楊映塘 武學(xué)龍

(1甘肅省建材科研設(shè)計院，甘肅 蘭州 730020；2酒鋼宏達(dá)建材有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

隨著國家西部建設(shè)步伐的加快，屬于高鹽堿地區(qū)的河西地區(qū)境內(nèi)隧道、涵洞、道路、橋梁等基礎(chǔ)工程對抗硫酸鹽硅酸鹽水泥的需求量逐年增加。由于抗硫酸鹽硅酸鹽水泥熟料對原料配料有特殊的要求，采用常規(guī)配料方案很難實現(xiàn)其礦物要求。同時，熟料特殊的礦物組成，對新型干法回轉(zhuǎn)窯煅燒提出了新挑戰(zhàn)。配料或操作不當(dāng)，都可能造成回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，甚至得不償失。

為了降低生產(chǎn)成本，擴(kuò)大水泥新品種，我們經(jīng)過反復(fù)分析和論證，嘗試?yán)眉斡P(guān)地區(qū)酒鋼公司豐富的冶金廢渣資源，在宏達(dá)建材公司日產(chǎn)2000噸干法回轉(zhuǎn)窯上進(jìn)行了全冶金廢渣生產(chǎn)抗硫酸鹽硅酸鹽水泥的生產(chǎn)實踐。2010年6月，成功生產(chǎn)出合格的中、高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。產(chǎn)品經(jīng)檢驗，各項技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。2010-2013年，為蘭新高鐵、酒泉風(fēng)電、疏勒河流域水利等國家重點工程提供抗硫酸鹽硅酸鹽水泥60萬噸，在為企業(yè)創(chuàng)造了良好經(jīng)濟(jì)效益的同時，也產(chǎn)生了顯著的社會效益。

1 基本思路與技術(shù)路線

1.1 基本思路

與宏達(dá)公司毗鄰的酒泉鋼鐵集團(tuán)公司，是西北地區(qū)最大的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。其千萬噸級的鋼鐵生產(chǎn)規(guī)模，每年產(chǎn)生各種冶金選礦、冶煉廢渣數(shù)百萬噸。這些廢渣大量堆存，既占地又污染環(huán)境。但這些固體廢物中都不同程度的含有水泥原料的主要成分，有些冶煉廢渣甚至含有與硅酸鹽水泥熟料相似的礦物組成。在資源日益緊張的今天，采用工業(yè)固廢物作原料生產(chǎn)水泥，實現(xiàn)資源的循環(huán)再利用，將是水泥工業(yè)發(fā)展的必由之路。酒鋼豐富的廢渣資源為水泥企業(yè)的生產(chǎn)提供了廣闊的原料來源。

根據(jù)冶金廢渣的性能和成分，針對抗硫酸鹽硅酸鹽水泥的礦物組成，選用鋼渣替代鐵質(zhì)原料，與石灰石選礦尾礦（選礦廢渣、采礦廢石）、硅石選礦廢渣、?；郀t礦渣等固體廢渣配料；結(jié)合干法回轉(zhuǎn)窯的工藝特點，破解預(yù)熱器結(jié)皮、堵塞等煅燒技術(shù)難題，批量、穩(wěn)定地生產(chǎn)抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。

1.2 技術(shù)路線

將酒鋼各種工業(yè)廢棄物進(jìn)行分類、取樣、普查和分析，從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的角度遴選原料。確定了采用鋼渣與石灰石選礦尾礦、硅石選礦廢渣、?；郀t礦渣等固體廢渣配料生產(chǎn)抗硫酸鹽硅酸鹽水泥的生產(chǎn)技術(shù)方案。結(jié)合抗硫酸鹽硅酸鹽水泥熟料的礦物組成，進(jìn)行實驗室小樣配制、粉磨和燒制試驗。通過對大量的試驗結(jié)果對比分析，反復(fù)修改和完善配料方案。在實驗室成功試驗的基礎(chǔ)上，制定出工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)方案，在日產(chǎn)2000噸的干法生產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)試驗。

1.3 生產(chǎn)工藝流程

鋼渣等廢渣預(yù)處理→配料→磨細(xì)制成生料→在新型干法回轉(zhuǎn)窯燒制抗硫酸鹽硅酸鹽水泥熟料→抗硫酸鹽硅酸鹽水泥熟料與適量的脫硫石膏共同磨制→抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。

