CN110642601B - 一种以气化炉渣为原料制备的保水砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以气化炉渣为原料制备的保水砖及其制备方法，属于煤化工及和金属冶炼的工业固废处理领域。一种保水砖，包括以下组分：以质量份数计，细灰为30‑50份，粗灰为35‑50份，助熔剂为10‑20份，凝胶材料为10‑15份；其中，细灰和粗灰均由煤气化炉渣分选得到；细灰的粒径小于0.5mm，细灰烧失量为10％‑20％；粗灰的粒度为1‑3mm，其粗灰烧失量低于10％；助熔剂为经研磨的气化炉粗渣，粒度在120目以下；凝胶材料为研磨至200目以下镁渣。将废物重新利用，制成的成品砖保水性能好，强度高、成本低。

Description

一种以气化炉渣为原料制备的保水砖及其制备方法

技术领域

本发明属于煤化工及和金属冶炼的工业固废处理领域，尤其是一种以气化炉渣为原料制备的保水砖及其制备方法。

背景技术

气化时煤粒中的矿物质在高温、高压下熔融形成类似于玻璃硅酸盐共熔物，而煤粒中的有机排出的固体废弃物则与气化剂反应生成煤气从颗粒内部向外逸出时造成灰渣颗粒膨胀、产生裂隙，由于在弱还原气氛下进行，煤粒在反应的同时快速从气化室穿过，停留时间短，使灰渣中一般还有20-30％残碳没来得及彻底转化，一部分细渣随煤气进入洗气塔后通过沉降分离排出，一部分粗渣则直接从气化炉底的排灰锁斗排出。镁渣是金属镁矿石冶炼时产生的熔融炉渣，和气化灰渣的玻璃硅酸盐共熔物成分接近，只是氧化镁的含量更高些。这两种炉渣若得不到利用，被当作固体废弃物堆放时，都会造成扬尘和地下水污染。

随着煤化工产业链的不断延伸，目前我国煤气化用煤已超亿吨，每年气化炉渣排放量超过1000万吨。气化炉渣经历了高温熔融后具有发达的多孔结构和火山灰效应，但由于其中含碳量高，作为混凝土材料使用造成后期强度的下降，限制了它的规模化利用。

金属镁业在高速发展的同时，每年排放的工业镁渣超过600万吨，镁渣磨细后有很高的水化活性，可以作为胶凝材料使用，过去曾有掺加到混凝土中使用，但它有两个显著的缺点，一是呈碱性，二是水化时膨胀率高且会产生膨胀应力，不能用于钢筋混凝土或结构混凝土。这两种工业废渣除很少一部分得到利用外，目前大多被视为固体废弃物，造成资源浪费，且处理不当会造成大气中固体颗粒物增加和地下水的污染。

现代城市的地表逐步被建筑物混凝土或沥青混凝土等阻水材料所覆盖，使得自然降水不能自然的渗入地下，缺乏对城市地表温度、湿度的调节能力，产生所谓的“热岛效应”，而保水、透水砖能有效弥补城市地下水位、调节湿度和温度，减轻雨天城市排水管网的压力，作为环保性筑路材料已成为生态型城市的首选。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中在制造保水砖时，采用黏土或水泥作粘结剂含量高(一般高于30％)，孔隙率低和易形成黑心过烧的缺点，提供一种以气化炉渣为原料制备的保水砖及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种以气化炉渣为原料的保水砖，包括以下组分：

