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高镁石灰石资源化利用的方法措施

2020-12-30甘丽华彭兴华浙江南方水泥有限公司浙江杭州311100

水泥工程 2020年5期
关键词:进厂生料熟料

甘丽华,彭兴华,庄 焕(浙江南方水泥有限公司,浙江 杭州 311100)

1 石灰石质量现状

某企业地处经济发达地区,当地石灰石资源紧张,企业两条生产线,每天生产熟料和水泥混合材需用石灰石14000t左右。2015年之前,该企业石灰石全部外购,来源矿点10多个,质量难以把控,生产受制于外部石灰石矿山的开采。随着政府绿色矿山建设政策的推行,部分不合规矿山陆续关停,石灰石供应越来越紧张,数量和质量均在下降,而价格却越来越高,企业组织生产比较被动。熟料生产石灰石成本要比同行业高将近20元/t,市场竞争处于弱势。2015年企业获得了新的矿山资源,但是自备矿山的石灰石质量不好,其石灰石化学成分见表1,可见其石灰石CaO含量偏低,MgO含量偏高(2.47%~4.62%),单独使用该石灰石将导致熟料中的MgO含量超过国家标准要求,所以必须外购一部分高钙低镁的石灰石搭配使用(外购石灰石的化学成分范围见表2)。

2 提高自备矿山高镁石灰石用量的措施

自备矿山在2015年拿到矿权初期,矿山道路开采阶段,就开始使用一部分高镁石灰石,熟料中MgO已缓慢升高,随着外购石灰石越来越困难,公司自2015年开始逐步将自备矿山的用量提高,直到现在的70%,各相关指标变化见表3。

从表3数据可以看出自备矿山石灰石用量从20%增加到70%,熟料w(MgO)从2.62%上升,到4.65%的内控指标,熟料的28 d强度从2015年的59.0MPa下降到2018年的56.9MPa,下降了2.1 MPa,自备矿山MgO以达到极限用量(企业内控熟料MgO含量不高于5.0%),因此如何在当前w(MgO)保持不变的前提下,稳定熟料的质量不下降,是摆在技术人员面前的攻关课题,2019年公司重点攻关,结合近几年的高镁石灰石生产经验,采取了一系列的改进措施,攻克了高镁熟料易烧性差,易结圈,煅烧不稳定,后期强度下降等难关,公司效益有了大幅提高。

表1 自备矿山石灰石化学成分 %

表2 外购石灰石化学成分 %

表3 自备矿山用量逐年增加熟料质量的变化 %

2.1 加强自备矿石灰石质量管理,严格把控进厂石灰石质量,提高生料配料稳定性

制定《矿山石灰石质量管理办法》,规范矿山爆堆样、钻孔样取样方法,增加矿山钻孔样取样检测频次,并通过矿山爆堆实地取样和进厂单独破碎后取样分析,验证钻孔样的代表性,做到石灰石进厂前,质量有准确预判,同时规定用于生料配料的自备矿山石灰石CaO日加权平均不得低于42.5%,矿山安排多个爆破堆搭配出矿,并提前一天预报出矿石灰石CaO含量,计划次日外购石灰石搭配比例。

通过规范矿山石灰石质量管理,稳定了进厂石灰石质量,生料配料率值合格率大幅提高,为窑的稳定运行和熟料质量提高提供条件。2019年入磨石灰石CaO含量45.45%,标准偏差0.95%,同比下降0.28%;生料和熟料率值合格率有较大提高,见表4。

2.2 提高进厂原煤的品质,减小原煤贫化

由于石灰石品位低,进厂煤灰分偏高时,熟料的饱和比达不到配料要求,本公司优化了入磨热风收尘器的收尘效率,降低煤的贫化现象,基本做到入窑煤粉的灰分和入磨原煤灰分差在1%以内,提高煤粉热效率。同时要求进厂原煤收到基热值在5800×4.18kJ/kg以上。近几年原煤质量情况见表5(由于进厂原煤进厂均化后入磨,为了与入窑煤粉可比性,将进厂原煤数据用入磨原煤表示)。

2.3 调整现有的配料方案,稳定熟料的煅烧质量

众所周知,煅烧w(MgO)较高的熟料时,烧成温度低,液相量提前出现,易形成包裹料,液相量过高,窑内容易结球,结圈,长厚窑皮,窑皮频繁脱落,结圈后窑内通风变差,篦冷机处理大块易卡死,影响窑况稳定的不利因素较多。

