CN111495556B

CN111495556B - 一种煤矸石建材原料的分级提质方法

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Publication number: CN111495556B
Application number: CN202010361860.3A
Authority: CN
Inventors: 舒新前
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2040-04-30
Also published as: CN111495556A

Abstract

本发明涉及原料的分级提质技术，尤其涉及一种煤矸石建材原料的分级提质方法。本发明根据煤矸石的粒度组成，选择50mm(或25mm)和0.5mm筛网对煤矸石进行筛分，+50mm(+25mm)筛上物主要成分为石，‑0.5mm的筛下物主要成分为煤，而土类更多集中于0.5～50(25)mm的物料中，对其进行选择性破碎，实现土类组分的分选富集，作为建材原料。本发明以SiO₂/Al₂O₃比为基本参数，LOI为辅助参数，选择合适的破碎设备，使煤矸石中的土与煤和石充分解离，并分布于不同粒级的物料中，然后通过筛分使土与其它组分分离开来并得到富集，得到的煤矸石建材原料满足煤矸石制砖等建筑材料对原料的组成和性质的要求。

Description

一种煤矸石建材原料的分级提质方法

技术领域

本发明涉及分级提质技术领域，尤其涉及一种煤矸石建材原料的分级提质方法。

背景技术

煤矸石中含有大量的粘土矿物、石英等矿物质，其中粘土矿物和泥质组分含量高达40～50％、石英20～40％、煤5～20％。从化学组成上看，煤矸石中一般含有35～65％的SiO₂、20～40％的Al₂O₃、3.0～8.5％的Fe₂O₃、2～6％的CaO、1～3％的Na₂O和K₂O、1～2％的MgO和0.5～1.2％的TiO₂。因此，煤矸石是制备多种建筑材料的良好原料。

其中，煤矸石制砖，一直是煤矸石建材化利用的主要方式。经过几十年的发展，目前煤矸石制砖工艺技术尽管已经比较成熟，但是与一般的粘土砖生产相比，还需要进行一些生产工艺的改进和对原料的预处理，制砖用煤矸石原料需要符合一定的指标要求。具体的，煤矸石中SiO₂的含量保持40～60％为宜，SiO₂含量过高，会使煤矸石原料的塑性降低，影响坯体和制品强度，而且在砖坯的烧成阶段，可能发生燃爆现象，影响成品率和产品质量。Al₂O₃的含量以15～30％为宜，低于15％时，会降低成品的力学性能；高于30％，会导致制品的烧成温度升高，相应提高制砖能耗。Fe₂O₃含量一般控制在2～7％为宜，含量过低或过高，均将影响砖的外观，出现黄白或者酱紫斑点甚至凸瘤。CaO含量控制在3.8％以下为宜，含量过高将缩窄烧结温度范围，给焙烧操作控制造成影响，甚至导致坯体在焙烧过程中严重变形。Na₂O+K₂O的含量一般小于1.5％为宜，含量过高尽管可以降低烧结温度，但是可能造成坯体因部分熔融影响成品率和砖坯质量。MgO的含量一般要求2.5％以下，过高会影响焙烧工艺和参数调整。SO₃一般要求不超过1.5％，过高会因为形成一些含硫化合物，影响产品质量，如硫酸钙会引起制品泛白，硫酸镁会引起制品泛霜和部分膨胀。而且，硫含量过高，会引起焙烧烟气中SO₂浓度升高，相应提高脱硫负荷，甚至腐蚀窑炉、窑车、管道以及风机等设备。总结起来，制砖对煤矸石的化学组成要求，如表1所示。

表1制砖用煤矸石的基本化学组成(％)

