高镁石灰石资源化利用的方法措施

甘丽华，彭兴华，庄 焕（浙江南方水泥有限公司，浙江 杭州 311100）

1 石灰石质量现状

某企业地处经济发达地区，当地石灰石资源紧张，企业两条生产线，每天生产熟料和水泥混合材需用石灰石14000t左右。2015年之前，该企业石灰石全部外购，来源矿点10多个，质量难以把控，生产受制于外部石灰石矿山的开采。随着政府绿色矿山建设政策的推行，部分不合规矿山陆续关停，石灰石供应越来越紧张，数量和质量均在下降，而价格却越来越高，企业组织生产比较被动。熟料生产石灰石成本要比同行业高将近20元/t，市场竞争处于弱势。2015年企业获得了新的矿山资源，但是自备矿山的石灰石质量不好，其石灰石化学成分见表1，可见其石灰石CaO含量偏低，MgO含量偏高（2.47%～4.62%），单独使用该石灰石将导致熟料中的MgO含量超过国家标准要求，所以必须外购一部分高钙低镁的石灰石搭配使用（外购石灰石的化学成分范围见表2）。

2 提高自备矿山高镁石灰石用量的措施

自备矿山在2015年拿到矿权初期，矿山道路开采阶段，就开始使用一部分高镁石灰石，熟料中MgO已缓慢升高，随着外购石灰石越来越困难，公司自2015年开始逐步将自备矿山的用量提高，直到现在的70%，各相关指标变化见表3。

从表3数据可以看出自备矿山石灰石用量从20%增加到70%，熟料w（MgO）从2.62%上升，到4.65%的内控指标，熟料的28 d强度从2015年的59.0MPa下降到2018年的56.9MPa，下降了2.1 MPa，自备矿山MgO以达到极限用量（企业内控熟料MgO含量不高于5.0%），因此如何在当前w（MgO）保持不变的前提下，稳定熟料的质量不下降，是摆在技术人员面前的攻关课题，2019年公司重点攻关，结合近几年的高镁石灰石生产经验，采取了一系列的改进措施，攻克了高镁熟料易烧性差，易结圈，煅烧不稳定，后期强度下降等难关，公司效益有了大幅提高。

表1 自备矿山石灰石化学成分 %

表2 外购石灰石化学成分 %

表3 自备矿山用量逐年增加熟料质量的变化 %

2.1 加强自备矿石灰石质量管理，严格把控进厂石灰石质量，提高生料配料稳定性

制定《矿山石灰石质量管理办法》，规范矿山爆堆样、钻孔样取样方法，增加矿山钻孔样取样检测频次，并通过矿山爆堆实地取样和进厂单独破碎后取样分析，验证钻孔样的代表性，做到石灰石进厂前，质量有准确预判，同时规定用于生料配料的自备矿山石灰石CaO日加权平均不得低于42.5%，矿山安排多个爆破堆搭配出矿，并提前一天预报出矿石灰石CaO含量，计划次日外购石灰石搭配比例。

通过规范矿山石灰石质量管理，稳定了进厂石灰石质量，生料配料率值合格率大幅提高，为窑的稳定运行和熟料质量提高提供条件。2019年入磨石灰石CaO含量45.45%，标准偏差0.95%，同比下降0.28%；生料和熟料率值合格率有较大提高，见表4。

2.2 提高进厂原煤的品质，减小原煤贫化

由于石灰石品位低，进厂煤灰分偏高时，熟料的饱和比达不到配料要求，本公司优化了入磨热风收尘器的收尘效率，降低煤的贫化现象，基本做到入窑煤粉的灰分和入磨原煤灰分差在1%以内，提高煤粉热效率。同时要求进厂原煤收到基热值在5800×4.18kJ/kg以上。近几年原煤质量情况见表5（由于进厂原煤进厂均化后入磨，为了与入窑煤粉可比性，将进厂原煤数据用入磨原煤表示）。

2.3 调整现有的配料方案，稳定熟料的煅烧质量

众所周知，煅烧w（MgO）较高的熟料时，烧成温度低，液相量提前出现，易形成包裹料，液相量过高，窑内容易结球，结圈，长厚窑皮，窑皮频繁脱落，结圈后窑内通风变差，篦冷机处理大块易卡死，影响窑况稳定的不利因素较多。

