铁尾矿在新型干法水泥生产线上的应用

铁尾矿在新型干法水泥生产线上的应用1．前言尾矿通常是指矿山选矿后，在当时条件下不宜再分选回收的采矿固体废弃物，其粒度大多介于0.07-0.17毫米之间。我国现有较大规模的尾矿库400多座，各类尾矿的堆存总量约70亿吨，且每年以3亿吨的数量递增，目前尾矿的综合利用率仅为8.3%左右。尾矿的堆存不仅占用大量土地，掩埋植被，更严重的是选矿过程中产生的废水就近排入河道、沟谷、低地，极大地污染和破坏人类的生存环境，严重的甚至造成安全事故和环境灾难。近年来，随着我国钢铁产业的迅猛发展，铁尾矿的排放量逐年增加，铁尾矿已经成为影响环境最为严重的工业废弃物之一。铁尾矿是铁选厂经矿石破碎（干磁选）、矿石粉磨（湿磁选）、分选铁粉后产生的废弃排放物，生产1吨铁粉将产生1.5吨的铁尾矿。本溪市作为我国钢铁工业基地之一，铁尾矿现有存量约数亿吨，并且每年还要新增排放量1000万吨左右，基本上未利用。铁尾矿的综合治理、废物利用迫在眉睫。地处本溪市的辽宁工源水泥集团多年来一直坚持走新型工业化道路，积极使用各种工业废弃物作为原料生产水泥，已经成功的在工源、本溪水泥厂等现有生产线上大量利用了熔渣、粉煤灰、硫酸渣、铜矿渣、磷石膏等工业废渣，取得了良好的经济效益和社会效益。为了进一步改善地方环境质量，拓宽工业固体废弃物在水泥行业的应用范围。辽宁工源水泥集团在做了大量研发工作基础上，决定在新建设的日产2500吨新型干法熟料线上使用铁尾矿作为硅质原料，为铁尾矿的有效利用开辟了一条新路。2．实验室研究2．1铁尾矿的的选择本溪的铁尾矿库有十多座，按照供应必须充足稳定的原则，初选了火连寨、歪头山、南芬等三处选矿厂的铁尾矿进行化学分析。表1LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3Cl-火连寨1.2670.275.3710.514.873.711.111.550.030.017歪头山1.170.325.110.934.714.511.141.30.260.016南芬2.2163.961.520.972.483.322.532.970.013从表1可以看出,三种铁尾矿中前二种化学成份差距不大，有害害成份较低，考虑运距的因素，决定选用火连寨选矿厂的铁尾矿作为应用试验的研究对象。其表观特征：豆青色，疏散结构，中、小砂粒状，以细粒为主。2．2其它原（燃）料的确定2．2．1石灰石：距厂址300米左右的北大岭矿山；2．2．2粉煤灰：距厂址10公里的本钢发电厂；2．2．3硫酸渣：距厂址100公里丹东张家沟；2．2．4煤炭：距厂址8公里的本溪彩屯煤矿无烟煤。以上各种原燃材料的相关分析数据见表2、表3。表2品名LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3Cl-石灰石42.672.150.470.3651.481.380.1700.20.028铁尾矿1.3769.135.9210.944.634.181.241.120.480.021粉煤灰3.0657.9424.545.711.861.412.380.880.560.012硫酸渣7.1226.524.71533.762.620.250.197.990.012煤灰45.5133.758.23.130.811.510.192.270.012煤的工业分析：表3品名MadAadVadFadSt，adQnet，ad（kJ/kg）原煤0.8625.9914.9658.191.77245472．3原料易磨性试验试验方法：依照国家标准GB9964-88《水泥原料易磨性试验方法》（邦德粉磨功指数测定法）进行。表4方案物料配比（%）设计熟料率值粉磨功指数石灰石铁尾矿粉煤灰硫酸渣KHSMIMKWh/t181.8111.376.470.340.92.551.511.56281.6810.257.380.690.92.40.511.37381.9412.345.7200.92.71.5211.89410018.02经验认为：当邦德粉磨功指数小于10时，易磨性好；在10-12时，易磨性较好（中等）；在12-14时，易磨性较差；当大于14时，易磨性很差。