化学组成

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

Na2O+K2O

MgO

SO3

含量/％

40～60

15～30

2～7

≤3.8

≤1.5

≤2.5

≤1.5

此外，制砖对煤矸石的工艺性质也有一定的要求。原则上，制砖要求煤矸石磨得尽可能细，以提高原料的可塑性和颗粒间的结合力。但是粉料过细，不仅增加制粉工作量，而且也会影响坯体强度。实际上，煤矸石的粒度与煤矸石的破碎性质，尤其是与煤矸石的可磨性密切相关。为此，制砖要求煤矸石的HGI(可磨性指数)尽可能高，一般要求HGI 45～65为宜。煤矸石焙烧制砖的热量来自于煤矸石中煤的燃烧，因此要求制砖用煤矸石的发热量处于1570～2926kJ/kg为宜。煤矸石的发热量太低，需要外加部分燃料，煤矸石的发热量过高，又会造成砖坯焙烧变形，出现黑心、玻化等现象，使砖的强度下降。煤矸石的可塑性，也是影响煤矸石制砖的重要性质，一般要求煤矸石的塑性指数(Ip)7～12为宜，塑性指数低，难于成型；塑性指数高，成型需要的水量较高，坯体干燥所需的时间较长，坯体的强度也会受到一定的影响。煤矸石砖一般是通过隧道窑焙烧制得，煤矸石的灰熔点必须适度，一般要求灰熔点(T₂)控制在1200～1350℃为宜，灰熔点过高，需要的烧成温度相应较高；灰熔点过低，焙烧过程中可能出现坯体部分熔蚀，影响成品率和产品质量。另外，煤矸石原料的干燥敏感性，也是影响坯体和产品质量的重要指标，制砖要求煤矸石原料的干燥敏感系数(K)控制在2以下，系数越小越好。

目前通常是直接将煤矸石粉碎至2mm以下，而且-0.5mm颗粒的含量要求不低于60％，然后制坯烧结制煤矸石砖。众所周知，煤矸石是煤、石和土组成的混合物。煤矸石中煤主要包括煤、碳质泥岩和黄铁矿等，其发热量、硫分含量相对较高；石主要组成是石英类矿物质，其SiO₂含量较高；土的主要组成则是粘土矿物、铝质泥岩等矿物质，其Al₂O₃、SiO₂等的含量较高。目前这种不加区别的将煤矸石直接粉碎至2mm以下制砖，显然难以完全满足制砖等建筑材料用原料对煤矸石组成和性质的要求。

此外，从以上的分析可知，煤矸石中比较适合制砖的组分是土。如果能够采取合适的方法，将煤矸石中的土与煤、石尽量分开，进一步烧结制砖，无疑可以提高砖的质量，优化制砖工艺，降低生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矸石建材原料的分级提质方法，可以将煤矸石中的土与煤和石等组分分离，以满足煤矸石制砖对原料的组成和性质的要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种煤矸石建材原料的分级提质方法，包括以下步骤：

(一)测定煤矸石的SiO₂/Al₂O₃比和LOI；所述SiO₂/Al₂O₃比为SiO₂和Al₂O₃的质量比，LOI为烧失量；

(二)对煤矸石进行筛分，分别得到+50mm的筛上物、-0.5mm的筛下物以及0.5～50mm的物料，或者得到+25mm的筛上物、-0.5mm的筛下物以及0.5～25mm的物料；

(三)根据煤矸石的SiO₂/Al₂O₃比和LOI，对所述0.5～50mm的物料或0.5～25mm的物料进行选择性破碎，得到破碎料；

所述选择性破碎的设备，按如下原则选择：

(1)当煤矸石的SiO₂/Al₂O₃比＞1.95且

①12％≥LOI＞6％时，选择冲击式破碎机或反击式破碎机进行破碎；

②20％≥LOI＞12％时，选择反击式破碎机或锤式破碎机进行破碎；

(2)当煤矸石的1.50≤SiO₂/Al₂O₃比≤1.95且

①当12％≥LOI＞6％时，选择反击式破碎机或锤式破碎机进行破碎；

②当20％≥LOI＞12％时，选择锤式破碎机或辊式破碎机进行破碎；

③当LOI＞20％时，选择辊式破碎机或环锤式破碎机进行破碎；

(3)当煤矸石的1.25≤SiO₂/Al₂O₃＜1.50且

①当12％≥LOI＞6％时，选择锤式破碎机或反击式破碎机进行破碎；

②当20％≥LOI＞12％时，选择辊式破碎机或锤式破碎机进行破碎；

③当LOI＞20％时，选择环锤式破碎机或辊式破碎机进行破碎；

(4)当煤矸石的SiO₂/Al₂O₃＜1.25且

①当12％≥LOI＞6％时，选择锤式破碎机或辊式破碎机进行破碎；

②当20％≥LOI＞12％时，选择辊式破碎机或环锤式破碎机进行破碎；

③当LOI＞20％时，选择环锤式破碎机或笼式破碎机进行破碎；

(四)采用0.5mm的筛网对所述破碎料进行筛分，得到筛上物和筛下物，对筛上物的LOI进行检测；当所述筛上物的LOI≥10％时，对筛上物进行破碎，将破碎物料继续过0.5mm的筛网并检测筛上物的LOI；重复所述破碎、筛分和检测过程，直至筛上物的LOI小于10％，得到LOI＜10％的+0.5mm的物料即为煤矸石建材原料。

