煤矸石、尾礦代粘土匹配低品位石灰石煅燒水泥熟料試驗研究.pdf

1、我國水泥產(chǎn)量位居世界首位，生產(chǎn)水泥需大量粘土和石灰石，而開采這些資源會破壞植被，影響環(huán)境。大量棄置的煤矸石、尾礦則占用土地，污染環(huán)境，甚至誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。本文以拓寬水泥原料為研究背景，依托國家“十一五”科技支撐計劃重點項目:“煤矸石資源化關(guān)鍵技術(shù)研究”，對煤矸石、尾礦、低品位石灰石煅燒水泥熟料進(jìn)行試驗研究和理論分析。
　　 本文根據(jù)新型干法回轉(zhuǎn)窯煅燒水泥熟料理論，主要進(jìn)行了實驗室試驗研究、理論分析和工業(yè)試驗等方面的工作。實驗室試驗

2、研究主要包括:(1)煤矸石、石灰石的粉磨試驗研究，(2)煤矸石、石灰石、尾礦理化特性及熱解分析，(3)熟料煅燒的影響因素試驗研究，(4)水泥熟料水化性能分析。理論分析主要包括:(1)粉體顆粒群粒徑分布、粉體緊密堆積模型研究以及粒度分維預(yù)測，(2)煤矸石、尾礦和石灰石的熱解動力學(xué)機(jī)理研究，(3)水泥熟料強(qiáng)度預(yù)測模型研究，(4)煤矸石、尾礦配低品位石灰石煅燒水泥熟料形成機(jī)理分析。最后，在新型干法回轉(zhuǎn)窯上進(jìn)行部分工業(yè)試驗以及效益分析。

3、　　 煤矸石、石灰石的粉磨試驗發(fā)現(xiàn)煤矸石易磨性不如砂巖，配低品位石灰石的水泥生料在粉磨初期易磨性比配高品位石灰石生料稍差，到后期則相接近。粉磨數(shù)據(jù)進(jìn)行粒徑分布、粉體緊密堆積模型研究驗證了試驗結(jié)論。
　　 對煤矸石、尾礦、石灰石等進(jìn)行理化特性分析，結(jié)果表明煤矸石和尾礦均屬粘土類物質(zhì)，其重金屬含量均優(yōu)于三級土壤標(biāo)準(zhǔn)和農(nóng)用粉煤灰中污染物控制標(biāo)準(zhǔn);研究他們的熱解動力學(xué)發(fā)現(xiàn)，隨著熱解反應(yīng)的進(jìn)行，煤矸石、石灰石、尾礦所需的活化能增加，高品

4、位石灰石熱解所需活化能要高于低品位石灰石。
　　 熟料煅燒的影響因素試驗研究結(jié)果表明:溫度是決定熟料質(zhì)量主要因素之一，試驗中燒成溫度不高于實際水泥生產(chǎn)溫度;煤矸石含有一定熱值，能促進(jìn)水泥熟料的燒成;尾礦具有一定地質(zhì)潛能，能加速煅燒進(jìn)程;低品位石灰石的化學(xué)組成和品格結(jié)構(gòu)等與高品位石灰石的差異，能降低物料的分解溫度，其與尾礦、煤矸石等配制水泥生料，容易進(jìn)行固相反應(yīng)。
　　 水泥熟料進(jìn)行水化性能分析結(jié)果可知:隨著水化進(jìn)程的進(jìn)行

5、和水化齡期的延長，各種水化產(chǎn)物增加，最終成為漸進(jìn)致密硬化的漿體結(jié)構(gòu)。對熟料進(jìn)行基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的熟料性能預(yù)測模型研究，建立了誤差反向傳播(Error Back Propagation，BP)改進(jìn)模型和徑向基函數(shù)(Radial-Basis Function, RBF)網(wǎng)絡(luò)模型，利用煤矸石、尾礦和不同品位石灰石等作為原料配制水泥生料，采用在兩個煅燒溫度下的熟料所得的主要9個參數(shù)為預(yù)測模型輸入數(shù)據(jù)，凈漿28d強(qiáng)度作為期望輸出數(shù)據(jù)，得出樣本輸出數(shù)據(jù)

6、。結(jié)果表明，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三種水泥熟料預(yù)測強(qiáng)度模型訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)是可行的，而且RBF網(wǎng)絡(luò)模型優(yōu)于BP改進(jìn)模型。
　　 對煤矸石、尾礦配低品位石灰石煅燒水泥熟料形成機(jī)理進(jìn)行了研究。主要分析煤矸石、尾礦熱活化過程的潛能來源，探討煤矸石、尾礦、低品位石灰石具有熱激發(fā)作用。提出了煤矸石、尾礦、低品位石灰石配料的熟料形成動力學(xué)理論模型，通過分析物料的CaO轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)表觀活化能等參數(shù)，表明煤矸石、尾礦、低品位石灰石在煅燒水泥熟料中具有節(jié)能作用

7、。
　　 最后，在2500t/d新型干法回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)線上進(jìn)行了煤矸石、低品位石灰石等煅燒水泥熟料和在5000t/d新型干法回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)線上進(jìn)行煤矸石代粘土煅燒水泥熟料的工業(yè)試驗研究，試驗結(jié)果表明:兩生產(chǎn)線可分別年增水泥56381t和280503t，熟料標(biāo)煤耗每年分別降低3601t和8132t，節(jié)約電量分別為1488245kw.h和11351274kw.h，綜合利用煤矸石可達(dá)29萬t。
　　 本文研究工作為煤矸石、尾礦