2 原材料的選擇

2.1 石灰石選礦尾礦

酒鋼公司西溝礦在石灰石開采過程中產(chǎn)生兩種選礦尾礦：一種是品位、粒度不能滿足其鋼鐵生產(chǎn)要求的篩下物—石灰石選礦廢渣。這些廢棄的尾礦長期堆放無法利用，造成資源浪費。但這種尾礦CaO含量較高，粒度較小，化學(xué)成份穩(wěn)定，又是生產(chǎn)水泥優(yōu)質(zhì)的石灰石資源。另一種是石灰石礦的剝離層、覆蓋層—石灰石采礦廢石。這些被廢棄在祁連山雪線以上山溝中的尾礦，CaO含量在45%左右，MgO 5.0%左右，含水量＞10%。

我們將進(jìn)廠的這兩種石灰石尾礦按2：1的比例搭配、破碎后，進(jìn)入石灰石預(yù)均化堆場。經(jīng)過堆取料機(jī)均化后，作為石灰石混合料使用。

表1 原材料化學(xué)成份(%)

表2 抗硫酸鹽硅酸鹽水泥生料化學(xué)分析結(jié)果(%)

2.2 鋼渣(或轉(zhuǎn)爐鋼渣)

煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐在冶煉過程中產(chǎn)生的以C2S為主的含鐵廢渣，呈灰黑色、質(zhì)輕、多氣孔， f-CaO基本消解完全。它與水泥熟料的化學(xué)成分十分相似，具有水硬膠凝性，因此被人們稱為“劣質(zhì)熟料”。酒鋼的鋼渣含有40%左右CaO，F(xiàn)e2O3含量在18%左右，可以用它代替全部鐵粉和部分石灰石。同時，鋼渣中的CaCO3已完全分解，熟料燒成熱耗降低，綜合能耗下降。

但鋼渣成分波動大、物料磨蝕性差、易燒性極好，在水泥生產(chǎn)中對物料均化、生料粉磨和回轉(zhuǎn)窯的煅燒提出了更高的要求。我們在完成了實驗室研究后，為了減少鋼渣中的金屬鐵對輸送、粉磨設(shè)備的磨損，對鋼渣進(jìn)行了使用前的預(yù)處理。即將篩選后粒度合格的鋼渣再磁選，制定了鋼渣的技術(shù)要求：水分≤3.0%、粒度≤5mm（球磨機(jī)≤5mm）、Fe2O3≥15%、石子等雜質(zhì)≯3%。

2.3 硅石選礦廢渣

硅鐵廠在冶煉硅鐵的過程中，從硅石原料中選出的粒度小、品位低的硅石廢渣。廢渣中SiO2含量85%～95%，粒度小于30mm。由于其堿含量較低（R2O＜0.30%），SiO2較高，可代替含堿高的粘土等作硅質(zhì)校正原料。

2.4 ?；郀t礦渣（礦渣）

煉鐵廠在冶煉生鐵時從高爐中排出的一種廢渣。由脈石、灰分、助熔劑和其他不能進(jìn)入生鐵中的雜質(zhì)組成，是一種易熔混合物。由于各鋼鐵廠的冶煉工藝及所用原材料不同，使得礦渣的化學(xué)成分、活性指數(shù)與質(zhì)量系數(shù)也不同，甚至存在較大的差異。酒鋼公司礦渣的活性系數(shù)0.28，堿性系數(shù)0.93，質(zhì)量系數(shù)1.38，屬于低活性酸性礦渣。通過“分別粉磨”技術(shù)不僅在水泥中大量加入礦渣粉，還用礦渣代替粘土等原料作生產(chǎn)抗硫酸鹽硅酸鹽水泥的硅鋁質(zhì)原料。

抗硫酸鹽硅酸鹽水泥熟料生產(chǎn)原材料化學(xué)成份見表1。

3 生產(chǎn)試驗過程

1）設(shè)定抗硫酸鹽硅酸鹽水泥熟料率值：KH=0.860±0.020，N=2.6±0.1，P=0.8±0.1， 煤 灰 摻入量=2.15%，熟料礦物組成：C3S 45%-52%、C3A 0.5-4.0%，f-Ca0＜1.0%，R2O≤0.45%，不溶物＜1.0%，液相量22.0～25.0%。

2）生料配比(干基)：石灰石混合料67.0%～71.0%，鋼渣15.0%～17.0%，硅石選礦廢渣 7.0%～9.0%，?；郀t礦渣6.0%-8.0%。采用電子皮帶秤對4種原料進(jìn)行庫底配料，通過MLS3123立磨粉磨生料。

