CN114014553B - 一种提高煤泥漂珠空心成球率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高煤泥漂珠空心成球率的方法，该方法将煤泥粉末与NaOH溶液和/或KOH溶液混合后，依次进行研磨I、过滤、烘干、研磨II、均化和过筛，得到活化煤泥微粉，将活化煤泥粉末进行气体悬浮焙烧，即得煤泥漂珠，该方法通过对煤泥的活化处理，能够大大提高煤泥制备空心漂珠的成球率。

Description

一种提高煤泥漂珠空心成球率的方法
技术领域
本发明涉及一种煤泥固废处理方法，具体涉及一种利用煤泥制备高空心率煤泥漂珠的方法，属于固废资源化利用技术领域。
背景技术
煤泥是煤炭生产过程中产生的一类对环境有着较大危害的固体废弃物，颗粒细小，具有黏性大、灰分大、脱水困难，热值低的特点。到2025年我国原煤开采量预计达到50亿吨，按照人类需求80％都要进行洗选加工，最终洗选煤炭的总量将超过40亿吨，煤泥年产量将超过5亿吨，如果不加以合理的处置或资源化利用，将严重污染环境。
目前煤泥没有得到很好的资源化利用，只是利用其热值作为燃料。煤厂所回收的煤泥多采用露天堆放方式处理，煤泥在堆积状态下形态极不稳定，遇水即流失，风干即飞扬，目前部分煤炭洗选企业对煤泥的处置缺乏有效的手段与方法，不仅浪费了宝贵的煤炭资源，而且造成了严重的环境污染，有时甚至制约了煤炭洗选作业的正常开展。
煤泥具有粒度细、持水性强、灰分高、黏度大等特点，导致煤泥难以运输、装卸麻烦，同时还会大大增加无效运输量。且一般煤泥的质量不太稳定，较低的热值对于燃烧或炼焦会造成不利的影响，这些都严重影响煤泥的工业利用价值。利用煤泥生产漂珠是一个变废为宝的有效途径，但是普遍存在空心成球率低的技术瓶颈。
发明内容
针对现有技术中利用煤泥制备漂珠的空心率较低的技术问题，本发明的目的是在于提供一种提高煤泥漂珠空心成球率的方法，该方法通过对煤泥采用氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行活化处理，不但有效调节了氧化铝(主要为Al2O3)和助熔类氧化物(Na2O、K2O等)的比例，而且通过强碱的化学反应破坏煤泥中物相结构，从而有效降低煤泥颗粒的软化温度与提高造孔反应速率，促使煤泥颗粒形成空心微珠。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种提高煤泥漂珠空心成球率的方法，该方法是将煤泥粉末与NaOH溶液和/或KOH溶液混合后，依次进行研磨I、过滤、烘干、研磨II、均化和过筛，得到活化煤泥微粉，将活化煤泥粉末进行气体悬浮焙烧，即得煤泥漂珠。
为解决煤泥生产漂珠过程中成球空心率低的技术难题，本发明技术方案的关键是在于对煤泥原料进行活化处理，通过利用NaOH溶液或KOH溶液对煤泥进行预处理，一方面，利用调整难煤泥中熔氧化铝(主要为Al2O3)和助熔类氧化物(Na2O、K2O等)的比例，可以有效降低煤泥的熔融温度，使其易于成球，另外一方面，利用氢氧化钠和氢氧化钾的强碱性质可以在一定程度上，通过化学腐蚀来破坏煤泥中的物相结构，使其具有更高的反应活性，提高造孔反应速率，由此，经过对煤泥的活化处理，有利于提高漂珠的成球空心率，活化煤泥较为活化处理，成球率由5％提高至75％。
作为一个优选的方案，所述煤泥中碳含量为30～50wt％，煤泥的灰分中SiO2含量45～65wt％，Al2O3含量20～40wt％，Fe2O3含量3～15wt％。煤泥中灰分主要为高岭土、蒙脱石等黏土类矿物，使其Al2O3的含量较高，增大了矿物初始熔化温度和成球难度。
