利用硅钙渣部分替代石灰石生产硅酸盐水泥

依托“十一五”科技支撑计划课题“利用硅钙渣与脱硫石膏生产水泥关键技术与示范”的成果，中国建筑材料科学研究总院联合蒙西水泥股份有限公司（以下简称“我公司”）等单位在国内首次实施了硅钙渣部分替代石灰石生产硅酸盐水泥熟料的工业生产试验。该试验取得满意结果，不仅验证了硅钙渣作为原料生产熟料是可行的，而且为硅钙渣大规模消纳找到了出路，从而为高铝粉煤灰提铝技术在内蒙古自治区的推广和应用提供支撑。

1　硅钙渣品质控制指标

　　针对硅钙渣碱含量较高的问题，内蒙古大唐再生资源开发有限公司开发出了硅钙渣的脱碱工艺，并在工业生产线上获得了碱含量≤1.0%的硅钙渣。实验室试验表明，该脱碱硅钙渣能用于烧制水泥熟料。基于实验室结果，我公司结合其工艺特点，并在多次小窑试烧的基础上，总结出满足水泥熟料生产的硅钙渣控制指标，见表1。碱含量≤0.6%、Al2O3含量≤6.0%的硅钙渣，在生料中掺量可以达到60%；若碱含量和Al2O3含量大于此要求，这种硅钙渣在生料中掺量最多为30%。

表1　硅钙渣主要控制指标

2　生料配比设计

　　用Ⅱ级硅钙渣进行工业试验，硅钙渣的掺量控制在30%左右，确定熟料率值范围分别为：KH=0.92±0.02，n=2.40±0.10，P=1.5±0.10。采用的原材料有硅钙渣、石灰石、硅废石、铁矿石粉末和粉煤灰，具体配料方案以及配比分别见表2和表3。

表2　生料配料计算方案

表3　生料配比 　　　%

3　工业试验

3.1　煅烧工艺调整

　　采用硅钙渣烧制水泥熟料，不需要改变现有工艺，只需对相关工艺参数进行调整。在工业生产期间发现，由于硅钙渣的水分较高，存在输送过程中在溜子上堵料和下料不均的问题，且对入磨成分的控制和稳定性带来了不利的影响，对窑系统热工稳定和平衡干扰较大，这导致烧成熟料的fCaO波动幅度大且窑系统出现频繁掉窑皮等现象。通过大幅度调整头尾煤比例后，改善了fCaO波动幅度大与掉窑皮的问题。

　　另外，由于煅烧时掺加30%的硅钙渣，在分解炉控制过程中必须提前控制温度，防止料子易烧在预热器主要部位发生黏结。分解炉出口温度控制在℃左右。篦冷机冷却操作过程中宜采取厚料层，一般一床料层厚度控制在～mm,一床的行程由85mm调整为95mm。硅钙渣的活性较强，窑系统在煅烧过程中烧成带明显缩短，主要火点控制在13～17m位置。在14m位置由于火点较为集中，出现了℃的高温点，可以通过调整燃烧器旋流器的截面积将此处窑皮逐渐补挂完整。

3.2　熟料的物理性能

　　生料中掺入30%硅钙渣烧制水泥熟料时，煅烧工艺正常，设备运行稳定，且所得熟料的实际碱含量小于0.40%，熟料的MgO、SO3、fCaO、烧失量、硅酸盐矿物总量、比表面积、凝结时间、强度和安定性等各项技术指标均满足GB—《硅酸盐水泥熟料》要求。

　　掺5%石膏配制成硅酸盐水泥，3d平均抗折强度为6.3MPa，抗压强度30.5MPa，28d抗折强度9.4MPa，抗压强度60.6MPa。

3.3　熟料岩相结构

　　采用德国LeitzORTHOLUX-ⅡPOLBK透反射偏光显微镜对熟料进行岩相分析，见图1。

图1　掺30%硅钙渣烧制熟料岩相照片

　　从图1看出，A矿以板柱状为主，有少量包裹物存在，有部分晶体边缘有熔蚀现象，大小不均匀，部分A矿周围存在二次B矿；B矿多呈圆形，晶体表面有交叉双晶纹出现，还有部分呈脑状，大小不够均齐，主要在5μm、10μm和20～30μm三个等级；中间相分布不均匀，黑色中间相多呈片状，且含量多于白色中间相。各矿物相结晶较完整，连生较少，fCaO含量较少，呈现较好的熟料岩相特征。

4　结论

　　采用硅钙渣替代部分石灰石烧制水泥熟料时，只需对相关工艺参数进行调整，而不用改变现有熟料生产工艺，这为硅钙渣在现有新型干法生产线上的实际应用提供了较大便利。当生料中掺30%硅钙渣时，熟料煅烧工艺正常、设备运行稳定，熟料的各项技术指标均达到GB—《硅酸盐水泥熟料》标准要求。岩相分析也表明，所得熟料的各矿物相结晶较完整，呈现较好的熟料岩相特征。

　　从工业生产质量和技术指标完成情况判断，利用硅钙渣替代石灰石在现有工业生产线上烧制水泥熟料切实可行。采用硅钙渣为原料烧制水泥熟料，不仅可以使水泥生产过程中的环境负荷大幅度降低，节约资源，减少排放，还能降低水泥生产成本，具有很好的经济效益和社会、环境效益。目前内蒙古地区将建设或已经建设完成高铝粉煤灰提取氧化铝生产线，年需要处理的硅钙渣将达到万吨以上。可以预期该技术必将较大程度缓解硅钙渣资源化利用的难题，并促进粉煤灰提取氧化铝产业在更大范围内推广，具有良好的应用前景。

作者：刘丽芬1，张文生2，涂长江1，张建波2

作者单位：1.内蒙古蒙西水泥股份有限公司；2.中国建筑材料科学研究总院　

文章摘自《水泥》杂志年第3期