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综述(工业废渣在水泥生产中的利用)
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你可能喜欢水泥生产中煤在分解炉燃烧怎么办_百度知道煤矸石危害及其综合利用_百度文库
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煤矸石危害及其综合利用
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你可能喜欢水泥生产中煤在分解炉燃烧怎么办_百度知道论废矿废渣用于生料配料的技术措施（一）
编辑：文武　　邮箱：
生产水泥的原料主要有钙质原料、硅质原料、铝质原料、铁质原料，随着这些自然资源的逐渐贫乏，价位也越来越高。为了保护和充分利用有限资源、降低生产成本，废矿废渣的利用是一项有效的技术途径。
有些废渣由于所负载SiO2 、Al2O3 、Fe2O3 、CaO的矿物不同，有的是离子价位不同，作为主料能减少分解热耗与烧成耗热；有些废渣由于含有SiO2 、Al2O3 、Fe2O3 、CaO以外的某些金属离子，作为杂离子存在能起到矿化作用，降低物料的共熔点，降低烧成温度，进一步降低热耗、降低成本。废矿废渣中往往含有对水泥生产构成重要影响的有害成分，主要包括MgO、K2O、Na2O、SO3、Cl- 、重金属等，这是制约废矿废渣在生料配料中利用幅度的主要原因。有些杂离子具有利弊两面性，如磷渣中的P2O5，只要我们采取一些恰当的措施，就能趋抑拟弊为我所用。为了尽可能地利用低品位矿山资源、减小MgO等有害成分的影响，加大废矿废渣的利用比例，我们可以在调整配料、优化操作的同时，通过现有的技术装备，加强原料的均衡与均化，减小生料中有害成分的峰值，降低危害程度，提高使用比例。
我们还有一项冷落了多年的技术措施，可以从根本上降低废矿废渣中K2O、Na2O、SO3、Cl- 对水泥生产及产品有害的成分，并将这些成分分离出来，作为专用原料变废为宝&&这就是水泥窑尾旁路放风技术。
旁路放风技术之所以被冷落，是因为其能耗成本太高，而目前已经成熟的余热发电技术，能在很大程度上解决这个问题。
配制水泥生料的原料
水泥熟料中的有效矿物组成主要是：C3S、C2S、C3A、C4AF。
水泥生料中的有效化学成分主要有：SiO2 、Al2O3 、Fe2O3 、CaO 。
配制水泥生料的传统原料
（1） 钙质原料：主要有石灰岩、泥灰岩、白垩土、珊瑚沉积、贝壳沉积。水泥工业对钙质原料的质量要求见表1，水泥工业石灰岩的分类见表2。
（2）硅铝质原料：主要有砂岩、粉砂岩、河沙、硅石、页岩、泥岩、黄土、粘土、玄武岩，叶腊石用于生产白色硅酸盐水泥。水泥工业对硅铝质原料的质量要求见表3。
（3） 铁质原料：主要有粉铁矿、铁矿粉、选矿尾渣。
铁在地球中的含量高达35%，是地球内部最丰富的元素之一，在地壳中也有6%强。铁是一种过渡元素，在自然界中通常为氧化物或硫化物，并与许多元素伴生为矿。
用于配制水泥生料的铁质原料一般要求Fe2O3＞40%。但这并不是绝对的，这与其他原料中的含铁量有关，主要视配料需求和经济成本而定。
部分可用作水泥原料的废矿废渣
废矿：主要指有用成分达不到指标要求和或有害成分超过限制指标的钙硅铝铁矿产资源。钙质废渣：化工行业的电石渣、氧化铝行业的赤泥、造纸行业的白泥、钙质选矿尾渣、生产建筑骨料的粉料、磷渣、钢渣、炼镁行业的镁渣、废白灰、氰胺渣等。
