低钙高硅高结晶石灰石烧制水泥熟料的生产试验

杜凤怀，郑林昌，吴秀俊

（云南省建筑材料科学研究设计院有限公司云南 昆明650221）

0 引言

生产水泥熟料用的石灰石要求CaO 含量大于>45%，SiO2含量<4%[1]，以保证生料粉磨效率和熟料煅烧过程中各矿物组成的形成时间[2]。缅甸旦多淼水泥厂5 000t/d 新型干法熟料水泥生产线配套矿山石灰石属变质灰岩，方解石普遍呈重结晶状态，粒径较大，含有较多的它形石英，存在CaO 含量偏低和游离SiO2含量偏高的现象，指标达不到水泥生产原料品质的要求，作为水泥的原料其易碎性和易烧性都比较差，单独使用配料和熟料烧成均有困难。云南省建筑材料科学研究设计院有限公司依托云南省科技厅国际合作科研课题，对该项目低钙、高硅、高结晶石灰石进行分析，对原料配方进行了调整和优化，通过低钙、高硅、高结晶石灰石与高钙、低硅石灰石合理搭配使用，从而实现熟料稳定生产。合理地利用了该项目矿山资源，提高了熟料的性能，降低了水泥生产成本，取得了很好的经济效益。

1 石灰石分析

1.1 化学成分岩相及X 衍射分析

由于该厂石灰石CaO 含量偏低、游离SiO2含量偏高且呈重结晶状态，达不到我国水泥工业二级石灰石的质量标准，因此选择了高钙、低硅的外购石灰石进行搭配使用。本厂矿山和外购石灰石化学成分见表1、表2，本厂矿山和外购石灰石岩相分析见图1、图2，本厂矿山和外购石灰石衍射分析见图3、图4。

表1 本厂矿山石灰石化学成分表

表2 外购石灰石化学成分表

1.2 石灰石分析结果

（1） 本厂矿山石灰石属变质灰岩，方解石普遍呈重结晶状态，粒径0.1~2.1mm，含有较多的它形石英（表1、图1），普遍存在CaO 偏低和游离SiO2含量偏高的现象。

图1 本厂矿山石灰石岩相分析图

图2 外购石灰石岩相分析图

图3 本厂矿山石灰石X 衍射分析图

图4 外购石灰石X 衍射分析图

（2） 外购石灰石是微晶灰岩，由粒径小于0.03mm 粉晶状方解石组成，岩石含有少量微裂隙，由后生方解石充填（表2、图2），其分解温度较低，具有较好的反应活性。

2 石灰石相对易磨性

2.1 相对易磨性试验

选取本厂矿山石灰石（M1）和外购石灰石（M2），见表3，并采用标准石英砂作为参照组，做本厂矿山高硅石灰石和外购低硅石灰石的相对易磨性试验，测定分别粉磨15min、20 min、25 min、30 min 后通过45μm 试验筛的筛余，试验结果见表4和图5。

表3 石灰石试样的化学成分

表4 相对易磨性试验

图5 45μm 试验筛试验结果

2.2 石灰石相对易磨性结果

（1） 本厂矿山石灰石中含有较多的结晶硅，硬度和抗冲击能力较外购石灰石高，难于破碎，其相对易磨性略差于外购石灰石。

（2） 生料立磨对本厂矿山和外购石灰石的粉磨效果并无太明显差别，易磨性基本处于正常范围。这主要是由于高硅石灰石内部颗粒结构较差,抗碾压、抗剪切力差，且因立式磨是依靠磨辊和磨盘之间的压力对物料进行碾压、剪切粉碎, 所以在硬质物料粉磨方面有一定优势。

3 生料易烧性试验

选取5 000t/d 新型干法熟料水泥生产线生产用粘土（M3）、砂岩（M4）和铁矿石（M5），见表5，按照JC/T 735-2005《水泥生料易烧性试验方法》进行易烧性试验。

