利用电石生产的废弃物制备水泥熟料的方法

摘要

本发明涉及一种利用电石生产的废弃物制备水泥熟料的方法，包括有以下步骤：1)取料：原料以及质量百分比如下：生石灰粉30％―40％，石灰窑除尘粉30％―40％，页岩8.5％―12.5％，硫铁矿渣2％―3.5％，粉煤灰11.5％―15.5％；2)将生石灰粉、石灰窑除尘粉脱水；3)取各原料，并进行挤压粉磨，再将所得原料混合均化；4)按照新型干法工艺送入窑中进行煅烧，即可制得水泥熟料。本发明使用电石生产过程中的生石灰粉、石灰窑除尘粉为原料，采用生产能力大、自动化程度高、热效率高的新型干法生产水泥工艺。实现了工业废料的二次利用。

权利要求

1.利用电石生产的废弃物制备水泥熟料的方法，包括有以下步骤：

1)取料：原料以及质量百分比如下：生石灰粉30％―40％，石灰窑除尘粉30％―40％，页岩8.5％―12.5％，硫铁矿渣2％―3.5％，粉煤灰11.5％―15.5％；所述的生石灰粉是生石灰石在筛选时产生的细小颗粒，其主要成分为含量在83.5％-86.2wt.％的氧化钙；所述的石灰窑除尘粉是煅烧石灰石时产生的烟尘，其主要成分为含量在90wt.％以上的碳酸钙；

2)将生石灰粉、石灰窑除尘粉脱水；

3)取各原料，并进行挤压粉磨，再将所得原料混合均化；

4)按照新型干法工艺送入窑中进行煅烧，即可制得水泥熟料；所述的新型干法工艺包括有以下步骤：①预热分解：充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热，使原料预热及部分碳酸盐分解；②水泥熟料的烧成：进入回转窑中进行熟料的烧成；在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应，生成水泥熟料中的各种矿物；③水泥粉磨：将水泥熟料粉磨至适宜的粒度，形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。

说明书

利用电石生产的废弃物制备水泥熟料的方法

技术领域

[0001] 本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种利用电石生产的废弃物制备水泥熟料的方法。

背景技术

[0002] 在传统的水泥工业中，钙源往往由碳酸钙提供，碳酸钙在高温下分解为氧化钙，氧化钙再与铝源和硅源反应，生成水泥熟料的各种单矿。在这个过程中，生石灰不仅可以完全取代碳酸钙做为钙源，而且在煅烧过程中省略了碳酸钙高温分解这一过程，减少了在生料煅烧过程中的能耗，节省了成本。

[0003] 在电石生产过程中，会产生大量的以生石灰和石灰石为主要成分的废弃物。如果弃之不用，势必造成资源的浪费，不能达到资源有效利用；再者，如果处理不当还会造成环境污染，影响生态平衡和人类生存环境。石灰粉和石灰窑除尘粉这两种废弃物均可以做为水泥生产过程中的钙源用于生产过程，不仅能够合理的利用资源降低生产成本，还能大大减少环境污染，符合节能减排的要求。

[0004] 目前，利用电石渣替代石灰石质原料生产水泥的研究国内外已有报道。如专利《干排电石渣100％替代天然石灰石质原料干法生产水泥熟料工艺方法》(CN 101265041)公布了一种干排电石渣100％替代天然石灰石质原料，并添加砂石、粉煤灰和硫酸渣三种辅料经一系列生产步骤生产水泥熟料的方法；专利《电石渣干烧制水泥熟料的工艺方法》(CN 101475324)公布了一种电石渣经过烘干和粉磨处理后，和辅助材料混合烧制水泥熟料的工艺方法。但是利用电石生产过程中的废弃物制备生产水泥熟料的工艺方法报道较少。且电石渣中硅铁由于易磨性较差，对粉磨设备要求较高，采用电石生产过程中的废弃物，即生石灰粉石灰窑除尘分可降低对粉磨设备的要求。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了提供一种低成本、低功耗、质量好的用电石生产过程中废弃的生石灰粉和石灰窑除尘粉替代石灰石的作为原料，电石生产过程中废弃的兰碳粉和兰炭烘干除尘粉作为辅助燃料，生产水泥熟料的方法。

[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：利用电石生产的废弃物制备水泥熟料的方法，包括有以下步骤：

[0007] 1)取料：原料以及质量百分比如下：生石灰粉30％―40％，石灰窑除尘粉30％―40％，页岩8.5％―12.5％，硫铁矿渣2％―3.5％，粉煤灰11.5％―15.5％；

