用风积沙代替粘土配料生产优质水泥熟料
水泥 2009-07-09
1 引 言
水泥生产企业是资源消耗的大户，每年至少有4500万亩的耕地被破坏，大量的水土资源白白流失，土地日渐沙化、资源日渐贫乏，人类赖以生存的环境、资源已岌岌可危！目前我国水泥产量已突破12亿吨大关，占世界总产量的半壁江山，成为水泥生产大国，但是存在着三个突出矛盾：水泥不断扩能的需求与资源日益紧缺的矛盾；传统水泥污染严重与环境保护的矛盾；计划体制形成的水泥产业“单一”与创新发展的矛盾。
乌兰集团从资源、社会和经济等多个视角，对水泥工业重新审视，认为必须改变传统的水泥发展路子，走出一条生态效益、经济效益和社会效益相协调发展的新型水泥工业道路——这就是今天乌兰集团全力打造的循环经济发展模式。
可见：保护耕地，保护生态环境，治沙还田、吃沙还林已成为实现社会和企业可持续发展的当务之急，“十一五”期间，我国将大力建设环境友好型、资源节约型社会，综合利用资源、用风积沙代替粘土配料生产优质水泥熟料正值当时。
为此、我们分阶段在乌兰后旗基地组织了为期半年的工业试生产及生产，试验中发现原料的易磨性较好，生料磨台时产量提高，立磨耐磨材料消耗减少，生料的易烧性好，窑台时产量高，标煤耗相对下降，熟料结粒致密，标准稠度用水量下降，熟料的综合性能好，后期强度高。
2 风积沙与粘土的性质比较
2.1 风积沙是经过自然风搬运、分级、沉积后在地表形成的沙土，它颗粒均匀、细小，成分稳定，可做为水泥生产的硅铝质校正原料使用。
2.2 我公司原设计所有的硅铝质校正原料为黄褐色亚粘土，其特点是：塑性大、水分高、碱含量高、易磨性差。
2.3 风积沙与粘土的化学成分及性质对比见表1。
表1 风积沙与粘土的化学成分（%）及性质对比
|
名 称 |
LOSS |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
K2O |
Na2O |
∑ |
0.20mm细度% |
水分% |
易磨性 |
|
风积沙 |
5.98 |
67.80 |
12.10 |
3.60 |
4.68 |
1.50 |
2.15 |
1.05 |
98.9 |
17.5 |
8.5 |
较好 |
|
粘 土 |
5.95 |
64.24 |
14.24 |
4.96 |
2.79 |
2.61 |
2.81 |
1.25 |
98.9 |
/ |
14.5 |
一般 |
3 用风积沙代替粘土配料的优点.
① 碱含量相对降低，熟料的后期强度高、性能好；② 水分小、无塑性，避免雨季的粘仓、挂壁、堵料等生产弊端；③ 粒径细小，无须破碎，生产成本低；④ 易磨性较好，立磨台时产量高。
4 配料方案的确定及试生产效果
4.1 采用“两高一低“的配料方案。即：高饱和比，高铝率，低硅率的方案。
一方面：通过提高KH来提高熟料早强，提高AM来保证熟料的结粒，避免飞砂。另一方面：通过降低SM来适当提高液相量，使熟料易烧。同时由于SM的降低，硅砂用量将减少2%左右，对降低原料成本和减小立磨磨损、保护辊套具有很重要的意义。
乌兰公司使用的原燃材料化学成分见表 2, 烟煤的工业分析见表 3 ,在试生产期间熟料率值控制如下:
KH：0.910±0.02，SM：2.2±0.1，AM：1.6±0.1，熟料结粒好，升重高，窑上煅烧良好，火焰明亮，无飞砂现象,熟料的化学成分、矿物组成、物理性能分别见表4、5。
表2 原燃材料化学成分
|
名称 |
Loss |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
K2O |
Na2O |
R2O |
SO3 |
∑ |
|
石灰石 |
41.50 |
1.12 |
1.91 |
