专利名称：利用铜、铅锌尾矿中的能量矿物特性的水泥熟料烧成方法
技术领域：
本发明涉及一种利用铜、铅锌尾矿中的能量矿物特性的水泥熟料烧成方法。
背景技术：
我国是水泥生产大国，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对水泥的需求日益增加。水泥生产的关键是熟料的烧成。生产水泥熟料的原料通常是石灰石、粘土或页岩、铁粉、矿化剂和无烟煤，按照工艺配方以一定的比例混合、粉磨、加水成球(对于立窑工艺)，在烧成器中于1400～1450℃煅烧而成(见《水泥工艺学》，中国建筑工业出版社，1986.7)。各种原料的配制比例即生料配方是根据其化学成分而定的。所配制的生料就化学成分而言，其重量百分比一般为CaO 65％、SiO222％、Al2O36％、Fe2O34％、其它成分如Na2O、K2O、CaF2等占3％。
水泥熟料的烧成能耗主要有以下几方面1.由于形成熟料强度的主要矿物须在熔融条件下反应生成，因此原料的熔点高低是能耗高低的影响因素之一。原料熔点高，烧成熔融它必须要比较多的煤耗。常规烧水泥所用的粘土，主要由高岭石矿物和石英矿物组成，熔点＞1580℃，熔化能耗较高。
2.熟料烧成所需的CaO都来自石灰石的分解，由于石灰石沉积和成岩条件的不同，其分解温度各异。用浅海生物化学沉积的高品位石灰石，由于生物分异作用，CaCO3的结晶格架完善牢固，分解所需能耗必然较高，一般起始分解温度在830℃，沸腾分解温度在950℃，终止分解温度在1100℃，因此高品位石灰石分解所需能耗较大。
3.传统的熟料煅烧工艺用高品位石灰石(CaO在51～55％)，则必须配高SiO2含量的粘土，在煅烧形成硅酸盐水泥矿物时是一个外在反应。
一般粘土中的二氧化硅为石英，结构稳定牢固，熔出温度高，熔出能耗也高。除了以上三方面的能量消耗外，原料自身能否放热对节煤有很大关系。粘土是地质母岩—沉积岩、岩浆岩、变质岩风化损失能量之后形成的最稳定的粘土矿物。因此，粘土原料在整个熟料煅烧过程中只是吸收热量而不会放热。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用铜、铅锌尾矿中的能量矿物特性的水泥熟料烧成方法。
它包括生料配制、粉磨、成球(对于立窑)，在烧成器中于1400～1450℃煅烧形成水泥熟料，其特征在于生料的重量百分比配方为石灰石70～87％，能量矿物尾矿3～5％，原煤9～11％，粘土0～15％。
能量矿物的分子式为FeS2(黄铁矿)、CuFeS2(黄铜矿)、PbS(方铅矿)、ZnS(硫锌矿)。
本发明的优点1.原料易得廉价。除了水泥生产所用的常规原料石灰石、煤、粘土外，本发明所用的铜、铅锌尾矿全国各地均有(如浙江富阳铅锌矿尾矿、浙江建德铜矿尾矿、浙江临安铅锌矿尾矿、安徽铜陵铜矿尾矿、广东韶关凡口铅锌矿尾矿等等)，且为铜、铅锌矿选矿后排出的废渣，目前尚未大量利用，只要在水泥厂合理运输半径内即可；2.配料易掌握。只要根据原生产所用原料及尾矿成分特性适当调整配方即可生产出合格的水泥熟料；3.可减少原料种类(尾矿可代替粘土、铁粉和矿化剂)，节约成本开支；4.工艺简单，勿需对原生产工艺设备进行改造；5.节能增产明显，单位熟料最低烧成煤耗可达2717KJ/kg熟料(650千卡/kg熟料)，吨熟料烧成电耗可降低10％以上，熟料产量比设计产量可提高15~25％。
具体实施例方式
水泥熟料的烧成能耗主要有以下几方面1.由于形成熟料强度的主要矿物须在熔融条件下反应生成，因此原料的熔点高低是能耗高低的影响因素之一。原料熔点高，烧成熔融它必须要比较多的煤耗。常规烧水泥所用的粘土，主要由高岭石矿物和石英矿物组成，熔点＞1580℃。如果用铜、铅锌金属尾矿(熔点1100～1250℃)，辉绿玢岩(熔点1070～1100℃)代替粘土，就可以节约熔化(液相)能耗。