3）設(shè)定生料指標(biāo)： KH=0.910±0.020，N=2.7±0.1，P=0.7±0.1，CaO=43.3±0.3%，F(xiàn)e2O3=3.20±0.2%，80um生料細(xì)度(篩余)≤20.0%。

4）生料化學(xué)分析結(jié)果見表2。

5）熟料化學(xué)成分、礦物組成見表3。

6）水泥配比及其控制指標(biāo)：抗硫酸鹽硅酸鹽水泥熟料95.0%～96.0%，脫硫石膏5.0%～4.0%；出磨水泥控制指標(biāo)：SO32.2±0.3%，合格率≥85.0%；比表面積330±15m2/kg，合格率≥90.0%?？沽蛩猁}硅酸鹽水泥物理性能、礦物組成見表4。

表3 抗硫酸鹽硅酸鹽水泥熟料化學(xué)成分、礦物組成 (%)

表4 抗硫酸鹽硅酸鹽水泥物理性能、礦物組成

4 技術(shù)措施

為解決回轉(zhuǎn)窯煅燒過程中預(yù)熱器結(jié)皮、堵塞等生產(chǎn)故障采取了一系列相應(yīng)的技術(shù)措施。采用廢渣配料，物料的易燒性大大改善，熟料的燒成熱耗降低。但太過易燒的物料對回轉(zhuǎn)窯的煅燒帶來風(fēng)險：預(yù)熱器易結(jié)皮堵塞。為解決這個問題，我們選用易燒性差的硅石選礦廢渣作硅質(zhì)原料，達(dá)到減小生產(chǎn)事故風(fēng)險的目的。

通過對回轉(zhuǎn)窯煅燒操作的反復(fù)摸索，我們提出將入窯物料分解率由原來的90±5%降低到85±5%，將分解爐中部溫度由原來的880±10℃降為860±10℃，將窯頭、窯尾溫度各降低50℃，高溫風(fēng)機(jī)開到100%，加大窯內(nèi)通風(fēng)量，確保窯內(nèi)經(jīng)常處于氧化氣氛。同時，將80um生料細(xì)度由原來的≤10%放寬到≤20%，在滿足并有利煅燒的條件下降低了生料粉磨電耗。通過這些精細(xì)化操作措施為生料中摻入16.0%鋼渣穩(wěn)定生產(chǎn)抗硫熟料奠定了基礎(chǔ)。

5 實踐體會

1）鋼渣中Al2O3較其他鐵質(zhì)原料低，采用鋼渣配料時，不需要大幅度提高Fe2O3含量就可以實現(xiàn)抗硫酸鹽硅酸鹽水泥熟料的礦物組成，使抗硫酸鹽硅酸鹽水泥的生產(chǎn)變得容易。

2）解決了干法回轉(zhuǎn)窯在煅燒抗硫酸鹽硅酸鹽水泥熟料過程中，由于溶劑性礦物含量增加、鋁氧率降低后帶來的熟料燒成溫度范圍變窄，預(yù)熱器易結(jié)皮、堵塞的生產(chǎn)問題。

3）將鋼渣的粒度控制在5mm以下，物料的易磨性改善，磨機(jī)臺時產(chǎn)量提高10%～20%，同時解決了原料水分大造成的進(jìn)料不暢的問題。

4）利用鋼渣、礦渣等冶煉廢渣中堿含量大量揮發(fā)的特點，解決了本地水泥原料中堿含量高的問題，廢渣成功生產(chǎn)出R2O低于0.45%的低堿水泥。

5）大量消納了固體工業(yè)廢渣。2010年-2013年企業(yè)生產(chǎn)抗硫水泥60萬噸，消納各種固體廢渣85萬噸以上，其中鋼渣12萬噸，減少采購成本500萬元。

6）采用鋼渣等廢渣配料具有明顯的節(jié)能和環(huán)保效果。物料易燒性改善后，熟料燒成溫度降低，噸熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低20kg，減少了生產(chǎn)過程中CO2和NxO的排放量。

7）抗硫酸鹽硅酸鹽水泥的生產(chǎn)成本與通用水泥的生產(chǎn)成本相差不足20元/噸，但市場售價是同強(qiáng)度等級水泥的1.2-1.6倍，2010-2013年4年企業(yè)銷售抗硫水泥60萬噸，新增利潤1.32億元，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

6 結(jié) 語

全部采用鋼渣、礦渣等冶金廢渣配料，成功解決了抗硫酸鹽硅酸鹽水泥生產(chǎn)過程中生料配料和熟料煅燒兩大技術(shù)問題。