CN108275895B - 一种悬浮焙烧煤气化渣制备胶凝材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬浮焙烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，是将工业碱、硅铝氧化物与煤气化渣按比例混匀并磨细至全过100目筛的细度，然后将混合粉体在加压焙烧炉中于700~1000℃悬浮焙烧，最后在冷却的焙烧料中按比例加入石灰和石膏混合均匀，最后磨细至达到200目筛余量≤10%的细度即得胶凝材料。该方法处理煤气化渣制备胶凝材料，兼具经济与社会效益。

Description

一种悬浮焙烧煤气化渣制备胶凝材料的方法
技术领域
本发明属于环境保护和建筑材料及其应用领域，具体涉及一种煤气化渣处理和利用技术。
背景技术
随着我国工业经济的高速发展，基于我国“富煤贫油少气”的一次能源结构特征，以合成、制取各种化工产品和燃料油为主的煤化工产业得到迅猛发展。煤气化技术则更是发展煤基化学品合成、液体燃料合成、先进联合循环发电( IGCC)、多联产、制氢、直接还原炼铁等工业的基础技术和关键技术。随着煤气化相关产业的发展，气化工艺中排出的灰渣日益增多。据初步估计，2013年我国煤气化渣排量达到1亿吨。煤气化渣由常见的造岩元素组成，经过温度高达1200~1700℃的热历史，冷却后呈玻璃态，且其中含有可超过20%的未燃尽的煤，直接堆存排放不仅占用大量土地、导致环境污染和地质灾害的风险，而且造成了煤炭资源的浪费。因其中所含炭质强度不好且难以移除，煤气化渣不宜直接用作建筑材料，目前除填埋或者露天堆放外，只能用作路基和矿山回填等简单应用，其它如用作陶瓷原料的应用掺量少，处理能力有限，不足以消纳大量高速增长的煤气化渣。研究大批量处理和增值利用煤气化渣的技术，对环境保护和煤化工业的可持续发展有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤气化渣处理和利用技术，具体提供一种悬浮焙烧煤气化渣制备胶凝材料的方法。
本发明采用的技术方案：
一种悬浮焙烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，包括如下顺序的步骤：
（1）准备工业碱和硅铝氧化物两种原料；其中，工业碱是指在后续焙烧步骤时可释放出Na2O的物质；硅铝氧化物是指主要化学组成必含SiO2和Al2O3的物质，要求其在1000℃焙烧后的剩余质量中，SiO2<85%，Al2O3>10% 且 SiO2+Al2O3>80%；
（2）将干燥的工业碱、硅铝氧化物与煤气化渣混匀后磨细至全过100目筛的细度；其中硅铝氧化物与煤气化渣的质量比为 0.5~1.5，工业碱的加量按其所含Na2O与硅铝氧化物和煤气化渣二者混合物的质量比为0~0.08确定；
（3）将步骤（2）所得的混合粉体适量置于内置燃气烧嘴的密闭焙烧炉内加压悬浮焙烧，然后冷却至室温得到焙烧料；除内置燃气烧嘴外，加压焙烧炉从外部输入预热空气流使粉体在焙烧时保持充分悬浮的状态；焙烧炉附有入料阀门和出料阀门，其中出料阀门在焙烧室内部压力达到一定值时自动开启，粉料在压力作用下排出后速冷至室温；输入给燃气烧嘴的助燃空气量超过使燃气完全燃烧所需的空气量；焙烧粉料量、燃气流量、焙烧最高气压的匹配需满足使粉体在煅粉时充分悬浮、焙烧温度保持在700~1000℃且充分氧化；
（4）在冷却到室温的焙烧料中加入石灰和石膏；石灰的加量按所含等当量Ca(OH)2的质量为焙烧料的15%~40%确定，石膏的加量按所含等当量CaSO4·2H2O的质量为焙烧料的0~50%确定；将所得混合物混合均匀并磨细至达到200目筛余量≤10%的细度即得新型无机胶凝材料。
作为优选，步骤（1）中，所述的工业碱为NaOH和/或Na2CO3。
作为优选，所述的硅铝氧化物为各种天然硅铝质岩石、煤矸石和矿山尾矿中的一种或几种的混合物。
作为优选，所述的石灰指生石灰、熟石灰、电石渣中的一种或几种的混合物。
作为优选，所述的石膏指含有CaSO4、CaSO4·0.5H2O和 CaSO4·2H2O中的任一种或多种的固体物质。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明创新了一种充分消除煤气化渣内的余碳并将其转化为有用的无机胶凝材料的方法，且所用的其它原料亦可用煤矸石、电石渣、工业废石膏等工业废渣代替，故兼具良好的经济与社会效益。
（2）本发明提供了一种制备新型无机胶凝材料的方法，与主流的硅酸盐水泥相比，具有碳排放低、能耗低和污染排放少的特点，考虑到煤气化渣中煤含量通常超过20%，可替代焙烧所需燃料而节省焙烧能耗。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不限于此。
需要说明的是，本文中的“煤气化渣”指各种以水煤浆或煤粉形式经各种气化炉处理后所得气化灰渣，但不限于上述气化灰渣，也适用于其他工艺副产一定含碳的灰渣。
实施例中牵涉到的硅铝氧化物有5种天然岩石、一种煤矸石和一种矿山尾矿，它们的主要化学成分见表1所示；工业碱用了NaOH和 Na2CO3，二者均为分析纯；用到的石灰包括生石灰、熟石灰和电石渣，前二者分别为分析纯的CaO和Ca(OH)2，而电石渣则含85%（质量比）的Ca(OH)2；用到的石膏包括天然二水石膏、脱硫石膏、建筑石膏、硬石膏和焙烧石膏等五种，其中天然二水石膏和脱硫石膏均含90%的CaSO4·2H2O，建筑石膏含90%的CaSO4·0.5H2O，硬石膏和焙烧石膏均含90%的CaSO4，氟石膏含45%的CaSO4·2H2O和45%的CaSO4。
实施例的制备过程如下：将干燥的工业碱、硅铝氧化物和煤气化渣三者混合后用水泥实验小磨研磨约30分钟，具体研磨时间以磨后粉料全过100筛为准。其中，三种原料的配料比要求硅铝氧化物与煤气化渣的质量比为 0.5~1.5，工业碱的加量按其所含Na2O与硅铝氧化物和煤气化渣二者混合物的质量比为0~0.08确定。混合物粉体置于内置燃气烧嘴的密闭焙烧炉内加压悬浮焙烧，然后冷却至室温得到焙烧料。加压焙烧炉从外部输入加压预热空气流从而使粉体在焙烧时保持充分悬浮的状态。焙烧炉附有入料阀门和出料阀门，其中出料阀门在焙烧室内部压力达到最大值时自动开启，从而使从入料阀阀门导入的粉料在压力作用下排出并迅速冷却至室温。输入给燃气烧嘴的助燃空气超过使燃气充分燃烧所需的空气量以保持氧化气氛。单次焙烧粉料量、燃气流量、焙烧最高气压需匹配合理，使粉体在煅粉时充分悬浮、焙烧温度保持在700~1000℃且充分氧化。
冷却后的焙烧料及后续加入的石灰和石膏分别粉磨，三者的粉磨时间约半小时，具体粉磨时间以达到200目筛余量≤10%的细度要求为准。三种经过粉磨的物料粉用混料机按比例混匀即得胶凝材料粉体。所得胶凝材料中，石灰的加量需符合按所含等当量Ca(OH)2的质量为焙烧料的15%~40%的要求，石膏的加量需符合按所含等当量CaSO4·2H2O的质量为焙烧料的0~50%的要求。实施例中各种物料具体配方及焙烧最高温度等详细的工艺数据详见表2。
按GB/T17671~1999的方法对表2所示的实施例的胶凝材料胶砂进行养护和强度检测。相应的强度数据详见表3。由表3可知，所制胶凝材料强度性能均超过砌筑水泥的要求，多数超过PC32.5胶凝材料的要求，部分达到PO42.5胶凝材料的要求，说明煤化渣用该方法处理并用来制备胶凝材料的效果良好。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 259457DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE003

