CN114478048A - 一种利用煤基固废制备陶粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用煤基固废制备陶粒的方法，所述方法包括：根据煤基固废原料塑性的不同进行分类，得到陶粒生料；将所述陶粒生料干燥后，在800‑1000℃区间内设置辅助燃烧区进行脱碳，在1000‑1200℃区间内进行焙烧。本发明针对煤基固废进行高效利用，采用优化的焙烧方法，实现全固废陶粒产品制备，产品力学性能优良；且工艺简单，适合工业化推广应用，可作为建筑轻集料或建筑砂石料，具有优异环境效益、经济效益和社会效益。本发明适用于煤基固废利用领域。

Description

一种利用煤基固废制备陶粒的方法
技术领域
本发明属于煤基固废利用领域，具体涉及一种利用煤基固废制备陶粒的方法。
背景技术
现有技术中，通常利用气化渣、炉渣、脱硫灰等含固定碳比较多的煤基固废来制备陶粒，一方面这部分固废热值高，另一方面固定碳燃烧慢，对于高热值高含碳量的产品难以将炭反应彻底，容易造成产品黑心和性能不合格，为此需要专门以脱碳为目的辅助燃烧区。同时，对这些煤基固废多是单一固废进行利用，然而这些固废通常在煤炭矿山企业附近都存在，需要综合利用，以避免造成工艺复杂，固废总加入量少，外加剂成本高的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种利用煤基固废制备陶粒的方法，该方法充分考虑了煤矸石原料之间塑性、氧化铝含量、热值等的差异，利用三阶段控温烧结的方法，实现了与气化渣、炉渣、流化床灰渣等塑性不好的原料的协同利用，达到全固废陶粒制备的目的，从而能够简化制备过程，显著降低工艺成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用煤基固废制备陶粒的方法，所述方法包括：
根据煤基固废原料塑性的不同进行分类，得到陶粒生料；
将所述陶粒生料送入窑炉内通过三阶段控温过程实现烧制：第一阶段进行干燥、预热升温至500℃；第二阶段升温至500-1000℃区间，并在此区间设置辅助燃烧区进行脱碳，脱碳时间10-100分钟；第三阶段，升温至1000-1200℃区间进行焙烧，随后降温至室温获得所述陶粒产品。
作为本发明的一个实施例，煤基固废原料包括煤矸石、气化渣、流化床灰渣、粉煤灰、炉渣和煤泥中的一种或多种。
作为本发明的一个实施例，所述根据煤基固废原料塑性的不同进行分类，包括：
将含粘土类矿物的煤基固废原料归为一类，作为塑性较好的原料，其氧化铝质量百分含量为11～35％。
作为本发明的一个实施例，所述方法还包括：
将所述含粘土类矿物的煤基固废原料单独作为陶粒生料，进行粉磨造粒后煅烧；或者，
将所述含粘土类矿物的煤基固废原料与塑性较差的煤基固废原料混合后作为陶粒生料，再进行造粒、煅烧。
作为本发明的一个实施例，所述方法还包括：
在进行所述脱碳之前，将热值高于350kcal/kg的陶粒生料，在辅助燃烧区内陶粒温度在500-800℃区间内进行点火燃烧。
作为本发明的一个实施例，所述方法还包括：
将热值高于350kcal/kg的陶粒生料，在辅助燃烧区段抽出富裕的热风用于余热利用，并同时通过抽风来控制辅助燃烧区的燃烧区温度低于950℃。
本发明提供的上述技术方案至少带来的有益效果：
(1)本发明全部利用煤基固废能够显著降低成本，实现煤基固废的分类分质高效利用；
(2)本发明根据煤基固废含有热值的特点，对燃烧过程进行优化，结合长期实验数据，确定以陶粒生坯350kcal/kg为分界，低于350kcal/kg的陶粒可以无需专门脱碳区后，利用现有工艺进行煅烧，对于大于等于350kcal/kg的陶粒，由于热值高，需要鼓入更多风量，一方面加速碳的氧化燃烧；另一方面需要对陶粒温度降温，避免超温收缩或软熔等；
(3)本发明的配方和工艺，煤矸石掺量可高于90％，有效解决煤矸石对地表和大气的污染问题以及对土地资源占用较大的问题；同时，配方简单，避免使用对环境负担较大及限制开采的原料，获取更为便捷，配合组建的先进高效的流程生产线，制备出的陶粒强度优于前人成果，堆积密度为995.3Kg/m3，筒压强度最高可达到16.8MPa；
(4)本发明选择塑性好、氧化铝含量较高的煤基固废来制备陶粒，避免加入粘结剂，实现全固废利用；也可以选择塑性好的煤基固废和塑性不好的煤基固废混合后利用，同样实现全固废利用；其中，塑性好的煤基固废保证生球的强度性能，塑性不好的煤基固废为瘠性料，能够增加陶粒在焙烧过程的透气性，促进碳的氧化。同时，对于热值波动大，含固定碳高的烧制过程，存在黑心，残碳高的问题，本发明也进一步能够通过三阶段控温烧结方法进行解决；
