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19 随着国家西部建设步伐的加快，属于高盐碱地区的 河西地区境内隧道、涵洞、道路、桥梁等基础工程对抗硫 酸盐硅酸盐水泥的需求量逐年增加。由于抗硫酸盐硅酸盐 水泥熟料对原料配料有特殊的要求，采用常规配料方案很 难实现其矿物要求。同时，熟料特殊的矿物组成，对新型 干法回转窑煅烧提出了新挑战。配料或操作不当，都可能 造成回转窑系统严重的生产事故，甚至得不偿失。 为了降低生产成本，扩大水泥新品种，我们经过反 复分析和论证，尝试利用嘉峪关地区酒钢公司丰富的冶 金废渣资源，在宏达建材公司日产 2000 吨干法回转窑上 进行了全冶金废渣生产抗硫酸盐硅酸盐水泥的生产实践。 2010 年 6 月，成功生产出合格的中、高抗硫酸盐硅酸盐 水泥。产品经检验，各项技术指标达到或优于国家标准。 2010-2013 年，为兰新高铁、酒泉风电、疏勒河流域水 利等国家重点工程提供抗硫酸盐硅酸盐水泥 60 万吨，在 为企业创造了良好经济效益的同时，也产生了显著的社会 效益。 1 基本思路与技术路线 1.1 基本思路 与宏达公司毗邻的酒泉钢铁集团公司，是西北地区 最大的钢铁联合企业。其千万吨级的钢铁生产规模，每年 产生各种冶金选矿、冶炼废渣数百万吨。这些废渣大量堆 存，既占地又污染环境。但这些固体废物中都不同程度的 含有水泥原料的主要成分，有些冶炼废渣甚至含有与硅酸 盐水泥熟料相似的矿物组成。在资源日益紧张的今天，采 用工业固废物作原料生产水泥，实现资源的循环再利用， 将是水泥工业发展的必由之路。酒钢丰富的废渣资源为水 泥企业的生产提供了广阔的原料来源。 根据冶金废渣的性能和成分，针对抗硫酸盐硅酸盐 水泥的矿物组成，选用钢渣替代铁质原料，与石灰石选矿 尾矿（选矿废渣、采矿废石）、硅石选矿废渣、粒化高炉 矿渣等固体废渣配料；结合干法回转窑的工艺特点，破解 预热器结皮、堵塞等煅烧技术难题，批量、稳定地生产抗 硫酸盐硅酸盐水泥。 1.2 技术路线 将酒钢各种工业废弃物进行分类、 取样、 普查和分析， 从技术性和经济性的角度遴选原料。确定了采用钢渣与石 灰石选矿尾矿、硅石选矿废渣、粒化高炉矿渣等固体废渣 配料生产抗硫酸盐硅酸盐水泥的生产技术方案。结合抗硫 酸盐硅酸盐水泥熟料的矿物组成，进行实验室小样配制、 粉磨和烧制试验。通过对大量的试验结果对比分析，反复 修改和完善配料方案。在实验室成功试验的基础上，制定 出工业化生产技术方案，在日产 2000 吨的干法生产线上 进行生产试验。 1.3 生产工艺流程 钢渣等废渣预处理配料磨细制成生料在新型 干法回转窑烧制抗硫酸盐硅酸盐水泥熟料抗硫酸盐硅酸 盐水泥熟料与适量的脱硫石膏共同磨制抗硫酸盐硅酸盐 水泥。 采用冶金废渣生产抗硫酸盐硅酸盐水泥的实践 The metallurgical slag production practice and experience of sulfate resistant portland cement 杨映塘 1 武学龙2 (1 甘肃省建材科研设计院，甘肃 兰州 730020；2 酒钢宏达建材有限责任公司，甘肃 嘉峪关 735100) 摘 要：钢渣作水泥原料时，可替代全部的铁质原料和部分石灰石。由于钢渣中 Al2O3的含量相对较低，采用 16% 的 钢渣与石灰石选矿尾矿、硅石选矿废渣、粒化高炉矿渣等冶金选矿、冶炼废渣配料时，不需要大幅度提高 Fe2O3的含量就 可以降低熟料中 C3A 的含量，使抗硫酸盐硅酸盐水泥熟料的生料配料不再是一件难事。多种废渣配料后物料的易烧性改善， 在干法回转窑上通过适时调整煅烧操作参数，有效地解决了预热器的结皮、堵塞和回转窑的结球、结圈等生产技术问题。 关键词：冶金废渣；配料与操作；抗硫酸盐硅酸盐水泥 Abstract：When steel slag as a cement raw material, can replace all iron raw material and part of limestone. Due to the relatively low content of Al2O3 in steel slag,16% of steel slag and limestone ore dressing tailings,silica ore dressing tailings, granulated blast furnace