硅质废渣：高硅煤矸石、污水处理厂的泥沙、铸造用废型砂、型砂选矿尾渣、磷渣、江河湖海淤沙等。
铝质废渣：粉煤灰、炉渣、煤矸石、江河湖海淤泥等。
铁质废渣：硫酸渣、钢渣、选铁矿的尾渣、钢渣、铅锌渣、镍渣等。
在这些废矿废渣中，都含有一定品位的水泥原料成分，有的还能起到矿化剂的作用，只不过有的是品位偏低，有的是有害成分偏高，但只要我们采取一定的技术措施，就能实现对水泥原料某组分的全部替代或部分替代，以期变废为宝。
我国目前一些急需解决、有鼓励政策的废矿废渣如低品位石灰石、电石渣、赤泥、煤矸石、磷渣、钢渣、钢渣等，下文进行分别介绍。
低品位石灰石
水泥主要原料石灰石矿山，并不是品位越高越好，作为生料所需主要氧化物，二氧化硅的形态（游离态、化合态），将会影响到生料易磨性和易烧性。只要生料能够满足配料需求、有害成分不是过高，低品位的矿石更有利于改善生料的易磨性和降低烧成热耗。
应该强调的是，低品位石灰石的利用，必须以良好的均衡均化为前提，这是实现其节能降耗的基础。否则，其各种潜能的挖掘将被热工波动增加的能耗所淹没，我们感觉低品位石灰石不好用就是这个原因。
对熟料的烧成反应，各种形态的石英颗粒作用是相同的，颗粒的大小才是主要因素。由于石灰石中的微晶SiO2（燧石和玉髓）具有较高的表面能量，比低温型石英更容易煅烧，故显示出高硅石灰石生料具有易烧性优势。
由于低品位石灰石含有较多的SiO2和Al2O3，自然水泥原料的成分较多，液相反应运动能较低，容易直接形成C3S矿物。实验证实，低品位石灰岩中含有一定的矿物潜能，在水泥熟料烧成中利用这些潜能，可以直接降低煤耗。
实验证实，低品位石灰石具有较低的CaCO3分解点，利用低品位石灰石的这一特性，可以节省热耗约420～630kJ/kg熟料。
不同品位石灰石的分解温度见表4。不管生料的化学成分如何，生料中总是含有一定量的游离二氧化硅
,约为生料所需SiO2量的50%～60%。石灰石和页岩中也含有游离二氧化硅,但是其颗粒尺寸比沙和砂岩中的游离二氧化硅要小的多，所以高硅石灰石能使生料具有很好的易研磨性优势。
石英（游离二氧化硅）的研磨能量与颗粒大小的关系见图1。
由图1可见，由于石英颗粒小于＜50mm，石灰石和页岩中的细粒硅土显示出较大的节能空间。
电石渣是电石法PVC的生产过程中，电石水解后产生的废渣。电石渣的主要成分是Ca(OH)2，其化学成分CaO含量高达60%以上，见表5。电石渣成分均匀，含钙量高，是优质的水泥原料，用来代替石灰石生产水泥是用量最大、利用也最为彻底的方法。2008年，国家发改委下发了《关于鼓励利用电石渣生产水泥有关问题的通知》。历年积累的电石渣大都存在Cl- 超标的问题，化工生产厂通过生产工艺及操作调整可以使出厂电石渣中Cl- 含量有所降低，但仍然是影响水泥工艺的一个主要问题。
赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物，一般氧化铁含量较大，外观与赤色泥土相似，因而得名。为了提高赤泥综合利用率，减少赤泥堆存对环境造成的影响，日，工业和信息化部、科技部联合编制了《赤泥综合利用指导意见》，给予了一定的鼓励政策。铝土矿中铝含量高的，采用拜尔法炼铝，所产生的赤泥称拜尔法赤泥；铝土矿中铝含量低，用烧结法或用烧结法和拜尔法联合炼铝，所产生的赤泥分别称为烧结法赤泥或联合法赤泥。
烧结法赤泥氧化钙含量高，适合制造建筑材料，我国在1963年开始用它作为普通水泥的生料，生产的425号普通硅酸盐水泥，符合国标GB175中规定的技术要求。但由于近年来，国家对水泥中钠含量的限制，赤泥在水泥生产中的掺量受到了一定的限制。
