CN114456859B

CN114456859B - 富含高铝灰的原料水煤浆制备方法及高铝灰制取方法

Info

Publication number: CN114456859B
Application number: CN202210074515.0A
Authority: CN
Inventors: 杜善周; 黄涌波; 黄中; 张国庆; 原铎; 范培育; 白晓伟
Original assignee: Tsinghua University; Shenhua Zhungeer Energy Co Ltd
Current assignee: Tsinghua University; Shenhua Zhungeer Energy Co Ltd
Priority date: 2022-01-17
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2023-07-25
Anticipated expiration: 2042-01-21
Also published as: CN114456859A

Abstract

本发明公开了一种富含高铝灰的原料水煤浆制备方法及高铝灰制取方法，包括：(1)将原煤和煤矸石分别破碎至粒度≤6mm；(2)将原煤破碎后的产物，与水和分散剂一起进行粗磨，之后进行筛分，并将粒度≥300μm的筛上物返回上级；(3)将煤矸石破碎后的产物，与水和分散剂一起进行细磨，之后进行筛分，并将粒度≥75μm的筛上物返回上级；(4)将步骤(2)原煤的筛下物与步骤(3)煤矸石的筛下物混合，并与水和稳定剂经强力剪切后，得到成品水煤浆。上述方法所得的水煤浆浆体流动性及稳定性好；实现对煤矸石的清洁、高效以及资源化利用；经过循环流化床锅炉燃烧后，可生成活性较好的高铝灰，能够用于氧化铝的提取，原料成本低且产量显著提升。

Description

富含高铝灰的原料水煤浆制备方法及高铝灰制取方法

技术领域

本发明属于煤炭资源利用领域，涉及高含铝煤矸石的资源化利用方法，具体涉及一种富含高铝灰的原料水煤浆制备方法及高铝灰制取方法，其制得的水煤浆经循环流化床锅炉燃烧后，可生成活性好的高铝灰，适于进行盐酸酸溶以提取氧化铝；。

背景技术

煤矸石是夹杂在煤系地层中的岩石，也是我国产生量最大的固体废弃物之一。煤矸石会造成土地占用、地表下沉、水土流失、地质荒漠化和生态破坏等一系列问题。煤矸石中一般会含有SiO₂和Al₂O₃等多种矿物质，很多地区的高含铝煤矸石中Al₂O₃质量分数可达30％以上，内蒙古准格尔煤矸石中的铝硅摩尔比高达0.58，超过高岭石的理论值。因此，使用煤矸石替代铝土矿加以利用，不仅可以有效弥补中国铝土矿的短缺，也可消除煤矸石对生态环境的破坏。

由于单纯燃用煤矸石将带来一系列锅炉设计和制造方面的难题，而高灰煤矸石直接制备水煤浆其分散稳定方面难度大。目前，国内对低热值物料掺配制水煤浆的工艺进行过一些研究，例如CN106047426A公开了一种利用煤泥制备低灰低硫水煤浆的方法，该方法主要包括以下步骤：(1)煤泥加水浆化后经分级、球磨处理，得到一定质量浓度的矿浆；(2)加水调节步骤(1)制得的矿浆浓度，然后加入浮选药剂进行多级浮选，收集浮选煤精矿；(3)步骤(2)制得的浮选煤精矿进行压滤处理；(4)将步骤(3)的滤饼和分散剂搅拌、分散成浆体；(5)向步骤(4)的浆体中投加稳定剂和pH调整剂，继续搅拌匀化得到低灰低硫水煤浆。

CN102732345B公开了一种污泥水煤浆及其制备方法，该方法的原材料主要包括：水处理污泥5％-30％、印染废水5％-30％、改性剂0.0005％-0.1％、煤粉60％-70％以及水10％-30％。制备过程主要包括：(1)将所述水处理污泥和印染废水进行混合，或者将所述水处理污泥、印染废水和改性剂进行混合，并经搅拌得到改性污泥；(2)将所述改性污泥、煤粉、煤浆用分散剂和水进行混合，并经磨矿即得产品。