以质量份数计，细灰为30-50份，粗灰为35-50份，助熔剂为10-20份，凝胶材料为10-15份；

其中，所述细灰和粗灰均由煤气化工艺中灰水系统沉降槽中的细渣分选得到；

所述细灰的粒径小于0.5mm，分选后细灰烧失率为10％-20％；

所述粗灰的粒度为1-3mm，分选后粗灰烧失率低于10％；

所述助熔剂为来自气化炉底部排出的粗渣，磨细至120目以下；

所述凝胶材料为研磨至200目以下镁渣。

进一步的，所述助熔剂的粒度为120-100目。

一种保水砖的制造方法，包括以下步骤：

1)将煤气化炉渣分选，分选出粒径小于0.5mm的细灰和粒径1-3mm的粗灰，所述细灰烧失量为10％-20％，粗灰烧失量低于10％；

将气化炉的粗渣干燥后磨细至120目以下，作为助熔剂；

将镁渣磨细至200目以下，作为凝胶材料；

2)所述细灰、粗灰经干燥后，与所述助熔剂和凝胶材料进行混合，加入占上述材料总质量为10％-15％的水，搅拌均匀后，转移至在制砖模具中压制成型，得到砖坯；

其中，按质量份数计，所述细灰为30-50份，粗灰为35-50份，助熔剂为10- 20份，凝胶材料为10-15份；

3)所述砖坯利用烟气干燥并进行烧结，完成后得到保水砖。

进一步的，步骤1)中分选所用设备为螺旋分选机。

进一步的，步骤2)中的干燥具体操作为：

将粗灰采用筛网滤出水分、细灰采用板框式压滤机进行脱水后，自然风干或使用烟气干燥设备进行干燥。

进一步的，步骤3)中的烧结温度为1000-1150℃。

本发明的制造方法得到的保水砖

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的保水砖，粗灰和细灰构成多孔质基料，在烧结时有利于空气扩散进入内部，避免高黏土含量砖炼制过程中出现黑心现象、以及体积收缩产生裂纹；磨细的镁渣作为凝胶材料，遇水后有良好的水化活性的粘结性，加入适量水后，可使混合料粘结成型并使砖坯具有一定的强度，而在烧结过程中，用气化炉底排出的粗渣磨细粉作为助熔剂，与镁渣共同作用，两者在基料颗粒间形成低温共熔物，发挥助熔和高温粘结作用，更易在较低的温度下烧成；而基料颗粒的中空结构在烧结过程中保持不变，有利于水分在其中的存贮，制成的保水砖，雨后水分逸出速度慢，有利于对城市温度、湿度的调整；细灰粒度小于0.5mm，呈中空球体或残球状，球壁因在气化时内部气体向外释放而导致其孔隙结构发达，粗灰是灰粒在高温、高压下熔聚在一起的烧结体，粒度为1-3mm，除了细孔结构发达外，还包含有大孔结构，无需粉碎和磨细，制成的砖保持了灰渣的孔隙结构，其透水性和保水性明显较高，当基料中细灰比例高时，成品砖的保水性能好，粗灰比例高时，砖的透水性能好基料中孔隙发达。

进一步的，助熔剂来源于气化炉底排出的粗渣，为在气化炉中高温高压状态下形成的低温共熔物，磨细后充填在基体颗粒间，烧结时它首先熔融，从而保证基料颗粒可在低于其它技术的温度下烧结。

本发明的保水砖的制造方法，充分利用气化炉细渣原有的孔隙结构特点作为基料，利用磨细镁渣的水化活性在半干状态下基料混合、压制成砖坯，含水低且初期强度高，不需要其它技术中的炼泥工序、干燥工序；利用研细的气化炉粗渣作为助熔剂，与研细的镁渣共同作用，具有烧结温度低、周期短的特点。

进一步的，利用螺旋分选机分选，可采用多台并行作业，实现大规模分选。

进一步的，步骤3)中的烧结温度为1000-1150℃，低于现有技术中的烧结温度，且能够得到良好的烧结体。

本发明的制造方法得到的保水砖，防滑性及防 冻性好，强度大，孔隙率高，有利用渗水；另一方面，基料的颗粒的多孔空心球体结构，有利于水分在其中的存贮，作为保水砖，雨后水分逸出速度慢，有利于对城市温度、湿度的调整，制成的砖具有很强的市场竞争力；另一方面，由于选取的原料均来自于固体废渣，能够解决对环境带来的污染。

附图说明

图1为本发明制砖流程图；

图2为本发明分选粗灰、细灰的流程图；

其中，细灰和粗灰均取自煤气化工艺中灰水系统沉降槽中的细渣；

助熔剂来自气化炉底部排出的粗渣；

镁渣取自于硅热还原法生产金属镁时产生的固体废渣。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

目前，制砖多以黏土或水泥做粘结剂，用量大，需要练泥、陈化过程，水分高，干燥时间长；砖坯虽然易成型，但初期强度低，易变形，烧结时黏土不易熔融，体积收缩大易产生裂纹；另一方面，30％以上的黏土掺入实际会提高基料的熔融温度，需在较高的温度下烧结；可以看出和其它技术相比，本发明在原料方面充分利用工业废渣、无需黏土或水泥掺入，在工艺方面具有烧结温度低、周期短、节能降排的特点，砖坯初期强度、后期强度及孔隙率高，成品保水、透水性能好；而大多以电厂粉煤灰为基料，用气化炉渣做基料的很少，且这些技术均将基料磨细，破坏了原有的孔隙结构，透水性能不高，成品强度也不高；现有的免烧透水砖主要采用沙石做基料，孔隙主要为颗粒间的缝隙，雨后水分快速从砖中渗出，保水功能不足，与之相比，本发明制得的透水砖具有强度高，微细孔隙也十分发达，保水性能好，对调节城市温度和湿度效果更好。

