用锑选渣全代砂岩生产优质水泥熟料的生产试验

0　引言

湖南省冷水江市“世界锑都”的盛名曾经吸引了无数人抱着发财梦奔涌至此。但过度采掘让矿山变得千疮百孔，冶炼和选矿废渣漫山遍野，环境污染之重让人忧心忡忡。该地区是湘江流域重金属污染治理的五大重点区域之一，已被列入湖南省人民政府湘江污染防治“一号重点工程”的实施范围。

某公司系当地一家新型干法水泥企业，拥有一条6 000 t/d熟料生产线。为了助力冷水江政府生态环境综合治理工程，彰显该公司服务社会、回报人民的社会责任，准备对当地废渣资源进行开发利用。笔者配合该公司项目攻关小组，开展用锑选渣全代砂岩生产优质水泥熟料的试验研究并取得成功，目前已连续应用于生产。现将试验研究相关情况与同行商榷。

1　锑选渣生产工艺及主要性质

1.1　锑选渣生产工艺

锑选渣系锑业公司选矿厂的一种选矿尾砂。主要处理开采出来的低品位含锑矿石。其选矿生产工艺流程见图1。

图1　选矿工艺流程

1.2　锑选渣的主要性质

1.2.1　化学成分

锑选渣与进厂砂岩化学成分比较见表1，可以看出两者成分接近。　　　　

1.2.2　锑选渣重金属含量

锑选渣重金属含量检测结果见表2。因锑选渣在生料配料中的掺加量在8%以下，含量最高的锰在熟料中的量也在8 mg/kg以下，不会引起重金属超标现象。

1.2.3　锑选渣放射性检测

取锑选渣样进行放射性检测，检测结果为：外照射指数0.3，内照射指数0.2，均满足GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》中要求的照射指数≤1.0的要求。

1.2.4　锑选渣的其他添加物

经浮选处理后矿石中的重金属元素及其硫化物基本上都进入了精矿（按选矿回收率计算，95%以上进入了精矿），尾渣中主要成分是非金属元素及部分金属矿物的氧化物残留。同理，在浮选过程中添加的几种药剂（黄药类、黑药类均掺量为200 g/t，硝酸铅掺量为150~200 g/t），也是绝大部分都进入到了精矿中，尾矿中的残留也所剩无几，且这些药剂大部分为有机化工产品，极易溶解于水中，因此，尾矿中的药剂含量基本可忽略不计。

1.2.5　锑选渣粒度及含水率

锑选渣平均粒度200目（0.074 mm）筛余35%~40%。现场的锑选渣经板框压滤机处理后，一般含水均低于15%。

1.2.6　其他情况

根据冷水江市环境保护监测站对锑选渣进行的毒性浸出试验结果，锑选渣属于Ⅰ类一般工业固体废物。经与税务部门沟通，锑选渣属于现行国家资源综合利用目录中的采矿选矿废渣（是指在矿产资源开采加工过程中产生的煤矸石、粉末、粉尘和污泥），可享受资源综合利用相关税收优惠政策。

1.3　与砂岩的易磨性、易烧性对比试验

取公司进厂的砂岩样与锑选渣样按相同配比（石灰石∶砂岩/锑渣∶铁质原料＝82∶13∶5）进行小磨易磨性试验，试验结果见表3。

　　表4为两种物料的小磨样经0.08 mm方孔筛筛余物的荧光分析检测情况。

从以上易磨性试验数据可以看出：锑选渣的易磨性优于砂岩；同时，通过对两种物料的0.08 mm方孔筛筛余物的荧光分析检测，砂岩配料中SiO2相对锑选渣配料要高得多，说明其中难磨的结晶硅含量较高，说明锑选渣的易烧性优于砂岩。

2　锑选渣代砂岩配料生产试验

2.1　试验目的

在石灰石及其他原材料与燃煤质量均较为稳定的条件下，研究锑选渣全代砂岩配料应用于水泥熟料生产时对物料运输、配料及熟料产、质量的影响。本次试验分小试、中试两次进行。

2.2　试验时间

小试阶段：2016年7月30日~31日；中试阶段：2016年8月7日~13日。

2.3　试验步骤

2.3.1　小试阶段

7月29日采购部安排1 500 t锑选渣进厂，砂岩库取料机后退4~5区，在取料机前堆放锑选渣，13∶00配料站砂岩仓用空，生料磨停磨调整均化库位，当天实际购进1 586 t锑选渣全部进厂入库后，22∶00生料磨开磨开始用锑选渣配料（此时，生料均化库位19.2 m，剩余生料4 400 t）。到8月1日0∶00锑选渣用完，共粉磨生料25 600 t。生料配料情况见表5。

注：搭土量低的石灰石CaO含量约为49%，搭土量一般的石灰石CaO含量约为47%，搭土量高的石灰石CaO含量约为45%。

从表5的生料配料情况来看，锑选渣作为硅质校正原料，在石灰石品质符合质量目标的情况下，能够满足生料配料的要求，三个率值符合控制目标（KH：1.08±0.02，SM：2.45±0.1，IM：1.20±0.1；根据目前的优质煤来确定），若煤质下降则KH和SM则相应提高，石灰石掺入量也随之提高。因此，石灰石CaO含量应控制在46%~48%，掺入量在85%为最佳。

锑选渣配出的生料于29日晚23∶00左右入均化库，到30日8∶00左右开始大部分（和之前剩余生料均化）入窑煅烧，31日为全部入窑煅烧。

2.3.2　中试阶段

公司于8月2~6日采购进厂锑选渣2 971 t，存放于砂岩堆棚堆料尾端，8月6日22∶00取料到锑选渣处，到8月12日上午8∶00锑选渣料用完，共用锑选渣配料生产生料43 300 t，8月7日、8日熟料为过渡料，9~12日熟料为纯锑选渣熟料共23 533 t，平均产量为5 883 t/d。

