CN111172383A

CN111172383A - 一种综合利用煤泥和工业废弃物生产铝硅铁钛合金的方法

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Publication number: CN111172383A
Application number: CN202010100776.6A
Authority: CN
Inventors: 武翠莲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本发明提供了一种综合利用煤泥和工业废弃物生产铝硅铁钛合金的方法，先检测煤泥与辅料的化学组分，再根据产品组分要求，将处理后的煤泥与辅料按照一定的比例混合后轧制成型块，再进行两次升温操作得到铝硅铁钛合金，第一次升温的最高温度为1500℃，第二次升温操作的最低温度为1800℃。本发明创新的开发了全新的一种煤泥等工业废弃物的处理技术体系，创造性的开发了两段式升温工艺，打破了煤泥只能用于堆存填埋或兑掺燃烧等低价值应用的路线现状，提供了利用煤泥和工业废弃物生产铝硅铁钛合金的方法，该方法处理效果好，绿色无污染，生产能力高，产品用途广泛附加值高，是相关固体废物及污染物等资源化价值化的有前景的消纳和处理方法。

Description

一种综合利用煤泥和工业废弃物生产铝硅铁钛合金的方法

技术领域

本发明属于再生资源循环利用、污染治理、工业废弃物综合利用、生态环境保护、无机材料、冶金、新材料等技术领域，尤其是一种综合利用煤泥和工业废弃物生产铝硅铁钛合金的方法。

背景技术

我国是煤炭消耗的大国，煤炭资源在我国具有重要的战略地位。煤炭占我国化石能源资源储量的94.14％，资源总量稳居世界第一。

煤泥泛指煤粉含水形成的半固体物，尤其在洗选过程中主要产生，属大宗工业废弃物。随着原煤入洗率的逐年提升，我国每年煤泥的产生量巨大，目前绝大多数煤泥只能被动的堆存或填埋，造成严重生态环境污染。煤泥具有颗粒细、水份大、灰分高、粘度大、持水性强、内聚力大、不易利用、难以运输等特点，在堆积状态下形态极不稳定。煤泥中的有害水份会渗透污染土壤及地下水，煤泥遇水就随流污染河流，遇风就扬尘污染大气，不但浪费了宝贵的煤炭资源，更造成严重生态环境破坏，是我国煤炭产区资源的严重浪费以及重要的环境污染源。

目前，煤泥资源化利用的比例还很低，有一定产业化的途径主要有以下两种:①利用煤泥的低热值直接燃烧发电；②通过将煤泥干燥脱水制成型煤，与中煤掺混作为锅炉燃料。这两种技术措施均以利用煤泥的热值为主要手段，而煤泥的热值很低，故而无法有效提高综合利用率。目前我国每年堆存和被动填埋的煤泥的数量都在高速增加，不仅占用大量土地资源，还会污染生态环境以及自燃释放有毒有害气体，煤泥等工业废弃物的综合利用已成为政府和社会迫切需要解决的重大问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种综合利用煤泥和工业废弃物生产铝硅铁钛合金的方法，该方法处理效果好，绿色无污染，生产能力高，产品用途广泛、附加值高。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种综合利用煤泥和工业废弃物生产铝硅铁钛合金的方法，先检测煤泥与辅料的化学组分，再根据产品组分要求，将处理后的煤泥与辅料按照一定的比例混合后轧制成型块，再进行两次升温操作得到铝硅铁钛合金，第一次升温操作的最高温度为1500℃，第二次升温操作的最低温度为1800℃。

