粉煤灰加砂页岩代替粘土配料

1、前言
　　江苏巨龙水泥集团日产3500吨水泥熟料生产线生料配料原采用石灰石、粘土、铁粉三组份配料。现有粘土资源原设计按照日产3000吨水泥熟料只能使用9.9年，85年底开始试生产至1998年已有十几年，因此粘土资源已近枯竭，后备资源土层薄，开采面积大，多属优良农田，且开采使用需占用大面积土地，故工厂通过调研决定采用电厂排放的废料粉煤灰加上附近荒山坡岭上开采的砂页岩代替粘土配料。根据工厂多年来的调研、取样分析及实际应用试验研究，取得了良好的效果。同时采用粉煤灰和砂页岩替代粘土配料，也可以降低水泥熟料中碱含量，使工厂具备生产低碱优质水泥的条件，满足国内外大工程对低碱水泥的需求，增加了企业的市场竞争力。此项目经过两年的调研论证，1998年进行方案优化和工程设计，99年经过土建施工、安装调试，10月8日试生产一次成功，至今运行一直比较稳定、计量准确，取得了很好的使用效果。
2、技术方案
2.1 原料成份
粉煤灰:
烧失量3.70 SiO2 47.57 Al2O3 28.14 Fe2O3 8.95 CaO 4.18 MgO 0.52 K2O 1.13
Na2O 0.21 SO3 0.50 Cl- 0.01 总和 94.91 硅酸率1.28 硅铝比 1.69
砂页岩:
烧失量2.72 SiO2 89.59 Al2O3 2.82 Fe2O3 1.67 CaO 1.77 MgO 0.74
K2O 0.36 Na2O 0.06 SO3 0.07 Cl- 0.015
总和 99.81 硅酸率 19.95 硅铝比 31.77
2.2 原料配比
石灰石82.12 砂页岩9.04 铁粉1.62 粉煤灰7.21
2.3 生料化学成份及率值
烧失量 3.70 SiO2 47.57 Al2O3 28.14 Fe2O3 8.95
CaO 4.18 MgO 0.52 K2O 1.13 Na2O 0.21 SO3 0.50Cl- 0.01 总和 94.91
2.4 配料方案的确定
　　对采用石灰石、粉煤灰、砂页岩和铁粉四组份配料代替现粘土配料方案1991年就委托武汉工业大学北京研究生部做过试验研究。砂页岩以石英晶体为主要物相，也含有一些活性较高的胶结物质，粉煤灰以铝硅酸盐玻璃体为主，且含有多种微量组份，在化学性能上两者可以用代替粘土。而且由粘土、砂页岩、粉煤灰不同相合后配比与石灰石、铁粉组合生料，也有较好的易烧性，可以进行实际生产。但巨龙集团原有尖山砂页岩矿一方面碱含量较高，无法生产低碱水泥；另一方面质地坚硬，易磨性较差，严重影响破碎机锤头寿命和生料磨机产量。离厂较远一些的江庄砂页岩矿SiO2含量高且碱含量低，可以生产低碱水泥，因此我们决定采用江庄砂页岩矿。粉煤灰徐州发电厂有干排粉煤灰和湿排粉煤灰，湿排粉煤灰因水分高，处理工艺比较复杂，综合经济比较还是干排粉煤灰好，决定采用干排粉煤灰。
3、工艺流程
　　粉煤灰由徐州发电厂用散装车送到厂，用空压机加压送到新建的多布流均匀化库里，均化后的粉煤灰经过气动阀门、电动阀门，由气动斜槽、提升机送到一个计量小仓，下设德国申克公司的科利澳利秤，计量后粉煤灰经气动斜槽和出磨生料直接混合，然后由气力提升泵送到均化库。砂页岩开采后用汽车运到破碎机站，由皮带输送到预均化库，经取料机取料由皮带输送到配料仓，下设皮带秤与石灰石、铁粉等一起配制入磨生料。
4、主要技术内容
4.1 干粉煤灰和出磨生料直接混合，减轻生料磨机负荷，同时提高了生料产量，降低生料电耗，开创了国内水泥生产利用干粉煤的新途径。
4.2 采用多股流均化库
　　该库兼具气力输送、重力均化和物料贮多多种功能，较好解决了粉煤灰的传送、均化和贮存等问题，物料均化系数H=8。
4.3 采用高精度计量秤
　　该系统粉煤灰的计量喂料采用德国申克公司提供的科利澳利秤，测量原理利用科利澳利力（惯性力）测量粉状物料，该力作用在旋转系统中从内向外运动的质量粒子上，通过一个以恒角速度转动的旋转测量转盘上的散粒状物料在径向发生偏转的大小计量。
