石灰石品質(zhì)對生料易燒性影響的研究

石灰石是水泥制備的主要原材料，不同品質(zhì)的石灰石對熟料的質(zhì)量影響很大。我公司地處廣州西北郊區(qū)，靠近石灰石儲(chǔ)量豐富的花縣地區(qū)，花縣不同地段的石灰石礦以及同一個(gè)石灰石礦不同的開采層，其品質(zhì)變化都較大，不僅石灰石CaO、SiO2含量變化大，而且分解溫度和結(jié)晶形態(tài)各異，以前單靠化學(xué)成分來判斷石灰石品質(zhì)是不全面的，應(yīng)該從化學(xué)成分和物理性能兩個(gè)方面來綜合考慮。通過研究分析，我們摸索出一套判斷石灰石品質(zhì)的有效方法，通過對不同品質(zhì)石灰石的跟蹤管理，在開采和使用的過程加強(qiáng)搭配均化，可以有效穩(wěn)定進(jìn)廠石灰石質(zhì)量，為熟料優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。 

1　我公司石灰石使用概況 

我公司每月石灰石用量超過12萬t，生產(chǎn)需求量大，沒有自己的石灰石礦山，因此石灰石供應(yīng)最多時(shí)有7個(gè)礦口同時(shí)承擔(dān)，礦口多，石灰石品質(zhì)復(fù)雜，化學(xué)成分波動(dòng)較大。進(jìn)廠石灰石CaO含量通常在48%～53%之間；SiO2含量在2%～6%之間。從判斷石灰石品質(zhì)來講，光靠化學(xué)分析結(jié)果是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要依靠CaCO3晶型結(jié)構(gòu)、結(jié)晶SiO2含量，以及CaCO3分解溫度，從物理和化學(xué)兩個(gè)方面來判定石灰石的品質(zhì)。 

2　不同礦口石灰石品質(zhì)對比試驗(yàn) 

　　 
2.1　樣品制備 

為了保證各個(gè)礦口石灰石樣品的代表性，進(jìn)廠石灰石按礦口抽樣檢測，樣品制好后，每次在礦口對應(yīng)的留樣瓶留5g樣，為以后石灰石品質(zhì)試驗(yàn)作準(zhǔn)備。樣品全部通過80μm方孔篩，各樣品細(xì)度相近，試驗(yàn)前要求將各留樣瓶內(nèi)的樣品攪拌混合均勻，有較好的代表性。 

2.2　各礦口石灰石品質(zhì)對比試驗(yàn) 

2.2.1　各個(gè)礦口石灰石積累樣化學(xué)分析(見表1) 

 
2.2.2　X射線衍射分析 

通過X射線衍射分析(XRD)，測定石灰石中SiO2特征衍射峰(3.34)的積分強(qiáng)度與CaCO30特征衍射峰(3.04)的積分強(qiáng)度，可判斷石灰石中結(jié)晶SiO2含量與CaCO3的相對結(jié)晶程度。SiO2特征衍射峰的積分強(qiáng)度越大，說明結(jié)晶SiO2的含量越多；CaCO3特征衍射峰的積分強(qiáng)度越大，說明CaCO3的相對結(jié)晶程度越高，含量越多。根據(jù)石灰石中CaO的含量，計(jì)算出CaO所對應(yīng)的CaCO3的積分強(qiáng)度(單位積分強(qiáng)度=3.04峰積分強(qiáng)度/CaO含量)，可對比CaCO3相對結(jié)晶程度的大小。試驗(yàn)結(jié)果見表2。 

 
2.2.3　石灰石差熱分析 
　　

通過對石灰石進(jìn)行差熱分析(DSC與TG)，可檢測石灰石在加熱過程中CaCO3的分解溫度與各溫度點(diǎn)的分解程度，這一分析結(jié)果比X射線對CaCO3相對結(jié)晶程度的分析結(jié)果更為直觀、可靠。7個(gè)樣品的檢測結(jié)果如表3所示。

 
2.2.4　不同品質(zhì)石灰石配制生料的易燒性試驗(yàn) 
　　

我們模擬生產(chǎn)工藝，在化驗(yàn)室硅鉬棒電爐中進(jìn)行對比煅燒試驗(yàn)。配料中的鐵粉、粘土、煤全部采用我公司長期使用的原料，在1325℃下保溫40min。分別用7個(gè)進(jìn)廠石灰石礦口留樣，與同樣品位的粘土、煤、鐵粉按同一配方制備生料，控制相同的KH、n以及熟料熱耗，做生料易燒性試驗(yàn)對比。在同樣細(xì)度、煅燒時(shí)間、煅燒溫度的情況下，通過測定熟料中fCaO的含量，比較反應(yīng)程度，從而找出不同礦口石灰石對生料易燒性能影響的規(guī)律。熟料全分析結(jié)果見表4。 

 
3　討論與分析 

　　 
3.1　石灰石X射線衍射結(jié)果分析 
　　

由表2結(jié)果可知，SiO2對應(yīng)的3.34峰積分強(qiáng)度從小到大的順序(即7個(gè)石灰石樣品中結(jié)晶SiO2的含量由少到多的順序)為:5<6<7<4<1<3<2。因此，根據(jù)結(jié)晶SiO2的含量7個(gè)樣品可分為3類:較少的5、6、7、4號(hào)樣，中等的1號(hào)樣；較多的3、2號(hào)樣。單位CaO所對應(yīng)的CaCO3的積分強(qiáng)度大小順序(即7個(gè)石灰石樣品中CaCO3的相對結(jié)晶程度由小到大的順序)為:1<4<5<6<2<7<3。 
　　