表5 辅助原料试样的化学成分

3.1 试验样的生料配比和率值

由于本厂矿山和外购石灰石有较大差异，且燃料中褐煤又占较大比例，所以采用了不同率值配料，见表6，以试验掺加外购石灰石及不同率值下对熟料烧成的影响。

表6 生料配比和率值

3.2 试验熟料的游离氧化钙含量及液相量

表7 试烧熟料的游离氧化钙含量及液相量

3.3 试验熟料的岩相及X 衍射分析

3.3.1 岩相分析（图6～13）

图6 MD1#-1（1350℃）岩相分析图

图7 MD1#-3（1450℃）岩相分析图

图8 MD2#-1（1350℃）岩相分析图

图9 MD2#-3（1450℃）岩相分析图

图10 MD3#-1（1350℃）岩相分析图

图11 MD3#-3（1450℃）岩相分析图

图12 MD4#-1（1350℃）岩相分析图

图13 MD4#-3（1450℃）岩相分析图

3.3.2 熟料X 衍射分析（图14～21）

图14 MD1#-1（1350℃）X 衍射分析图

图15 MD1#-3（1450℃）X 衍射分析图

图16 MD2#-1（1350℃）X 衍射分析图

图17 MD2#-2（1450℃）X 衍射分析图

试验熟料的特征峰强度见表8。

3.4 生料易烧性试验结果

（1） 熟料岩相和X 衍射分析表明，各组试烧样品1350℃时，主要矿物已经形成，但以园粒状B 矿（贝利特）为主，A 矿（阿利特）结晶差，数量较少。

（2）MD1#和MD3#单独采用本厂矿山高硅石灰石配料，高硅石灰石不仅石英含量高，且方解石呈重结晶状，晶粒粗大，故低温时分解率可能偏低。单独用其配料硅酸率较高，液相量偏少，烧制的熟料质地疏松，孔洞较多，1 350℃游离石灰含量高达6%左右。

图18 MD3#-1（1350℃）X 衍射分析图

图19 MD3#-3（1450℃）X 衍射分析图

图20 MD4#-1（1350℃）X 衍射分析图

图21 MD4#-3（1450℃）X 衍射分析图

表8 熟料特征峰强度（d/l）

（3）MD2#和MD4#采用本厂矿山和外购石灰石配料，配料硅酸率较低，液相量偏高，1450℃熟料烧成，游离氧化钙含量较低，A 矿呈板状和柱状结晶含有包裹物。

（4） 试烧熟料的游离氧化钙含量和液相量数据表明（表6、表7），不同温区的游离氧化钙含量随配料硅酸率增加而增加，液相量随配料硅酸率增加而降低。

（5）试烧熟料的X 衍射数据表明（表8），熟料主要矿物硅酸三钙（C3S）的衍射峰强度随温度升高而增加，游离氧化钙含量随温度升高而降低。

4 存在的问题和采取的措施

（1） 本厂矿山石灰石成分波动较大，为保障入窑生料成分的稳定，在矿山开采时即对不同品质石灰石进行初步搭配后再进行破碎，并严格对本厂矿山石灰石及外购石灰石等各种原料进行预均化。

（2） 本厂矿山石灰石含有较多的结晶硅，破碎难度大，破碎机原配锤头材质为ZGMn13，在试生产阶段石灰石破碎机一直不能达产，且锤头经常使用仅1 周就需要翻面。因此，将锤头更换为 超 高 锰 钢 合 金 镶 嵌 技 术 锤 头（ZGMn18Cr2MoVTiRe+WTi），加大巡检频率，并定期对锤头进行翻面和堆焊。

（3）本厂矿山石灰石普遍存在CaO 含量偏低和游离SiO2含量偏高的现象，配料和烧成较困难，由于液相量偏少窑头飞砂现象严重。生产中对本厂矿山石和外购石灰石进行了搭配使用，将石灰石中SiO2 含量控制在7%左右，调整并优化了配料率值，并适当调整了回转窑的操作参数，改善了生料的易烧性。

5 取得的效果

（1） 石灰石破碎机锤头寿命提高到50 多天，一副锤头破碎产量由试生产阶段的11 万t 提高到了40 万t 以上，避免了以前每月更换锤头的高强度作业，大大降低了石灰石破碎机的维修工作量。

（2） 试生产期间，水泥熟料实际产量超过设计产量，水泥熟料的成分和性能指标均达到了GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》的技术要求，其中，熟料28 天抗压强度超过了55Mpa，生产线顺利达标达产。

6 结语

（1） 水泥生产中，原料特性对生料高温反应活性起重要作用，生料配料方案的优选直接影响水泥熟料质量。

（2） 低钙、高硅、高结晶石灰石作为水泥生产原料其易碎性和易烧性都比较差，单独采用其进行配料时，生料硅酸率较高，烧制的熟料质地疏松，孔洞较多，质量偏低。

（3） 为合理利用低钙、高硅、高结晶石灰石资源，采用本厂矿山和外购石灰石适当搭配使用，控制搭配后石灰石中SiO2含量控制在7%内，可实现优质水泥熟料的稳定生产。相比全部外购优质石灰石进行生产而言，每年产生了近千万的经济效益。