然而上述方法仅能为煤矸石水煤浆的成产提供一定的指导性作用，不能直接作为煤矸石直接掺配制浆的方法，而目前有关煤矸石掺配制浆的相关较少，因此，开发一种煤矸石掺配制水煤浆的方法对资源化利用煤矸石具有重要意义。

发明内容

本发明为弥补现有技术的不足，本发明提供一种富含高铝灰的原料水煤浆制备方法以及高铝灰的制取方法，在兼顾水煤浆高效燃烧的同时，可以实现对适于盐酸酸法提取氧化铝的高铝灰原料的大产量生产，进而实现对煤矸石的清洁、高效及资源化利用。

为实现上述发明目的的一个方面，本发明提供的水煤浆制备方法采用的技术方案如下：

一种富含高铝灰的原料水煤浆的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将原煤和煤矸石分别破碎至粒度≤6mm；

(2)将原煤破碎后的产物，与水和分散剂一起进行粗磨，之后进行筛分，并将粒度≥300μm的筛上物返回上级；

(3)将煤矸石破碎后的产物，与水和分散剂一起进行细磨，之后进行筛分，并将粒度≥75μm的筛上物返回上级；

(4)将步骤(2)原煤的筛下物与步骤(3)煤矸石的筛下物混合，并与水和稳定剂经强力剪切后，得到成品水煤浆。

根据本发明的制备方法，步骤(1)中，将原煤和煤矸石分别破碎，为保证粒度，可以过筛，筛上物返回破碎；优选地，所述煤矸石收到基低位发热量7-12MJ/kg，比如8MJ/kg、9MJ/kg或11MJ/kg，氧化铝含量在30％以上比如38％或40％或42％，优选地，燃烧后灰渣中氧化铝含量45％-55％，比如48％、50％或53％；优选地，所述原煤收到基低位发热量15-28MJ/kg，比如16MJ/kg、18MJ/kg、20MJ/kg或26MJ/kg，燃烧后灰渣中氧化铝含量45％-60％，比如48％、50％、55％或58％；所述原煤优选准格尔煤。在一种实施方式中，作为原料的原煤粒径0-46mm，煤矸石粒径3-16mm，成品水煤浆粒度范围0-300μm。

步骤(1)中，所用破碎设备可以为颚式破碎机，圆锥破碎机、旋回式破碎机、锤式破碎机、辊式破碎机或反击式破碎机中的任意一种。

根据本发明的制备方法，优选地，步骤(2)所述粗磨的时间为30-60min，比如40min、45min或55min，剪切速率为80r/min-100r/min，比如85r/min、90r/min或95r/min。所述粗磨所采用的粗磨机可以为卧式棒磨机、卧式球磨机、立式球磨机或立式搅拌磨机。在一种实施方式中，步骤(2)中所使用的分散剂可以为木质素磺酸盐、腐植酸盐或萘磺酸甲醛缩合物中的任意一种或至少两种的组合，用量占比为0.5％-1.0％比如0.6％、0.8％或0.9％。

在一种实施方式，经磨机粉碎后所述原煤筛下物中粒径分布如下：粒径大于等于150μm且小于300μm的颗粒含量为25-35％、粒径大于等于75μm且小于150μm的颗粒含量为35-45％、粒径小于75μm的颗粒含量为30-40％。

根据本发明的制备方法，优选地，步骤(3)所述细磨的时间为1-2h，比如80min、90min或100min，剪切速率为80r/min-100r/min，比如85r/min、90r/min或95r/min；所述细磨所采用的细磨机为立式搅拌磨和/或卧式搅拌磨。在一种实施方式中，步骤(3)中所使用的分散剂可以为木质素磺酸盐、腐植酸盐或萘磺酸甲醛缩合物中的任意一种或至少两种的组合，优选质量比2:1-3:1的木质素磺酸盐与腐植酸盐的组合，适于高灰少煤的煤矸石粉碎物分散，用量占比为0.5％-1.0％比如0.6％、0.8％或0.9％。

在一种实施方式中，经磨机粉碎后，所述煤矸石筛下物中粒径分布如下：粒径大于等于50μm且小于75μm的颗粒含量为20-30％、粒径大于等于25μm且小于50μm的颗粒含量为45-55％、粒径小于25μm的颗粒含量为25-35％。