[0008] 2)将生石灰粉、石灰窑除尘粉脱水；

[0009] 3)取各原料，并进行挤压粉磨，再将所得原料混合均化；

[0010] 4)按照新型干法工艺送入窑中进行煅烧，即可制得水泥熟料。

[0011] 按上述方案，所述的新型干法工艺包括有以下步骤：①预热分解：充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热，使原料预热及部分碳酸盐分解；②水泥熟料的烧成：进入回转窑中进行熟料的烧成；在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应，生成水泥熟料中的各种矿物；③水泥粉磨：将水泥熟料粉磨至适宜的粒度，形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。

[0012] 按上述方案，所述的生石灰粉是生石灰石在筛选时产生的细小颗粒，其主要成分为含量在83.5％-86.2wt.％的氧化钙；所述的石灰窑除尘粉是煅烧石灰石时产生的烟尘，其主要成分为含量在90wt.％以上的碳酸钙。

[0013] 本发明的成本分析如下：

[0014] 由于水泥熟料的生产的成本很大一部分是能耗，因此在此只核算由于应用电石生产过程中的废弃物带来的成本降低的部分。

[0015] 由于石灰窑除尘粉的主要成分是碳酸钙，因此以石灰窑除尘粉取代部分碳酸钙基本不会带来能耗的降低；以石灰粉取代部分水泥生料中的碳酸钙则会带来一定量的能耗降低。以生产1吨水泥熟料为标准进行计算：

[0016] 常温下的碳酸钙煅烧分解生成氧化钙的过程如下：

[0017]

[0018] 在过程1中，碳酸钙受热升温，考虑到无论是用那种钙源生产水泥熟料都要经过类似的升温过程，而且生石灰、石灰石等物质的比热容非常接近，因此不考虑该过程中的能耗变化；

[0019] 在过程2中，碳酸钙受热分解；

[0020] 1kg*1000g/(56g/mol)*(186kj/mol)＝3321kj；

[0021] 其中186kj/mol是碳酸钙的分解焓；

[0022] 所以生产1kg的碳酸钙分解需要的能量为3321kj；

[0023] 生产1吨水泥熟料大概需要1.3吨的碳酸钙，1.3吨的碳酸钙受热分解需要吸收的能量有：

[0024] 1.3t*1000kg/t*3321kj/kg＝4.32*106kj，约相当于140kg标准煤的发热量；

[0025] 由此可以看出，在降低能耗一项的成本减少约为：110元；

[0026] 同样按照生产1吨水泥熟料大概需要1.3吨的碳酸钙计算，1.3t石灰石的价格约是：

[0027] 1.3t*70元/t＝91元

[0028] 因此，用电石生产过程中的废弃物制备水泥熟料，生产1吨水泥大概可降低成本[0029] 130+91＝221元。

[0030] 由此可以看出，以电石生产过程中的废弃物制备水泥熟料，具有很好的经济效益。

[0031] 本发明使用电石生产过程中的生石灰粉、石灰窑除尘粉为原料，采用生产能力大、自动化程度高、热效率高的新型干法生产水泥工艺。实现了工业废料的二次利用，用石灰粉和石灰窑除尘粉生产水泥熟料相比石灰石水泥熟料能大大降低CO2的排放量，同时由于CaCO3的减少明显降低了熟料的烧成成本，具有较高的经济效益和环境效益。符合国家倡导的节能减排、发展循环经济的政策。

附图说明

[0032] 图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

[0033] 下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明，但是此说明不会构成对本发明的限制。

[0034] 实施例1：

[0035] 本发明实施例制备步骤如下：

[0036] 1，通过计算水泥熟料的硅率(SM)、铝率(IM)、熟料饱和系数(KH)，计算原料比例；各原料主要化学成分(％)

[0037]名称 Fe2O3 SiO2 CaO Al2O3
硫铁矿渣 63.46 12.07 3.35 1.9
粉煤灰 4.46 53.52 4.79 26.2
页岩 6.87 52.24 4.27 8.39
生石灰粉 0.4 0 83.5 0.9
石灰窑除尘粉 0.19 2.42 53.13 0.31

[0038] 本实例取硫铁矿渣3％，粉煤灰14％，页岩12％，生石灰粉40％，石灰窑除尘粉31％[0039] 其中：Fe2O3％＝63.46×0.03+4.46×0.14+6.87×0.12+0.4×0.4+0.19×0.31＝3.57

[0040] SiO2％＝12.07×0.03+53.52×0.14+52.24×0.12+0×0.4+2.42×0.31＝14.9[0041] CaO％＝3.35×0.03+4.79×0.14+4.27×0.12+83.5×0.4+53.13×0.31＝51.15[0042] Al2O3％＝1.9×0.03+26.2×0.14+8.39×0.12+0.9×0.4+0.31×0.31＝5.2[0043] 由此可知：SM＝SiO2/(Fe2O3+Al2O3)＝1.7

