磷渣配料生產(chǎn)水泥熟料

貴州磷礦資源豐富，磷礦保有儲量達到40億噸，工業(yè)儲量26.54億噸。其中P2O5含量＞30%的富礦達到4.6億噸，富礦總量位居全國第一位。通常生產(chǎn)1噸黃磷大約產(chǎn)生8—10噸磷渣，我省生產(chǎn)黃磷排放的工業(yè)廢渣累計達到百萬噸以上，磷渣堆放需要占用土地，磷渣堆場在雨水的作用下，磷渣有毒元素會造成河流的污染，對人畜造成危害。為了減少環(huán)境污染，充分利用工業(yè)廢渣變廢為寶，在水泥生料摻入磷渣作原料，代替部分石灰石、頁巖配料，減少原料用量，磷渣中的F對熟料煅燒具有礦化劑的作用，它可以降低燒成溫度，減少熟料熱耗，降低配煤量，ZJ廠在生料摻6﹪～8%的磷渣配料，就地取材，大幅度降低了生產(chǎn)成本，取得了提高熟料強度的經(jīng)驗，持續(xù)大量生產(chǎn)復合32.5、42.5MPa強度等級水泥，工業(yè)廢渣雙摻量超過32%以上，經(jīng)抽查認證合格，達到了綜合資源利用的規(guī)定，獲得了減免稅的優(yōu)惠，全年經(jīng)濟效益顯著，產(chǎn)品在市場有較高的競爭力。

　　1、磷渣原料的特性

　　磷渣是黃磷廠生產(chǎn)黃磷時產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，它經(jīng)過高溫水淬急冷，外觀呈細顆粒狀，帶灰白色，為水淬渣，其化學成分與鐵廠煉鐵時排放的粒化高爐礦渣相似，粒度在2—5mm，有少量塊狀磷灰石，磷渣的主要化學成分為SiO2、CaO，還有少量的Al2O3、Fe2O3、MgO、P2O5、F，等。磷渣水淬處理后，玻璃體含量在90%以上，主要潛在礦物組成為假硅灰石（αCaO· 

　　SiO2），槍晶石（3CaO·2SiO2·CaF2），磷渣中P2O5含量較高時，還有少量的氟磷灰石。

　　2、原燃材料化學成分及煤的工業(yè)分析

　　磷渣選用本廠附近黃磷廠排放的工業(yè)廢渣，鋁礬土選用在廠區(qū)內(nèi)，就地取材方便，原燃材料化學成分見表1煙煤工業(yè)分析見表2。 

表1  原燃料的化學成分   % 

 表2  煙煤工業(yè)分析

　　3、配料方案的確定

　　磷渣配料的主要原料是石灰石、頁巖，配少量的校正原料鐵粉、鋁礬土。利用煤中的硫與磷渣的F、P2O5作為礦化劑來源。全黑生料配料：KH=1.00±0.02,n=2.10±0.10,P=1.35±0.10,配煤量在10%—11%，采用磷渣配料可以代替部分石灰石、頁巖用量、磷渣的CaO、SiO2是經(jīng)過高溫水淬急冷，它具有活性的作用，是生產(chǎn)C3S含量高的原料，對燒成熟料有明顯的改善作用，具有節(jié)能降耗的效果。

  生料化學成分及率值見表3，熟料化學成分及率值見表4，熟料物理性能見表5。

表3  生料化學成分及率值

表4  熟料化學成分及率值 

表5  熟料物理性能

  4  磷渣配料的工藝控制

  4.1　在水泥生料摻不同配比的磷渣，從5%摻量增加到10%，熟料3d抗壓強度下降了22MPa，降低幅度最大，同時熟料發(fā)生急凝，見表6。產(chǎn)生熟料強度下降和急凝的原因，初步認定是增加磷渣摻量后，同步增加F的成分。在礦化劑的作用下，燒成產(chǎn)生的中間礦物，C11A7·CaF2,C4A3，是導致快凝的原因，產(chǎn)生急凝的熟料強度較低。要調(diào)整磷渣摻量在合理范圍，經(jīng)過優(yōu)化配料生產(chǎn)，我廠控制生料的磷渣摻量在5%—6%，各地磷渣成分存在差異，應根據(jù)磷渣的化學成分，調(diào)整磷渣摻量。

　　4.2　根據(jù)國內(nèi)外對磷渣配料的資料，熟料P2O5的控制應小于0.50%，當熟料P2O5＞0.50%，熟料3d、28d抗壓強度下降，有時出現(xiàn)的熟料3d沒有抗壓強度，生產(chǎn)控制熟料P2O5＜0.35%，有利于確保熟料強度的增長。為了防止熟料P2O5超過控制范圍，要求每批磷渣檢測P2O5含量。磷渣P2O5含量高，限制了生料的摻渣量，P2O5含量低，可以增加生料的摻加量，磷渣的SiO2、CaO是經(jīng)過高溫煅燒水淬急冷，它具有活性的作用，在生料摻磷渣配料，它帶替了部分石灰石、頁巖的用量，活性成分有降低分解熱的作用，同時降低了熟料熱耗，減少了生料的配煤量。 

