CN110078401B - 一种煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺，包括以下步骤：(1)破碎；(2)配料、混匀：将破碎后的煤矸石、生石灰、炭质燃料和水在圆筒混合机中按照设定的比例充分混匀；(3)制粒：将混匀矿制成预定粒度的小球；(4)烧结：将制粒小球在带式抽风烧结机中布料、点火、抽风烧结和冷却；(5)破碎和细磨：将烧结料破碎并细磨至设定比表面积，即得所述活性混合材。本发明提供了一种煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺，利用烧结过程燃烧带温度高，时间短的特性，可形成玻璃质物相，同时烧结料内主要以氧化气氛为主，可以将煤矸石中有害的成分，如有机质、残炭、硫等高温脱除，防止其对水泥的胶结性能，抗冻性和耐久性产生不利的影响。
Description
技术领域
本发明属于固废综合利用技术领域，具体涉及一种煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺。
背景技术
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中产出的固体废弃物，是与煤层伴生的一种含碳量较低、粒度坚硬的岩石。据不完全统计，目前我国煤矸石堆存量高达100亿吨，占地超过2万亩。煤矸石也因此成为我国积存量和年产生量最大、占用堆积场地最多、对环境危害巨大的工业废物。
目前，煤矸石综合利用的方法有很多，比如煤矸石发电、煤矸石烧结砖、水泥原料、铺路材料等。这些技术虽然能够使煤矸石得到一定程度上的利用，但是煤矸石处理量有限，远远无法消化巨量堆存和产生的煤矸石。为了使得煤矸石在水泥中能够得到最大化的利用，必须借助适宜的方法，增加其活性，减少煤矸石残炭等有机质，降低其硫含量和烧损。目前已有的文献报道，煤矸石可以通过机械活化、化学活化等活化方法可激发其活性。机械活化和化学活化虽然可以显著提高煤矸石的活性，但是无法有效降低其残炭、有机质、硫含量和烧损等，对水泥的胶结性能，抗冻性和耐久性产生不利的影响。
中国专利CN1236748A公开了一种煅烧煤矸石制取活性水泥混合材的方法，该方法中煤矸石在简易窑内，氧化气氛下，煅烧温度控制在850～1150℃的条件下，可制备成活性水泥混合材，该工艺虽然简单，但是该专利中并没有给出实例且简易窑煅烧过程，温度过高容易结窑，造成停产等一系列问题。
中国专利CN102351446A公开了一种煤矸石活性混合材制备方法，将天然煤矸石破碎至10mm以下，放入微波炉中，辐照8～12min时间后，用球磨机粉磨15～30min，即可获得活性混合材。该方法虽然简单可行，成本低且制备的活性混合材质量高，但是活化效果较差，微波炉大型化和工业化难度极大，成本巨大，因此并不能大规模的处理巨量的煤矸石。
综上所述，已公开的有关煤矸石制备活性混合材的技术中，均可通过火法煅烧制备活性混合材。由此，真正限制煤矸石制备混合材的应用在于如何开发高效、低成本、清洁和大规模的生产工艺。但是这些专利技术或者专利申请中所提到的煤矸石火法煅烧活化效果较差，而且产量均较低，无法大规模消耗巨量煤矸石。
发明内容
针对现有技术中煤矸石活性效果较差、产量较低的技术问题，本发明的目的在于提供一种煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺，旨在通过本发明所提供的带式烧结法能够高效、低成本、清洁和大规模的利用煤矸石制备性能良好的混合材。
本发明的技术方案为：一种煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺，包括以下步骤：
(1)破碎：将煤矸石破碎至预定细度；
(2)配料、混匀：将步骤(1)破碎后的煤矸石、生石灰、炭质燃料和水在圆筒混合机中按照设定的比例充分混匀；
所述煤矸石、生石灰、炭质燃料和水的重量百分比如下：
(3)制粒：将步骤(2)制得的混匀矿制成预定粒度的小球；
(4)烧结：将步骤(3)得到的制粒小球在带式抽风烧结机中布料、点火、抽风烧结和冷却，脱C、S和有机质，提高煤矸石活性；
(5)破碎和细磨：将步骤(4)得到的烧结料破碎并细磨至设定比表面积，即得所述活性混合材。
作为优选，所述炭质燃料为兰炭、无烟煤和烟煤中的至少一种。
作为优选，步骤(1)中，将煤矸石用颚式破碎机破碎至-8mm，所述破碎过程中，破碎粒度-8mm占100％，-0.5mm占15％～25％。