作为一个优选的方案，所述煤泥粉末粒度在600目以下。将煤泥粉末粒度控制在600目以下有利提高其活化过程，以及提高其高温固相反应活性。
作为一个优选的方案，所述NaOH溶液和/或KOH溶液的浓度为100～140g/L。如果采用的NaOH溶液或KOH溶液浓度过低，则达不到活化的目的，如果浓度过高则造成Al2O3过度浸出。
作为一个优选的方案，所述NaOH溶液和/或KOH溶液与煤泥粉末的液固比不小于4mL:1g。液固比优选为15～4mL:1g。若液固比过小，将导致煤泥无法在碱性溶液中均匀分散，活化反应不完全。
作为一个优选的方案，所述研磨I在120～200℃温度条件下进行，研磨时间为2～4小时。若温度过低，会导致活化反应不充分；温度过高，会造成黏土矿物中Al2O3的过度浸出，降低漂珠耐火度。
作为一个优选的方案，所述气体悬浮焙烧过程中，控制气流使活化煤泥微粉悬浮，并在1300℃～1700℃温度范围内焙烧2～20s后，关闭气流，使煤泥漂珠还未收缩时，急速冷却。
本发明的过滤、烘干、研磨II、均化为本领域常规的操作。本发明的过筛采用的筛网为600目。
与现有技术相比，本发明技术方案带来的有益效果：
(1)本发明通过对煤泥的活化处理，不但可以有效调整难煤泥中熔氧化铝(主要为Al2O3)和助熔类氧化物(Na2O、K2O等)的比例，可以有效降低煤泥的熔融温度，使其易于成球，而且可以利用氢氧化钠和氢氧化钾的化学腐蚀来破坏煤泥中的物相结构，使其具有更高的反应活性，提高造孔反应速率，由此，经过对煤泥的活化处理，有利于提高漂珠的成球空心率，活化煤泥较为活化处理，成球率由5％提高至75％。
(2)本发明以煤泥为主料，不需要额外大批量运输其他建材原料，无需复杂配料工序同时节约成本
(3)本发明突破煤泥灰分中由于Al2O3含量偏高导致的矿物软化温度高和成球困难的技术瓶颈。
(4)本发明对煤泥中的碳、硅、铝、铁等各个成分实现了充分合理的利用，煤泥利用率基本可以达到90％以上；
(5)本发明有效利用了煤泥中剩余碳质的热值，对煤泥的成分和质量具有较大的兼容性，生产漂珠时煤泥成分在一定范围内波动，增加固废煤泥高值化的可行性；
(6)本发明的生产工艺简单，反应时间短、效率高，煤泥漂珠空心成球率达75％以上。
附图说明
图1为的利用煤泥制备的漂珠的SEM图片。
具体的实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制权利要求的保护范围。
实施例1
采用山西某选煤厂煤泥，烘干后各主要组分成分及含量为SiO2 49％，Fe2O35％，Al2O3 33％，C 44％。烘干将煤泥反复研磨、筛分至600目以下；将煤泥粉末与浓度100g/L的NaOH溶液混合，液固比4mL:1g，在均相反应器200℃湿法条件下研磨4h，过滤、烘干、研磨、均化，过600目筛，获得活化煤泥微粉。通过气流控制使活化煤泥微粉在炉膛内悬浮焙烧，焙烧温度1600℃，悬浮焙烧反应时间10s后关闭气流控制系统，使空心漂珠还未收缩时急速冷却快速脱离高温炉膛，经检测煤泥漂珠空心成球率66％。
实施例2
采用山西某选煤厂煤泥，烘干后各主要组分成分及含量为SiO2 49％，Fe2O35％，Al2O3 33％，C 44％。烘干将煤泥反复研磨、筛分至600目以下；将煤泥粉末与浓度140g/L的NaOH溶液混合，液固比4mL:1g，在均相反应器200℃湿法条件下研磨4h，过滤、烘干、研磨、均化，过600目筛，获得活化煤泥微粉。通过气流控制使活化煤泥微粉在炉膛内悬浮焙烧，焙烧温度1300℃，悬浮焙烧反应时间5s后关闭气流控制系统，使空心漂珠还未收缩时急速冷却快速脱离高温炉膛，经检测煤泥漂珠空心成球率57％。