Claims (5)

1.一种悬浮焙烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：
(1)准备工业碱和硅铝氧化物两种原料；其中，工业碱是指在后续焙烧步骤时可释放出Na2O的物质；硅铝氧化物是指主要化学组成必含SiO2和Al2O3的物质，要求其在1000℃焙烧后的剩余质量中，SiO2<85％，Al2O3>10％且SiO2+Al2O3>80％；
(2)将工业碱、硅铝氧化物与煤气化渣三种干燥的原料混匀后磨细至全过100目筛的细度；其中硅铝氧化物与煤气化渣的质量比为0.5～1.5，工业碱的加量按其所含Na2O与硅铝氧化物和煤气化渣二者混合物的质量比为0～0.08确定；
(3)将步骤(2)所得的混合粉体适量置于内置燃气烧嘴的密闭焙烧炉内加压悬浮焙烧，然后冷却至室温得到焙烧料；除内置燃气烧嘴外，加压焙烧炉从外部输入预热空气流使粉体在焙烧时保持充分悬浮的状态；焙烧炉附有入料阀门和出料阀门，其中出料阀门在焙烧室内部压力达到一定值时自动开启，粉料在压力作用下排出后速冷至室温；输入给燃气烧嘴的助燃空气量超过使燃气完全燃烧所需的空气量；焙烧粉料量、燃气流量、焙烧最高气压的匹配需满足使粉体在煅粉时充分悬浮、焙烧温度保持在700～1000℃且充分氧化；
(4)在冷却到室温的焙烧料中加入石灰和石膏；石灰的加量按所含CaO换算成等当量Ca(OH)2的质量为焙烧料的15％～40％确定，石膏的加量按所含CaSO4换算成等当量CaSO4·2H2O的质量为焙烧料的0～50％确定；将所得混合物混合均匀并磨细至达到200目筛余量≤10％的细度即得胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的一种悬浮焙烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的工业碱为NaOH和/或Na2CO3。
3.根据权利要求1所述的一种悬浮焙烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，其特征在于：所述的硅铝氧化物为各种天然硅铝质岩石、煤矸石和矿山尾矿中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种悬浮焙烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，其特征在于：所述的石灰指生石灰、熟石灰、电石渣中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种悬浮焙烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，其特征在于：所述的石膏指含有CaSO4、CaSO4·0.5H2O和CaSO4·2H2O中的任一种或多种的固体物质。
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