作为优选，步骤(3)中，利用圆筒造球机将混匀矿制成预定粒度的小球，圆筒制粒机的转速为30～50rpm，制粒时间为3～5min；制粒过程喷洒水分为1％～2％。
作为优选，步骤(3)中，制粒小球粒度为+3mm粒级质量分数不少于65％，所获得的制粒小球总水量控制在7％～9％；所获得的制粒小球透气性阻力小于50Pa。
作为优选，步骤(4)中，布料过程，控制料层高度为700～1000mm。
作为优选，步骤(4)中，点火时间为2～3min，点火温度为1050～1150℃，点火负压为6～12kPa。
作为优选，步骤(4)中，抽风烧结过程，烧结负压为12～15kPa。
作为优选，步骤(4)中，冷却时间为3～5min，冷却负压为8～12kPa。
作为优选，步骤(5)中，将煤矸石烧结料破碎磨矿粒度-0.045mm大于80％，细磨烧结料的比表面积大于500m2/kg。
煤矸石主要化学成分SiO2和Al2O3，是一种潜在的胶凝活性物质，可用于制备混合材。但是，煤矸石中矿物组分结晶良好，活性较低，所含大量的残炭、有机质和硫含量对水泥的胶结性能，抗冻性和耐久性产生不利的影响。因此，煤矸石需要进一步处理，提高其活性，降低其有害元素含量。鉴于煤矸石活化制备混合材中所遇到的一系列难题，本发明人通过大量研究发现，通过将煤矸石、生石灰、炭质燃料和水混匀制粒后，在烧结机中充分烧结，然后快速降温，形成无定型的SiO2或Al2O3，将热能转化为化学能，提高其活性。
鉴于煤矸石制备过程中所遇到的一系列难题，本发明人通过大量研究发现，通过添加生石灰、炭质燃料，预先制备成高质量的小球，将小球通过带式抽风烧结机，然后快速冷却，以脱除其中含C、S等杂质元素，低温下形成液相，快速冷却过程中生产无定型SiO2和Al2O3，可有助于提高混合材活性，改善其质量。
由于功能添加剂之间的协同作用，炭质燃料不仅促进燃烧，而且分解产生气体，提高球团孔隙率，促进氧气的扩散，提高球团内部的氧势，强化煤矸石的脱C、脱S和有机质。同时，添加剂中CaO与煤矸石中SiO2和Al2O3，发生反应产生一定的液相。
本发明中，通过大量研究及试验验证，通过添加生石灰、炭质燃料，可强化造球、改善生球性能、提高煤矸石中有害元素C和S的脱除，降低其残余含量，同时可以促进焙烧过程液相的形成，促进无定型态矿物的产生，提高混合材的质量和活性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
(1)本发明提供了一种煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺，利用烧结过程燃烧带温度高，时间短的特性，可形成玻璃质物相，同时烧结料内主要以氧化气氛为主，可以将煤矸石中有害的成分，如结晶水、有机质、残炭、硫等高温脱除，防止其对水泥的胶结性能，抗冻性和耐久性产生不利的影响。
(2)本发明提供了一种煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺，利用烧结过程中燃烧前沿速度快，抽风烧结过程，冷却速度快，冷却时间短的优势，在急冷过程中煤矸石烧结料来不及形成良好晶体，其中大量热能转化为蕴涵在玻璃质的化学能，从而使得玻璃质在与水泥反应时，化学能迅速释放，提高其活性。同时，玻璃质中无定型的SiO2和Al2O3与水泥中的部分水化产物进行二次反应，提高强度。
(3)本发明提供了一种煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺，在制粒过程中，添加生石灰，利用生石灰消化得到的消石灰胶体，强化煤矸石制粒，改善烧结透气性，加快烧结速度，提高烧结机利用系数；同时生石灰作为一种熔剂，可以促进烧结过程液相的形成，提高冷却过程玻璃质量，强化混合材的活性。
(4)本发明工艺适于大规模生产，煤矸石使用量占到85％以上，有利于彻底解决煤矸石堆存问题，并为建筑行业提供优质混合材；带式烧结法处理煤矸石，其产量大、效率高、成本低和规模大；一台500m2烧结机，年处理煤矸石量可达550万吨，年产活性混合材量近500万吨。
附图说明
附图1为本发明实施例1的工艺流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例和附图对本发明技术方案进行详细的阐述。
以下实施例及对比例，采用某地区的煤矸石，其化学成份如下：
SiO2 56.96％，CaO 22.38％，MgO 0.38％，Al2O3 22.38％，C 2.38％，S 0.16％，LOI 12.14％。
以下实施例中，所用兰炭粒度-5mm粒级占质量百分数为80％～90％，且-1mm粒级所占质量百分数为2％～10％，兰炭固定炭含量为80％～85％；生石灰粒度小于0.5mm。
