尾礦綜合利用之尾礦水泥

尾礦水泥就是在水泥配料中，引人大量的尾礦，按照正常的水泥生產(chǎn)上乞，生產(chǎn)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的硅酸鹽或鋁酸鹽水泥。

水泥是最常用的水硬性膠凝材料，對(duì)于硅酸鹽水泥來(lái)說(shuō)，其膠凝性質(zhì)主要來(lái)源于熟料中的硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣4種主要礦物；高鋁水泥主要來(lái)源于鋁酸一鈣；快硬早強(qiáng)的琉鋁酸鹽水泥和氟鋁酸鹽水泥則分別來(lái)源于單硫三鋁酸四鈣和氟七鋁酸十一鈣。

普通的硅酸鹽水泥熟料，是以粘土和石灰石為主要原料的生料，在煅燒過(guò)程中，通過(guò)一系列化學(xué)及物理化學(xué)反應(yīng)形成的。生料的主要組成物質(zhì)包括由粘土引入的SiO2、Al2O3、Fe2O3和由石灰石引入的CaO4種組分。經(jīng)過(guò)一列煅燒過(guò)程之后，迅速冷卻，即得到水泥孰料。

一、尾礦水泥的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用

水泥熟料的形成，主要是基于分解、固相反應(yīng)、液相中的反應(yīng)三個(gè)物理化學(xué)過(guò)程。燒成產(chǎn)物的化學(xué)組成，除CO2和H2O外，基本上是繼承了水泥原料中的主要氧化物。不過(guò)，使用石灰石和粘土這兩大原料生產(chǎn)水泥，雖然可滿足生成水泥熟料礦物的需要，且來(lái)源也比較廣泛，但也存在著某些弱點(diǎn)：一是石灰石的分解利粘土礦物的脫水，均要消耗大量的熱能、二者的理論耗熱量約占整個(gè)假燒吸熱量的50％；二是毀壞土地、并放出大量的C02污染環(huán)境，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1kg水泥，釋放的CO2溫室氣體也接近1kg。然而，如果從含有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3組分的尾礦中，引人這些組分，不但同樣可以滿足熱料礦物的生成條件，而且還常常由于某些金屬元素的帶人使得燒成溫度進(jìn)一步降低，不僅克服了上述兩個(gè)弱點(diǎn)，能耗還會(huì)進(jìn)一番降低，水泥的性能也會(huì)相應(yīng)得到改善。

據(jù)水泥形成理論，尾礦中常含有的金屬元素和硫化物、氟化物、磷酸鹽等成分，均具有礦化劑的作用：原因是：Cu、Mo、Pb、Zn、Ba等金屬元素，通過(guò)固熔作用，一方面可以使液相生成溫度降低，加速熟料燒成，另一方面可阻止β-C2S向γ-C2S的轉(zhuǎn)變，對(duì)提高水泥的強(qiáng)度有利。S、F、P等非金屬元素，不僅可以降低液相生成溫度，增加液相生成量，促進(jìn)C3S的形成，而且在一定溫度范圍內(nèi)(1350℃左右)形成硫鋁酸鈣贏鋁酸鈣、磷銷酸鈣等早強(qiáng)礦物，也有利丁水泥質(zhì)量的提高。

由如上討論可以推斷，用尾礦代替部分石灰石+粘土，具有節(jié)約土地、首約能源、保護(hù)環(huán)境、加速水泥燒成、降低生產(chǎn)成本、提高水泥質(zhì)量等多重社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

一般來(lái)說(shuō)，碳酸鹽型只礦和高鋁硅酸鹽型尾礦，可以直接用作心灰石和粘十的替代原料，某此堿含量較低的鈣鋁硅酸榆型尾礦、高鈣硅酸鹽型尾礦等，只要成分點(diǎn)與水泥的成分點(diǎn)較為接近，亦可直接燃燒成水泥。當(dāng)尾礦成分與水泥成分相差較遠(yuǎn)時(shí)，可作為摻配料或礦化劑使用。

二、尾礦水泥的生產(chǎn)工藝流程

與普通的水泥制造方法一樣，尾礦水泥的生產(chǎn)，仍采用“兩磨一燒”的工藝流程。但其工藝參數(shù)應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整。以硅酸鹽水泥為例：

(1)熟料成分設(shè)計(jì)：水泥熱料成分的設(shè)計(jì)，應(yīng)從水泥的設(shè)汁品種、原料品質(zhì)、生料制備和煅燒工藝等方面綜合考慮。不同的水泥品種，要求不同的礦物組成。

當(dāng)然，在選擇水泥熟料成分時(shí)，也不能僅僅從水泥的性質(zhì)  點(diǎn)出發(fā)，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合原、燃料性質(zhì)，以及工藝、設(shè)備情況綜合考慮。對(duì)于尾礦水泥而言，尤其應(yīng)重視，必須伎設(shè)計(jì)的水泥成分盡量與尾礦的成分相接近，以盡可能多的使用尾礦。只有當(dāng)尾礦的某一組分，無(wú)法單獨(dú)滿足任何品種的水泥要求時(shí)，才叫考慮摻加其他校正原料。另外，所設(shè)計(jì)的水泥成分，還必須保證在觀有的工藝設(shè)備上，能夠?qū)崿F(xiàn)。

(2)配料。當(dāng)熟料成分確定后，則可采用代數(shù)法、圖解法、嘗試誤差法、最小二乘法等計(jì)算方法，計(jì)算生料配比。

不同類型的尾礦，適用于不同類型的水泥。像鈣硅酸鹽型和鈣侶硅酸鹽型尼礦，適合生產(chǎn)硅酸鹽水泥，高鋁硅酸鹽型尾礦適合生產(chǎn)鋁酸鹽水泥。硅質(zhì)巖型尾礦和碳酸鹽型尾礦，只能作為某一種配料或校正原料使用。由于水泥中，對(duì)MgO和堿均有嚴(yán)格限制，因此，鎂鐵硅酸鹽型、長(zhǎng)英巖型和堿性巖型尼礦，均不適用于生產(chǎn)水泥。

當(dāng)選用尾礦確定后，應(yīng)首先檢驗(yàn)其化學(xué)成分是否與熟料成分接近。如果某一或幾種成分相差較大，應(yīng)考慮添加第二種或第三種配料或校正原料。

(3)生產(chǎn)。尾礦水泥與一般水泥的生產(chǎn)工藝基本相同。生料可采用球磨機(jī)混磨，但由于尾礦一般般已經(jīng)過(guò)一定程度的磨細(xì)，為了節(jié)約能耗，亦可采用如下流程：

粉磨細(xì)度以0.08mm方孔篩篩余小于10％為宜。

鑒于尾礦的可塑性較差，當(dāng)摻用量較大時(shí)，往往不易成球，因此，僅適合于采用濕法或干法回轉(zhuǎn)竊燃燒，不宜采用立窖。當(dāng)配入石灰石較多，尾礦較干燥時(shí)，可以使用懸浮預(yù)熱器和窯外分解器。