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水泥廠原燃材料及石灰質量要求

桂礦 2023-07-04 | 閱讀：1200

原燃材料是工廠的基礎，也是穩定熱工制度的基礎，對預分解窯的質量控制，首先要從原材料質量著手。熟料燒成過程中所用原燃材料為：石灰質原料、硅鋁質原料、輔助校正原料及燃料煤。

一、石灰質原料

凡是以CaCO3為主要成分的原料都叫石灰質原料，如石灰石、石灰質泥灰巖、白堊。在熟料煅燒過程中，CaCO3受熱分解，生成CaO放出CO2。所以石灰質原料是水泥熟料中CaO的主要來源，它是水泥生產中使用最多的一種原料，在生料中約占80%，一般生產1噸熟料約需1.4-1.5噸石灰質原料。

我國生產水泥的石灰質原料以石灰石最為廣泛，泥灰巖次之，再次之為大理石，而白堊及貝殼僅一些小廠使用。石灰巖在我國資源豐富，分布也非常廣，它是一種沉積巖，主要由方解石微粒組成，依成因可分為生物石灰巖、化學石灰巖和碎屑石灰巖三種。石灰巖中常有其它混合物，并含有白云石、粘土、石英或隧石及硫酸鈣等雜質。石灰石呈致密狀，純凈的石灰石是白色的，由于含有不同的雜質和雜質的多少而呈清灰、灰白、灰黑以及淡黃或淺紅等不同顏色，常見的為青灰色，比重為2.6-2.8。

石灰石中的白云石（CaCO3、MgCO3）是熟料中MgO的主要來源。石灰石中的方解石礦物結構、結構形態、結晶體完整程度及晶體大小等都對熟料煅燒活性有著很大影響，同時其所含雜質多少、雜質成分、結構、分布狀況，特別是燧石中的α—石英晶體，以及石英晶體的發育狀況等，對生料的化學反應活性影響也很大，因此在對水泥窯系統分析研究中，也要考慮到這些因素。

石灰石的質量指標控制主要包括CaO、MgO、R2O、SO3、Cl-等。其中CaO是構成生料的主要成份，MgO、R2O、SO3、Cl-的含量為有害成份，是石灰石礦山前期勘探需查明的主要內容。較高的CaO、較低的MgO、R2O、SO3、Cl-含量是優質石灰石礦山和生產優質熟料的基本要求，礦山選址的依據。

進廠石灰石的質量指標控制屬預配料控制過程，日常以控制CaO含量為主，即進廠石灰石品位。對于其中的有害成份，一般隨石灰石品位變化：石灰石品位越高，有害成份越低；石灰石品位越低，有害成份越高。控制合理的進廠石灰石品位，是為了保證生料率值滿足預計的要求。石灰石品位既非越高越好、也非越低越好，應根據所使用的硅鋁質原料及生料率值要求來限定。

引起石灰石品位變化的因素主要是礦山斷層、裂隙土、表層覆蓋土、高鎂夾石、薄層灰巖等。這些因素均會引起石灰石品位的貧化。礦山一經選定，其礦石中MgO含量應符合要求，實際生產中，應關注所用礦山的礦石中MgO含量的不規則變化，較高的MgO一般是由高鎂夾石所引起。在使用高鎂夾石體的礦區時，應加強源頭控制，注意搭配使用，確保進廠石灰石中MgO含量滿足要求。有害成份主要隨石灰石品位變化，薄層灰巖、邊坡料等是引起有害成份升高的主要因素。實際生產中，應根據礦區開采點的階段性變化，均勻搭配薄層灰巖、邊坡料等，注意保持石灰石品位的相對穩定，以保證有害成份在控制范圍內。

石灰石品位的控制通過炮孔取樣、炮堆取樣、入均化堆場取樣來跟蹤完成。炮孔樣是指導礦山臺段開采品質跟蹤的依據，炮堆取樣是炮堆搭配的主要依據，入堆場取樣是計算均化后的石灰石料堆整體品位滿足配料要求的重要過程。通過以上過程的控制，可以保證入磨石灰石品位受控。