表4 进厂石灰石稳定后生料熟料配料合格率统计表

表5 入磨原煤与入窑煤粉的煤炭质量统计

查阅有关资料发现,当生料中MgO的含量小于2.0%时,MgO就会融入到晶体结构中,通过提高易烧性,促进游离石灰的吸收以及改善C3S和C4AF形成,就像好的矿化剂的作用一样。但当生料中MgO含量大于2%时,熟料的易烧性是随着MgO含量的增加而下降的,熟料MgO大于2.0%时,液相量计算中MgO的倍数从1.0增加到1.5,即MgO对液相量的影响成倍增加。

液相量的计算公式如下:

MgO小于2.0%时,L=3.0Al2O3+2.25Fe2O3+K2O+Na2O+MgO;

MgO大于2.0%时,L=3.0Al2O3+2.25Fe2O3+K2O+Na2O+1.5MgO;

从上面公式可看出,影响液相量的主要因素依次是Al2O3、Fe2O3、MgO,在配料上宜采用降低石灰饱和系数,降低熟料中Al2O3,适当提高Fe2O3含量,即降低熟料铝率,更利于提高熟料游离钙合格率,减小高w(MgO)熟料的膨胀性。

一般企业的烧成液相量的最佳范围在24%~26%,由于自备矿山高MgO石灰石使用后后,熟料的液相量达到30%以上,熟料中MgO含量大于4%,此时方镁石的晶体尺寸变大,液相粘度增加,C3S形成难度增加,物料易结大块,结圈,熟料安定性不良的风险增大。

2.4 改善生料的易烧性,消减MgO的晶体尺寸

根据相关资料介绍CaF2作为矿化剂,高温煅烧时,CaF2可使液相出现的温度降低,加入1%~3%的CaF2,可降低烧成温度50~100℃,同时降低液相粘度,有利于液相中质点的扩散,加速C3S的形成。但是掺加过多矿化剂的熟料,常由于形成过多的速凝早强矿物而出现闪凝现象,使水泥凝结时间不正常。

试验室萤石尾矿对生料易烧性影响的相关实验结果见表6,7。

表6 萤石尾矿的化学成分分析 %

表7 生料K1450易烧性试验

根据易烧性实验结果,结合氟离子对水泥性能影响,生料中F-不超过0.1%,经济效益最好。

为了改善生料易烧性,该公司找到另一种替代材料转炉渣,成分中含有CaF2(见表8),通过生产实践摸索,公司确定了转炉渣掺加适宜比例为4%~6%,生料易烧性较好,对窑况的稳定和熟料质量的影响最佳,见表9。

表8 转炉渣的化学成分 %

表9 转炉渣掺加前后熟料性能对比

3 应用效果

提高自备矿山高镁石灰石用量后,企业的经济效益和社会效益增加显著。

(1)高镁石灰石用量提高到75%以后,和相邻无自备矿山企业相比,自备矿山石灰石成本19.40元,外购石灰石的成本约48元,搭配25%外购石灰石后,石灰石成本26.5元,而无矿山另一家企业的石灰石成本要48元,也就是说企业石灰石成本降低了21.5元。

(2)提高高镁石灰石用量后,通过上述几项调整措施,出窑熟料的质量没有下降,反倒有了提升,见表10。

(3)提高高镁石灰石用量后,指标参数见表11。

表10 出窑熟料化学成分及物理检验强度

表11 应用高镁石灰石生产熟料的煤耗、料耗和强度

通过加强矿山石灰石质量管理,调整配料方案,添加转炉渣改善生料易烧性,稳定窑操作,熟料标准煤耗从108.64 kg/t下降到97.24 kg/t,居于同行业领先地位,42.5水泥的熟料耗基本持平。熟料3d强度上升了1.4 MPa,利用企业自产矿粉的有利条件,增加矿粉掺量,水泥28d强度保持不变,3d强度比以前提高,提升了客户的满意度。

(4)熟料的急冷可使方镁石晶体尺寸减小,降低方镁石对水泥安定性的破环。该厂四代篦冷机的优化提升,熟料冷却效果大大提升,熟料的质量将会越来越好。

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