参见图1，图1为本发明的制砖流程图，包括以下步骤：

分选过程，参见图2，图2为本发明中从细渣中分离出粗灰、细灰，并回收多孔炭粒的流程图，具体步骤如下：

步骤1)煤气化炉细渣的分选

将来自于气化炉灰水系统的细渣按照一定比例与水混合搅拌并泵送至螺旋分选机上，细渣随水流从顶部沿螺旋滑道流向低端，并在离心力的作用下按颗粒大小及密度在滑道上分级，底盘设置三个切口分别收集滑道内侧、中间部分和滑道外侧的物料，相应地进入灰水池、多孔炭水槽和粗灰池；脱水干燥后得到相应的粗渣、多孔炭和细灰，通过调整螺旋分选机的滑道切口挡板角度或调整水量大小控制细灰烧失量低于20％，粗灰烧失量低于10％；

步骤2)粗灰、细灰的脱水及干燥

将粗灰池中粗灰与水的混合物，置于孔径为0.2mm的筛网上脱水；筛下滤出的水分及细颗粒循环进入细渣原料池，筛上粗灰进入干燥设备中干燥处理，也可自然放置凉干，干燥可在回转窑采用烟道气干燥，也可采用微波干燥；

将细灰池中的灰水浓缩后泵送到板框压滤机进行压滤脱水，滤饼打散后仍有大量水分存在于颗粒内部孔隙中，采用微波或回转窑干燥；脱水后的细灰、粗水可以也按一定比例混合在同一台干燥设备中同时干燥。

步骤3)气化炉炉底排出的粗渣及工业镁渣的干燥、磨粉

气化炉炉底排出的粗渣经及镁渣中的水分较易蒸发，可自然风干，若原料中水分不高，可直接进入球磨机中球磨成粉状，其中气化粗渣磨细后过120目筛作为助熔剂待用，镁渣粉过200目筛作为凝胶材料，筛上物返回球磨机；

步骤4)压制成型

将以上处理过的粗灰、细灰、助熔剂、凝胶材料分别按一定比例加入混合均匀后，加入适量水分调和在搅拌机中搅拌，于半干状态下送入模具中压制成型，水分根据成型情况进行调整，过多水分会导致助熔剂及粘合剂局部团聚，分散效果不好导致砖坯强度不高，一般不高于干燥固体混合物质量的15％；水分过少则会导致粘结剂没有粘结效果，无法成型；可采用纸浆废液代替水调湿，模具可采用通常制砖的方形、六边形等各种形状，也可根据需要在底部自行设计花纹、印字；以质量份数计，细灰为30-50份，粗灰为33-45份，助熔剂为10-20份，凝胶材料为10-15份。

步骤5)烧结

将砖坯堆码进入隧道窑依次进行干燥，进行造砖工艺，工艺结束后得到保水砖。

实施例1

1)将煤气化炉渣分选使用螺旋分选机进行分选，分选出粒径小于0.5mm的细灰和粒径1-3mm的粗灰，所述细灰烧失量为10％-20％，粗灰烧失量低于10％；将气化炉的粗渣干燥后磨细至120目，作为助熔剂；将镁渣磨细至200目，作为凝胶材料；

2)将粗灰采用筛网滤出水分、细灰采用板框式压滤机进行脱水后，自然风干，干燥后，粗灰和细灰与所述助熔剂和凝胶材料进行混合，加入占上述材料总质量为10％的水，搅拌均匀后，转移至在制砖模具中压制成型，得到砖坯；其中，按质量份数计，所述细灰为30份，粗灰为35份，助熔剂为10份，凝胶材料为10份；

3)所述砖坯利用烟气干燥并进行烧结，烧结温度为1000℃，完成后得到保水砖。

实施例2

1)将煤气化炉渣分选使用螺旋分选机进行分选，分选出粒径为0.1-0.5mm 的细灰和粒径2-3mm的粗灰，所述细灰烧失量为15％-20％，粗灰烧失量为5％- 10％；将气化炉的粗渣干燥后磨细至200目，作为助熔剂；将镁渣磨细至250目，作为凝胶材料；