我国的赤泥以烧结法为多，但近年来拜耳法赤泥所占的比例正在不断增加。由于拜耳法赤泥中铁和碱的含量高，加重了水泥行业的利用困难。
赤泥的化学成分见表6。
煤矸石是煤系中煤层间的夹石，是煤炭开采和洗选过程中产生的废弃物，排出量为煤产量的10%～20%，最常见的有炭质页岩、碳质粉砂岩、油页岩、细砂岩、薄层灰岩、砂砾岩，是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一。为了推动煤矸石的综合利用，日，国家经济贸易委员会、科学技术部制定了《煤矸石综合利用技术政策要点》。
煤矸石具有适中的硅铝组分，化学成分（表7）比较适合生料配料，但由于其或硫高、或碱高、或热值高的特点，对生产工艺和水泥性能影响较大，目前在水泥生料配料上使用的还不多。
钢渣的主要化学成分为：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、MnO、P2O5和少量金属FeO、Fe2O3，FeO的含量约在20%~45%，因此从化学成分（表8）上看，钢渣具有做铁质原料的可能性。钢渣的矿物组成主要是C2S、C3S、RO相(CaO、FeO、MgO等二价金属氧化物的固溶体)、铁铝相(C4AF、C2F)、Ca(OH)2、CaCO3和少量金属Fe等。其中 C2S、C3S 和游离氧化钙(fCaO)为主要成分，总量在50%以上。在炼钢过程中，随着石灰的不断加入，钢渣的碱度增加（碱度 =
CaO / SiO2）。
钢渣的碱度是指钢渣中的CaO与SiO2、P2O5含量之比，即R=CaO/(SiO2+P2O5)。按照钢渣矿物组分及其碱度值的大小，将钢渣分为镁橄榄石渣、钙镁蔷薇辉石渣、硅酸二钙渣和硅酸三钙渣几类，见表9。
钢渣按化学成分和矿物组成分为高碱度钢渣（碱度&2.5 ）、中碱度钢渣( 碱度1.8～2.5） 和低碱度钢渣（碱度&1.8） 。一般碱度越高，fCaO的含量越高，具有胶凝性组分越多。中、低碱度的钢渣中主要是硅酸二钙(C2S)，钢渣的生成温度一般在1 560 ℃以上，而硅酸盐水泥熟料的烧成温度在1 400 ℃左右。钢渣的生成温度高，晶粒较大，结晶致密，水化速度缓慢，因此可以将钢渣称为过烧的硅酸盐水泥熟料。
在低碱度钢渣中，MgO主要形成钙镁橄榄石，RO相主要是方铁石。在高碱度钢渣中，MgO主要与FeO、MnO 形成镁铁相固熔体。固熔体的RO相是稳定的矿物, 在高温高压下也不能水化,不会引起安定性不良。钢渣中的 FeO 部分进入 RO相，部分形成镁橄榄石，两者是无活性的矿物。
钢渣用于水泥原料主要是用作水泥的铁质校正原料，钢渣掺量一般为生料的3～5%，可以节约部分天然资源，如铁矿粉等，工艺比较成熟。但钢渣的全铁含量在15～28%之间，含铁量偏低，因此水泥生产企业比较倾向于选择其他含铁量达到40%以上的废渣，如硫酸渣等。
钢渣硬度较大，带有部分铁粒，易磨性差，易导致生料磨台时产量下降、电耗增高。如某厂的CRM2650生料立磨，在采用钢渣配料后，台时产量由120t/h下降到100 t/h 。
使用钢渣配料时，尽管生料细度80 &m筛余是合格的，但由于钢渣本身的颗粒较粗，45&m筛余较大，在窑内煅烧时，与氧接触的面积较小，氧化反应不完全，易形成还原气氛，导致熟料颜色发黄，黄心料增多。
从钢渣烧失量为负数可知，钢渣带入的Fe2+ 较多，在窑内煅烧时因通风不好而得不到充分氧化，不能完全被氧化成Fe3+，造成熟料颜色发黄。采用钢渣配料后，不但生料的易烧性得到改善，而且钢渣带入的CaO不是以碳酸盐的形式存在，不需要分解，生料在预热器及分解炉内吸收的热量相应减少，预热器和分解炉的热负荷相应降低，因此可以提高熟料的产量。