二、硅鋁質原料

硅鋁質原料是生產硅酸鹽水泥熟料的主要輔助原料，只有選擇適當成份的硅鋁質原料，才能保證生料配料過程的完成。其中硅質原料的SiO2含量一般在75%以上，硅鋁質原料的SiO2含量一般在75%以內。

硅鋁質原料是含堿和堿土的鋁硅酸鹽，主要化學成分是SiO2，其次為Al2O3，還有少量Fe2O3，主要是供給熟料所需要的酸性氧化物——SiO2、Al2O3和Fe2O3的，一般生產1噸熟料約用0.3-0.4噸硅鋁質原料。我國水泥工業采用硅鋁質原料種類較多，主要以粘土、黃土為最多，其次為頁巖、泥巖、粉砂巖及河泥等。下面著重介紹常用的幾種硅鋁質原料。

1.粘土類：主要特征是顆粒級配中粘粒級（＜0.005mm）占大多數，達40-70%。它包括華北、西北地區的紅土，東北地區的粘土，南方地區的紅壤、黃壤等。粘土主要由鉀長石（K2O·Al2O3·6SiO2）、鈉長石或云母（K2O·3Al2O3·6SiO2）等礦物經風化及化學轉變而生成。

衡量粘土的質量主要取決于粘土的化學成分、含砂量、堿含量、粘土的可塑性、熱穩定性、需水量等工藝性能。這些性能隨粘土中所含的主導礦物不同，粘粒多寡及雜質不同而異。所謂主導礦物是指粘土同時含有幾種粘土礦物時，其中含量最多的稱為主導粘土礦物。根據主導礦物不同，可將粘土分成高嶺石類、蒙脫石類與水云母類等。南方的紅壤與黃壤屬于高嶺石類，華北與西北的黃土屬于水云母類，粘土中常常有石英砂、方解石、黃鐵礦（FeS2）、氧化鐵、碳酸鹽、硫酸鹽及有機物等雜質。因此，粘土的化學成份差別很大，而多呈黃色、褐色或紅色。

2.黃土類：包括黃土和黃土狀亞粘土，原生的黃土以風積成因為主，主要分布于華北和東北地區。黃土中的礦物主要是石英，其次為長石、白云母、方解石、石膏等，黃土中的粘土礦物以伊利石為主，還有蒙脫石和拜來石等。由于黃土中含有細粒狀、斑點狀、薄膜狀和結核狀的碳酸鈣，一般CaO含量在5%-10%左右，黃土中的堿主要由云母、長石所帶入，一般為3.5%-4.5%，黃土中粘粒級一般占20%-40%。

3.砂巖、粉砂巖類原料：包括頁巖、泥巖、粉砂巖等，在我國很多地區都有分布，是由海相或陸相沉積，也有海陸相交互沉積。主要礦物為石英、長石類、云母、方解石及其它巖石碎屑，顏色一般為灰黃、灰綠、黑灰及紫紅等色。頁巖的硅酸率較低，一般為2.1-2.8，而粉砂巖的硅酸率一般大于3.0，鐵率在2.4-3.0之間，含堿量約在2-4%范圍內。

由上可知，粘土質原料含有多種類型礦物。而這些礦物在熟料煅燒過程中，反應活性相關較大，一般來說較細的高嶺石晶體及含有較多的非晶態SiO2反應活性較好，較小且結晶不完整的SiO2晶體反應活性一般，結晶完整且顆粒粗大的石英晶體反應活性最差。云母礦物較多，會造成生料中R2O含量增多，容易造成預分解窯窯尾預分解系統“粘結堵塞”，并使熟料中堿含量增加，影響熟料品質。

