磷渣配料在公司熟料生产中的初步应用

俞春贵（云南红塔滇西水泥股份有限公司 云南 大理 671000）

0 前言

磷渣是电炉法生产黄磷时排出的炉渣，经水淬后形成的白色或淡灰色颗粒状物质。其主要成分为SiO2（约40%）和CaO（48%），以及少量的Al2O3、Fe2O3、MgO、P2O5、F-，其矿物成分中含有部分低硅酸盐矿物，具有潜在活性。每生产1t黄磷约产出8~10t磷渣，云南省是磷化工大省，大量磷渣的产生对磷化工企业及社会环境均产生不利影响，为解决磷渣的综合利用问题，云南省建材科研院等对磷渣在水泥生产中的应用作了课题研究，并已形成研究成果，省内多家水泥企业已成功将磷渣应用于生料配料生产熟料或将磷渣作为混合材掺加入水泥中。为改善公司生料易烧性，降低熟料烧成煤耗，提高熟料强度，从而降低生产成本，加强公司产品市场竞争力，公司进行了磷渣作为生料配料组份的试验研究，综合窑煅烧情况、熟料质量、配料成本等因素，磷渣掺入量确定为3%。

1 生产配料方案

1.1 熟料率值

采用石灰石、砂岩、粘土、铜渣、磷渣五组分配料，针对掺入3%磷渣配料后熟料易烧性的改善，为提高熟料质量，结合公司4条窑的热工特点，采用高KH、高n、低P的配料控制方案，掺入磷渣前后的熟料率值如表1。

表1 熟料率值

1.2 原材料质量情况

磷渣自昆明海口采购，铜渣自楚雄滇中冶炼厂采购，砂岩自弥渡采购，石灰石及粘土为公司石灰石矿山自产，各原材料化学成分如表2。

表2 原材料化学成分/%

2 生产中窑系统情况

磷渣配料后，熟料易烧性加强，窑煅烧主要表现特点有：

2.1 预热器系统稳定性改善

（1）因配料成分中掺入3%的磷渣以后，熟料易烧性改善，用煤量相对减少，预热器系统C5控制温度降低，C5进口温度较不掺磷渣煅烧熟料降低了15~20℃。

（2）窑尾烟室、缩口及各级旋风筒、锥体、下料管结皮明显减少。因控制温度降低，窑尾烟室、缩口及各级旋风筒、锥体、下料管等部位结皮情况得以根本性的解决，预热器堵塞次数大幅下降。

（3）系统整体温度降低。除C5进口温度降低外，预热器整个系统温度降低，在窑尾高温风机、主排风机拉风、窑台时产量均不变的情况下，C1出口下降5~8℃。窑系统温度情况如表3。

表3 掺入磷渣前后窑系统温度变化情况对比

（4）掺入3%磷渣配料后，二次风温基本变化不大（二次风温的高低更多的是与投料量多少、篦冷机的冷却效率及用风等有关）。

2.2 窑内热负荷降低

（1）窑内热负荷降低。从窑运行的情况来看，因易烧性改善，窑内热力强度明显降低，这从窑尾温度（降低）、窑内产生的热力型NOx初始浓度下降，从窑头一次风量下降可以明显看出。

（2）窑况稳定性、适应性增强。掺入3%磷渣配料后，窑稳定性更好，适应性更强。

（3）窑皮致密程度、厚度较好。从停窑后看窑内的情况，烧成带窑皮厚度、均匀性、密实牢靠程度，都比以前不掺磷渣时要好。这也为延长窑内耐火材料的使用周期创造了条件，降低了单耗成本。

