高镁石灰石在水泥生产中的使用

管文龙，周春荣，马国兴，姜书丹

（1.南方水泥有限公司，浙江 杭州 311100；2.江山南方水泥有限公司，浙江 江山 324103）

0 前言

江山南方水泥有限公司是国家“一五”时期投资兴建的浙江省第一家大型水泥企业，于2007年加入南方水泥，现有2500 t/d和5000 t/d熟料生产线各一条，年产260万t熟料。

随着企业的发展，江山本地优质石灰石资源日趋枯竭，公司使用的石灰石大部分外购于玉山，石灰石成本高。为降低石灰石成本，提高企业竞争力，江山南方从2011年开始开发使用用自备北蕉矿石灰石，北蕉矿石灰石具有MgO含量高、CaO含量低的特点，属于低品位高镁石灰石。

1 公司的北蕉矿情况

公司矿区位于江山市大陈乡早田村坂村。根据1995年的地质勘探报告，矿区拥有劣质石灰石资源量约5340万t。勘探结果表明，北蕉石灰岩属水泥原料Ⅱ级品，其他主要化学成分见表1。

表1 北蕉石灰岩化学成分 %

北蕉石灰石CaO含量低，MgO含量高，如单独作为水泥生产的石灰石原料，不能满足水泥标准中对MgO含量小于6%的要求，并且会降低水泥熟料的易烧性，熟料28d强度会下降。因此，为保证水泥熟料的质量稳定性，需搭配掺加其他优质的石灰石，调整生料配料方案，保证煅烧的熟料质量符合国家各项要求。

2 掺大量高镁石灰石对窑内煅烧、熟料质量的影响

江山南方从2011年开始掺入北蕉石，掺入比例20%左右，熟料MgO含量在2.0%～2.5%左右，熟料3d强度31MPa左右，28d强度60MPa左右。由于外购石灰石资源供应紧张的问题日益突出，2015年开始逐年提高北蕉石灰石使用比例，至2018年，北蕉矿石灰石使用比例达到65%。当熟料MgO含量小于2.5%时，对窑内煅烧和熟料质量没有大的影响。随着北蕉矿石灰石使用比例的逐步提高，当熟料MgO含量大于4.0%时，影响较大。

2.1 对窑内煅烧的影响

本公司的生产情况证明：MgO在矿物中的固溶总量只能在2.5%左右。适当的MgO含量能降低液相的出现温度并增加液相量，会降低液相的表面张力，从而促进C2S对CaO的吸收，有利于煅烧。当熟料MgO含量大于4.0%时，熟料液相表面张力大幅度下降，煅烧温度要比正常温度低，煅烧范围要比正常窄，不利于f-CaO的吸收和晶体发育。主要表现在：f-CaO偏高，窑内易长厚窑皮、易结圈，严重时会堵塞预热器。高镁原料的耐火性差,操作调整频繁，温度高易结圈，温度低影响熟料强度，特别是原料的不稳定给操作带来很大的困难。

2.2 对熟料质量的影响

近几年公司掺加北蕉石比例和熟料MgO的含量和强度变化情况见表2。可见，随着北蕉石灰石使用量的增加，熟料MgO的含量增加，熟料3d强度基本维持不变，熟料28d强度明显下降。

表2 熟料MgO的含量和强度

3 采取措施

3.1 加强管理，提高入窑生料质量稳定性

（1）加强北蕉矿石灰石质量管理，提高入磨石灰石质量稳定性。

制定《北蕉矿石灰石质量管理办法》，规范矿山爆堆岩粉样取样方法，增加矿山岩粉样取样检测频次，并通过矿山实地取样和进厂单独破碎后取样分析，验证岩粉样的代表性，做到石灰石进厂质量有准确预判。

（2）加强原料的预均化，提高入窑生料稳定性。主要通过控制石灰石配料库位，在石灰石配料库低于8m时，及时进行补送料，减少石灰石在库内分级对生料成分波动的影响；增加高硅砂岩配料，实现四组份配料，方便中控员调整；加强设备管理，提高堆取料机设备的可靠性，杜绝预均化堆场石灰石定点堆料，提高石灰石均化能力。

采取以上措施后，2019年入磨石灰石CaO含量45.45%，CaO含量标准偏差0.95%，同比下降0.28%，生料率值合格率和熟料率值合格率均有较大改善，为窑的稳定运行和熟料质量提高提供条件。生料和熟料率值合格率数据对比见表3。

表3 生料和熟料率值合格率

3.2 优化高镁熟料的配料方案

当熟料MgO含量大于2.5%时，熟料的易烧性是随着MgO含量的增加而下降的，当MgO含量大于4.0%时，方镁石的形成量增加，导致熟料安定性不良的风险增大。因此，除了通过快速冷却熟料的煅烧方式外，在配料上宜采用降低石灰饱和系数（KH值），适当提高Fe2O3含量、降低铝氧率的率值控制方案，见表4。

表4 熟料三率值的调整

3.3 优化操作参数

提高高温风机转速，减少窑内还原气氛，避免窑内出现结圈，造成窑内通风不良，窑内状况恶化情况的产生。

4 应用效果

调整前后熟料质量数据对比见表5。

表5 调整前后熟料质量数据对比

调整后，2019年北蕉石灰石使用比例达到66.43%，大幅降低了石灰石的成本，同时，熟料质量有较大提高，2019年熟料3 d、28 d强度33.7 MPa、58.6 MPa，同比分别提高1.9MPa、1.7MPa。

企业使用低钙高镁石灰石时，只要采取适当的配料方案，加强原料质量的过程控制和管理，合理优化操作参数，可以生产优质熟料。