优选的，所述步骤(二)和步骤(四)中采用振动筛进行筛分。

优选的，还包括将所述步骤(二)和步骤(四)中0.5mm筛网的筛下物作为煤使用。

优选的，当所述煤矸石建材原料用于制砖时，还包括将所述煤矸石建材原料进行破碎，至粒度小于2mm，且-0.5mm的颗粒占总量的65％以上。

有益效果：

煤矸石既是不同粒级组成的混合物，也是煤、石和土不同组分组成的混合物。煤一般富集于细粒级物料甚至-0.5mm的煤泥中，硬度较小、HGI(可磨性指数)值较大，易于粉碎；石一般富集于粗粒级物料中，硬度较大、HGI值较低，难于粉碎；土则集中于中粒级物料中，HGI值适中，粉碎性质介于石和煤之间。本发明将根据煤矸石的粒度组成，首先选择50mm(或25mm)筛网和0.5mm筛网对煤矸石进行筛分，+50mm(+25mm)筛上物主要成分为石，留待备用；-0.5mm的筛下物主要成分为煤，作为燃料煤使用；而土类更多集中于0.5～50(25)mm的物料中，进入选择性破碎工序。本发明采用煤矸石的SiO₂/Al₂O₃比作为基本参数，烧失量(LOI)作为辅助参数，选择合适的破碎设备，进行选择性破碎，使煤矸石中的土与煤和石等组分充分解离，并分布于不同粒级的物料中，然后通过筛分使土与其它组分分离开来，使土得到富集。实施例的结果表明，本发明得到的煤矸石土料可以满足煤矸石制砖等建筑材料对原料的组成和性质的要求。

附图说明

图1为本发明煤矸石建材原料的分级提质工艺流程图。

具体实施方式

所述选择性破碎的设备，按如下原则选择：

(1)当煤矸石的SiO₂/Al₂O₃比＞1.95且

(2)当煤矸石的1.50≤SiO₂/Al₂O₃比≤1.95且

(3)当煤矸石的1.25≤SiO₂/Al₂O₃＜1.50且

(4)当煤矸石的SiO₂/Al₂O₃＜1.25且

(四)采用0.5mm的筛网对所述破碎料进行筛分，得到筛上物和筛下物，对筛上物的LOI进行检测；当所述筛上物的LOI≥10％时，对筛上物进行破碎，将破碎得到的颗粒料继续过0.5mm的筛网并检测筛上物的LOI；重复所述破碎、筛分和检测的过程，直至筛上物的LOI小于10％，得到LOI＜10％的+0.5mm的物料即可作为煤矸石建材原料。

本发明测定煤矸石的SiO₂/Al₂O₃比和LOI，所述SiO₂/Al₂O₃比为SiO₂和Al₂O₃的质量比、LOI为烧失量。

本发明对所述煤矸石没有特殊的限定，本领域熟知的煤矸石均可。本发明对所述SiO₂/Al₂O₃比和LOI的测定方法没有特殊要求，采用本领域熟知的测定方法即可。

测定完成后，本发明对煤矸石进行筛分，分别得到+50mm的筛上物、-0.5mm的筛下物以及0.5～50mm的物料，或者得到+25mm的筛上物、-0.5mm的筛下物以及0.5～25mm的物料。

本发明采用50mm(或25mm)的筛网和0.5mm的筛网进行筛分，优选采用振动筛进行所述筛分。在本发明中，+50mm(或+25mm)的筛上物的主要成分为石，优选进行堆存或进一步分离砂石类材料。-0.5mm的筛下物的主要成分为煤，优选作为燃料煤使用。而土类更多集中于0.5～50mm(或0.5～25mm)的物料中，需要进行后续的进一步分离。