2)将粗灰采用筛网滤出水分、细灰采用板框式压滤机进行脱水后，使用烟气干燥设备进行干燥，干燥后，粗灰和细灰与所述助熔剂和凝胶材料进行混合，加入占上述材料总质量为12％的水，搅拌均匀后，转移至在制砖模具中压制成型，得到砖坯；其中，按质量份数计，所述细灰为40份，粗灰为40份，助熔剂为 15份，凝胶材料为12份；

3)所述砖坯利用烟气干燥并进行烧结，烧结温度为1100℃，完成后得到保水砖。

实施例3

1)将煤气化炉渣分选使用螺旋分选机进行分选，分选出粒径为0.2-0.5mm 的细灰和粒径1-2mm的粗灰，所述细灰烧失量为12％-20％，粗灰烧失量为5％- 8％；将气化炉的粗渣干燥后磨细至120目，作为助熔剂；将镁渣磨细至200目，作为凝胶材料；

2)将粗灰采用筛网滤出水分、细灰采用板框式压滤机进行脱水后，使用烟气干燥设备进行干燥，干燥后，粗灰和细灰与所述助熔剂和凝胶材料进行混合，加入占上述材料总质量为15％的水，搅拌均匀后，转移至在制砖模具中压制成型，得到砖坯；其中，按质量份数计，所述细灰为50份，粗灰为45份，助熔剂为20 份，凝胶材料为15份；

3)所述砖坯利用烟气干燥并进行烧结，烧结温度为1150℃，完成后得到保水砖。

实施例4

1)将煤气化炉渣分选使用螺旋分选机进行分选，分选出粒径为0.2-0.5mm 的细灰和粒径1-2mm的粗灰，所述细灰烧失量为12％-20％，粗灰烧失量为5％- 8％；将气化炉的粗渣干燥后磨细至120目，作为助熔剂；将镁渣磨细至200目，作为凝胶材料；

2)将粗灰采用筛网滤出水分、细灰采用板框式压滤机进行脱水后，使用烟气干燥设备进行干燥，干燥后，粗灰和细灰与所述助熔剂和凝胶材料进行混合，加入占上述材料总质量为10％的水，搅拌均匀后，转移至在制砖模具中压制成型，得到砖坯；其中，按质量份数计，所述细灰为43份，粗灰为47份，助熔剂为14 份，凝胶材料为12份；

3)所述砖坯利用烟气干燥并进行烧结，烧结温度为1125℃，完成后得到保水砖。

按照上述实施例1-实施例4得到的透水砖，制成300×300×40(mm)的保水砖或Φ75mm×40mm透水性测试样，按照《JCT945-2005透水砖行业标准》测试性能如下：

表1实施例1-4的透水砖的性能

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种以气化炉渣为原料的保水砖，其特征在于，包括以下组分：

以质量份数计，细灰为30-50份，粗灰为35-50份，助熔剂为10-20份，凝胶材料为10-15份；

其中，所述细灰和粗灰均由煤气化工艺中灰水系统沉降槽中的细渣分选得到；

所述细灰的粒径小于0.5mm，分选后细灰烧失率为10％-20％；

所述粗灰的粒度为1-3mm，分选后粗灰烧失率低于10％；

所述助熔剂为来自气化炉底部排出的粗渣，磨细至120目以下；

所述凝胶材料为研磨至200目以下镁渣；

所述助熔剂的粒度为120-100目。

2.一种保水砖的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将煤气化炉渣分选，分选出粒径小于0.5mm的细灰和粒径1-3mm的粗灰，所述细灰烧失量为10％-20％，粗灰烧失量低于10％；

将气化炉的粗渣干燥后磨细至120目以下，作为助熔剂；

将镁渣磨细至200目以下，作为凝胶材料；

2)所述细灰、粗灰经干燥后，与所述助熔剂和凝胶材料进行混合，加入占上述材料总质量为10％-15％的水，搅拌均匀后，转移至在制砖模具中压制成型，得到砖坯；

其中，按质量份数计，所述细灰为30-50份，粗灰为35-50份，助熔剂为10-20份，凝胶材料为10-15份；

3)所述砖坯利用烟气干燥并进行烧结，完成后得到保水砖；

步骤3)中的烧结温度为1000-1150℃。

3.根据权利要求2所述的保水砖的制造方法，其特征在于，步骤1)中分选所用设备为螺旋分选机。

4.根据权利要求2所述的保水砖的制造方法，其特征在于，步骤2)中的干燥具体操作为：

将粗灰采用筛网滤出水分、细灰采用板框式压滤机进行脱水后，自然风干或使用烟气干燥设备进行干燥。

5.一种根据权利要求3或4所述的制造方法得到的保水砖。

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