4.4 采用先进的取样分析系统
　　粉煤灰通过计量输送与出磨生料（石灰石、铁粉、砂页岩）混合后由气力提升泵提升入库顶，在库顶设置入库前的采样点，由连续搅拌式取样器采样，采样后经过下面的搅拌器搅拌，再进行取样，保证了限样代表性。再用荧光分析仪分析。
4.5 采用高效气箱脉冲袋收尘器
　　粉煤灰储存、流化、计量与输送系统的收尘采用引进美国富乐技术生产的高效气箱脉冲袋收尘器，排放浓度＜50mg/Nm3。
5、经济效益及社会效益
5.1 经济效益
5.1.1 生产成本降低
　　通过测算生产成本发生变化，和重新购买泥土资源相比，生料的生产成本每吨可降低2.16元，如果每年按生产100万吨熟料计算，需生料量为160万吨，每年可降低成本160×2.16=345.6万元。
5.1.2 改善水泥品种所增加效益
　　粉煤灰和砂页岩替代粘土配料后可生产低碱水泥，低碱水泥销售价格比一般水泥可平均提高10元/吨以上，一年生产低碱水泥根据市场需求按10万吨计算，可增加收入100万元。
5.1.3 利用粉煤灰作为生产原料，再加上水泥混合材用粉煤灰，粉煤灰用量可超过30%，还可以享受国家关于利用工业废料的优惠政策。
5.1.4 下表是1998年到2000年上半年原料配比情况及熟料质量和熟料中碱变化情况。巨龙集团粘土矿硅低碱高，用粘土配料硅酸率提不上去，熟料质量一直在60MPa以下；98年底开始用一部分砂页岩代替粘土，把硅酸率提高到2.5-2.6，但熟料质量提高和碱含量降低的幅度都不大；使用砂岩页和粉煤灰代替粘土配料后，碱含量大幅度降低，因而改善了回转窑内烧成带的煅烧制度，促进了熟料质量的提高，熟料标号从60.62MPa提高到65.72MPa。

时间1998年1-6月 (原料配比)石灰石83.5% 粘土14.5% 粉煤灰 0 砂页岩 0 铁粉 2%
(熟料率值)KH 0.891 SM 2.32 IM 1.87
(熟料强度)28天抗折 9.4 28天抗压 60.62
熟料中碱含量 0.89
时间1999年1-6月 (原料配比)石灰石84.0% 粘土11.5% 粉煤灰 0 砂页岩 2% 铁粉 2.5%
(熟料率值)KH 0.889 SM 2.52 IM 1.55
(熟料强度)28天抗折 9.2 28天抗压 61.37
熟料中碱含量 0.87
时间2000年1-6月 (原料配比)石灰石84.5% 粘土3.3% 粉煤灰 3% 砂页岩 5.4% 铁粉 3.8%
(熟料率值)KH 0.893 SM 2.51 IM 1.54
(熟料强度)28天抗折 9.4 28天抗压 65.72
熟料中碱含量 0.65
　　注：1998年下半年开始掺加砂页岩提高硅酸率，以提高熟料标号。1999年10月8日开始使用粉煤灰和砂页岩代替部分粘土配料，因此取这三年上半年的生产数据进行比较。在此期间也试验过使用粉煤灰和砂页岩全部代替粘土，可把碱含量降低到低碱水泥的标准。
5.2 社会效益综述
　　采用砂页岩、粉煤灰替代粘土配料，完全可以解决巨龙水泥集团粘土资源枯竭的危机，更主要的是少侵占农田，符合国家的有关土地政策。徐州发电厂每年约100万吨粉煤灰的排出量，挤占耕地，污染环境，巨龙集团利用工业废料生产水泥，尽量使废料少挤占耕地，减少了环境污染，为人类创造更好的生产空间。
6、结论
6.1 采用砂页岩和粉煤灰替代粘土配料即解决了巨龙集团的粘土资源枯竭危机，又每年为工厂增加收益445.6万元，节约土地征用和勘探费用1000多万元，具有较好的经济效益。
6.2 利用砂页岩和粉煤灰替代粘土配料还可以降低熟料中的碱含量，生产低碱水泥，改善水泥使用性能，强化品牌形象，扩大水泥销路，满足周围市场对低碱水泥的需求。
6.3 利用砂岩和粉煤灰替采粘土配料节省了大量良田，并回收了大量发电厂废料粉煤灰，社会效果显著。
6.4 此项工程投入使用运行稳定可靠，计量准确，尤其是粉煤灰直接与出磨生料混合，减少了生料磨机的负荷，降低了电耗，被证明是水泥企业原料用粉煤灰较好的工艺途径。