从表4中数据可以看出，虽铁尾矿的易磨性极差，但使用铁尾矿配料的方案1、2、3的物料易磨性皆属于中等水平，并且随着铁尾矿的配比逐渐升高，原料易磨性下降。2．4生料易烧性试验试验方法：依照国家标准GB9965-88《水泥生料易烧性试验方法》进行。表5方案物料配比（%）设计熟料率值游离氧化钙（%）易烧性石灰石铁尾矿粉煤灰硫酸渣KHSMIM1350℃1400℃1450℃评价581.8111.376.470.340.92.551.52.851.811.11较好681.6810.257.380.690.92.40.52.461.521.02较好781.9412.345.7200.92.71.523.212.11.38较好当熟料中游离氧化钙小于1.0%时，物料的易烧性好；游离氧化钙在1.0-1.5%时，物料的易烧性较好；游离氧化钙在1.5-2.0%时，物料的易烧性较差；游离氧化钙大于2.0%时，物料的易烧性极差。从表5中数据可以看出，物料易烧性均较好，但随着铁尾矿的配比逐渐升高而下降。2．5有害成份评价对于新型干法熟料生产线，由于原燃材料带入的R2O、S03、Cl-等挥发性组分在预分解窑系统内形成闭路循环，在高温下挥发后在低温区重新凝集，引起预热器内结皮、堵塞、料流不畅，同时熟料中的R2O含量较高时也会影响熟料的质量，使用高碱含量熟料磨制的水泥制备混凝土时容易产生碱—集料反应，破坏混凝土的安定性。因此，对预分解窑生料中的挥发性组分加以适当控制是十分重要的。一般控制生料中K2O+Na2O≤1.0%，Cl-≤0.015%。经过检测，使用铁尾矿配料后的生料中K2O+Na2O含量大约在0.63%左右，Cl-含量大约在0.007%左右，远远低于控制指标。因此，使用铁尾矿配料完全符合预分解窑系统对有害成份的控制指标要求，在生产中不会由于使用铁尾矿而引起预分解窑系统的结皮、堵塞。三个方案中熟料的硫碱比和过剩硫表6项目硫碱比（S/1/2R）过剩硫（g/100kg熟料）方案51．2582165．681方案61．2995234．731方案71．2145200．627从表6看出三个方案中熟料的硫碱比均超过一般控制指标（硫碱比小于1），但过剩硫不高，在控制范围内（小于300），配料方案可行，但烧成系统中应加强防堵措施，多设空气炮。3．生产实践3．1日产2500吨熟料新型干法生产线简介该生产线由成都建材工业设计研究院进行设计，吸取了国内已建成同规模生产线的经验教训，经十三个月的建设，日前已投入试运行。主要配置为:--单段锤式破碎机在平峒内破碎石灰石，能力600t/h；--80米直径石灰石预均化堆场，有效储量25000t；--跨度为24m的辅助材料库，总长54m。分别用于储存铁尾矿（6500t）和铁粉（1250t）；--冲击式粘土破碎机用于冬季破碎冻铁矿尾矿，能力75t/h；--一座∮8米，储量530t的石灰石配料库，一座∮8米，储量450t的铁尾矿配料库，一座∮6米，储量190t的硫酸渣配料库和一座∮10米，储量1200t的粉煤灰配料库；--设计能力190t/h的Φ4.6×(10＋3.5)m单滑履中卸烘干磨系统，磨机主传动功率为3550kw，采用窑尾废气作为烘干热源；--一座∮15×47米，储量6500t的IBAU型生料均化库；--跨度为24m的矩型原煤预均化堆场，总长126m用于储存原煤（2300×2t）；--ZGM95N国产煤立磨，能力20t/h；--熟料煅烧系统采用成都院的CDCS2545预热及预分解系统、∮4×60米回转窑和第三代空气梁篦式冷却机，能力2500t/d；--二座∮25米的熟料库，有效储量50000t；--窑头、窑尾均采用电收尘器。3．2熟料率值的确定：根据原燃材料的质量情况、生产方法，熟料率值确定为：KH：0.90±0.02；SM：2.5±0.1；IM：1.5±0.1熟料烧成热耗3093kJ/t（740Kcal/t），煤灰掺入量：4.12%。