2.熟料烧成所需的CaO都来自石灰石的分解，由于石灰石沉积和成岩条件的不同，其分解温度各异。深海化学胶体沉积的石灰石品位低，相应CaCO3结构缺陷大，分解温度低。一般起始分解温度在680℃，沸腾分解温度在850℃，终止分解温度在950℃。而用浅海生物化学沉积的高品位石灰石，由于生物分异作用，CaCO3的结晶格架完善牢固，分解所需能耗必然较高，一般起始分解温度在830℃，沸腾分解温度在950℃，终止分解温度在1100℃。这两种不同成因的石灰石分解温度相差约100℃，相应熟料烧成热耗相差418~627kJ/kg熟料。同样铜、铅锌尾矿中组成的矿物也存在一个分解温度的高低与能耗的关系。尾矿中的FeS、FeS2、PbS、ZnS则可以在450℃以上就开始氧化分解放热，从而有助于主燃烧物煤聚温燃烧，起到节能作用。
3.传统的熟料煅烧工艺用高品位石灰石(CaO在51～55％)，则必须配高SiO2含量的粘土，在煅烧形成硅酸盐水泥矿物时是一个外在反应。
如果利用变质岩铜、铅锌矿尾矿中复杂的含Ca硅酸盐矿物，则它们在低温分解熔化过程中可以自行重组出熟料矿物或活性较高的过渡性矿物，例如尾矿中的符山石Ca11(Mg·Fe)Al[SiO4]4(OH)4，它可以在一定的温度场自行重组矿物3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3或4CaO·Al2O3·Fe2O3及一些CaO·Al2O3，CaO·Fe2O3等过渡活性矿物，这样可以降低熟料矿物的形成温度和提高形成速度，达到节能高产。
除了以上三方面的能量消耗外，原料自身能否放热对节煤有很大关系。粘土是地质母岩—沉积岩、岩浆岩、变质岩风化损失能量之后形成的最稳定的粘土矿物。因此，粘土原料在整个熟料煅烧过程中只是吸收热量而不会放热。而变质岩的铜、铅锌矿尾矿中一般富含有FeS2(黄铁矿)、CuFeS2(黄铜矿)、PbS(方铅矿)、ZnS(硫锌矿)等具有能量的硫化矿物和变价的金属矿物，在熟料煅烧过程中会氧化放热，如
还有像Fe3O4(磁铁矿)烧成氧化会放热因为Fe3O4由FeO·Fe2O3组成，Fe2O3不会放热，而Fe2+氧化成Fe23+O3要放热。
从上述可知，铜、铅锌尾矿中含有能量矿物，具有潜在能量(物理能和化学能)，这些能量都是由地质成岩时的地质动力能量(压力)，温度和时间的储集，通过岩石矿物形成转换过来的。储存在一个基矿能量平衡体系中，在熟料煅烧过程中，这个能量平衡体系将被解聚而释放出能量，建立新的能量平衡体系。这些潜在能量的大小，直接影响着水泥熟料烧成能耗的高低。
本发明利用变质岩矿床铜、铅锌矿尾矿的地质成因岩矿特性，以及地质运动能量转换过来的能量可释放的特性，应用于水泥熟料烧成工艺，使原料熔点降低，液相提早出现，同时在较低的温度下尾矿中的能量矿物氧化放出热量，有助于主燃烧物煤的聚温燃烧，硅酸盐矿物形成反应加快，起到明显的节能增产效果。
本发明实施方式很简单，条件是在水泥生产企业附近合理运输半径内有铜、铅锌尾矿资源，通常勿需改造原生产工艺设备和工艺流程，只要调整原料工艺配方即可。具体实施步骤如下1.调研尾矿资源情况，并取样进行化学成分分析和矿物成分分析；2.根据尾矿化学成分和矿物成分特性，调整原料工艺配方，确定尾矿在原料中的配比；3.根据烧成的熟料的物化特性指标(如游离氧化钙含量、抗折抗压强度等)逐步调整尾矿的掺量至合理比例，一般可在重量比3～5％范围内调整。
实施例1浙江临安三鑫水泥有限公司，立窑设计生产能力6万吨/年，采用低品位石灰石，浙江富阳铅锌尾矿代粘土和矿化剂，生料原料配比为石灰石87％，尾矿3％，原煤10％。熟料烧成热耗从应用尾矿前的5016kJ/kg(1200kcal/kg)降到3135kJ/kg(750kcal/kg)，降幅达37.5％，立窑台时产量从4.5吨增加到7吨，增幅达55％，已稳定运行一年多，年节标准煤3600吨，年增水泥产量2.3万吨。
