尾矿砂国家标准(尾矿砂标准) 利用尾矿烧制低标号水泥的技术
根据凡口尾矿烧制井下胶结充填用的低标号水泥或烧制普通硅酸水泥的混合材的试验，其烧成温度为900°～1000℃，因而适宜的窑型为回转窑，也试验了沸腾炉。 一、回转窑 回转窑可分为干法和湿法两种。 干法回转窑，其生料的制备为干法，尾矿经制粒后呈料球状入窑煅烧，或者以尾矿粉直接入窑煅烧，工艺过程如图1所示。为减少窑灰损失和保证烧成质量，以用制粒煅烧为好。
图1 干法回转窑烧制低标号（胶结充填用的）水泥工艺流程 湿法回转窑，其生料的制备为湿法，尾矿以料浆状态入窑煅烧，工艺过程如图2所示。由于回窑内悬挂有热交换装置的链条，料浆入窑后水分逐渐蒸发，出链条带后即为粒状，而后在窑内煅营业税。为降低热耗，在保证料将可泵性的前提下，应尽量将入窑料浆的含水分降低。对于用尾矿烧制井下胶结充填用的低标号水泥来说，以用干磨干选厂排出的干尾矿粉和湿选厂排出的堆积于尾矿堆场中的尾矿粉，采用干法回转窑煅烧为好。图2 湿法回转窑烧制低标号（胶结充填用的）水泥工艺流程 根据半工业性1×20.5米回转窑煅烧凡口尾矿，采用干法和湿法两种方案的煅烧试验结果说明，无论是湿法料将（入窑含水38%～47%），或干法料球入窑（含水分小于10%）煅烧，均可烧制出井下胶结充填用的低标号水泥。其窑的生产能力，干法回转窑的产量比湿法回转窑的产量增大15%，而窑的飞灰损失，干法回转窑比湿法回转窑降低20%。由于尾矿烧制低标号水泥时的烧成温度（900～1000℃）比烧制普通硅酸盐水泥时的温度（1300～1450℃）低，故其煤耗也降低20%～25%，同时窑的产量也有所提高。煅烧试验证明，凡口尾矿的煅烧温度较窄，温度超过1050℃时就易结大块，结圈，而且温度越高结成的圈越结实，越难处理，当尾矿生料含量大于5%时，窑的结圈更为频繁。 湿法回转窑煅烧尾矿料将时，上于入窑料浆含水分高（38%～47%），而烧成温度（900～1000℃）又低，因而窑的干燥带负荷特别大。试验表明，当入窑料将含水分为47%时，其干燥带的长度占窑全长的70%，而烧成带仅占5%～8%，故碳酸盐的分解与熟料的烧成是在较短的时间内完成的。 尾矿低标水泥熟料的煅烧过程，可简单概括为： 自由水分的蒸发； 尾矿中各矿物结晶水烧失； 碳酸盐（CaCO3和MgCO3）类和硫化物（FeS2、ZnS、PbS）的分解； 具有胶凝性矿物（β2CaO·SiO2、CaO·Al2O3）和其他矿物（CaSO4、2CaO·Al2O3·SiO2、2CaO·SiO2、CaO·Al2O3·2SiO2等）的生成。 用湿法回转窑煅烧尾矿低标号水泥熟料时，其物料沿窑长的温度变化如图3所示。煅烧物料的性能如表1。![]()
图3生料尾矿煅烧过程中窑内物料的温度和水分变化表1窑内各采样点的气流温度和煅烧物料的性能名称每个采样点 | 窑头4# | 5# | 6# | 7# | 8# | 9# | 10# | 空气流量(℃)1180 | 720 | 540 | 500 | 320 | 300 | 280 | 260 | 材料温度(℃)1050 | 名流 | 240 | 190 | 130 | 110 | 100 | 57 | 材料的含水量(%)— | — | 7.1 | 15.0 | 17.4 | 20.8 | — | 28.8 | 材料的烧失量(%)1.94 | 20.52 | 20.35 | 20.45 | 20.49 | 19.51 | 19.34 | 19.24 | 材料SO3(%)2.39 | 3.83 | 3.76 | 3.53 | 3.38 | 3.50 | 3.39 | 4.37 | 用回转窑烧烧制尾矿低标号水泥熟料时，其煅烧过程如下： （一）干燥带：温度范围在20～200℃。