得到0.5～50mm(或0.5～25mm)的物料后，本发明根据煤矸石的SiO₂/Al₂O₃比和LOI，对所述0.5～50mm(或0.5～25mm)的物料进行选择性破碎，得到破碎料。

在本发明中，所述选择性破碎的设备选择具体为：

(1)当煤矸石的SiO₂/Al₂O₃比＞1.95且

(2)当煤矸石的1.50≤SiO₂/Al₂O₃比≤1.95且

(3)当煤矸石的1.25≤SiO₂/Al₂O₃＜1.50且

(4)当煤矸石的SiO₂/Al₂O₃＜1.25且

本发明对所述冲击式破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机、辊式破碎机、环锤式破碎机和笼式破碎机没有特殊要求，采用本领域熟知的相应的破碎机即可。

本发明采用煤矸石的SiO₂/Al₂O₃比作为基本参数，烧失量(LOI)作为辅助参数，选择合适的破碎设备，实施选择性破碎，使煤矸石中的土与煤和石等组分充分解离，并分布于不同粒级的物料中。

完成选择破碎后，本发明采用0.5mm的筛网对所述破碎料进行筛分，得到筛上物和-0.5mm的筛下物，检测筛上物的LOI；当所述筛上物的LOI≥10％时，对筛上物进行破碎，将破碎料继续过0.5mm的筛网并检测筛上物的LOI；重复所述破碎、筛分和检测的过程，直至筛上物的LOI小于10％，得到LOI＜10％的+0.5mm的物料可以作为煤矸石建材原料。本发明中所述的破碎采用本领域熟知的相应破碎机即可。在本发明中，所述的筛分优选采用振动筛。本发明优选将-0.5mm的筛下物作为煤使用。

本发明以烧失量作为辅助指标，借以选择合适的破碎设备，实施选择性破碎以及合理的筛分工艺，使土与石和煤组分尽可能分离，保证最后得到的煤矸石建材原料(LOI＜10％的+0.5mm的物料)中，土得以富集。

本发明的煤矸石建材原料满足煤矸石制砖等建筑材料对原料的组成和性质要求，用于烧结制砖，可以提高砖的质量，也可以用于制备其他相关的建筑材料。

当所述煤矸石建材原料用于制砖时，本发明优选还包括将LOI＜10％的+0.5mm的煤矸石建材原料进行破碎，至粒度小于2mm，且-0.5mm颗粒占总量的65％以上。

下面结合实施例对本发明提供的煤矸石建材原料的分级提质方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

本实施例选用的煤矸石的粒度组成、化学成分组成和烧失量、发热量等数据如表2所示。

参照图1所示流程，先利用25mm和0.5mm筛网的振动筛进行筛分，+25mm筛上物堆存，-0.5mm筛下物作为煤，0.5～25mm物料进入锤式破碎机破碎，然后进入0.5mm筛网的振动筛筛分，筛下物作为煤。筛上物的LOI为12.96％，因而进一步入破碎机破碎。接着进入0.5mm筛网的振动筛筛分。筛上物进行检验，其LOI为8.57％，停止破碎。筛下物作为煤；筛上物为煤矸石建材原料，进一步破碎至全部通过2mm的筛网，而且-0.5mm的物料占70.56％，作为烧结制砖的原料(即图1中的煤矸石原料)。

表2实施例1选用的煤矸石的组成和性质

通过如上分级提质，得到10.28％的煤，58.39％的煤矸石建材原料，煤的发热量达4785.37kJ/kg。

实施例2

某煤矿洗选煤矸石的粒度组成、化学成分组成和烧失量、发热量等数据如表3所示。

分别利用50mm和0.5mm筛网的振动筛进行煤矸石筛分，+50mm筛上物堆存，-0.5mm筛下物作为煤，0.5～50mm物料进入反击式破碎机破碎，然后进入0.5mm筛网的振动筛筛分，筛下物与上述-0.5mm物料混合，作为煤。筛上物检测后，其LOI为11.07％，因而进一步进入破碎机破碎。接着进入0.5mm筛网的振动筛筛分。筛上物进行检验，其LOI为7.23％，停止破碎。筛下物与上述-0.5mm物料混合，作为煤；筛上物即作为建材原料使用。

