利用硅錳渣和錫渣燒制硅酸鹽水泥熟料

引言

　　在立窯水泥生產(chǎn)中，金屬尾礦和工業(yè)廢渣單摻或復(fù)摻配料生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，例如鉛鋅尾礦、錫渣、銅渣等，但是用硅錳渣配料生產(chǎn)水泥熟料還未見報道。廣西某廠附近有冶煉硅錳合金和金屬錫的廠家，每年排放數(shù)萬噸廢渣。筆者在該廠進行技術(shù)服務(wù)期間，利用硅錳渣和錫渣雙摻配料，在該廠Φ3m×11m盤塔式機立窯上生產(chǎn)出了早期強度高的熟料，取得了顯著的效果。

1　硅錳渣和錫渣的化學(xué)成分

　　硅錳渣是冶煉硅錳合金后排放的廢渣，經(jīng)水淬后成為結(jié)構(gòu)疏松、粒徑約1～10mm淺綠色顆粒，硅錳合金冶煉為還原過程，淺綠色表明硅錳渣中的錳是以MnO形式存在，在燒成時形成MnO2，這是一個放熱過程，能降低熟料熱耗。硅錳渣和錫渣的化學(xué)成分見表1，異組分見表2。

表1 硅錳渣和錫渣的化學(xué)成分 (%)
名稱 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Σ
硅錳渣 －1.95 38.47 32.73 0.89 11.34 5.39 86.97
錫渣 －6.49 27.47 11.22 46.73 11.98 2.25 93.16
表2 硅錳渣和錫渣的異組分 (%)
名稱 MnO ZnO CuO PbO TiO2 SO3 P2O5 FeO Cr2O3
硅錳渣 11.81 0.082 0.19 0.053 0.34 0.33 0.023 － －
錫渣 0.34 0.67 0.21 0.56 0.99 1.08 － 3.24 0.38

2　配方設(shè)計和率值選擇

　　
2.1　原燃材料
　　該廠原燃材料的化學(xué)成分見表3。

表3 原燃材料的化學(xué)成分 (%)
名稱 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
粘土 8.65 54.63 20.97 12.39 0.42 0.96 －
石灰石 42.35 0.54 0.44 0.20 54.03 1.67 －
煤灰 － 53.19 18.17 16.14 5.36 1.33 3.91

　　煤的工業(yè)分析見表4。

表4 煤的工業(yè)分析
Mad/% Aad/% Vad/% FCad/% Qnet,ad/(kJ/kg)
3.57 27.55 5.09 63.79 22 146


2.2　配方設(shè)計及率值的選擇

2.2.1　錳的摻入量
　　

鄭洪武〔1〕等學(xué)者在研究錳、鎂元素在水泥熟料形成過程中的行為時認(rèn)為，錳、鎂適當(dāng)匹配摻進后促進熟料燒成(錳、鎂復(fù)合MnO2的最佳摻量為0.2%～1.0%)，溫度對錳、鎂在熟料礦物中固溶量有很大的影響，溫度越高，固溶量愈大。根據(jù)他們的研究，在工業(yè)性生產(chǎn)中利用含錳廢渣配料時，必須解決兩個問題:一是控制錳的摻入量，若錳過量加入會阻礙熟料燒成；二是煅燒時要提高燒成溫度(控制在1400～1450℃之間為宜)。因此控制熟料中錳的含量在0.4%～0.6%之間。

2.2.2　KH值
　　

該廠機立窯只設(shè)有一層保溫層，保溫效果差，耐火磚已嚴(yán)重磨損，鐵磚以上耐火磚比鐵磚凹進50～60mm。窯體的變化使中心通風(fēng)不良的狀況進一步惡化，保溫性能變得更差。因此，在選擇KH值時宜取低一些，取0.94±0.02。

2.2.3　P值
　　

用硅錳渣和錫渣雙摻配料，大大降低熔體粘度和熔體出現(xiàn)溫度，熟料燒結(jié)過程加快，底火層變薄，燒結(jié)溫度范圍變窄。所以應(yīng)選擇高鋁方案，其一，高鋁配方需要高溫煅燒，這與錳對燒成溫度的要求一致；其二，提高鋁率，會提高液相粘度，加寬燒結(jié)溫度范圍，有助于底火完整結(jié)實，P值控制為1.6±0.1。

2.2.4　n值
　　

考慮到該廠立窯的現(xiàn)狀，煅燒物料時容易造成中火變慢，中部物料沉落速度會加快，易產(chǎn)生“抽芯”現(xiàn)象，出現(xiàn)呲火及漏火。因此，n值宜取低一些，為1.5±0.1，以增加熔劑礦物，增加底火的強度。