当湿法煅烧时，料将入窑后温度增高，粘度降低，失去水分之后逐渐变稠。在挂链条的窑内，最易形成泥巴圈，此后继续失去水分，物料从链条上脱落而成球，在窑内继续干燥。而干法煅烧时，物料是在窑内干燥和预热。在此带内，尾矿中水分蒸发和选矿药剂挥发。 （二）预热带：温度在200～750℃时，尾矿中的选矿药剂与有机物质分解；尾矿的脱水变参展无定形的SiO2和Al2O3；尾矿中碳酸镁分解。在此带内料球已开始物理化学变化。 （三）预热带：750～900℃，在这一带中碳酸镁和碳酸钙部分分解，由于尾矿中含有硫，故一部分与CaO生成CaSO4，另一部分变成SO4的气体逸出。在这一带内，分解产物之间开始产生固相反应。开始时形成低碱性的铝酸盐（CA）和硅酸二钙（βC2S），也可能有铁酸盐（CF），同时黄长石（C2AS）也开始形成。 （四）放热反应和烧成带：如前所述，由于碳酸钙的分解与熟料的烧成是在较短的时间内形成的，故将放热反应带和烧成带合为一带，此带的火焰温度约1050～1150℃，其物料温度为900～1000℃，在这一带内碳酸钙已大部分分解，在此温度下得到的高分散度的CaO具有较高的活性，由于温度的提高，因此加速了生料组分间的固相反应的进行，此时产生放热反应，同时具有胶凝性的物质贝利特（βC2S）已较多的形成，并出现少量的铝酸－钙（CA）。当火焰温度为1200℃，物料温度达1050～1100℃，已接近尾矿的熔点，故此时容易烧结，烧熔结圈，温度越高，结圈越严重。当物料的温度达1100℃以上时，此时物料已被烧熔，具有胶凝性的物质βC2S已逐渐转化为αCS，同时CA消失，而被C2AS所代替，从而失去胶凝性。 （五）冷却带：经900～1000℃煅烧后的熟料颗粒往前滚动，而落入冷却机中。 应该特别说明的是，上述各带的划分是根据低温（900～1000℃）煅烧条件下划分的，故与高温（1350～1450℃）煅烧普通硅酸盐水泥时在窑的各带上划分是不同的。 凡口尾矿在煅烧时当温度过高或者过低，均对其水泥熟料的质量有不良影响，随着煅烧温度的不同，其熟料颜色变化敏感，如在800℃煅烧时的熟料颜色为土灰色，900℃煅烧时的熟料颜色为棕褐色，1000℃煅营业税时的颜色为浅黑色，以900℃煅烧下的熟料质量较好。因此，可根据煅烧熟料的颜色来鉴别烧成的质量，因而有利于烧成时的生产操作。 尾矿原料在加热煅烧过程中所发生的物理化学变化有吸热反应和放热反应。各反应发生的温度和热性质如表2。 表2 尾矿煅烧过程中的温度和热性质应| 温度 | 热变 | 自由水的蒸发100℃以上 | 热吸收 | 尾矿中各种矿物结晶水的烧失500℃以上 | 热吸收 | 硫化物(二硫化铁、硫化锌、PbS)的燃烧325~647℃ | 释放热量 | 碳酸镁的分析550~750℃ | 热吸收 | 碳酸钙的分解(起始温度600℃，800 ~ 850℃) 900℃及以上 | 热吸收 | 尾矿中无定形脱水产物的结晶90℃及以上 | 释放热量 | 胶凝矿物的形成900℃~1000℃ | ※总体来说，可能是吸热的。 |
※在900～1000℃煅烧下，部分矿物的形成放热，而煅烧物料的变化主要为吸热，因此，从总的热平衡来看可能是吸热。 尾矿在窑内不单纯是升高温度，而且是会发生一系列的物理化学变化，因此就会出现接近于等温的吸热过程，甚至也出现放热过程，所以物料在窑内各带的升温情况就大不相同。根据尾矿物料的湿法回转窑内的煅烧试验结果，如图3所示，在OA段是水分蒸发，故温度升高较慢，接近等温吸热过程，在AB段升温较快，这一段碳酸盐分解吸热和硫化物的燃烧为放热，其反应如下： 由于窑内为氧化氧氧氛，故在氧化焙烧条件下，一部分二氧化硫被氧化为SO3即 ： 游离态的CaO和SO3作用生成硫酸盐即： CaO＋SO3→CaSO4 放热 在BC段升温最快，在这一段一部分碳酸钙继续分解吸热，与此同时大部分具有胶凝性矿物及其他矿物的生成（如β2CaO·SiO2、CaO·Al2O3、CaSO4、2CaO·Al2O3·SiO2、2CaO·SiO2、CaO·Al2O3·2SiO2等）放热，因此升温较快。 