表4 进厂石灰石稳定后生料熟料配料合格率统计表

表5 入磨原煤与入窑煤粉的煤炭质量统计

查阅有关资料发现，当生料中MgO的含量小于2.0%时，MgO就会融入到晶体结构中，通过提高易烧性，促进游离石灰的吸收以及改善C3S和C4AF形成，就像好的矿化剂的作用一样。但当生料中MgO含量大于2%时，熟料的易烧性是随着MgO含量的增加而下降的，熟料MgO大于2.0%时，液相量计算中MgO的倍数从1.0增加到1.5，即MgO对液相量的影响成倍增加。

液相量的计算公式如下:

MgO小于2.0%时，L=3.0Al2O3+2.25Fe2O3+K2O+Na2O+MgO;

MgO大于2.0%时，L=3.0Al2O3+2.25Fe2O3+K2O+Na2O+1.5MgO;

从上面公式可看出，影响液相量的主要因素依次是Al2O3、Fe2O3、MgO，在配料上宜采用降低石灰饱和系数，降低熟料中Al2O3，适当提高Fe2O3含量，即降低熟料铝率，更利于提高熟料游离钙合格率，减小高w（MgO）熟料的膨胀性。

一般企业的烧成液相量的最佳范围在24%～26%，由于自备矿山高MgO石灰石使用后后，熟料的液相量达到30%以上，熟料中MgO含量大于4%，此时方镁石的晶体尺寸变大，液相粘度增加，C3S形成难度增加，物料易结大块，结圈，熟料安定性不良的风险增大。

2.4 改善生料的易烧性，消减MgO的晶体尺寸

根据相关资料介绍CaF2作为矿化剂，高温煅烧时，CaF2可使液相出现的温度降低，加入1%～3%的CaF2，可降低烧成温度50～100℃，同时降低液相粘度，有利于液相中质点的扩散，加速C3S的形成。但是掺加过多矿化剂的熟料，常由于形成过多的速凝早强矿物而出现闪凝现象，使水泥凝结时间不正常。

试验室萤石尾矿对生料易烧性影响的相关实验结果见表6，7。

表6 萤石尾矿的化学成分分析 %

表7 生料K1450易烧性试验

根据易烧性实验结果，结合氟离子对水泥性能影响，生料中F-不超过0.1%，经济效益最好。

为了改善生料易烧性，该公司找到另一种替代材料转炉渣，成分中含有CaF2（见表8），通过生产实践摸索，公司确定了转炉渣掺加适宜比例为4%～6%，生料易烧性较好，对窑况的稳定和熟料质量的影响最佳，见表9。

表8 转炉渣的化学成分 %

表9 转炉渣掺加前后熟料性能对比

3 应用效果

提高自备矿山高镁石灰石用量后，企业的经济效益和社会效益增加显著。

（1）高镁石灰石用量提高到75%以后，和相邻无自备矿山企业相比，自备矿山石灰石成本19.40元，外购石灰石的成本约48元，搭配25%外购石灰石后，石灰石成本26.5元，而无矿山另一家企业的石灰石成本要48元，也就是说企业石灰石成本降低了21.5元。

（2）提高高镁石灰石用量后，通过上述几项调整措施，出窑熟料的质量没有下降，反倒有了提升，见表10。

（3）提高高镁石灰石用量后，指标参数见表11。

表10 出窑熟料化学成分及物理检验强度

表11 应用高镁石灰石生产熟料的煤耗、料耗和强度

通过加强矿山石灰石质量管理，调整配料方案，添加转炉渣改善生料易烧性，稳定窑操作，熟料标准煤耗从108.64 kg/t下降到97.24 kg/t，居于同行业领先地位，42.5水泥的熟料耗基本持平。熟料3d强度上升了1.4 MPa，利用企业自产矿粉的有利条件，增加矿粉掺量，水泥28d强度保持不变，3d强度比以前提高，提升了客户的满意度。

（4）熟料的急冷可使方镁石晶体尺寸减小，降低方镁石对水泥安定性的破环。该厂四代篦冷机的优化提升，熟料冷却效果大大提升，熟料的质量将会越来越好。