实施例1
破碎至-8mm的煤矸石粉料，配加质量比为4％的兰炭，质量比为2％的生石灰和质量比为5％的水，然后在圆筒混合机中强力混匀3min，混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为1.5％的水分，且圆筒制粒机的转速为40rpm、制粒时间为3min，制粒所得小球，粒度+3mm质量比为72％，含水量7.5％，生料的透气性阻力43Pa。
煤矸石生料在带式烧结机(料层高度为700mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却，在点火时间2.5min，点火温度1100℃，点火负压6KPa；烧结负压12KPa；冷却时间5min，冷却负压8KPa的条件下，即可获得煤矸石烧结料；烧结利用系数1.32t/m2·h，烧成率73％，烧结速度27.5mm/min。
煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机中干磨至粒度-0.045mm 82％，比表面积550m2/kg，即可得到煤矸石活性混合材。
按照GB/T12957-2005检验活性，活性指数为85％；烧损量为1.05％，SO3含量为0.2％，MgO含量0.4％，残炭含量为0.1％。
实施例2
破碎至-8mm的煤矸石粉料，配加质量比为5％的兰炭，质量比为2.5％的生石灰和质量比为5.5％的水，然后在圆筒混合机中强力混匀3min；混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为1.5％的水分，且圆筒制粒机的转速为40rpm、制粒时间为3min；制粒所得小球，粒度+3mm质量比为75％，含水量7％左右，生料的透气性阻力40Pa。
煤矸石生料在带式烧结机(料层高度为700mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却；在点火时间2.5min，点火温度1150℃，点火负压6KPa；烧结负压14KPa；冷却时间5min，冷却负压10KPa的条件下，即可获得煤矸石烧结料；烧结利用系数1.38t/m2·h，烧成率72％，烧结速度28.8mm/min。
煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机干磨至粒度-0.045mm85％，比表面积590m2/kg，即可得到煤矸石活性混合材。
按照GB/T12957-2005检验活性，活性指数为88％；烧损量为1.01％，SO3含量为0.21％，MgO含量0.35％，残炭含量为0.12％，各项指标均满足国标要求。
实施例3
破碎至-8mm的煤矸石粉料，配加质量比为4％的兰炭，质量比为2.5％的生石灰和质量比为5.0％的水，然后在圆筒混合机中强力混匀3min；混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为1.5％的水分，且圆筒制粒机的转速为40rpm、制粒时间为5min；制粒所得小球，粒度+3mm质量比为71％，含水量7％左右，生料的透气性阻力44Pa。
煤矸石生料在带式烧结机(料层高度为700mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却；在点火时间2.5min，点火温度1150℃，点火负压6KPa；烧结负压14KPa；冷却时间5min，冷却负压12KPa的条件下，即可获得煤矸石烧结料。烧结利用系数1.21t/m2·h，烧成率73％，烧结速度26.5mm/min。
煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机干磨至粒度-0.045mm83％，比表面积500m2/kg，即可得到煤矸石活性混合材。
按照GB/T12957-2005检验活性，活性指数为79％；烧损量为1.04％，SO3含量为0.18％，MgO含量0.33％，残炭含量为0.09％，各项指标均满足国标要求。
实施例4
破碎至-8mm的煤矸石粉料，配加质量比为6％的兰炭，质量比为3.5％的生石灰和质量比为6.0％的水，然后在圆筒混合机中强力混匀3min；混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为2％的水分，且圆筒制粒机的转速为40rpm、制粒时间为5min；制粒所得小球，粒度+3mm质量比为78％，含水量7％左右，生料的透气性阻力35Pa。