具体步骤如下：

步骤(1)：对煤泥进行检测和预处理，

步骤(2)：对资源类原辅料进行破碎、磨粉，

步骤(3)：对废弃污染物类原辅料进行预处理，必要时除杂，

步骤(4)：根据煤泥等原辅料的检测数据和产品中各元素的质量比例要求进行称重和配料，

步骤(5)：将全部原辅料混合，

步骤(6)：将混合后原辅料轧制成型块，型块体积在5000cm³以内，

步骤(7)：依设定的温控曲线对型块进行第一次升温操作，最高操作温度为1600℃，

步骤(8)：将符合标准的合格的型块通过传送带送入处理炉，其中型块的合格标准包含：①水份＜7％，②强度＞3MPa

步骤(9)：在处理炉内依设定的温控方式进行第二次升温操作，

步骤(10)：从处理炉引出收集制得的铝硅铁钛合金。

而且，所述步骤(1)中的检测内容包括煤泥的含水量、化学成分、颗粒物粒径、含碳量、灰分、挥发分。

而且，所述步骤(1)中的煤泥预处理方法可包括：分拣、水洗、破碎、淘洗、过滤、压滤、粒径分级、除杂、干燥或脱水等环节，得到煤泥的粒径目数须大于10目。

而且，所述步骤(2)中的资源类原辅料的可供选择的选项包括有：石油焦、高岭土、高岭石、焦炭、兰炭、膨润土、蒙脱石、煤炭、粘土、碳素粉、萤石、重油、焦油、煤沥青等，要求粒径小于5毫米。

而且，所述步骤(3)中的废弃污染物类原辅料的可供选择的选项包括有：秸秆、秸秆焦、废木材、锯末、废重油、矸石、废炭块、废耐火材料、粉煤灰、尾矿石砂、低品位矿石砂、冶金灰渣、废沥青、煤化工渣粉等，要求粒径小于10毫米，如果添加的质量比例较高或者产品元素的要求较严苛，需进行化学成分检测。

而且，所述步骤(4)中配料的方法主要原则是依照产品中各元素的所需质量比例来进行计算，具体标准含：①将原辅料中的水份减去，②让氧元素和碳元素的摩尔比在0.9:1到1:1之间。

而且，所述步骤(9)中的第二次升温操作要求型块尽量松散堆放，留有足够的间隙，且最低操作温度为1800℃。

本发明制备得到的铝硅铁钛合金中各主要成分的范围为：

本发明的优点和积极效果是：

本发明发现了一种煤泥与工业废弃物等污染物间的处理方法，成功开发的两段升温处理方式、配料和处理方法等技术体系充分利用了相关废弃物和污染物等成分间的互补和配合关系，通过合适而复杂的含水晶格裂变、晶格转化和物相转变以及一系列裂解、置换及氧化还原等反应，让高价值产品得以生成，使潜在资源成功实现价值化。本发明的产品铝硅铁钛合金可用于炼钢脱氧剂和铸造工艺的中间合金，也可以作为后续进一步成分分离的原材料等领域，用途广泛附加值高。该系统方法消纳、处理煤泥的效果好，流程绿色无污染，可以实现就地转化，避免了煤泥产生的严重生态环境污染，是相关固废的颇有前景的消纳处理和资源化价值化利用的方法和新型的生产制备铝硅铁钛合金材料的技术方法。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1：

将100KG的煤泥作为本例原材料，煤泥含水率45％，经检测，该煤泥固态物质的化学组成为：

等量元素成分	C	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SiO<sub>2</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	TiO<sub>2</sub>	CaO	其它
								质量百分含量(％)	38.3	27.1	25.6	2.5	1.7	0.8	4

该原料经水洗、压滤和粒径分级，收得粒径中位数为50目的煤泥滤饼合计80KG，将膨润土、烟煤按70:30质量比例混合作为本例的资源类原辅料，经破碎和筛选得到粒径小于1.5毫米的粉料10KG，将锯末、矸石和铝灰作为本例的的废弃污染物类原辅料，其质量比例为20:60:20，进行粒径分级后选用粒径小于1.5毫米的粉料50KG，将全部原辅料混合后轧制成型块，型块为圆球形，体积为2000cm³，对型块进行第一次升温操作，最高操作温度为1400℃，保持80min，所得型块水份为1％，强度为22MPa，将型块通过传送带送往处理炉并尽量松散堆放，留有足够的间隙，在处理炉内进行第二次升温操作，操作温度在1950℃以上，保持100min，最终从处理炉引出收集制得的铝硅铁钛合金共25.6KG。该合金中各主要元素成分的范围为：

金属成分	Al	Si	Fe	Ti	其它
						质量百分含量(％)	42.8	43.1	6.7	4.2	3.2

实施例2：

将500KG的煤泥作为本例原材料，煤泥含水率42％，经检测，该煤泥固态物质的化学组成为：

等量元素成分	C	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SiO<sub>2</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	TiO<sub>2</sub>	CaO	其它
								质量百分含量(％)	40.6	26.1	24	1.9	1.2	1	5.2