　　 4.3　據(jù)X射線分析，隨著熟料中P2O5從0.20增加到0.65，C3S和ΒC2S減少，αC2S和C2P固溶體量增加。熟料3d抗壓強度從29.5MPa，下降到11.6MPa，28d抗壓強度53.2Pa，下降到27.5Mpa，隨著熟料P2O5的增大，無論是3d和28d抗壓強度，熟料隨磷渣P2O5含量的增大而急劇下降，P2O5在熟料中的含量不宜太高，否則將顯著降低水泥強度，生料中每增加1%的P2O5，熟料中C3S減少9.9%，而αC2S增加10.9%，熟料中P2O5超過0.5%，無法生產(chǎn)合格的熟料強度。曾經(jīng)出現(xiàn)黑磷渣配料P2O5＞3.5%，結(jié)果生產(chǎn)的熟料3d抗壓沒有強度，要根據(jù)磷渣的含磷量，確定生料磷渣摻量。

表6  生料摻磷渣的熟料物理性能對比

　　4.4　磷渣配料的雙重作用，磷渣成分含有少量的F、P2O5，煤中的S在熟料煅燒過程中具復合礦化劑的作用，它加速了燒成反應速率，降低了燒成溫度，磷渣的硅酸鈣礦物在生料有晶種的效果，它有礦化劑和晶種的作用。

　　4.5　生料KH的控制，磷渣的P2O5、F及其它雜質(zhì)成分配料，影響了生料KH的計算，不摻磷渣配料的KH=0.95，摻磷渣的KH=1.00，生料KH相差0.05­—0.07，應采用磷渣配料的KH計算式，它影響了磷渣配料KH的真實性。磷渣配料生料KH=0.94，熟料3d抗壓強度18MPa，KH=0.98—1.02，抗壓強度在29—35MPa，見表7，KH=0.94是低強度等級的熟料，提高生料KH=0.04—0.06，熟料抗壓強度提高14—17MPa，生料KH的控制是根據(jù)生料的摻渣量確定，生料摻磷渣5%，KH=0.96—0.98，摻渣6—8%，KH=0.98—1.02，隨摻渣量的變化調(diào)整生料的KH。 

表7  不同生料KH的熟料物理性能對比

　　4.6　不同的Fe2O3成分，劃分低鐵、中鐵、高鐵三種配料方案，見表8、表9，在生產(chǎn)初期采用高鐵配料，熟料3d抗壓強度在20—24MPa，中期采用低鐵配料，3d抗壓強度在25—27MPa，后期采用中鐵配料，3d熟料抗壓強度在28—30MPa，采用不同的Fe2O3成分，抗壓強度相差5—7MPa，高鐵、低鐵配料熟料強度下降，采用中鐵配料、熟料fCaO﹤3%，早期強度增長較高，是成功的技術選擇。 

表8  生料Fe2O3配方的化學成分及率值

表9 熟料物理性能對比

　　4.7　提高窯的臺時產(chǎn)量，摻磷渣配料后，生料易燒性明顯提高，燒成上火速度加快，達到了快燒快卸的效果，增加了窯的臺時產(chǎn)量，采用磷渣配料后熟料臺時產(chǎn)量提高了1.5t/h，磷渣的礦化和晶種作用，加速了熟料的燒成反應，提高了熟料產(chǎn)量。  

　　4.8　磷渣配料的風險性，摻磷渣的生料P2O5影響熟料的強度，當磷渣P2O5超過控制值，成批的熟料沒有強度，造成重大質(zhì)量事故，給磷渣配料帶來風險，在M廠因磷渣控制失誤，成批的熟料3d沒有抗壓強度，造成重大經(jīng)濟損失。黃磷廠排放的磷渣，是經(jīng)常波動的，正常生產(chǎn)的磷渣P2O5含量低，出現(xiàn)操作變化，P2O5含量高，黑磷渣的P2O5＞3.5%，要加強控制磷渣的P2O5含量，摻磷渣配料要有防范措施，沒有摻磷渣配料的風險小，這是摻磷渣配料與未摻磷渣配料的區(qū)別。

　　5、成本和經(jīng)濟效益

　　5.1　黃磷廠排放的磷渣，適合就地取材作原料，每噸磷渣進廠成本8元/t，摻8%的磷渣代替石灰石、頁巖，取消螢石，生料綜合成本降低2.8元/t，全年降低生產(chǎn)成本18萬元。

　　5.2  降低實物煤耗，沒摻磷渣的熟料煤耗165kg/t，摻磷渣配料煤耗降低到148kg/t，進廠煤價180元/t，全年節(jié)約實物煤降低成本25萬元。

　　5.3 減少土地占用費，黃磷廠排放的磷渣需要運輸和土地占用費，直接從排渣堆場運到生產(chǎn)廠，減少了排渣費和環(huán)境污染。 

　　 結(jié)  論

　　1、磷渣配料生產(chǎn)水泥熟料，技術可行，適合工業(yè)廢渣的綜合利用，減少環(huán)境污染，有社會效益的作用。
　　2、磷渣配料，可以減少原料用量，降低生產(chǎn)成本。在工藝上采取合理的配料方案，加強生產(chǎn)技術管理，確保磷渣配料的可行性，能夠生產(chǎn)出合格的熟料質(zhì)量。
　　3、磷渣配料對生料易燒性明顯改善，由于燒成溫度降低，熟料熱耗下降，減少了實物配煤量，燒成反應加快，提高了窯的臺時產(chǎn)量。