煤矸石生料在带式烧结机(料层高度为700mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却；在点火时间2.5min，点火温度1150℃，点火负压6KPa；烧结负压14KPa；冷却时间5min，冷却负压12KPa的条件下，即可获得煤矸石烧结料；烧结利用系数1.44t/m2·h，烧成率74％，烧结速度30.8mm/min。
煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机干磨至粒度-0.045mm85％，比表面积640m2/kg，即可得到煤矸石活性混合材。
按照GB/T12957-2005检验活性，活性指数为88％；烧损量为0.76％，SO3含量为0.12％，MgO含量0.29％，残炭含量为0.1％，各项指标均满足国标要求。
实施例5
破碎至-8mm的煤矸石粉料，配加质量比为7％的兰炭，质量比为4.5％的生石灰和质量比为6.5％的水，然后在圆筒混合机中强力混匀3min；混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为2％的水分，且圆筒制粒机的转速为40rpm、制粒时间为5min；制粒所得小球，粒度+3mm质量比为82％，含水量7.5％，生料的透气性阻力30Pa。
煤矸石生料在带式烧结机(料层高度为700mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却；在点火时间3min，点火温度1100℃，点火负压6KPa；烧结负压16KPa；冷却时间5min，冷却负压8KPa的条件下，即可获得煤矸石烧结料。烧结利用系数1.48t/m2·h，烧成率73.8％，烧结速度32.6mm/min。
煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机干磨至粒度-0.045mm87％，比表面积680m2/kg，即可得到煤矸石活性混合材。
按照GB/T12957-2005检验活性，活性指数为90％；烧损量为0.72％，SO3含量为0.11％，MgO含量0.24％，残炭含量为0.13％，各项指标均满足国标要求。本发明工艺适于大规模生产，煤矸石使用量占到85％以上，有利于彻底解决煤矸石堆存问题，并为建筑行业提供优质混合材；带式烧结法处理煤矸石，其产量大、效率高、成本低和规模大；一台500m2烧结机，年处理煤矸石量可达550万吨，年产活性混合材量近500万吨。
Claims (2)
1.一种煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 破碎：将煤矸石破碎至预定细度；
将煤矸石用颚式破碎机破碎至-8mm，所述破碎过程中，破碎粒度-8mm占100%，-0.5mm占15%~25%；
(2) 配料、混匀：将步骤(1)破碎后的煤矸石、生石灰、炭质燃料和水在圆筒混合机中按照设定的比例充分混匀；
所述煤矸石、生石灰、炭质燃料和水的重量百分比如下：
煤矸石 81%~87%；
生石灰 2%~5%；
炭质燃料 4%~7%；
水 5%~8%；
各原料重量百分比之和为 100%；
(3) 制粒：将步骤(2)制得的混匀矿制成预定粒度的小球；
利用圆筒造球机将混匀矿制成预定粒度的小球，圆筒制粒机的转速为30~50rpm，制粒时间为3~5min；制粒过程喷洒水分为1%~2%；
制粒小球粒度为+3mm粒级质量分数不少于65%，所获得的制粒小球总水量控制在7%~9%；所获得的制粒小球透气性阻力小于50Pa；
(4) 烧结：将步骤(3)得到的制粒小球在带式抽风烧结机中布料、点火、抽风烧结和冷却，脱C、S和有机质，提高煤矸石活性；
布料过程，控制料层高度为700~1000mm；
点火时间为2~3min，点火温度为1050~1150oC，点火负压为6~12kPa；
抽风烧结过程，烧结负压为12~15kPa；
冷却时间为3~5min，冷却负压为8~12kPa；
(5) 破碎和细磨：将步骤(4)得到的烧结料破碎并细磨至设定比表面积，即得所述活性混合材；
将煤矸石烧结料破碎磨矿粒度-0.045mm大于80%，细磨烧结料的比表面积大于500m2/kg。
2.根据权利要求1所述的煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺，其特征在于，所述炭质燃料为兰炭、无烟煤和烟煤中的至少一种。
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