3　應(yīng)用效果及分析

　　使用硅錳渣和錫渣雙摻配料，采用中飽和比、高熔劑礦物、高鋁配方，應(yīng)用小料球全黑生料暗火煅燒技術(shù)，在工業(yè)性生產(chǎn)中取得了顯著效果，使用前后熟料的化學(xué)成分、物理性能見表5。

 
表5 熟料的物理性能、化學(xué)成分及率值
序號 石膏
/% 		比表面積
/(m2/kg) 		稠度
/% 		安定性 凝結(jié)時間
/(h:min) 		抗折強度
/MPa 		抗壓強度
/MPa 		化學(xué)成分/% 率值
初凝 終凝 1d 3d 28d 1d 3d 28d Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO fCaO KH n P
M0 4 312 24.2 疏松 3:48 5:28 2.9 5.5 8.0 12.4 28.3 58.6 -0.14 19.52 6.73 4.81 63.71 3.28 3.53 0.93 1.69 1.40
M1 3 291 23.6 合格 2:31 3:31 4.2 6.2 8.4 20.5 34.5 59.0 0.10 19.99 7.39 4.58 63.46 2.19 2.30 0.89 1.67 1.61
M2 3 309 24.0 合格 2:23 3:18 4.3 6.2 8.5 20.2 35.3 59.7 -0.03 19.99 7.07 4.58 64.14 2.19 2.85 0.91 1.72 1.54
M3 3 309 24.2 合格 2:11 3:30 4.1 5.8 9.0 18.6 35.0 59.3 0.17 18.88 7.51 5.07 63.25 3.75 2.14 0.93 1.50 1.48
M4 3 300 24.4 合格 2:30 3:15 4.4 6.4 8.6 21.8 37.6 58.4 0.69 18.70 7.37 4.78 63.54 2.80 3.01 0.95 1.54 1.54
M5 3 293 24.2 合格 1:35 2:20 4.7 6.2 8.9 20.4 34.6 60.5 0.69 17.95 7.95 4.88 63.74 2.24 2.40 0.97 1.40 1.63
M6 3 293 24.2 合格 1:54 2:44 4.1 6.1 9.4 19.2 36.8 61.9 0.76 17.98 7.51 4.74 63.78 1.94 2.54 0.99 1.47 1.58


注：M0為螢石和錫渣配料。

3.1　熟料煅燒特征
　　

采用硅錳渣和錫渣雙摻配料后，上火很快，窯內(nèi)通風(fēng)良好，窯溫高，底火均勻穩(wěn)定，很少偏火，偶有偏火，也很容易處理；塊料多，結(jié)塊而不粘邊，卸料時很容易脫落，物料下落平整。以前用螢石和錫渣雙摻配料，每班都要處理結(jié)窯2～3次。使用硅錳渣和錫渣配料后沒有結(jié)窯現(xiàn)象，窯面操作比較安全，輕松。燒出的熟料多為燒結(jié)料，手感比較重，顏色烏黑，少量的顆粒料亦燒透，熟料燒成率高，沒有粉化料、漏生料和黃料。

3.2　熟料的安定性好
　　

使用后，熟料的fCaO一般都在3%以下，比用螢石、錫渣配料低得多。在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，即使生產(chǎn)失控(如KH偏高)而造成fCaO偏高，其安定性要比用螢石和錫渣配料時的類似情況要好。筆者認(rèn)為其原因是:1)用硅錳渣和錫渣配料生料易燒性更好，熟料燒結(jié)過程縮短，呈死燒的幾率減少，冷卻快，fCaO被玻璃體包裹程度較輕，水化速度快；2)采用高鋁配方，P值較高，加快了fCaO的消解速度，這與文獻〔5〕的結(jié)果一致。

3.3　提高了熟料早期強度
　　

從表6可看出，硅錳渣和錫渣雙摻可顯著地提高熟料強度尤其是1d、3d強度，顯示出良好的早強性能。1d抗壓、抗折強度分別達到18.6～21.8MPa和4.1～4.7MPa，3d抗壓、抗折強度分別達到34.5～37.6MPa和5.8～6.4MPa。

3.4　熟料凝結(jié)時間正常
　　

使用硅錳渣和錫渣燒制的硅酸鹽水泥熟料凝結(jié)時間正常，未發(fā)現(xiàn)急凝或慢凝等不正?，F(xiàn)象，初凝、終凝時間間隔較理想，而用螢石和錫渣配料時常出現(xiàn)初凝與終凝時間間隔長的現(xiàn)象。

3.5　立窯?