表3实施例2选用的煤矸石的组成和性质

通过如上工艺，得到7.16％的煤，65.91％煤矸石建材原料，煤的发热量达4178.95kJ/kg。

实施例3

某煤矿洗选煤矸石的粒度组成、化学成分组成和烧失量、发热量等数据如表4所示。

参照图1所示流程，分别利用25mm和0.5mm筛网的振动筛进行煤矸石筛分，+25mm筛上物堆存，-0.5mm筛下物作为煤，0.5～25mm物料进入环锤式破碎机破碎，然后进入0.5mm筛网的振动筛筛分，筛下物与上述-0.5mm物料混合。筛上物检测后，其LOI为13.15％，因而进一步进入破碎机破碎。接着进入0.5mm筛网的振动筛筛分。筛上物进行检验，其LOI为7.47％，停止破碎。筛下物与上述-0.5mm物料混合，作为煤；筛上物为煤矸石建材原料，进一步破碎至全部通过2mm的筛网，而且-0.5mm的物料占67.32％，作为烧结制砖的原料。

表4实施例3选用的煤矸石的组成和性质

通过如上工艺，得到12.62％的煤，51.19％煤矸石建材原料，其中煤的发热量达到4856.93kJ/kg。

实施例4

某煤矿洗选煤矸石的粒度组成、化学成分组成和烧失量、发热量等数据如表5所示。

参照图1所示流程，分别利用25mm和0.5mm筛网的振动筛进行煤矸石筛分，+25mm筛上物堆存，-0.5mm筛下物作为煤，0.5～25mm物料进入笼式破碎机破碎，然后进入0.5mm筛网的振动筛筛分，筛下物与上述-0.5mm物料混合，作为煤。筛上物检测后，其LOI为12.09％，因而进一步进入破碎机破碎。接着进入0.5mm筛网的振动筛筛分。筛上物进行检验，其LOI为7.87％，停止破碎。筛下物与上述-0.5mm物料混合，作为煤；筛上物即为煤矸石建材原料，作为建筑材料的原料使用。

表5实施例4选用的煤矸石的组成和性质

通过如上工艺，得到9.69％的煤，67.92％的煤矸石建材原料，其中煤的发热量达到4083.69kJ/kg。

由以上实施例可知，本发明提供了一种煤矸石建材原料的分级提质方法，可以将煤矸石中的土与煤和石分离，以满足煤矸石制砖等建筑材料对原料组成和性质的要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种煤矸石建材原料的分级提质方法，其特征在于，包括以下步骤：

(二)对煤矸石进行筛分，分别得到+50mm的筛上物、-0.5mm的筛下物以及0.5～50mm的物料，或者得到+25mm的筛上物、-0.5mm的筛下物以及0.5～25mm的物料；所述筛分采用50mm的筛网和0.5mm的筛网，或者采用25mm和0.5mm的筛网；

所述选择性破碎的设备，按如下原则选择：

(1)当煤矸石的SiO₂/Al₂O₃比＞1.95且

(2)当煤矸石的1.50≤SiO₂/Al₂O₃比≤1.95且

(3)当煤矸石的1.25≤SiO₂/Al₂O₃＜1.50且

(4)当煤矸石的SiO₂/Al₂O₃＜1.25且

(四)采用0.5mm的筛网对所述破碎料进行筛分，得到筛上物和筛下物，对筛上物的LOI进行检测；当所述筛上物的LOI≥10％时，对筛上物进行破碎，将破碎得到的物料继续过0.5mm的筛网并检测筛上物的LOI；重复所述破碎、筛分和检测过程，直至筛上物的LOI小于10％，得到LOI＜10％的+0.5mm的物料即可作为煤矸石建材原料。

2.根据权利要求1所述的分级提质方法，其特征在于，所述步骤(二)和步骤(四)中采用振动筛进行筛分。

3.根据权利要求1所述的分级提质方法，其特征在于，还包括将所述步骤(二)和步骤(四)中0.5mm筛网的筛下物作为煤使用。

4.根据权利要求1所述的分级提质方法，其特征在于，当所述煤矸石建材原料用于制砖时，还包括将所述煤矸石建材原料进行破碎，至粒度小于2mm，且-0.5mm的颗粒占总量的65％以上。