该原料经水洗、压滤和粒径分级，收得粒径中位数为30目的煤泥滤饼合计420KG，将高岭土、无烟煤按70:30质量比例混合作为本例的资源类原辅料，经破碎和筛选得到粒径小于2毫米的粉料100KG，将秸秆、粉煤灰和铝土矿尾矿作为本例的的废弃污染物类原辅料，其质量比例为10:70:20，进行粒径分级后选用粒径小于2毫米的粉料200KG，经检测该废弃污染物类原辅料的化学组成为：

等量元素成分	C	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SiO<sub>2</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	TiO<sub>2</sub>	CaO	其它
								质量百分含量(％)	18.7	39.2	27.6	3.8	2.5	2.1	6.1

将全部原辅料混合后轧制成型块，型块为圆球形，体积为1600cm³，对型块进行第一次升温操作，最高操作温度为1300℃，保持110min，所得型块水份为1％，强度为25MPa，将型块通过传送带送往处理炉并尽量松散堆放，留有足够的间隙，在处理炉内进行第二次升温操作，操作温度在2050℃以上，保持150min，最终从处理炉引出收集制得的铝硅铁钛合金共150.1KG。该合金中各主要元素成分的范围为：

金属成分	Al	Si	Fe	Ti	其它
						质量百分含量(％)	45.7	41.3	4.9	3.5	4.6

实施例3：

将1000KG的煤泥作为本例原材料，煤泥含水率40％，经检测，该煤泥固态物质的化学组成为：

等量元素成分	C	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SiO<sub>2</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	TiO<sub>2</sub>	CaO	其它
								质量百分含量(％)	37.2	28.5	21.8	3.3	1.5	1.4	6.3

该原料经水洗、压滤和粒径分级，收得粒径中位数为40目的煤泥滤饼合计850KG，将煤沥青作为本例的资源类原辅料，经破碎和筛选得到粒径小于1.5毫米的粉料100KG，将废木材和废耐火材料作为本例的的废弃污染物类原辅料，其质量比例为20:80，进行粒径分级后选用粒径小于1毫米的粉料800KG，将全部原辅料混合后轧制成型块，型块为圆球形，体积为1500cm³，对型块进行第一次升温操作，最高操作温度为1200℃，保持100min，所得型块水份为0.8％，强度为24.5MPa，将型块通过传送带送往处理炉并尽量松散堆放，留有足够的间隙，在处理炉内进行第二次升温操作，操作温度在2100℃以上，保持160min，最终从处理炉引出收集制得的铝硅铁钛合金共420KG。该合金中各主要元素成分的范围为：

金属成分	Al	Si	Fe	Ti	其它
						质量百分含量(％)	40.6	44.7	5.6	4.3	4.8

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种综合利用煤泥和工业废弃物生产铝硅铁钛合金的方法，其特征在于：先检测煤泥与辅料的化学组分，再根据产品组分要求，将处理后的煤泥与辅料按照一定的比例混合后轧制成型块，再进行两次升温操作得到铝硅铁钛合金，第一次升温操作的温度最高为1500℃，第二次升温操作的最低温度为1800℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的辅料由资源类原辅料和废弃污染物类原辅料组成，所述的资源类原辅料选自石油焦、高岭土、高岭石、焦炭、兰炭、膨润土、蒙脱石、煤炭、粘土、碳素粉、萤石、重油、焦油、煤沥青的一种或两种以上的混合物；所述的废弃污染物类原辅料选自秸秆、秸秆焦、废木材、锯末、废重油、矸石、废炭块、废耐火材料、粉煤灰、尾矿石砂、低品位矿石砂、冶金灰渣、废沥青、煤化工渣粉的一种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：煤泥的处理方法包括依次进行的如下步骤：分拣、水洗、破碎、淘洗、过滤、压滤、粒径分级、除杂、干燥脱水，得到煤泥的粒径目数大于10目。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：型块的水份＜7％，强度＞3MPa。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第二次升温操作时型块松散堆放，留有间隙。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：煤泥与辅料混合后，减去水份，氧元素和碳元素的摩尔比在0.9:1～1:1。

7.一种根据权利要求1～6任一权利要求所述的方法制备得到的铝硅铁钛合金，主要成分的范围为：Al 26.5-67.5％、Si 25-78.2％、Fe 0.2-22％、Ti 0.1-12.5％。