原料配比及理论料耗表7原料石灰石铁尾矿粉煤灰硫酸渣料耗配比85.25%8.42%6.03%0.30%1.4953t/t3．3试生产2004年底日产2500吨新型干法熟料生产线进入试生产调试，生产初期按照事先设计的四组份进行配料，即石灰石、铁尾矿、粉煤灰、硫酸渣，分析数据见表8。表8品名LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3石灰石42.122.960.590.4350.142.890.180.030.25铁尾矿2.1169.63911.613.573.061.51.750.1粉煤灰2.2356.9324.568.712.711.531.460.410.2硫酸渣4.5523.744.3253.783.73.690.710.433.7从表8中可以看出，铁尾矿的氧化铁含量比设计时升高，最高时达到15%，因此完全可以去掉原有的铁质校正原料—硫酸渣，采用石灰石、铁尾矿、粉煤灰三组份配料，就可以满足配料的要求。三组份配料的生、熟料化学成份。表9品名LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3KHSMIM生料35.9212.772.882.1642.173.060.390.240.231.0252.531.33熟料—21.495.073.5563.064.40.550.450.50.8892.491.43从生料成份看较为合理，碱、硫等有害成分基本上控制在预想的范围，满足了预分解窑对原料有害成份的要求，整个试生产期间的窑尾预热系统没有发生结皮堵塞等现象，系统运行比较平稳，原始设计安装的多点空气炮清堵装置足以保证正常的生产需求。同时控制熟料的三率值基本上也都达到了预想的水平。由于在试生产期间，考虑到操作人员对新型干法的生产工艺及设备都要有一个熟悉的过程，为了确保熟料的煅烧质量，将熟料的KH目标值设定在0.860～0.880之间，物料的易烧性相对有所改善。2005年2-5月份熟料的率值、物理性能等数据见表10。采用石灰石、铁尾矿、粉煤灰配料生产已近4个月时间，随着严寒冬季的生产困难期已渡过，工艺、设备问题的日渐完善，铁尾矿配料技术也已日臻成熟。运转至今预热器系统没有出现严重的结皮和堵塞现象。窑内结几次蛋，分析后认为是由于因配料设备造成的物料成份波动大，熟料中Al2O3+Fe2O3＞9.5%或熟料中MgO太高以及窑操作不稳定造成。4月份从稳定物料、稳定成分、稳定操作入手，熟料质量越来越好，5月份生产的熟料已经供应本溪水泥厂稳定生产普通52.5级水泥近5000吨。表10月份SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOKHSMIM初凝终凝R3压R28压fCaO221.795.293.4362.843.970.8672.491.542:133:1223.248.11.48321.165.273.6562.024.20.8772.371.442:063:0922.6480.83421.85.183.864.013.90.8872.431.361:592:4224.553.51.25521.815.153.4463.893.20.8882.551.52:102:4627.953.71.023．4使用铁尾矿配料应注意的问题：3．4．1冬季由于铁尾矿粉水分较高，平均在10%左右，最高时达20%，在北方地区存在着冻结、蓬仓、下料不均匀等问题。对此，我们考察后发现选矿厂在分选过程中，采取两种方式：一种为矿石破碎后进行干状态下的磁选，另一种是在球磨机加水粉磨后进行有水状态下的磁选。前者排放物是铁尾矿废石，后者废弃物是铁尾矿粉，现场取样分析数据见表11。表11LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO313.9757.819.6516.252.965.551.60.850.0422.1966.8111.188.882.631.831.560.790.0732.0268.97.5410.712.733.211.470