（4）NOx初始浓度下降，氨水用量降低，单耗成本下降。

3 熟料质量情况

3.1 熟料化学成分及矿物组成

掺入3%磷渣配料后，由于物料易烧性加强，在提高熟料KH及n后，熟料f-CaO反而降低，从而提高了熟料硅酸盐矿物的含量，熟料综合化学成分及矿物组成见表4。

表4 熟料化学成分及矿物组成

3.2 熟料岩相分析

未掺磷渣配料的普通熟料A矿较多，含量约为58%，A矿呈六角板状及柱状，结晶完整，发育不错，边棱清晰，粒径10~20 um之间，熔蚀现象较少，可见少量包裹物，A矿包裹物为B矿和游离氧化钙。B矿呈圆粒状，可见交叉晶纹，含量约为20%，平均尺寸18um，A、B矿均发育不错，且均匀分布。在阿利特和贝利特填充的白色中间相和黑色中间相数量充足，分布均匀，中间相呈点线状均匀分布，形态正常，含量18%。

从掺3%磷渣配料的熟料岩相分析可以看出，A矿数量及尺寸均有增长，A矿发育更加完整，平均粒径达25 um，甚至出现粒径达95 um的大尺寸A矿，A矿含量约为61%，说明掺加磷渣后，由于F-和P2O5的矿化剂作用，降低熟料烧成温度，有利于A矿的形成和发育；A矿仍包裹有少量的B矿，A矿边缘清晰，呈六角板状及柱状，晶体形状规则，但大小不均。B矿数量较少，分布不均，有成片分布的B矿，呈圆粒状，表面有双交叉晶纹，含量约为17%，平均粒径为20um。A，B矿分布均匀。黑色中间相呈点线状分布（C3A 7%,C4AF10%），中间相含量正常，均匀分布。

使用磷渣配料后，熟料易烧性改善，降低了熟料烧成温度，熟料孔隙率降低，A矿数量及粒径增加，熟料质量提高，在熟料KH提高后，熟料游离氧化钙降低，C3S增加，有利于煅烧高强度熟料。

3.3 熟料物理性能

表5为熟料掺加磷渣配料前后的物理性能情况。

表5 熟料物理性能

从表5可以看出：

（1）采用磷渣配料后，熟料标准稠度用水量无变化。

（2）采用磷渣配料后，熟料凝结时间变化明显，初凝延长22min，终凝延长25min，这主要是受磷渣中P2O5影响所致。

（3）采用磷渣配料后，熟料3天及28天抗压强度均有增长，3天抗压强度增加1.4MPa，28天抗压强度增加2.2MPa。

3.4 磷渣配料改善易烧性机理

由于水淬磷渣玻璃体中含有大量CaSiO3微晶，这些微晶对熟料矿物的形成具有良好的晶核诱导作用，磷渣配料生产熟料能显著改善熟料易烧性，加速矿物形成，降低熟料烧成温度；由于磷渣带入的微量F-和P2O5的作用，降低了高温液相粘度，并因此促进C3S矿物的形成与析晶及降低熟料形成过程中的反应活化能，具有矿化作用；磷渣中的低硅酸盐矿物在熟料煅烧过程中具有晶种作用，能加速C3S矿物的形成，掺加适量磷渣能大幅提高熟料强度并降低烧成热耗。

4 结语

（1）经过近年来公司采用3%磷渣配料的生产实践表明，由于生料易烧性的改善，在烧成系统方面，可降低熟料烧成的系统温度，从而降低熟料烧成煤耗；由于烧成系统温度的降低，降低了窑系统的NOX初始浓度，有利于氨水消耗量的下降；增加了窑系统耐火材料的使用周期，有利于窑系统长期安全稳定运行。

（2）在产品质量控制方面，由于生料易烧性的改善，为提高熟料KH控制值及提高熟料中C3S创造了条件，从而提高了熟料强度，而熟料强度的提高有利于生产高强度等级水泥及增加混合材掺加量，最终增强了公司产品的市场竞争力。

（3）磷渣配料生产熟料，由于磷渣改善易烧性的机理较为复杂，磷渣的掺量又与磷渣中的F-和P2O5含量密切相关，因此需进一步深入开展磷渣的掺量与熟料性能的试验研究与生产应用工作。