煤矸石高岭土盐酸化学提纯工艺（技术利用煤矸石和矿山剥离粘土生产低碱水泥的实践）

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生料配料及原料存在的问题

某公司生料长期采用石灰石混合料、黑页岩、硫酸渣三组分配料，2019年公司常用的铝质校正材料黑页岩资源枯竭，先后改用粘土、红土等作为铝质校正材料。由于粘土、红土Al₂O₃含量在12％～14％左右，用其作为铝质校正材料配料，生料易烧性差，硅酸率偏高，在窑内烧结范围窄；熟料在煅烧的过程中飞砂大，预热器系统易塌料，熟料结粒差，质量波动大，产量低；熟料易磨性差，生产成本高。为解决生料配料的问题，公司广泛开展调研，寻找更合适的替代校正料，采取新的配料方案，实施后效果显著。

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铝质校正材料的选择

2019年4月，该公司积极寻找合适的铝质校正材料，在公司周边调研的原燃料情况如表1所示。

表1 几种硅铝质校正材料的化学成分，％

通过对比发现，煤矸石的化学成分与黑页岩相近，而且K₂O、Na₂O也较低，是一种理想的铝质校正材料，并非常有利于低碱水泥的生产，公司决定采用煤矸石作为铝质校正材料。

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石灰石矿山的质量

该公司石灰石矿不同矿点的质量情况如下：

(1)1号矿山石灰石易烧性最差，若使用量大，易造成熟料烧成质量波动。

(2)2号矿山石灰石总体质量优良，CaO含量在48％～53％，MgO含量在0.8％左右，用其配制的生料易烧性好，产质量易控制。

另外，在2号石灰石矿山开采剥离过程中，产生的粘土混合料是一种非常优良的粘土原料的替代品，其Al₂O₃含量在14％左右，Fe₂O₃含量在12％左右，碱含量在0.9％左右。充分利用矿山剥离的粘土混合料，有利于低碱水泥的生产，可减少煤矸石和铁粉的配料量，降低生产成本，减少矿山开采剥离量，改善生态环境。

(3)1号矿和2号矿石灰石以1:9至2:8比例搭配下山。

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新的配料方案

生产实践显示，公司2号矿点石灰石中的夹层土，是一种非常优良的硅质、铝质、铁质原料，煤矸石是一种生产低碱水泥的较为理想的铝质校正材料。因公司无预均化堆场，所以采取了如下措施进行生料配料：

(1)将2号矿山石灰石开采剥离过程中的粘土混合料，按要求搭配石灰石以混合料的形式破碎入库，完全代替煤矸石用量，生料中煤矸石配比下降2％左右，铁粉配比下降0.5％左右。

(2)为降低矿山粘土混合料搭配难度和利于烧成石灰石出库搭配，2号配料库石灰石CaO含量控制在43％～46％，1号、3号配料库石灰石CaO含量控制在46％～49％，4号配料库石灰石CaO含量控制在49％以上；2号采区西南角高镁石与石灰石1:20搭配下山，控制最终石灰石MgO<1.5％。

(3)降低煤矸石粒度，控制进厂煤矸石粒度≤50mm，根据熟料的化学成分及时调整煤矸石掺加比例，一般控制在4％～8％之间。窑中控室及时调整石灰石搭配出库，保证配料的稳定性。

(4)做好石灰石搭配人库工作，具体入库指标见表2。

表2 石灰石入库指标

(5)控制熟料中Fe₂O₃ Al₂O₃的总量在8.8％左右，保持合适的液相量。熟料三率值设定为：KH=0.90±0.02，SM=2.5±0.1，AM=1.5±0.1，熟料Fe₂O₃控制在3.5％±0.2％。

(6)原煤要求：原煤热值≥21736kJ/kg，灰分≤23％，全硫St,d≤1.0％，挥发分Vad25％～28％，焦渣特征：2～3。

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新配料方案实施效果

5.1 原燃料的化学成分

该公司水泥生产各原燃料的化学成分如表3所示。

表3 各原燃料化学成分，％

5.2 配料、半成品、成品情况

(1)通过配料计算，各物料配比为：石灰石89.5％，煤矸石8.0％，硫酸渣2.5％。

(2)P·O42.5低碱水泥各物料配比为：熟料79.0％，粉煤灰16.0％，石膏5.0％。

(3)生产过程中各工序物料化学分析如表4所示。

表4 各工序物料化学成分，％

(4)熟料强度：熟料3d抗压强度27MPa，熟料28d抗压强度57MPa。通过以上各工序技术指标分析，半成品和成品各项技术指标均符合各品种水泥生产要求，生产的熟料是生产低碱水泥的理想半成品。

5.3 取得的成效

(1)充分利用矿山剥离的夹层粘土，解决了矿山排土难的问题，节约了石灰石和硫酸渣用量，大大降低了生产成本，提高了公司经济效益，每年可消化外排堆存煤矸石约8万余吨，为废渣资源综合利用做出了贡献。

(2)由于煤矸石中的碳质成分有助磨作用，原料磨机产量提升，与全部使用页岩配料相比，电耗指标得到改善，生料电耗为11kW·h/t。

(3)生产过程易控制，预热器系统负压稳定，基本无塌料现象，熟料煅烧过程飞砂少，二次风温能稳定在1100℃左右。熟料结粒均齐，fCaO合格率稳中有升，产质量均有所提高。

(4)生产过程中熟料碱含量稳定在0.4％左右，生产的低碱水泥碱含量稳定在0.5％左右。生产的低碱水泥满足了甘肃、青海两省铁路、公路对低碱水泥的需求，得到了客户好评。

(5)水泥混合材掺加量提高到16％左右，生产成本降低，充分发挥了熟料质量效益。

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存在的问题及改进建议

(1)石灰石无均化堆场，搭配难度大，没有准确计量石灰石中粘土的配入量，造成生熟料化学成分有一定波动。为此，必须长期严格控制石灰石出入库的搭配管理，以降低生产过程产质量波动。

(2)窑产量基本保持不变。由于煤矸石有一定的热值，在生料煅烧的过程中产生一定的热量，C1预热器出口温度有不同程度的上升，在保证熟料Al₂O₃在5.0％左右的情况下，煤矸石用量宜为6％左右，粒度应控制<50mm，烧失量控制<15％。

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