低钙质复合水泥原料生产硅酸盐水泥的方法与流程

本发明属于岩石利用技术领域，具体涉及一种低钙质复合水泥原料生产硅酸盐水泥的方法。

背景技术：

云南省有色地质局三一三队于1985-1993年对楚雄州的矿区银矿进行普查，施工钻孔10个，其上部均揭露到厚大的侏罗系中统张河组(j2z2)中段地层，以泥晶灰岩和含白云质泥晶灰岩为主体，夹灰质白云质粘土岩、灰泥质白云岩及紫红色泥岩，普查报告把它作为银矿体的围岩。据《矿产资源工业要求手册》指出“泥灰岩有海洋沉积和湖泊沉积成因，湖泊沉积的泥灰岩因mgo含量过高不能作为水泥原料。”而该围岩内含有的泥晶灰岩就是湖泊所沉积，是否含mgo过高，有待研究解决，该岩石所有量极大，如何变废为宝成为岩石利用技术领域亟需解决的问题。

传统的水泥生产工序是以灰岩矿(cao≥48％)、粘土矿及硅质矿为原料为原料，分别碎化后，配料，粉磨至-80μm，形成的水泥生料经1450℃的煅烧成为水泥熟料。其生产成本高，能耗也高，排废量大，并占用了高纯灰岩原料矿，妨碍资源的优质优用、转型升级的实现。所以十分需要探索寻找优质的新型水泥原料来接替传统水泥原料。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种低钙质复合水泥原料生产硅酸盐水泥的方法。本发明创造性地利用云南省楚雄州张河组中段内围岩作为制备水泥的原料，拓展了水泥原料的类型，丰富了不同水泥原料的成矿理论和提高其工业利用价值，淘汰部分落后的传统水泥企业，促成其优质优用，转型升级，有利于水泥行业的健康发展，让水泥企业布局更合理。本发明变废为宝，且大大降低了生产成本，具有良好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

云南省楚雄州张河组中段内围岩作为制备水泥的应用。

所述的围岩位于侏罗系中统张河组中段内，产于背斜构造轴部，呈等斜产出，走向呈n25°-70°-25°w，倾向ne、sw20-45°并向se顺山坡侧伏。

一种低钙质复合水泥原料生产硅酸盐水泥的方法，包括如下步骤：以云南省楚雄州张河组中段内围岩为原料，将其粉碎至小于3cm后，对矿石均化，形成水泥生料；控制熟料成分组合在三个率值kh为0.85-0.92、sm为1.8-2.5、im为1.00-1.8指标内；当mgo含量＞2％时，sm为1.8-3.0、im为1.00-2.0；

将得到的水泥生料于1280～1320℃下煅烧，使得cao、sio2、al2o3、fe2o3、mgo的含量范围分别为60～62％、19～22％、4～6.5％、3.3～4.6％、3.1～4.8％，得到水泥熟料。

水泥熟料中的百分号是按照重量计，其余为矿物中所含有的常规杂质，本发明对此不限定。

进一步，优选的是将得到的水泥生料于1300℃下煅烧，得到水泥熟料。

本发明所得到的水泥熟料可根据现有水泥成品型号，与传统方法中采用同种配料，如石膏等，按照现有的对kh(石灰饱和系数)、sm(硅率)、im(铝率)的计算方法，控制kh(石灰饱和系数)为0.85-0.92、sm(硅率)为1.8-25、im(铝率)为1.00-1.80，根据熟料三个率值的范围和研磨粒度，生产出不同规格的水泥。

本发明所采用的原料——低含量复合水泥原料矿体为泥晶灰岩和含镁质泥晶灰岩及少量含灰质白云质粘土岩，少量灰泥质白云岩共同构成。矿床属内陆湖泊深水相沉积成因类型，其依据如下：

1、中侏罗世中期滇中湖盆沉降加大，形成一近海的陆内特大湖盆，与西昌、成都湖盆连成一体，于泛湖期出现很多深水相沉积，双柏洼陷就是其中之一，形成厚大的深水相沉积泥晶灰岩—粘土岩系列矿床。

2、岩石内泥晶灰质矿物中mgo不超标，为低镁方解石质，类似深海相软泥经成岩作用而成，是深水相沉积的佐证。

3、泥晶灰岩的“泥”粒径小于20μm，而本原料矿物粒度小于0.002mm，只有在湖水达500m以上的深水环境下沉积成泥晶结构，又具水平层理，表明其产出水动力条件最弱或静水还原环境下，符合湖泊深水沉积特征；这是深水湖泊沉积物最有力的证据。