7個(gè)樣品中CaCO3的相對結(jié)晶程度可分為3類:結(jié)晶程度較差的1、4、5號(hào)樣，結(jié)晶程度中等的6、2號(hào)樣，結(jié)晶程度較好的7、3號(hào)樣。CaCO3的結(jié)晶程度對熟料煅燒的影響與煅燒溫度密切相關(guān)，在較低溫度煅燒的熟料受CaCO3結(jié)晶程度的影響更大，隨著燒成溫度的提高，CaCO3結(jié)晶程度的影響越來越小。 

3.2　石灰石差熱測試結(jié)果分析 
　　

由表3結(jié)果可見，7個(gè)石灰石樣的最大峰溫(CaCO3的分解溫度)從低到高的順序?yàn)?6<5<4<1<7<2<3；達(dá)到最大分解率時(shí)對應(yīng)的溫度從低到高的順序?yàn)?5<6<1<4<7<2<3。CaCO3的分解溫度越低，達(dá)到最大分解率所對應(yīng)的分解溫度越低，說明CaCO3的熱穩(wěn)定性越差，分解反應(yīng)速度就越快，對生料易燒性越有利。 
3.3　生料易燒性試驗(yàn)結(jié)果分析 
　　

由表4可知，相同KH、n的生料配方，在同樣溫度、細(xì)度，同樣煅燒時(shí)間的情況下，熟料的燒成質(zhì)量不同。第5、6、4組試樣的fCaO含量較低，在1.5%以下。第1、7組試樣的fCaO含量在1.5%～2.0%；第2、3組試樣的fCaO含量較高，在2.0%以上。因此，從fCaO的含量來看，第5、6、4礦口石灰石制備出的生料易燒性較好，說明此3個(gè)礦口石灰石品質(zhì)較好；第1、7礦口石灰石制備出的生料易燒性一般，證明此2個(gè)礦口石灰石品質(zhì)一般；第2、3礦口石灰石制備出的生料易燒性相對較差，說明這2個(gè)礦口石灰石品質(zhì)較差。 

4　生產(chǎn)應(yīng)用 

對石灰石品質(zhì)的評價(jià)應(yīng)將化學(xué)分析、X射線衍射分析、差熱分析和生料易燒性試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合起來綜合考慮，我們將上述7個(gè)礦口的石灰石按品質(zhì)劃分成3個(gè)類別，第1類是品質(zhì)較好應(yīng)優(yōu)先選用的，分別是第5、6、4礦口；第2類是品質(zhì)一般的第1、7礦口，如果第1類的3個(gè)礦口不能滿足生產(chǎn)時(shí)，則第2類的2個(gè)礦口可以考慮選用；第3類是品質(zhì)較差的第2、第3礦口，決定停止使用。 
　　

從實(shí)際生產(chǎn)來看，因石灰石摻入量占生料配料的74%左右，其品質(zhì)的提高大大改善了生料的易燒性。在進(jìn)行石灰石品質(zhì)試驗(yàn)以前，進(jìn)廠石灰石礦口多，品種雜，質(zhì)量參差不齊，同樣的生料配方(KH=0.92±0.02；n=1.93±0.05；P=1.46±0.1)，同樣CaO控制指標(biāo)(39.01%)，同一批煤同樣的生料配熱(生料熱值控制2640kJ/kg，熟料熱耗4410kJ/kg)，立窯窯工操作時(shí)反映:燒成過程中熟料有時(shí)易結(jié)大塊，爐溫偏高，立窯產(chǎn)量低；有時(shí)熟料又偏散，爐溫偏低，熟料fCaO高。這種現(xiàn)象主要是石灰石品質(zhì)對生料易燒性的干擾引起的。 
　

因此，我公司加強(qiáng)了石灰石品質(zhì)對生料易燒性影響的試驗(yàn)研究，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，加強(qiáng)石灰石進(jìn)廠跟蹤管理，易燒性好、品質(zhì)高的石灰石多進(jìn)，易燒性差、品質(zhì)低的石灰石不進(jìn)，并且不同礦口的石灰石搭配使用，有效控制和穩(wěn)定了進(jìn)廠石灰石的質(zhì)量。在同樣生料率值的條件下，可根據(jù)生料易燒性適當(dāng)降低配熱(生料熱值控制2480kJ/kg，熟料熱耗4130kJ/kg)，在節(jié)約用煤的同時(shí)，減少了熟料燒成過程中的爐溫波動(dòng)，提高了立窯熟料臺(tái)時(shí)產(chǎn)量[單位截面積產(chǎn)量達(dá)到1.81t/(m2·h)]；生料易燒性好，熟料固液相反應(yīng)速度加快，fCaO含量降低(fCaO≤2.2%合格率達(dá)到90%)，改善了熟料質(zhì)量。 

5　結(jié)論 

　　石灰石中結(jié)晶SiO2的含量、CaCO3的結(jié)晶程度與分解溫度顯著影響著生料的易燒性。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)將化學(xué)分析方法和物理性能測試方法相結(jié)合，綜合分析石灰石品質(zhì)，從而有效控制和穩(wěn)定石灰石質(zhì)量，為節(jié)約煤耗，提高窯的產(chǎn)量和熟料質(zhì)量創(chuàng)造條件。