根据本发明的制备方法，优选地，步骤(4)所用原煤筛下物与煤矸石筛下物的质量比为1：1-3：1，比如2:1；步骤(4)所述稳定剂可以为聚丙烯酰胺絮凝剂和/或羧甲基纤维素，剪切速率为130r/min-180r/min，比如140r/min或160r/min。

根据本发明的制备方法，优选地，所述成品水煤浆的热值范围为12-21MJ/kg，比如13MJ/kg、16MJ/kg、19MJ/kg或20MJ/kg，成品水煤浆≤75μm的细颗粒含量为40％-65％，比如42％、45％、48％、50％、58％、60％或63％。

根据本发明的制备方法，优选地，所述水煤浆中水的质量占比为30％-40％比如32％、35％或38％，原煤与煤矸石的质量占比为59％-69％比如62％或65％，作为添加剂的分散剂和稳定剂总质量占比为0.5％-1.0％比如0.6％、0.8％或0.9％。

为实现上述发明目的的另一方面，本发明还提供了适于盐酸酸溶法提取氧化铝的高铝灰的制取方法，将上述水煤浆通过循环流化床锅炉燃烧，从而得到所述高铝灰，其中氧化铝含量可以高达45％-55％。

上述高铝灰可以经盐酸酸溶处理以提取灰中氧化铝，酸溶提取率可以达到85％以上，具体工艺为本领域所熟知，例如CN102145905A中公开的酸溶提铝工艺，其通过引用的方式并入到本申请中。比如将所述高铝灰置于耐酸反应釜中进行盐酸酸溶，盐酸浓度为20～30wt％，盐酸中HCl与灰中氧化铝的摩尔比为4:1～9:1，溶出温度为130℃～200℃，溶出压力0.3～1.5MPa，溶出时间为1.5h～2.5h；酸溶后产物经固液分离，得到含氯化铝的酸浸液，具体可以参见CN102145905A中的实施例1。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)在本发明的制备过程中，通过原煤与煤矸石的合理配置以及分散混合，成功由煤矸石制得高稳定性的水煤浆，体现在成品水煤浆在灰分含量高达25％-45％的情况下，仍能在浆体粘度处于800-1300mPa·s时，浆体稳定性≥30d，浆体浓度达到45％-55％(燃料水煤浆(GB/T 18856—2014))；能在保证水煤浆的浆体特性满足循环流化床锅炉燃烧的前提下，实现了高铝灰的大产量生产。

(2)通过将煤矸石掺配制备水煤浆进而用于循环流化床锅炉中燃烧，充分利用了煤矸石中的少量热值，进一步提高了煤矸石的资源化利用程度。将原煤和高含铝灰煤矸石掺配后制备原料水煤浆，不仅可以用于循环流化床锅炉燃烧发电，还可以成产氧化铝含量高达45％-55％的高铝灰用于氧化铝的提取，是一种成本低且产量大，能兼顾原煤高效燃烧和高灰渣产量的新工艺。富含高铝灰的原料水煤浆不仅能降低煤矸石的自燃风险，提高其运输特性，更重要的是，利用本发明的水煤浆在循环流化床锅炉中的低温燃烧特性，可以提高灰渣中活性氧化铝比例，进而提高后续工艺的浸出效率，减少杂质，提高产品纯度。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明申请所附权利要求书定义的技术方案的等效改进和变形。

实施例1

准格尔煤和煤矸石按质量比1：1掺配制备水煤浆。具体实施方法为：

(1)将准格尔煤和煤矸石(源自准格尔煤层中的煤矸石，氧化铝含量大于30％)通过鄂式破碎机破碎至粒度≤6mm；

(2)将破碎后的准格尔煤与水和木质素磺酸盐，通过整形机整形后，给入卧式球磨机研磨30min，之后在剪切速率为80r/min的条件下，实现物料的分离，粒度≥300μm，返回上一级重新研磨；

(3)将破碎后的煤矸石与水和木质素磺酸盐，通过整形机整形后，给入立式搅拌磨研磨1h，之后在剪切速率为80r/min的条件下，实现物料的分离，粒度≥75μm，返回上一级重新研磨；