实施例3
采用山西某选煤厂煤泥，烘干后各主要组分成分及含量为SiO2 49％，Fe2O35％，Al2O3 33％，C 44％。烘干将煤泥反复研磨、筛分至600目以下；将煤泥粉末与浓度120g/L的NaOH溶液混合，液固比6mL:1g在均相反应器200℃湿法条件下研磨4h，过滤、烘干、研磨、均化，过600目筛，获得活化煤泥微粉。通过气流控制使活化煤泥微粉在炉膛内悬浮焙烧，焙烧温度1600℃，悬浮焙烧反应时间10s后关闭气流控制系统，使空心漂珠还未收缩时急速冷却快速脱离高温炉膛，经检测煤泥漂珠空心成球率75％。
实施例4
采用山西某选煤厂煤泥，烘干后各主要组分成分及含量为SiO2 49％，Fe2O35％，Al2O3 33％，C 44％。烘干将煤泥反复研磨、筛分至600目以下；将煤泥粉末与浓度120g/L的KOH溶液混合，液固比4mL:1g在均相反应器200℃湿法条件下研磨4h，过滤、烘干、研磨、均化，过600目筛，获得活化煤泥微粉。通过气流控制使活化煤泥微粉在炉膛内悬浮焙烧，焙烧温度1700℃，悬浮焙烧反应时间8s后关闭气流控制系统，使空心漂珠还未收缩时急速冷却快速脱离高温炉膛，经检测煤泥漂珠空心成球率67％。
实施例5
其他条件与实施例1相同，仅在均相反应器湿磨时采用120℃，煤泥漂珠空心成球率58％。
实施例6
其他条件与实施例2相同，仅在悬浮焙烧时改变温度为1600℃，煤泥漂珠空心成球率69％。
对比例1
其他条件与实施例1相同，如煤泥不经过活化处理，煤泥漂珠空心成球率5％。
对比例2
其他条件与实施例1相同，若采用NaOH溶液浓度为60g/L，煤泥漂珠空心成球率19％。
对比例3
其他条件与实施例1相同，湿磨温度为80℃，煤泥漂珠空心成球率14％。

Claims (7)

1.一种提高煤泥漂珠空心成球率的方法，其特征在于：将煤泥粉末与NaOH溶液和/或KOH溶液混合后，依次进行研磨I、过滤、烘干、研磨II、均化和过筛，得到活化煤泥微粉，将活化煤泥粉末进行气体悬浮焙烧，即得煤泥漂珠。
2.根据权利要求1所述的一种提高煤泥漂珠空心成球率的方法，其特征在于：所述煤泥中碳含量为30～50wt％，煤泥的灰分中SiO2含量45～65wt％，Al2O3含量20～40wt％，Fe2O3含量3～15wt％。
3.根据权利要求1所述的一种提高煤泥漂珠空心成球率的方法，其特征在于：所述煤泥粉末粒度在600目以下。
4.根据权利要求1所述的一种提高煤泥漂珠空心成球率的方法，其特征在于：所述NaOH溶液和/或KOH溶液的浓度为100～140g/L。
5.根据权利要求1所述的一种提高煤泥漂珠空心成球率的方法，其特征在于：所述NaOH溶液和/或KOH溶液与煤泥粉末的液固比不小于4mL:1g。
6.根据权利要求1所述的一种提高煤泥漂珠空心成球率的方法，其特征在于：所述研磨I在120～200℃温度条件下进行，研磨时间为2～4小时。
7.根据权利要求1所述的一种提高煤泥漂珠空心成球率的方法，其特征在于：所述气体悬浮焙烧过程中，控制气流使活化煤泥微粉悬浮，并在1300℃～1700℃温度范围内焙烧2～20s后，关闭气流，使煤泥漂珠还未收缩时，急速冷却。
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