥生产的熟料的外观一致,此时熟料的游离氧化钙含量基本降到了2%以下,熟料已基本烧成。通过对熟料的XRD分析也可以清晰地看到,熟料中的各种矿相比例也趋于合理,且随温度的升高变化不大。试验中不仅考虑到温度对生料易烧性的影响,而且研究了石灰石品质及尾矿的加入对生料易烧性的影响。通过化学成分及熟料XRD分析可知,生料的易烧性与石灰石品质有关,石灰石品位越低,其生料易烧性越好,但是无论采用何种石灰石与煤矸石配料均能保证煅烧后熟料的质量。另外,在煤矸石生料中掺入尾矿,可以进一步改善生料的易烧性,即煤矸石与矿化剂复掺效果更好。对熟料的抗压强度进行试验分析。通过试验可以得出本试验中的熟料强度在很大程度上都已经接近或者超过了现有的水泥厂生产熟料标准,因此可以得出,煤矸石代替粘土配料进行水泥熟料煅烧是可行的。最后,在2500t/d新型干法回转窑生产线上进行工业试验。应用结果显示,煤矸石配料不仅能较大幅度的降低能耗,而且还能有效提高熟料的质量,给企业带来可观的经济效益,社会效益、环境效益也十分显著。