铜废渣系冶炼铜时排出的工业废渣，其成渣过程如下：
2CuFeS2＋O2&Cu2S＋2FeS＋SO2&
2FeS＋3O2&2FeO＋2SO2&
将焙烧后的矿砂混合，置于反应炉中加热至1 000 ℃左右熔化，Cu2S与FeS生成铜，FeO与Si形成熔渣：
FeO+SiO2&FeSiO3
熔渣经水淬后，即成粒度1mm～5mm的铜渣，水分约3%左右。
某厂铜渣化学成分见表10。
铜渣中的FeO含量在17%以上，FeO的存在能促使CaCO3的分解，降低CaCO3的分解温度。FeO对CaCO3的分解作用是通过中间反应来实现的，其反应如下：
FeO + 2CaCO3(800℃)
CaFe(CO3)2 + CaO(860℃) & 2CaO + FeO + 2CO&
FeO熔点较Fe2O3低，能使系统最低共熔温度降低。因系统中Fe2+ 离子的加入，使液相酸性增强，Fe2O3以Fe3+ 离子状态存在，具有6个O2- 配位，构成松散八面体，导致其中的Fe-O价键较弱，在粘滞流动中易于断裂，从而降低了液相粘度，使液相中质点的扩散速度增强，促进A矿的形成。
某水泥厂在采用铜废渣代替铁质原料后，熟料标准煤耗下降29.9 kg/t，熟料28 d抗压强度提高了5.7 MPa以上，熟料烧成电耗下降了5.53 kW&h / t（见表11），取得了明显的经济效益和社会效益。
我国的黄磷产量每年约80万t，其产渣量约为640~800万t，磷渣不仅占用大量耕地，且堆放的磷渣在雨水淋洗下，氟、磷溶出污染环境。
磷渣是黄磷厂生产黄磷时产生的工业废渣，它经过高温水淬急冷，外观呈细颗粒状，带灰白色，为水淬渣。磷渣的化学成分与铁厂的粒化高炉矿渣相似，粒度在2mm～5 mm，有少量块状磷灰石，主要化学成分为SiO2、CaO。磷渣还有少量的Al2O3、Fe2O3、MgO、P2O5、F等，见表12。这些成分决定所用磷矿石的品质。通常： A12O3 2.5%~ 5%，Fe2O3 2% ~ 2.5%，
MnO 0.5% ~ 3%，P2O5 1 ~ 5%，F 0 ~ 2.5%。
磷渣在水淬处理后 ，其玻璃体含量在90% 以上，主要潜在矿物组成为假硅灰石 （&C a O & S i O2） 、 枪晶石（3CaO&2SiO2&CaF2）。磷渣中P2O5含量较高时，还有少量的氟磷灰石。
磷渣可代替部分石灰石、页岩配料，磷渣的CaO、SiO2是经过高温水淬急冷的，活性较高，是生产高C3S的原料，对熟料烧成有明显的改善作用，具有节能降耗的效果。磷渣的XRD图见图2。
制约废矿废渣利用的主要因素
（1）镁、碱、硫、氯、重金属等有害成分偏高，对烧成工艺构成影响，或对生产能力、产品质量构成影响；
（2）主要有益成分波动大，或有害成分波动大，且均化困难，对烧成工艺构成影响，或对产品质量构成影响；
（3）物料水分偏大，脱水烘干困难，输送困难，会导致生产煤耗、电耗的上升；
（4）物料腐蚀性和放射性强，对生产中的工艺装备、人身安全以及产品的最终用户构成危害；
（5）易磨性差、磨蚀性强，设备维修量增大、运转率降低、备品备件的消耗增加、电耗增加；
（6）货源的连续性、供货的均衡性、运输的难易程度、运距和运输成本等。
以上因素或多或少地影响着废矿废渣在水泥生料配料上的应用，一文不可能全面述之，本文重点讨论针对镁、碱、硫、氯、磷有害成分的措施。
来源：水泥商情网　
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