slag and other metallurgical ore dressing,smelting slag ingredients, do not need to raise the content of Fe2O3 can reduce of C3A content in the clinker, the resistance to sulfate of Portland cement clinker raw ingredients is no longer a difficult task.A variety of waste residue after the ingredients, materials easy to burn to improve,in the dry process rotary kiln by timely adjust calcining operation parameters,effectively solves the crust of preheater,block and rotary kiln production technology such as ball, circle the problems. Keywords：metallurgical slag; ingredients and operation; sulfate resistant portland cement 中图分类号：TQ172.44 文献标识码：B 文章编号：1003-8965(2014)06-0019-03 水泥与混凝土 20 2 原材料的选择 2.1 石灰石选矿尾矿 酒钢公司西沟矿在石灰石开采过程中产生两种选矿 尾矿：一种是品位、粒度不能满足其钢铁生产要求的筛下 物石灰石选矿废渣。 这些废弃的尾矿长期堆放无法利用， 造成资源浪费。但这种尾矿 CaO 含量较高，粒度较小， 化学成份稳定，又是生产水泥优质的石灰石资源。另一种 是石灰石矿的剥离层、覆盖层石灰石采矿废石。这些被 废弃在祁连山雪线以上山沟中的尾矿，CaO 含量在 45% 左右，MgO 5.0% 左右，含水量 10%。 我们将进厂的这两种石灰石尾矿按 2:1 的比例搭配、 破碎后，进入石灰石预均化堆场。经过堆取料机均化后， 作为石灰石混合料使用。 2.2 钢渣 ( 或转炉钢渣 ) 炼钢厂的转炉在冶炼过程中产生的以 C2S 为主的含 铁废渣，呈灰黑色、质轻、多气孔， f-CaO 基本消解完全。 它与水泥熟料的化学成分十分相似，具有水硬胶凝性，因 此被人们称为“劣质熟料”。酒钢的钢渣含有 40% 左右 CaO，Fe2O3含量在 18% 左右，可以用它代替全部铁粉 和部分石灰石。同时，钢渣中的 CaCO3已完全分解，熟 料烧成热耗降低，综合能耗下降。 但钢渣成分波动大、物料磨蚀性差、易烧性极好， 在水泥生产中对物料均化、生料粉磨和回转窑的煅烧提出 了更高的要求。我们在完成了实验室研究后，为了减少钢 渣中的金属铁对输送、粉磨设备的磨损，对钢渣进行了使 用前的预处理。即将筛选后粒度合格的钢渣再磁选，制定 了钢渣的技术要求：水分 3.0%、粒度 5mm（球磨机 5mm）、Fe2O3 15%、石子等杂质 3%。 2.3 硅石选矿废渣 硅铁厂在冶炼硅铁的过程中，从硅石原料中选出的 粒度小、品位低的硅石废渣。废渣中 SiO2含量 85% 95%，粒度小于 30mm。由于其碱含量较低（R2O 0.30%），SiO2较高，可代替含碱高的粘土等作硅质校正 原料。 2.4 粒化高炉矿渣（矿渣） 炼铁厂在冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。由 脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成， 是一种易熔混合物。由于各钢铁厂的冶炼工艺及所用原材 料不同，使得矿渣的化学成分、活性指数与质量系数也 不同，甚至存在较大的差异。酒钢公司矿渣的活性系数 0.28， 碱性系数0.93， 质量系数1.38， 属于低活性酸性矿渣。 通过“分别粉磨”技术不仅在水泥中大量加入矿渣粉，还 用矿渣代替粘土等原料作生产抗硫酸盐硅酸盐水泥的硅铝 质原料。 抗硫酸盐硅酸盐水泥熟料生产原材料化学成份见表 1。 