隨著2013版《水泥工業大氣污染物排放標準》的重錘落地，NOx的排放限值更加苛刻，環保的壓力將直接導致制造成本增加。因此，加大技術創新、引進新技術是水泥行業環保和降低成本的唯一出路。本文介紹熟料高效催化劑在2500t/d生產線上的試驗情況。

  1 作用機理

  此熟料高效催化劑是武漢理工大學硅酸鹽材料工程重點實驗室開發的一種無毒無害的粉粒狀無機材料，其基本組成是由多種礦物廢渣（如銅渣等）摻和一定比例的稀土貧礦（下腳料）復合而成，利用母體晶種技術來改善生料的易燒性。其主要作用機理如下：

  1）降低反應物質間質點鍵能，提高其化學反應活性；

  2）促進液相提前出現，增加液相量，降低液相黏度，降低燒成共熔溫度；

  3）促進硅酸鹽礦物微晶的形成，晶格缺陷導致活化能力提高。

  由于稀土貧礦的巖性和黏土類礦物接近，銅渣的化學成分和赤鐵礦（鐵粉）的成分接近，故催化劑的加入對生料配料基本沒有影響。但銅渣中的鐵元素主要以Fe2+ 的形式存在，同時還含有部分CuO及其他微量元素；稀土貧礦中主要含有Ce、Y、La、Nd、Pr和Sc等元素。銅渣和稀土貧礦的化學成分見表1和表2。

表1 銅渣的化學成分  %

表2 稀土貧礦的化學成分  %

  2 試驗應用

  烏蘭察布中聯水泥有限公司2500t/d生產線采用黏土、石灰石、硅砂、鐵粉和粉煤灰五組分配料。2014年1月開始在生料配料中摻入熟料催化劑進行工業試驗。

  1）催化劑的摻入。熟料催化劑為粉體，摻入方法比較簡單。在石灰石和黏土原料庫的中間支一個30t的鋼板小倉，催化劑由TO160型斗式提升機（有效提升高度8.5m）喂入小倉，然后按外摻0.5%的比例經調速定量給料機計量后與其他原料共同入磨粉磨成生料，入窯煅燒。 在配料過程中，根據生料立磨的臺時產量連鎖自動調節流量。

  2）窯況及問題。從窯頭看火孔觀察：黑火頭較短，燃燒速率快，火焰明亮，無飛砂；從操作參數來看：分解爐溫度895℃，熟料結粒好，升重1250g/L。但試驗一周后出現頻繁掉窯皮現象。從窯筒體掃描來看：窯皮不均勻，29～31m處窯皮偏厚。由于窯皮結掉頻繁，熟料fCaO含量出現不合格，平均在2.5%左右。

  3）原因及措施。根據上述現象，技術人員初步判斷是由于催化劑的使用，生料的易燒性變好，液相出現早，窯內長浮窯皮所致。因此，我們將燃燒器退出窯口10mm，并調節三次風閘板，開度關小5%，強化窯內通風。同時，調整分解爐用煤量，控制分解爐溫度在860～870℃左右，操作上盡可能實現“薄料快轉”。在配料上，提高硅酸鹽礦物含量。調整前后配料及工藝控制參數見表3。

表3 配料及工藝控制參數

  3 試驗效果

  經過上述調整，窯況逐漸好轉，窯內不再長浮窯皮，生產運行穩定，質量合格。熟料結粒均齊致密，色澤好，無黃心料。使用催化劑前后熟料質量指標見表4，能耗技術指標見表5。

表4 熟料質量指標

從表5可以看出，試驗前后，窯臺時產量同比提高5t/h，熟料標準煤耗同比下降3.5kg/t，熟料綜合電耗同比下降2.1kWh/t。初步估算，該生產線三項綜合每年可節約資金589萬元，節能及經濟效益顯著。

表5 熟料能耗技術指標