水泥的主要原料石灰石是由碳酸钙所组成的化学与生物化学沉积岩。
主要矿物是方解石, 并含有其它杂质, 是一种具有微晶或潜晶结构的致密岩石。纯的方解石含有56�o
和4%co2 , 色白。石灰岩一般普氏硬度8-10 , 密度2.6-2.8g/cm3。常规生产硅酸盐水泥用石灰石中氧化钙含量,
应不低于45-48% , 以免配料发生困难。
在本文中我们所指的低品位石灰石,
是指那些化学成分、杂质含量与物理性能等不符合一般水泥生产要求的石灰石, 尤其是指氧化钙含量在35-45% 的石灰石,
亦就是被常规生产工艺中所摒弃的石灰石资源。在自然界的石灰石资源中, 这种低品位石灰石约占总储量的70%,
例如浙江省某县的石灰石总储量为25 亿t, 而可供开采应用的仅3亿t , 某矿脉石灰石储量12亿t , 全是氧化钙含量占39-42%
的低品位石灰石。
因此, 开拓水泥原料,
扩大原料资源充分合理地利用低品位石灰石就显得十分重要和迫切。本文从低品位石灰石的地质成岩因素出发,
阐述了低品位石灰石在水泥烧成中节能降耗, 提高水泥产量质量的机理,
并从水泥工业生产中应用氧化钙含量35-45%的低品位石灰石烧制60.5MPa 水泥熟料的实际结果,
提出了应用低品位石灰石作水泥原料的现实意义和可行性。
1 低品位石灰石的性能特点
1. 1 低品位石灰石的生成
按照地质理论,
石灰石的形成有两个条件, 即地理条件和介质条件。其形成分陆相和海相。陆相沉积灰岩不多,
主要是海相灰岩。
海相灰岩依其形成条件又可分成浅海沉积灰岩和深海沉积灰岩,
品位高的绝大部分是浅海相沉积灰岩。因为浅海带是高能带和强氧化环境, 海浪冲击厉害, 在这一带为求生存的含钙珊瑚、贝壳类生物,
必须加强它们的骨骼和壳体; 又由于生物的排斥异己、纯化自己的作用, 因而CaCO3 含量高, 成分纯, 晶格结构力强,
缺陷少。大量的这种生物死亡、打碎、堆积、地质再胶结, 就形成所谓的高品位石灰岩。
中深海沉积灰岩是化学沉积和生物化学沉积。由CaCO3化学沉积和含钙的浮游生物死亡堆积后化学反应形成,
总体品位比较低, 一般35-45% 。这种灰岩沉积环境一是低能带; 二是强还原条件,
可以把死亡的浮游物残留的炭堆积保存在石灰岩里或其层介面上; 其次是陆源带来的Fe 、Z
n等金属离子可以在这种还原条件下形成还原矿物和析出死亡浮游生物体中的有机硫转化为无机硫, 形成矿化能力很强的黄铁矿(FeS Z )
、闪锌矿( z ns ) 及石膏(C aS 0 4 ) 等等, 使石灰石容易分解、易烧性好; 再则是由于它带进的杂质多,
微量元素多,经沉积和地质的作用,A12O3 、Fe203、5102 等成分是以低熔点的铁铝硅酸盐矿物存在和一些过渡型Cao·Fe2O3
(CF)、CaO·A12O3(CA)、CaO.SiO2(CS)等水泥矿物出现,
有利于降低生料共熔点和加速反应。
1.2 低品位石灰石的化学成分
浙江省诸暨市福利水泥厂石灰石矿山属寒武系上统西阳山组石灰石,
含cao为38~43% , 其典型化学成分见表1.
http://www.snsqw.com/ask/Upload/image/20150515/2015051512250830830.jpg
1.3 低品位石灰石的起始分解点
实验测得的石灰石CaCO3分解温度见表2
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1.4 低品位石灰石在水泥烧成中节能的机理
低品位石灰石中含有沉积炭, 可以直接减少外配煤, 从而节能; 由于低品位石灰石中的Fe 、zn
等金属离子可以在还原条件下将死亡的浮游生物体中的有机硫转化为无机硫, 形成象FeS 一样的氧化放热矿物, 促使石灰石分解,
温度大幅度降低, 直接降低石灰石分解热耗; 三则是由于其杂质含量高、微量元素多, 比较容易结合生成C2S、C3A、C4AF 固相矿物,
使烧成时反应运动能大幅度降低, 而SiO2 的活性增高, 因而同CaO 产生液相反应的运动能也降低,
相应的外加热能可减少。低品位石灰石的起始分解点比高品位石灰石低80-100℃ ,
利用钙基配方技术来把水泥生料的共熔点降低到接近或低于石灰石的分解点,即使共熔点由1250 ℃ 降低到750℃ ,
形成水泥熟料矿物生成的迭加作用, 从而大幅度地降低水泥烧成温度。
2 低品位石灰石作水泥原料的优越性
2.1 降低水泥烧成热耗、电耗
实验得知低品位石灰岩中含有岩矿潜能,
在水泥煅烧中利用这些潜能可以直接节省外配煤。
这个岩矿潜能在浙江寒武系上统的西阳山组石灰岩中有42
-125kJ/kg , 中统华严寺组石灰岩中有63-83kJ/kg , 下统大陈岭灰岩中有21-63kJ/kg ,
广东石灰系低钙灰岩中有104 -146kJ /kg 。
利用低品位石灰石的初始分解点低,
可节省热耗418-627kJ/ kg 。实际生产中证实, 利用低品位石灰石烧制水泥, 平均降低热耗2% ,
即熟料热耗在2912kJ/kg 以下, 最低只有2379kJ/kg 。同时由于低品位石灰石的结晶差, 有缝合线、易破碎,
吨水泥平均节电12% , 吨水泥综合电耗为72.2kwh。
2.2 提高水泥烧成的产量和质量
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2.3 开拓水泥原料
提高资源利用率利用氧化钙含量35-45% 的低品位石灰石来烧制水泥, 对开拓水泥原料来源,
合理地利用国家的矿山资源, 促进我国水泥工业的发展, 具有十分重要的可持续发展的意义。
在地质构成中低品位石灰石占石灰石资源储藏量的70%。
过去只注意采用cao >48% 的优质石灰石, 而将大量低品位石灰石废弃, 有的随处乱丢,
造成环境污染、资源浪费, 更有甚者矿山倒贴运费, 求人拉走“废矿” , 致使水泥厂的石灰石资源枯竭。
某地有座年产百万吨水泥的企业, 由于只用高品位石灰石而废弃低品位石灰石,
造成无石灰石可用,只好舍近求远的到外省去采购。低品位石灰石的利用还可致富一方, 促进工业( 采矿业) 的发展,减少长途运输,
降低水泥成本(低品位石灰石矿石价格低) 、降低能耗。
3 结 论
利用低品位石灰石烧制高强度水泥熟料,
无论从降低水泥成本、节省能耗, 还是资源综合利用,开拓水泥原料来源, 都是有百利而无弊的, 而且技术上是可行的,
已有多家水泥厂从中获得丰厚的收益, 值得大力推广。
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(2015-05-19 11:30:04) 