(4)将准格尔煤的筛下物和煤矸石的筛下物按照干基物料量1：1进行配比，之后加入水和聚丙烯酰胺絮凝剂，在剪切速率130r/min的条件下实现物料间的均匀分散，最终得到成品水煤浆。

所得浆体浓度为45％，浆体表观粘度1100mPa·s，30天后仍然稳定，浆体灰分含量30％，热值12MJ/kg，通过循环流化床锅炉燃烧后，所得灰渣中氧化铝含量为44％。

实施例2

准格尔煤和煤矸石按质量比2：1掺配制备水煤浆。具体实施方法为：

(1)将准格尔煤和煤矸石通过鄂式破碎机破碎至粒度≤6mm；

(4)将准格尔煤的筛下物和煤矸石的筛下物按照干基物料量2：1进行配比，之后加入水和聚丙烯酰胺絮凝剂，在剪切速率130r/min的条件下实现物料间的均匀分散，最终得到成品水煤浆。

所得浆体浓度为50％，浆体表观粘度1050mPa·s，30天后仍然稳定，浆体灰分含量28％，热值16MJ/kg，通过循环流化床锅炉燃烧后，所得灰渣中氧化铝含量为48％。

实施例3

准格尔煤和煤矸石按质量比3：1掺配制备水煤浆。具体实施方法为：

(1)将准格尔煤和煤矸石通过鄂式破碎机破碎至粒度≤6mm；

(4)将准格尔煤的筛下物和煤矸石的筛下物按照干基物料量3：1进行配比，之后加入水和聚丙烯酰胺絮凝剂，在剪切速率130r/min的条件下实现物料间的均匀分散，最终得到成品水煤浆。

所得浆体浓度为54％，浆体表观粘度900mPa·s，30天后仍然稳定，浆体灰分含量27％，热值18MJ/kg，通过循环流化床锅炉燃烧后，所得灰渣中氧化铝含量为46％。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动均在本发明涵盖的精神范围之内。

Claims

1.一种富含高铝灰的原料水煤浆的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将原煤和煤矸石分别破碎至粒度≤6mm；

(4)将步骤(2)原煤的筛下物与步骤(3)煤矸石的筛下物混合，并与水和稳定剂经强力剪切后，得到成品水煤浆；

其中，步骤(4)所用原煤筛下物与煤矸石筛下物的质量比为1：1-3：1；

步骤(4)所述稳定剂为聚丙烯酰胺絮凝剂，剪切速率为130r/min-180r/min；

所述水煤浆中灰分含量为25％-45％、浆体粘度为800-1300mPa·s、浆体稳定性≥30d，并且浆体浓度达到45％-55％。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成品水煤浆的热值范围为12-21MJ/kg，成品水煤浆≤75μm的细颗粒含量为40％-65％。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述水煤浆中水的质量占比为30％-40％，原煤与煤矸石的质量占比为60％-70％，作为添加剂的分散剂和稳定剂总质量占比为0.5％-1.0％。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述粗磨的时间为30-60min，剪切速率为80r/min-100r/min。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述粗磨所采用的粗磨机为卧式棒磨机、卧式球磨机、立式球磨机或立式搅拌磨机。

6.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述细磨的时间为1-2h，剪切速率为80r/min-100r/min；所述细磨所采用的细磨机为立式搅拌磨和/或卧式搅拌磨。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述煤矸石收到基低位发热量7-12MJ/kg，燃烧后灰渣中氧化铝含量45％-55％。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述原煤收到基低位发热量15-28MJ/kg，燃烧后灰渣中氧化铝含量45％-60％。

9.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述原煤筛下物中粒径大于等于150μm且小于300μm的颗粒含量为25-35％、粒径大于等于75μm且小于150μm的颗粒含量为35-45％、粒径小于75μm的颗粒含量为30-40％；

所述煤矸石筛下物中粒径大于等于50μm且小于75μm的颗粒含量为20-30％、粒径大于等于25μm且小于50μm的颗粒含量为45-55％、粒径小于25μm的颗粒含量为25-35％。

10.一种适于盐酸酸溶法提取氧化铝的高铝灰的制取方法，其特征在于，将根据权利要求1-9中任一项所述的水煤浆通过循环流化床锅炉燃烧，从而得到所述高铝灰。