0.69 |
51.69 |
1.21 |
0.26 |
0.11 |
0.28 |
0.01 |
98.50 |
|
铁粉 |
5.00 |
36.56 |
2.95 |
49.01 |
2.24 |
2.61 |
0.23 |
0.10 |
0.25 |
0.08 |
98.78 |
|
硅砂 |
2.59 |
90.16 |
2.20 |
1.68 |
0.28 |
0.71 |
0.35 |
0.10 |
0.33 |
0.04 |
98.11 |
|
风积沙 |
5.98 |
67.80 |
12.10 |
3.60 |
4.68 |
1.50 |
2.15 |
1.05 |
2.46 |
0.02 |
98.88 |
|
煤灰1 |
/ |
44.52 |
27.48 |
8.14 |
13.97 |
1.83 |
1.03 |
0.41 |
1.09 |
2.52 |
混合煤 |
表3 烟煤的工业分析
|
名称 |
Mt |
Mad /% |
A ad / % |
V ad / % |
FC ad / % |
Qnet.ad (KJ/Kg ) |
Qnet.ar(KJ/Kg ) |
|
烟煤 |
16.20 |
6.14 |
8.08 |
31.46 |
54.32 |
25423 |
22429 |
表4 熟料的化学成分及矿物组成
|
熟料化学成分 |
矿物组成 | ||||||||||
|
LOSS |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
K2O |
Na2O |
R2O |
C3S |
C3A |
C4FA |
|
0.15 |
20.88 |
5.84 |
3.65 |
64.16 |
1.97 |
0.87 |
0.30 |
0.87 |
57.92 |
9.29 |
11.10 |
表5 熟料的物理性能
|
对比项目 |
比表面积m2/Kg |
标准稠度用水量% |
凝结时间 h: min |
安定性% |
抗折强 度MPa |
抗压强 度MPa | |||
|
初凝 |
终凝 |
3天 |
28天 |
3天 |
28天 | ||||
|
风积沙配料 |
352 |
23.1 |
1:25 |
3:08 |
100 |
6.5 |
9.5 |
28.5 |
59.7 |
|
用黏土配料 |
350 |
24.5 |
1:30 |
3:10 |
100 |
6.0 |
9.0 |
29.5 |
56.8 |
4.2 经过半年多时间的生产实践和摸索，乌兰公司用风积沙代替粘土配料取得了重大成功和突破，实际生产效果如下，具体见表6。
表6 实际生产情况
|
配料方式 |
配料比例（%） |
立磨台产t/h |
窑台产t/h |
标煤耗kg/t | |||
|
石灰石 |
铝质原料 |
硅砂 |
铁粉 | ||||
|
用风积沙 |
80.48 |
16.69 |
0.40 |
2.42 |
273 |
120 |
107.2 |
|
用黏土 |
80.94 |
13.63 |
3.29 |
2.15 |
258 |
114 |
112.2 |
4.2.1 原料的易磨性较好，生料立磨台时产量平均提高15t/h，同时硅质校正原料硅砂比用粘土配料时少用2-3%，立磨耐磨材料消耗减少。
4.2.2 生料的易烧性相对提高，窑台时产量平均提高6 t/h，标煤耗相对下降了5千克/吨熟料。
4.2.3 熟料结粒好、煅烧致密，需水量相对下降，便于和新标准接轨。
4.2.4 熟料的综合性能好，后期强度高。
5 效益分析
5.1 社会效益：吃沙还田、保护水土资源，利国利民。