隨著新型干法窯的技術應用，對硅鋁質原料的要求也越來越高。新型干法窯技術大量使用劣質原料：低品位的石灰石、高灰份的原煤，燒制更高硅酸率的熟料。因此，對新型干法窯，要求硅鋁質原料的具備更高的硅酸率，一般要求SiO2含量在70%-80%之間，甚至更高。純粘土作硅鋁質原料已很難滿足配料要求，需通過硅鋁質原料與硅質原料的搭配來滿足配料要求。實際生產應根據礦山石灰石品位來選擇恰當的硅鋁質原料配比。

硅鋁質原料中的有害成份主要為R2O、SO3、MgO等。燒制低堿水泥熟料，一般要求硅鋁質原料中的R2O（K2O+Na2O）含量小于2.0%。MgO要求小于3%，SO3要求小于2%。實際生產控制中，有害成份可以通過階段性普查、礦點分選來控制。硅鋁質原料中含有多種類型礦物，而這些礦物在熟料煅燒過程中，反應活性相差較大，一般來說較細的高嶺石晶體及含有較多的非晶態SiO2反應活性較好，較小且結晶不完整的SiO2晶體反應活性一般，結晶完整且顆粒粗大的石英晶體反應活性最差。云母礦物較多，會造成生料中R2O含量增多，容易造成預分解窯窯尾預分解系統“粘結堵塞”，并使熟料中堿含量增加，影響熟料品質。

三、輔助校正原料

在用石灰質原料和粘土質原料兩種物料配料外，還有一些用量較少，但對保證正常生產、提高質量、改善操作條件等起著良好的作用或為了保護環境而搭配利用的廢料，一般稱為輔助原料，常用的有鐵質校正原料、鋁質校正原料、硅質校正原料、綜合利用的廢料等。

1．鐵質校正原料：用以補充生料中Fe2O3的含量不足，一般凡含Fe2O3較高的礦石或廢渣，都可作鐵質校正原料。目前水泥廠常用的是硫鐵礦渣（俗稱鐵粉）及廢鐵尾礦、低品位鐵礦石等，同時低價的鋼渣資源也逐步被作為鐵質原料使用。

2．鋁質校正原料：當配制的生料中Al2O3的含量不足時，則要選用鋁質校正原料進行調整。常用的有：煤渣、高鋁粘土、煤矸石等。

3．硅質校正原料：當配制的生料中SiO2的含量不足時，則要選用硅質校正原料進行調整。可以采用的有：含SiO2高的粘土、硅質渣、砂巖等，也有用河砂的，但要慎重。

4.廢渣：水泥企業對廢渣的利用過去一直都把它當成混合材使用，如粉煤灰，燒結煤矸石等，隨著人們環保意識的提高，為了增大廢渣的利用力度，亦重視把它們當作生產熟料的原料，常用的有煤矸石、粉煤灰，作為硅鋁質校正材用于配料。

四、原煤

水泥生產中的煤粉既提供熱能、又提供物料組份。因此，選擇合理的原煤品種是生產水泥熟料的必要條件。

原煤的水份、灰份、揮發份、發熱量、固定碳、全硫等是進廠原煤的主要控制項目。其中全硫含量一般按不同礦點分別檢驗。

新型干法窯優點是可使用劣質煤，對原煤品質的要求相對降低，但對原煤中的硫含量必須限制，一般全硫控制在小于1.2%，同時兼顧硫堿比，以防止預熱器結皮，目前受到日趨嚴重的煤炭保供形勢影響，低價高硫煤的使用也正在逐步推動中。適當的原煤灰份、揮發份和入窯煤粉細度、水份也是實際生產所必須控制的，同時隨著目前窯系統工藝、裝備的優化，在使用煙煤的同時，無煙煤、褐煤的使用也日趨成熟，但在使用過程中，對入窯煤粉細度、水分的要求更加嚴格。

在窯系統煅燒過程中，煤灰中的各組份直接參與熟料的化學反應，由于煤灰的摻入，使熟料飽和比、硅酸率降低、鋁率提高。因此穩定的原煤灰份是熟料率值穩定的基礎，進廠原煤必須采取均化措施。

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