利用粉煤灰综合生产氧化铝和硅酸盐水泥的生产工艺,早在第二次世界大战期间法国人就着手进行实验,当时因为未能掌握工业生产条件下使烧结物自行粉化的工艺而实验暂告失败。上世纪50年代波兰人进行了研究,发明所谓格日麦克法(J,Grymek)的专利,他以粉煤灰为原料,与石灰石混合进行湿磨,在湿法水泥回转窑中烧结,得到以C2S、C12A7、(C5A3)CA、CF为主要成分的烧结料,在冷却机中由于β型硅酸二钙向γ型的晶型转化,使烧结物自行粉化,然后用稀碱溶液浸取得到氧化铝,其残渣再配入石灰石进行煅烧,得到阿利特含量达70%的熟料。波兰利用此生产工艺,在挪威建造了一座年产127万吨波特兰水泥和10.3万吨氧化铝的工厂。
我国1980年在安徽省电力局的委托下,安徽省冶金科学研究所完成了石灰石烧结——碳酸钠溶出的工艺从淮南电厂的粉煤灰中提取氧化铝的实验,合肥水泥研究设计院完成了用氧化铝的残渣——硅钙渣作为水泥原料的实验研究并取得初步成功。
推荐工艺技术方案工艺流程我厂根据集团公司的实际情况,经过大量的理论分析与实践检验,已经证明利用集团公司现在的废渣——电石渣代替粉煤灰提取氢氧化铝、硅钙渣生产高阿利特硅酸盐水泥熟料工艺中的石灰石是可行的(石灰石提供CaO电石渣的主要成分是Ca(OH)2,同样可提供CaO并且其CaO含量高达60%以上,而石灰石提供CaO只有55%左右,电石渣有效成分含量与煅烧分解温度都优越于石灰石。)具体的工艺技术方案以及物料平衡(一期目标:消化80万吨粉煤灰/a与50万吨电石渣/a;二期目标:消化160万吨粉煤灰/a与50万吨电石渣/a)如下。
1.原料的配置及烧结粉化原方案:将粉煤灰与石灰石按要求的比例加入球磨机中粉磨至4900孔/cm2筛的筛余在10%以下,然后将料浆在料浆库内调整到要求的化学成分,送入旋窑烧结。烧结后的物料进入冷却机约30分钟,发生硅酸二钙的晶相转变。烧结物由于发生10%的体积膨胀,由原来粒径为50mm左右自行粉化为0.002mm的细粉末。
新方案:将粉煤灰加入球磨机中粉磨至4900孔/cm2筛的筛余在10%以下(集团公司电石渣的粒度分布:电石渣中的细颗粒较多,10~50μm颗粒达80%以上。电石渣的个数平均粒径:1.89μm;重量平均粒径:9.19μm;面积平均粒径:5.75μm;中位粒径:8.29μm;比表面积:947.32m2/kg.可见电石渣粒度完全可以满足需要而不需专门粉磨)。其他条件基本不需要改变。
2.铝酸盐的提取用5%Na2CO3溶液在容器里浸取自粉化的粉末,浸取液温度在50℃~65℃。经15分钟浸取后,粉末中的铝酸钙转变成水溶性的偏铝酸钠。
3.浸取液的过滤原方案:浸取得到的偏铝酸钠溶液经沉淀后,注入过滤机中过滤,使含偏铝酸钠的溶液与主要含有硅酸二钙和碳酸盐的不溶物——硅钙渣分离。分离出来的硅钙渣与已粉磨合格的石灰石按要求比例在混合机内混合,再送入湿法旋窑中煅烧成水泥熟料。由于硅钙渣中含有2CaO·SiO2,故烧成过程主要是使硅酸二钙与石灰石中的氧化钙结合生成水泥熟料的主要矿物——硅酸三钙。因此不但大大加快了烧成速度,从而提高旋窑产量在25%以上,而且还大大降低了热耗。
新方案:浸取得到的偏铝酸钠溶液经沉淀后,注入过滤机中过滤,使含偏铝酸钠的溶液与主要含有硅酸二钙和碳酸盐的不溶物——硅钙渣分离。分离出来的硅钙渣与电石渣按要求比例在混合机内混合,再送入湿法旋窑中煅烧成水泥熟料。由于硅钙渣中含有2CaO·SiO2,故烧成过程主要是使硅酸二钙与电石渣中的氧化钙结合生成水泥熟料的主要矿物——硅酸三钙。因此不但大大加快了烧成速度,从而提高旋窑产量在25%以上,而且还大大降低了热耗。
4.偏铝酸钠溶液的除硅处理原方案:再浸取铝酸钙的过程中,总有少量二氧化硅随氧化铝一起被溶入浸取液中。为了除去溶液中的氧化硅,必须将合偏铝酸钠溶液在容器中沉淀后,再加入装有石灰乳的容器内进行除硅处理和中和过剩的碳酸钠。
新方案:再浸取铝酸钙的过程中,总有少量二氧化硅随氧化铝一起被溶入浸取液中。为了除去溶液中的氧化硅,必须将合偏铝酸钠溶液在容器中沉淀后,再加入装有适量电石渣乳液的容器内进行除硅处理和中和过剩的碳酸钠。
5.偏铝酸钠溶液的碳化处理除硅处理后的偏铝酸钠溶液经沉淀和过滤后,送入碳化容器,与来自旋窑的并经除尘后的废气发生碳化作用。
为使碳酸氢钠重新变成碳酸钠再用于生产,必须把含有碳酸氢钠的过滤液和电石渣乳液,在反映容器内进行再生处理,再生后的碳酸钠溶液再补充一部分必要数量的新鲜碳酸钠溶液送入盛装容器内,以供浸取粉料用。
6.煅烧制备氧化铝(参考:Al(OH)3市场需求及价值比Al2O3更加优越)