3 生产试验过程 1） 设 定 抗 硫 酸 盐 硅 酸 盐 水 泥 熟 料 率 值： KH=0.8600.020，N=2.60.1，P=0.80.1， 煤 灰 掺 入 量 =2.15%， 熟 料 矿 物 组 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%，钢渣 15.0% 17.0%，硅石选矿废渣 7.0% 9.0%，粒化高炉矿渣 6.0%-8.0%。采用电子皮带秤对 4 种 原料进行库底配料，通过MLS3123 立磨粉磨生料。 3）设定生料指标： KH=0.9100.020，N=2.70.1， P=0.70.1，CaO=43.30.3%，Fe2O3=3.200.2%， 80um 生料细度 ( 筛余 ) 20.0%。 4）生料化学分析结果见表 2。 5）熟料化学成分、矿物组成见表 3。 6）水泥配比及其控制指标：抗硫酸盐硅酸盐水泥熟 料 95.0% 96.0%，脱硫石膏 5.0% 4.0%；出磨水泥 控制指标：SO3 2.20.3%，合格率 85.0%；比表面积 33015m2/kg，合格率 90.0%。抗硫酸盐硅酸盐水泥 表 1 原材料化学成份 (%) 物料名称LessSiO2Ai2O3Fe2O3Ca0MgOK20Na2OCl-其他合计 石灰石选矿废渣42.101.540.210.2351.310.240.250.180.003.94100.00 石灰石采矿废石42.244.201.270.6045.352.800.380.100.023.04100.00 石灰石混合料42.152.430.560.3549.331.090.290.150.013.64100.00 转炉钢渣5.8021.007.1017.8040.115.100.370.290.022.41100.00 硅石选矿废渣1.0690.004.011.152.200.480.120.200.040.74100.00 粒化高炉矿渣0.0040.507.510.8038.003.870.800.210.747.57100.00 表 2 抗硫酸盐硅酸盐水泥生料化学分析结果 (%) 物料名称LossSiO2Al2O3Fe2O3Ca0MgOK20Na2OCl- 生料成分30.09 15.07 2.37 3.24 43.29 2.57 0.33 0.18 0.06 97.21 水泥与混凝土 21 物理性能、矿物组成见表 4。 4 技术措施 为解决回转窑煅烧过程中预热器结皮、堵塞等生产 故障采取了一系列相应的技术措施。采用废渣配料，物料 的易烧性大大改善，熟料的烧成热耗降低。但太过易烧的 物料对回转窑的煅烧带来风险：预热器易结皮堵塞。为解 决这个问题，我们选用易烧性差的硅石选矿废渣作硅质原 料，达到减小生产事故风险的目的。 通过对回转窑煅烧操作的反复摸索，我们提出将入 窑物料分解率由原来的 905% 降低到 855%，将分解 炉中部温度由原来的88010降为86010， 将窑头、 窑尾温度各降低 50，高温风机开到 100%，加大窑内 通风量，确保窑内经常处于氧化气氛。同时，将 80um 生 料细度由原来的 10% 放宽到 20%, 在满足并有利煅 烧的条件下降低了生料粉磨电耗。通过这些精细化操作措 施为生料中掺入 16.0% 钢渣稳定生产抗硫熟料奠定了基 础。 5 实践体会 1） 钢渣中Al2O3较其他铁质原料低， 采用钢渣配料时， 不需要大幅度提高 Fe2O3含量就可以实现抗硫酸盐硅酸盐 水泥熟料的矿物组成，使抗硫酸盐硅酸盐水泥的生产变得 容易。 2）解决了干法回转窑在煅烧抗硫酸盐硅酸盐水泥熟 料过程中，由于溶剂性矿物含量增加、铝氧率降低后带来 的熟料烧成温度范围变窄，预热器易结皮、堵塞的生产问 题。 表 3 抗硫酸盐硅酸盐水泥熟料化学成分、矿物组成 (%) 物料名称LossSiO2Al2O3Fe2O3Ca0MgOR20不溶物f-Ca0 熟料成分/22.51 3.85 4.87 62.22 3.78 0.59 0.27 0.8598.94 特性率值 KHNP 矿物 组成 C3SC2SC3AC4AF 液相量22.70 0.862.580.7949.4827.221.9314.82 表 4 抗硫酸盐硅酸盐水泥物理性能、矿物组成 试样编号标准稠度 凝结时间 (min) 比表面积 (kg/m2) 安定性 抗折强度 (MPa) 抗压强度 (MPa) 放射性 化学指标 (%) 初凝终凝3d28d3d28df-Ca0不溶物 KL128.00186265340合格5.88.426.849.6合格0.880.52 KL228.001