实施例2广东连州市水泥厂，2×10万吨/年规模。原先用高品位石灰石(CaO53％)高硅粘土(花岗岩风化粘土，粗石英矿物)配料，熟料烧成热耗5016～5852kJ/kg(1200～1400kcal/kg)，1台年产10万吨能力立窑只能生产5万吨。用连南县大麦山铜尾矿取得显著效果。通过原料调整，部分石灰石改用低品位石灰石(CaO32～36％)，去掉粘土，原料配方为石灰石87％，能量矿物尾矿4％，原煤9％。熟料烧成热耗降到了2508kJ/kg(600kcal/kg)，产量提高48％。
实施例3广东龙坪水泥厂，5+10万吨/年规模，原先用高品位石灰石(CaO53％)高硅粘土(花岗岩风化粘土，粗石英矿物)配料，熟料烧成热耗5016～5852kJ/kg(1200～1400kcal/kg)，1台年产10万吨能力立窑只能生产5万吨。用连南县大麦山铜尾矿都取得显著效果。通过原料调整，部分石灰石改用低品位石灰石(CaO32～36％)，原料配方为石灰石70％，能量矿物尾矿5％，原煤10％，粘土15。熟料烧成热耗降到了2717kJ/kg(650kcal/kg)，产量提高40％。
实施例4广东连州市连南水泥厂(10万吨/年规模)，如连州水泥厂，原先用高品位石灰石(CaO53％)高硅粘土(花岗岩风化粘土，粗石英矿物)配料，熟料烧成热耗5016～5852kJ/kg(1200～1400kcal/kg)，1台年产10万吨能力立窑只能生产5万吨。用连南县大麦山铜尾矿都取得显著效果，通过原料调整，部分石灰石改用低品位石灰石(CaO32～36％)，原料配方为石灰石80％，能量矿物尾矿5％，原煤11％，粘土4％。熟料烧成热耗降到了2926kJ/kg(700kcal/kg)，产量提高38％。
实施例5广东连州市坪坛水泥厂(8万吨/年规模)，原先用高品位石灰石(CaO53％)高硅粘土(花岗岩风化粘土，粗石英矿物)配料，熟料烧成热耗5016～5852kJ/kg(1200~1400kcal/kg)。用连南县大麦山铜尾矿都取得显著效果，通过原料调整，部分石灰石改用低品位石灰石(CaO32～36％)，去掉粘土，原料配方为石灰石84％，能量矿物尾矿5％，原煤11％，熟料烧成热耗降到了2760kJ/kg(660kcal/kg)，产量提高45％。
权利要求
1.一种利用铜、铅锌尾矿中的能量矿物特性的水泥熟料烧成方法，它包括生料配制、粉磨、成球，在烧成器中于1400～1450℃煅烧形成水泥熟料，其特征在于生料的重量百分比配方为石灰石70～87％，能量矿物尾矿3～5％，原煤9～11％，粘土0～15％。
2.根据权利要求1所述的一种利用铜、铅锌尾矿中的能量矿物特性的水泥熟料烧成方法，其特征在于所述的能量矿物的分子式为FeS2、CuFeS2、PbS、ZnS。
全文摘要
本发明公开了一种利用铜、铅锌尾矿中的能量矿物特性的水泥熟料烧成方法。它包括生料配制、粉磨、成球，在烧成器中于1400～1450℃煅烧形成水泥熟料，其生料的重量百分比配方为石灰石70～87％，能量矿物尾矿3～5％，原煤9～11％，粘土0～15％。它在不改变水泥生产工艺设备和工艺流程的情况下，通过调整原料工艺配方，掺入适量铜、铅锌尾矿，利用尾矿的低熔点和能量矿物如FeS
文档编号C04B7/00GK1657467SQ20051004920
公开日2005年8月24日 申请日期2005年1月24日 优先权日2005年1月24日
发明者施正伦, 傅圣勇, 骆仲泱, 程乐鸣, 王勤辉, 徐国飞, 王树荣, 施正展, 余春江, 俞百川, 高翔, 周劲松, 倪明江, 岑可法 申请人:浙江大学