[0044] IM＝Al2O3/Fe2O3＝1.46

[0045] KH＝(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)/2.8SiO2＝0.99

[0046] 各项率值均满足要求；

[0047] 2，按比例取料；电石废弃物(生石灰粉、石灰窑除尘粉)脱水，所述的生石灰粉是生石灰石在筛选时产生的细小颗粒，其主要成分为含量在83.5％-86.2wt.％的氧化钙；所述的石灰窑除尘粉是煅烧石灰石时产生的烟尘，其主要成分为含量在90wt.％以上的碳酸钙；按照设定的量将水泥熟料生产所需的原料进行粉碎；在物料堆放时，由堆料机把进来的原料连续地按一定的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠和相同厚度的料层。取料时，在垂直于料层的方向，尽可能同时切取所有料层，依次切取，直到取完，即“平铺直取”；

[0048] 3，生料粉磨：①将预均化后的生石灰粉与石灰窑除尘粉从其预均化堆场取料送入喂料机，同时，将页岩、粉煤灰和硫铁矿渣三种辅料按上述比例取料送入喂料机；②经原料配料站混合均匀后送入辊磨系统；③在辊磨系统中经过依次经过烘干机、粉磨机和选粉机，选粉机剩余的粒度较大的粉料重新进入粉磨机粉磨依次循环；④将粉磨后的粉料与空气压缩机送入生料均化库；

[0049] 4，熟料烧成：①均化库出库后的生料送入预热分解系统；兰碳粉和兰炭烘干除尘粉随燃料从分解炉中加入并与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。②在回转窑炉中进行水泥熟料的烧成，回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应，生成水泥熟料中的C3A、C4AF、C2S等矿物。随着物料温度升高近1300℃时，C3A、C4AF、C2S等矿物会变成液相，溶解于液相中的C2S和CaO进行反应生成大量C3S。熟料烧成后，温度开始降低。最后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却、输送、贮存入库；

[0050] 5，水泥粉磨：将水泥熟料粉磨至适宜的粒度，形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。

[0051] 实施例2：

[0052] 本发明实施例制备步骤如下：

[0053] 1，通过计算水泥熟料的硅率(SM)、铝率(IM)、熟料饱和系数(KH)，计算原料比例；各原料主要化学成分(％)

[0054]名称 Fe2O3 SiO2 CaO Al2O3
硫铁矿渣 63.46 12.07 3.35 1.9
粉煤灰 4.46 53.52 4.79 26.2
页岩 6.87 52.24 4.27 8.39
生石灰粉 0.4 0 83.5 0.9
石灰窑除尘粉 0.19 2.42 53.13 0.31

[0055] 本实例取硫铁矿渣3％，粉煤灰14％，页岩10％，生石灰粉35％，石灰窑除尘粉38％[0056] 其中：Fe2O3％＝63.46×0.03+4.46×0.14+6.87×0.10+0.4×0.35+0.19×0.38＝3.4

[0057] SiO2％＝12.07×0.03+53.52×0.14+52.24×0.10+0×0.35+2.42×0.38＝14.0[0058] CaO％＝3.35×0.03+4.79×0.14+4.27×0.10+83.5×0.35+53.13×0.38＝50.5[0059] Al2O3％＝1.9×0.03+26.2×0.14+8.39×0.10+0.9×0.35+0.31×0.38＝4.9[0060] 由此可知：SM＝SiO2/(Fe2O3+Al2O3)＝1.7

[0061] IM＝Al2O3/Fe2O3＝1.44

[0062] KH＝(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)/2.8SiO2＝1

[0063] 各项率值均满足要求；

[0064] 2，按比例取料；电石废弃物(生石灰粉、石灰窑除尘粉)脱水，所述的生石灰粉是生石灰石在筛选时产生的细小颗粒，其主要成分为含量在83.5％-86.2wt.％的氧化钙；所述的石灰窑除尘粉是煅烧石灰石时产生的烟尘，其主要成分为含量在90wt.％以上的碳酸钙；按照设定的量将水泥熟料生产所需的原料进行粉碎；在物料堆放时，由堆料机把进来的原料连续地按一定的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠和相同厚度的料层。取料时，在垂直于料层的方向，尽可能同时切取所有料层，依次切取，直到取完，即“平铺直取”；