用风积沙配料不但具有保护环境和减少沙尘的双重环保性，对净化生态环境和居民生活环境也具有重要的现实意义，而且可以节约大量的粘土矿产资源。对于2500t/d新型干法窑生产线，利用风积沙配料煅烧水泥熟料，年可节约粘土资源约18万吨左右（窑运转率按92%、黏土配料比例按14.0%计算）。
5.2 经济效益：优质、高产、低消耗。
一方面：用风积沙配料，无须破碎，年节约人工、机具、设备电耗、折旧磨损等费用约280万/年；同时生料磨、回转窑台时产量提高，
另一方面：熟料易烧、煤耗降低，若乌兰基地三台窑按年生产熟料300万吨计算，年节约用煤15000吨，相当于节约资金540万元（煤价按360元/吨计算）。
6 结论
① 采用两高一低的配料方案，用风积沙代替粘土可生产优质水泥熟料。
② 用风积沙代替粘土配料实现了社会、企业、环保三个效益的统一。
③ 用风积沙代替粘土配料，利于生态建设和可持续发展，是切实可行的资源综合利用、大力实施循环经济的推广项目。
7 应用
2004年，伴随着西部大开发及北京申奥成功以及内蒙古建设发展城市化、工业化道路的大好形势，内蒙古乌兰集团响应国家产业结构政策，紧紧抓住机遇参与竞争，走新型工业化道路，打破水泥生产经营的传统观念，积极稳妥地推动循环经济发展模式，坚持搞产业链资源综合利用项目。决定依托自身管理优势、技术优势和资金优势，根据企业发展和市场布局的需要，抢抓当前西部大开发、振兴东北老工业基地的大好时机，以优势矿产资源为依托，以发展循环经济为主攻方向，积极推进结构调整和产业创新，在蒙东通辽市奈曼旗政府所在地——大沁他拉镇工业园区投资建设2×2500t/d熟料水泥生产线、2×15MW余热发电、供热、中水回用资源综合利用工程，同时规划一条5000t/d水泥熟料生产线，配料上用风积沙代替粘土。
7.1 该项目的建设符合国家西部大开发、振兴东北老工业基地的政策，对实现“东西互动”、促进地方经济的发展具有十分重要的意义。通辽市奈曼旗地处科尔沁沙地南缘，沙地面积达858万亩，占总土地面积的70％，流动沙地305万亩，占沙地总面积的35.3％，沙地平均植被盖度为15%，流动沙地植被盖度在3%以下，生态环境恶劣。平均每年用于治沙资金7000万元以上，出动劳动力10万人次。该项目利用风积沙代替水泥原料中的粘土配料，单线年采沙吃沙约22万t，既有效利用了资源，减缓粘土等资源的耗竭；又可减轻每年用于沙区生态建设的资金投入负担。同时降低整个水泥工业生产活动对人类和环境的风险，实现了清洁生产。
7.2 目前，在后旗基地成功吃掉了20万吨风积沙用于水泥生产，节约耕地约1.1万亩，并且积累了大量的丰富经验。现在应用在通辽奈曼旗2×2500t/d的水泥熟料生产线，此项目建成后，每年可吃掉风积沙约44万吨，吃沙还林、实现变废为宝、变害为利，不断扩大用沙量，实施公益性复垦造林，解决流沙问题。现已开始植树造林近百亩，并与地方林业部门达成了协议，在十年内恢复耕地造林十万亩，最终实现生态建设与循环经济完美结合。
8 结束语
水泥行业是资源性产业，充分利用废弃物，是水泥产业发展方向。资源是水泥工业的粮食，是自然界经历几亿年演变和进化的产品，它比粮食更珍贵而不可再生，环境是上帝赐给人类最精美的艺术品，几年来我们像爱护眼睛一样百倍呵护保护资源和环境，实施回填复垦造林近百亩，千方百计节约资源，坚决杜绝乱采乱挖现象的发生。我们要把周边几千万吨的风积沙，每年几百万吨的发电废渣和上千万吨污水充分利用，对这些还未被更多人看好的废弃资源逐年回收，使它一一发挥效益。
我们的理念是：“只有放错位置的资源，而没有绝对的废物”。通过循环经济完全能够变废为宝，变害为利，再造山河，实现人与自然和谐相处！
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