回转窑与单纯的加热炉不同，在加热炉内只考虑燃料的燃烧发热，但在回转窑的煅烧条件下，一方面燃料在窑内燃烧，同时尾矿也在窑内进行热加工。因此在考虑燃料的烧烧时，要特别注意，使其能改善尾矿的热加工条件，以改善熟料的质量。因此，对于火焰的位置、形状、长短的选择很重要。据试验证明，低温煅烧尾矿时，宜加大排风，拉大火焰，以避免温度过度集中，造成物料烧熔结圈，从而达到保证熟料的烧成质量。 回转窑是煅烧水泥熟料的主要设备，但其主要缺点是热效率低。在湿法回转窑中煅烧硅酸盐水泥熟料时，实际热利用率只有30%左右。其热量主要消耗于蒸发水分，废气带走和散热损失。因此采用降低入窑料的水分，在窑内加装热交换装置（如链条或金属热交换器等），对于采用湿法回转窑用尾矿烧制低标号水泥，在干燥带负荷很重要的情况下，是具有重大意义的。 二、沸腾炉 沸腾层式焙烧炉简称为沸腾炉或称为流态化床焙烧炉。 在沸腾焙烧时，常用气体来使固体颗粒流态化，由于在流态化床中常出现固体颗粒分布不均匀的现象，瞬间地观察床层，固体一部分较浓度地聚集在一起，一部分较稀疏地聚集在一起，稀疏的这部分带有更多气体，在整个床层中形成许多的气泡（图4）。这些“气泡”相继涌出，从现象上看与水沸腾时很相似，故称之为沸腾层式焙烧。图4 气体－固体颗粒流态化床沸腾示意图 沸腾焙烧是尾矿固定料层被空气从下面吹起，尾矿颗粒在气体中湍动，并进行物理化学变化的过程。 往尾矿料层鼓风时，固体颗粒所占的体积大大增加，随着气流速度的增大，体积继续增加，到流化点时，物料开始沸腾。沸腾焙烧时，粉状的尾矿颗粒或经制粒后的尾矿料球，在一定高度的沸腾层内处于湍流状态，运动很激烈，为气体分子向固体传递创造了极好的条件，因此，许多被传递速度所控制的化学反应过程，在流态床中都被大大地加强了，由于反应过程的加快，这对于提高生产强度是非常有利的。 沸腾焙烧时，沸腾的尾矿颗粒和空气中的氧良好接触和在炉内较长时间的停留，故使物料的反应充分，同时，也使尾矿中的硫化物较完全氧化。 沸腾炉是柱形或矩形竖式炉，炉膛空间有扩散的与不扩散的两种，目前应用较多的是圆柱形扩散炉膛。炉体由钢壳内衬保温砖和耐火砖所构成（见图5、图6、图7），由下往上炉体可分为四个部分：①风室；②分布板；③沸腾层；④沸腾层上部燃烧空间。另在炉体的一侧有加料机，另一侧为焙烧产品的排料口。 图5 沸腾炉示意图1－风室；2－分布板；3－沸腾层；4－上部燃烧空间；5－加料机；6－排料口；7－放空口图6 沸腾炉1－风室；2－前室；3－壳体；4－耐火砖；5－耐热混凝土；6－风帽；7－放空烟囱；8－清理口图7 1米2沸腾炉1－壳体；2－风斗；3－沸腾冷却箱；4－清理口；5－风帽；6－操作门；7－顶盖；8－拱顶；9－分布板；10－粘土砖；11－轻质粘土砖；12－填料；13－进料口；14－排料口 1米2沸腾炉技术特性：炉底面积1米2；床能力6～12吨/米昼夜；沸腾层温度900～950℃，沸腾层高度900～1100毫米；鼓风量360标米3/时；炉低压力500～700毫米水柱；沸腾冷却箱床面积0.2米2；冷却面积1.6米2；冷却箱鼓风量70～90标米3/时；冷却箱炉底压力500～700毫米水柱；冷却箱沸腾层高度900毫米；焙烧排出温度小于200℃。 沸腾炉的炉床为空气分布板，（由带孔的金属板及插在孔中的金属风帽）组成，空气经炉床风帽的孔送入炉中，使物料沸腾，物料在炉内从进料口的一端移到另一端，然后由卸料口排出。 