[0065] 3，生料粉磨：①将预均化后的生石灰粉与石灰窑除尘粉从其预均化堆场取料送入喂料机，同时，将页岩、粉煤灰和硫铁矿渣三种辅料按上述比例取料送入喂料机；②经原料配料站混合均匀后送入辊磨系统；③在辊磨系统中经过依次经过烘干机、粉磨机和选粉机，选粉机剩余的粒度较大的粉料重新进入粉磨机粉磨依次循环；④将粉磨后的粉料与空气压缩机送入生料均化库；

[0066] 4，熟料烧成：①均化库出库后的生料送入预热分解系统；兰碳粉和兰炭烘干除尘粉随燃料从分解炉中加入并与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。②在回转窑炉中进行水泥熟料的烧成，回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应，生成水泥熟料中的C3A、C4AF、C2S等矿物。随着物料温度升高近1300℃时，C3A、C4AF、C2S等矿物会变成液相，溶解于液相中的C2S和CaO进行反应生成大量C3S。熟料烧成后，温度开始降低。最后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却、输送、贮存入库；

[0067] 5，水泥粉磨：将水泥熟料粉磨至适宜的粒度，形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。

[0068] 实施例3：

[0069] 本发明实施例制备步骤如下：

[0070] 1，通过计算水泥熟料的硅率(SM)、铝率(IM)、熟料饱和系数(KH)，计算原料比例；各原料主要化学成分(％)

[0071]名称 Fe2O3 SiO2 CaO Al2O3
硫铁矿渣 63.46 12.07 3.35 1.9
粉煤灰 4.46 53.52 4.79 26.2
页岩 6.87 52.24 4.27 8.39
生石灰粉 0.4 0 83.5 0.9
石灰窑除尘粉 0.19 2.42 53.13 0.31

[0072] 本实例取硫铁矿渣3％，粉煤灰14％，页岩11％，生石灰粉32％，石灰窑除尘粉40％[0073] 其中：Fe2O3％＝63.46×0.03+4.46×0.14+6.87×0.11+0.4×0.32+0.19×0.4＝3.48

[0074] SiO2％＝12.07×0.03+53.52×0.14+52.24×0.11+0×0.32+2.42×0.4＝14.6[0075] CaO％＝3.35×0.03+4.79×0.14+4.27×0.11+83.5×0.32+53.13×0.4＝49.2[0076] Al2O3％＝1.9×0.03+26.2×0.14+8.39×0.11+0.9×0.32+0.31×0.4＝5.0[0077] 由此可知：SM＝SiO2/(Fe2O3+Al2O3)＝1.72

[0078] IM＝Al2O3/Fe2O3＝1.44

[0079] KH＝(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)/2.8SiO2＝0.97

[0080] 各项率值均满足要求；

[0081] 2，按比例取料；电石废弃物(生石灰粉、石灰窑除尘粉)脱水，所述的生石灰粉是生石灰石在筛选时产生的细小颗粒，其主要成分为含量在83.5％-86.2wt.％的氧化钙；所述的石灰窑除尘粉是煅烧石灰石时产生的烟尘，其主要成分为含量在90wt.％以上的碳酸钙；按照设定的量将水泥熟料生产所需的原料进行粉碎；在物料堆放时，由堆料机把进来的原料连续地按一定的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠和相同厚度的料层。取料时，在垂直于料层的方向，尽可能同时切取所有料层，依次切取，直到取完，即“平铺直取”；

[0082] 3，生料粉磨：①将预均化后的生石灰粉与石灰窑除尘粉从其预均化堆场取料送入喂料机，同时，将页岩、粉煤灰和硫铁矿渣三种辅料按上述比例取料送入喂料机；②经原料配料站混合均匀后送入辊磨系统；③在辊磨系统中经过依次经过烘干机、粉磨机和选粉机，选粉机剩余的粒度较大的粉料重新进入粉磨机粉磨依次循环；④将粉磨后的粉料与空气压缩机送入生料均化库；

[0083] 4，熟料烧成：①均化库出库后的生料送入预热分解系统；兰碳粉和兰炭烘干除尘粉随燃料从分解炉中加入并与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。②在回转窑炉中进行水泥熟料的烧成，回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应，生成水泥熟料中的C3A、C4AF、C2S等矿物。随着物料温度升高近1300℃时，C3A、C4AF、C2S等矿物会变成液相，溶解于液相中的C2S和CaO进行反应生成大量C3S。熟料烧成后，温度开始降低。最后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却、输送、贮存入库；

[0084] 5，水泥粉磨：将水泥熟料粉磨至适宜的粒度，形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。

[0085] 将各实施例产品制成水泥后的应用效果汇总如下表1，水泥各混合材配合比为：水泥熟料85％，石膏2％，窑灰5％，石灰石8％；其中空白样为普通42.5级硅酸盐水泥。

[0086] 表1

[0087]