上述特征说明本水泥原料矿床属内陆湖泊深水相沉积成因，是国内甚至全世界第一个湖泊沉积水泥原料矿床。

申请人经多年研究，该湖泊所沉积岩石想成为水泥原料需要进行如下思考：其一，是否该泥晶灰岩mgo含量亦过高；其二是泥晶灰岩cao含量远比泥灰岩低，又如何能变成矿石而致宝；之后申请人终于解决了上述问题。归纳原因如下：

其一，本发明岩石为深水相所沉积，而深水相沉积是以低含mgo的方解石为主，所以本发明岩石mgo含量不超标；

第二，经过一系列综合研究，对硅酸盐水泥的三个率值反复组合测算，前后已组成33个生料和18个熟料测算结果，生、熟料均符合三个率值的指标要求，且其生料含mgo＜3.0％，其熟料含mgo＜5.0％，并经建材专业设计单位论证，本发明所采用的原料为硅酸盐水泥原料。

本发明所谓低钙质复合水泥原料指低cao及sio2、al2o3、fe2o3组分复合于一个矿体内，其化学成份经简单组合，则可符合水泥原料石灰饱和系数、铝率、硅率三个值指标要求的泥晶灰岩夹少量粘土质和白云质系列岩石原料，属国内新找到的第ⅲ种水泥原料，因其具有多种优越特性，为更宝贵的水泥原料。

本发明原料矿区处于扬子准地台川滇台背斜东部双柏洼陷内。

矿区地层：侏罗系，低含量复合水泥原料产于张河组中段(j2z2)内，厚度100-140m，产于背斜构造轴部，大致呈等斜产出，走向呈n25°-70°-25°w，倾向ne、sw20-45°，略呈s型展布，并向se顺山坡侧伏，已部分出露地表，经10个钻孔揭露泥晶灰岩厚53-178m，表层厚0-12m。工程控制长1400m，出露宽300-1600m初步估算资源储量16852万吨，具大型规模，预测远景资源3亿-5亿吨，经矿床勘探后，其资源量可达超大型矿床。其框体构造形态及产出情况如图1-3所示。

矿床开采技术条件属中等环境地质问题，水文地质条件简单，工程地质条件简单类型即(i-3)类型，矿石全部露天开采，剥采比0.2:1。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

(1)本发明所采用的原料生产水泥成本低，又拓展了水泥原料新类型。传统水泥料cao≥48％和泥灰岩料cao40-50％，而本发明原料中泥晶灰岩含cao≥28.02％，其水泥生料平均cao39.42％，比传统原料和天然水泥原料低很多，变岩石为矿石而致宝；但本发明得到的产品性能优异，各项性能与现有水泥性能相似，无明显差别。本发明使得这部分岩石得到工业利用，变废为宝，经济效益显著

(2)本发明生产工序简单，一烧一磨，缩短水泥生产流程，节约工时、工费，与传统方法相比，节省投资，且与同规模的企业相比，可增加产量10％以上，节约成本40元以上/吨。

(3)本发明方法无需采用其它配料，可较多节约管理费和运费。

(4)本发明所采用的原料基本无颗粒，其泥晶粒度小于0.002mm(泥晶灰岩的“泥”粒径小于20μm)，硬度低(2-2.5度)，熔点低(1250-1300℃)，易碎、易烧成，节能降耗减排。据水泥专家蔡玉良所编《水泥工程技术与实践》中指出“用低品位灰岩比使用高纯石灰岩煅烧水泥熟料，其热耗一般低10-15％”，降耗减排。所以本发明的低熔点料就更节能，较一般水泥原料和泥灰岩原料更优越。

(5)本发明所采用的原料中的硅为硅酸盐中的硅，而无活性硅，有利职工健康和环保安全。

(6)本发明所采用的原料含适量mgo和较多结晶水，能降低水泥熟料的烧成温度而降耗，并增加液相数量，降低烧成黏度，炉内运行安全。

本发明原料组成到生产工艺具多项科技创新，竞争力极强，又产出在缺灰岩少水泥的楚雄州内，勘探、开发该原料便能解决地区缺灰岩少水泥难题，还能为地方创造数百亿元财富，实用性强。