2.4　试验熟料质量情况

2.4.1　小试阶段熟料质量

选取小试前3天与小试阶段3天熟料（7月30日50%锑选渣熟料，31日100%锑选渣熟料、8月1日80%锑选渣熟料）进行比较，见表6、表7。

从表6、表7可以看出，小试前后熟料的KH值、矿物组成、f-CaO、标准稠度用水量、强度等均无明显变化，只是凝结时间有点波动，其中29、30日初凝延长30 min左右，但是29日是砂岩料，30日50%锑选渣料，31日100%锑选渣料正常，说明这个凝结时间的波动与锑选渣配料无关。

2.4.2　中试阶段熟料质量

8月7日、8日熟料为过渡料，9~12日熟料为纯锑选渣熟料。我们选取8月5日至12日熟料进行对比分析，见表8、表9。

从表8、表9可以看出，中试前后熟料的KH值、矿物组成、f-CaO、标准稠度用水量、凝结时间、强度（强度与熟料的KH值相关性大）等均无明显变化，说明锑选渣全代砂岩配料对熟料质量无明显影响。

2.5　试生产时物料运输及熟料产量情况

经与熟料分厂相关人员沟通与了解，锑选渣代砂岩配料的小试与中试期间，锑选渣的运输过程均无明显耙料不畅、堵料等现象，熟料热耗及产量稳定。小试前4天砂岩配料熟料平均产量为5 822.8 t/d，小试锑选渣配料3天平均产量为5 808.7 t/d；中试前4天砂岩配料熟料平均产量为5 785 t/d，中试锑选渣配料4天平均产量为5 883.5 t/d，窑产量达到了最佳水平。

2.6　锑选渣配料前后熟料岩相分析

为了进一步了解锑选渣配料与砂岩配料的熟料在窑内煅烧情况及冷却过程对熟料矿物的综合影响，分别选7月28日与30日的熟料进行了岩相测试分析，结果见图2和图3。

图2　试验前熟料岩相分析

图3　锑选渣熟料岩相分析

由图2可知：试验前熟料小颗粒多，熟料粉多，有浅色颗粒，无黄心料，经测试无还原性气氛。C2S和f-CaO主要成簇存在，孔洞小但数量多，有大尺寸f-CaO簇，矿物分布不均。部分熟料中孔洞多，f-CaO多，与C2S距离很近。C2S晶体圆润，C2S晶体尺寸偏小。C3S矿物边缘分解较轻，C3S晶体尺寸差异较大。液相中的C3A尺寸从小到大均有。

图2岩相分析结论：

生料的制备方面，钙质原料在制备过程中的粒度还需加强控制，原料均化效果有待提高；部分熟料欠烧，窑内煅烧时间较短，煅烧制度不稳定，熟料在窑内的冷却快，在篦冷机中的冷却不稳定。

由图3可知：锑选渣熟料小颗粒多，熟料粉较少，无黄心料，经测试无还原性气氛；C2S和f-CaO主要成簇存在，孔洞数量多，有大尺寸C2S簇和f-CaO簇；部分熟料中孔洞多，f-CaO与C2S距离稍近；C2S晶体圆润；C3S矿物边缘分解较轻，C3S晶体尺寸差异较大；液相中的C3A尺寸从小到大均有。

图3岩相分析结论：

生料在制备过程中有粗糙的硅质和钙质原料；部分熟料有欠烧的趋势，窑内煅烧制度不稳定；熟料在窑内的冷却快，在篦冷机中的冷却不稳定。

从使用锑选渣前后熟料岩相测试分析结果可以看出，两个熟料样无明显差异。

2.7　水泥放射性检测及水溶性六价铬含量

取试验熟料生产的P·O42.5水泥样送湖南省建筑材料质量监督检验授权站进行放射性及水溶性六价铬离子检测，检测结果为：放射性外照射指数0.2，内照射指数0.1，均满足GB 6566—2010中要求的照射指数≤1.0的要求；依据GB 31893—2015方法检测，水溶性六价铬离子含量为6.79 mg/kg。所检项目均合格。

3　结论

1）锑选渣易磨性优于砂岩，其成分与砂岩接近，经检测重金属及放射性无超标现象；经过小试与中试，锑选渣代砂岩配料与纯砂岩配料从生料配料、熟料煅烧、热耗、产量、质量等均无明显差异，锑选渣代砂岩配料可以应用于生产。该公司从8月起使用锑选渣全代砂岩配料至今，回转窑无不良反应，产质量正常稳定。

2）锑选渣全代砂岩配料生产水泥熟料，不仅可以降低企业采购成本，同时可以提高企业废渣掺兑比例，达到国家资源综合利用免税条件，有利于提高公司经济效益。

3）锑选渣代砂岩配料生产水泥熟料，可以缓解冷水江矿山地区废渣污染的难题，社会效益显著。

4　改进与提高

1）考虑到锑选渣水分过高会引起输送过程堵料等现象，需从严控制购进锑选渣水分；锑选渣储存堆棚需加强均化管理，确保质量均匀稳定。

2）从熟料岩相分析情况看，需进一步加强回转窑的煅烧操作，确保热工制度稳定，加强熟料冷却工艺管理，稳定提高熟料质量。

3）因锑选渣成分与砂岩不太一致，在荧光分析仪上用砂岩曲线检测锑选渣，检测结果不太准确，有偏低现象，要求企业质量控制部尽快安排进行锑选渣标定，新建锑选渣分析检测曲线，使进厂锑选渣成分检测快速、准确。

作者：刘卫忠，等

作者单位：娄底市国有资本投资运营有限公司