用尾矿烧制井下胶结充填用的低标号水泥的试验，所用的沸腾炉和工艺示意图见图8、图9、图10。图8 0.2米2沸腾炉工艺图9 0.2米2沸腾炉工艺图10 0.2米2沸腾炉风帽装配 尾矿用沸腾炉焙烧时，生料的制备方法为干法（其制备方法见前述），尾矿以粉状（粒度为4900孔/厘米2筛筛余8%～18%）或尾矿制粒成料球（粒径为0～4毫米），经干燥后，由下料口入炉焙烧。其尾矿粒度（制粒或粉状）直接关系到沸腾层所需的风速和炉床的生产能力及烟尘量的大小。平均粒度越大，需要风速越大，否则不能正常费腾，粒度变大（如尾矿粉经制粒后），需要风速大了，相应地可增加单位面积上的原料处理量，因而，这对于提高床的能力和降低烟尘率是极其有利的。而粒度变小（如尾矿粉焙烧时），则所需风速变小，炉床能力降低，而被气流带出的烟尘量增多，因而会增加除尘设备的负荷。由此可见，尾矿经制粒后入炉焙烧，其优越性是很大的。尾矿由加料机经料孔进入炉内，经沸腾焙烧后，上卸料口排出。对于沸腾焙烧，其层内同一截面上的各点温度都十分接近。混合均匀，温度均匀，传递过程快，这是流态化床焙烧的特点。焙烧过程中发生的热量一部分被炉气带出炉外，另一部分被烧成水泥熟料带出炉外。尾矿沸腾焙烧时，其炉内为氧化气氛。 试验表明：粉状尾矿或制粒后的尾矿料球，经沸腾焙烧后，其水泥熟料的质量良好（28天的抗压强度可达100～200公斤/厘米2），尤以制粒后的料球，水泥熟料强度最佳。适宜的焙烧温度仍为900～1000℃。温度过低，则反应不够完全，温度过高接近层矿的熔点，物料易被烧熔结块，从而导致料层沸腾不均，严重时会被迫停炉。因此，沸腾层内的温度以控制在900～950℃为宜。 粉状尾矿煅烧试验表明：加料不均匀，煅烧温度波动较大，易造成沸腾不均，料层出现沟流、穿孔和部分沉积的现象（如图11a、b），沉积区局部高温，因而产生烧熔结块，并继续发展，终至死炉。而且，炉壁不光滑，高温煅烧易产生炉壁粘性持料现象（如图12），导致炉膛面积综小，同时炉壁挂料也易掉块，从而造成沸腾不均等。因此，根据煅烧的尾矿物料的特点，选择设计适宜的炉型和风帽结构，扩大上部炉膛空间和炉壁光滑，这显然是非常重要和必要的。图11 固体床中的沟流现象图12 沸腾层中炉壁挂料现象。 根据0.2米2沸腾炉煅烧试验的结果，尾矿的粒度为4900孔/厘米2筛筛余8～18%，粉煤的粒度为0～3毫米时，其沸腾层的线速度为0.42～0.46米/秒，床能率为10～15吨/米2·日，烟尘率为15～20%。空气的单位消耗约为860标米/吨尾矿，熟料的产出率约65%，煤耗（视尾矿含硫量的不同而增减，当尾矿含量7%时）为50～60公斤/吨熟料。 沸腾炉具有结构简单，基建投资费低，基建时间短，上马快的优点。同时沸腾炉还具有占地少，厂房少，操作管理简单，温度条件变化反应灵敏和易于控制，劳动强度低，劳动条件好，开停工都快的优点。其缺点是，烟尘量大，焙烧工序的动力费用大，由于煅烧尾矿是干法入窑，故生料制备工艺较为复杂。 最后应指出的是，尾矿用沸腾炉焙烧，虽然获得一定的成果，水泥熟料的质量良好，但对于焙烧尾矿，还存在着炉子运转周期（炉龄）短，烟尘量大和水泥熟料煅烧过程的物理化学变化与熟料的矿物组分等问题，还待继续试验研究解决。 免责声明：本网部分内容来自互联网媒体、机构或其他网站的信息转载以及网友自行发布，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考，不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之，本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者，视为自愿接受本网站声明的约束。