附图说明

图1为矿区地形地质图；比例为1:20000；

图2为按32号线横剖面图比例为1:4000；

图3为按i号线纵剖面图比例尺纵向比例为1:20000，垂向比例为1:10000。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

实施例1

一种低钙质复合水泥原料生产硅酸盐水泥的方法，包括如下步骤：以云南省楚雄州张河组中段内围岩为原料，将其粉碎至小于3cm后，对矿石均化，形成水泥生料；控制熟料成分组合在三个率值kh为0.85-0.92、sm为1.8-2.5、im为1.00-1.8指标内；当mgo含量＞2％时，sm为1.8-3.0、im为1.00-2.0；

将得到的水泥生料于1280～1320℃下煅烧，使得cao、sio2、al2o3、fe2o3、mgo的含量范围分别为60～62％、19～22％、4～6.5％、3.3～4.6％、3.1～4.8％，得到水泥熟料。

所述的围岩位于侏罗系中统张河组中段内，产于背斜构造轴部，呈等斜产出，走向呈n25°-70°-25°w，倾向ne、sw20-45°并向se顺山坡侧伏，矿石易采，易破碎，易烧性好。

实施例2

一种低钙质复合水泥原料生产硅酸盐水泥的方法，包括如下步骤：以云南省楚雄州张河组中段内围岩为原料，将其粉碎至小于3cm后，对矿石均化，形成水泥生料；控制熟料成分组合在三个率值kh为0.85-0.92、sm为1.8-2.5、im为1.00-1.8指标内；当mgo含量＞2％时，sm为1.8-3.0、im为1.00-2.0；

将得到的水泥生料于1280～1320℃下煅烧，使得cao、sio2、al2o3、fe2o3、mgo的含量范围分别为60～62％、19～22％、4～6.5％、3.3～4.6％、3.1～4.8％，得到水泥熟料。

所述的围岩位于侏罗系中统张河组中段内，产于背斜构造轴部，呈等斜产出，走向呈n25°-70°-25°w，倾向ne、sw20-45°并向se顺山坡侧伏。

实施例3

一种低钙质复合水泥原料生产硅酸盐水泥的方法，包括如下步骤：以云南省楚雄州张河组中段内围岩为原料，将其粉碎至小于3cm后，对矿石均化，形成水泥生料；控制熟料成分组合在三个率值kh为0.85-0.92、sm为1.8-2.5、im为1.00-1.8指标；当mgo含量＞2％时，sm为1.8-3.0、im为1.00-2.0；

将得到的水泥生料于1280～1320℃下煅烧，使得cao、sio2、al2o3、fe2o3、mgo的含量范围分别为60～62％、19～22％、4～6.5％、3.3～4.6％、3.1～4.8％，得到水泥熟料。

所述的围岩位于侏罗系中统张河组中段内，产于背斜构造轴部，呈等斜产出，走向呈n25°-70°-25°w，倾向ne、sw20-45°并向se顺山坡侧伏。

同时，将本发明原料与现有的两种原料进行了对比，结果如表1所示。

表1

本发明在云南省楚雄州侏罗系中统张河组中段内围岩上随机取样13个(据钻孔岩性柱衡量，此13个样已经具有一定代表性)，如表2和表4所示。

表2样品化学分析结果表

注：13个样为1#～13#，后面跟着的为取样钻孔或坑道的命名，括号内为取样钻的深度。“/”表示未命名。

之后采用1#～13#制备低钙质复合水泥原料生产硅酸盐水泥，结果如表3。

表3熟料成分及水泥矿物组成矿物量计算表

注：各个样号后面括号内的重量单位为吨，如4#(8.0)，为采用8.0吨的4号样。

表4岩石组分计算及岩石定名结果表

注：表4的cao中有1.4倍的mgo组成白云质，计算组分过程中，灰质须减去1.4×mgo再除以0.5603，即为岩石的灰质(caco3)。“/”表示未命名。

黏土岩平均含sio238.70％、mgo4.37％，分别为6个泥晶灰岩对应项平均值的3.7倍和1.66倍，而且sio2远远大于(al2o3+fe2o3)，能补充泥晶灰岩的硅质，且其al2o3＞fe2o3，容易组成水泥原料，保持了全层碳酸盐岩石的完整性，即j2z2整层泥晶灰岩—粘土岩构成一个特大型的新型水泥原料矿体，保持水泥四种有用组成处于同一矿体内。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。