(5)本发明针对煤基固废进行高效利用，采用优化的焙烧方法，实现全固废陶粒产品制备，产品力学性能优良；且工艺简单，适合工业化推广应用，可作为建筑轻集料或建筑砂石料，具有优异环境效益、经济效益和社会效益。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
将两类煤矸石进行分类，一类是煤矸石氧化铝含量23.5％，含有粘土矿物高岭土，塑性好；另一类煤矸石氧化铝含量为18.3％，不含粘土矿物，以石英为主，塑性较差。将这两类煤矸石按照质量比3:7混合后制备为全固废陶粒生球，陶粒生球的热值为750kcal/kg。为此，将陶粒生料球送入进行干燥、预热至500℃，进入辅助燃烧区进行脱碳，在温度升温至550℃时设置点火喷枪点火，使陶粒能够燃烧；陶粒在辅助燃烧区温度为500-1000℃，并通过抽风控制辅助燃烧区最高温度为900℃，脱碳时间45分钟，然后进一步升温1120℃进行焙烧，随后冷却至室温获得成品陶粒。陶粒内部无黑心，陶粒堆积密度为980.2Kg/m3，筒压强度为12.8MPa，显著优于标准5.0MPa的要求。
实施例2
原料1煤矸石氧化铝含量21.90％，含有粘土矿物高岭土，塑性好；另一类原料是气化渣，塑性较差。将这煤矸石和气化渣按照质量比7:3混合后制备为全固废陶粒生球，陶粒生球的热值为1020kcal/kg。为此，将陶粒生料球送入进行干燥、预热至500℃，进入辅助燃烧区进行脱碳，在温度升温600℃时设置点火喷枪点火，使陶粒能够燃烧；陶粒在辅助燃烧区温度为500-1000℃，并通过抽风控制辅助燃烧区最高温度为950℃，脱碳时间60分钟，然后进一步升温1120℃进行焙烧，随后冷却至室温获得成品陶粒。陶粒内部无黑心，陶粒堆积密度为960.1Kg/m3，筒压强度为7.8MPa，显著优于标准5.0MPa的要求。
实施例3
原料煤矸石氧化铝含量23.60％，含有粘土矿物高岭土，塑性好。将该煤矸石制备为全固废陶粒生球，陶粒生球的热值为320kcal/kg。为此，将陶粒生料球送入窑炉，进行干燥、预热至500℃，进入辅助燃烧区进行脱碳，陶粒在辅助燃烧区温度为500-1000℃，脱碳时间60分钟；在辅助燃烧区无需设置点火喷枪点系统，无需通过抽风控制辅助燃烧区最高温度；脱碳后陶粒进一步升温1120℃进行焙烧，随后冷却至室温获得成品陶粒。陶粒内部无黑心，堆积密度为995.3Kg/m3，筒压强度最高可达到16.8MPa，显著优于标准5.0MPa的要求。
对比例1
将煤矸石氧化铝含量为18.3％，不含粘土矿物，以石英为主，塑性较差。将其制备为陶粒生球，陶粒生球的塑性差，跌落强度不合格，无法进行烧制。
对比例2
将气化渣不含粘土矿物，塑性差。将其单独制备为陶粒生球，陶粒生球的塑性差，跌落强度不合格，无法进行烧制。
对比例3
原料1煤矸石氧化铝含量21.90％，含有粘土矿物高岭土，塑性好；另一类原料是气化渣，塑性较差。将这煤矸石和气化渣按照质量比7:3混合后制备为全固废陶粒生球，陶粒生球的热值为1020kcal/kg。为此，将陶粒生料球送入窑炉，按照传统工艺进行干燥、预热，然后进一步升温1120℃进行焙烧，随后冷却至室温获得成品陶粒。陶粒内部黑心，部分黑心熔化溢出并使得陶粒之间发生粘接。陶粒堆积密度为890.3Kg/m3，筒压强度为2.8MPa，不满足标准5.0MPa的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用煤基固废制备陶粒的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据煤基固废原料塑性的不同进行分类，得到陶粒生料；
将所述陶粒生料送入窑炉内通过三阶段控温过程实现烧制：第一阶段进行干燥、预热升温至500℃；第二阶段升温至500-1000℃区间，并在此区间设置辅助燃烧区进行脱碳，脱碳时间10-100分钟；第三阶段，升温至1000-1200℃区间进行焙烧，随后降温至室温获得所述陶粒产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，煤基固废原料包括煤矸石、气化渣、流化床灰渣、粉煤灰、炉渣和煤泥中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据煤基固废原料塑性的不同进行分类，包括：
将含粘土类矿物的煤基固废原料归为一类，作为塑性较好的原料，其氧化铝质量百分含量为11～35％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述含粘土类矿物的煤基固废原料单独作为陶粒生料，进行粉磨造粒后煅烧；或者，
将所述含粘土类矿物的煤基固废原料与塑性较差的煤基固废原料混合后作为陶粒生料，再进行造粒、煅烧。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在进行所述脱碳之前，将热值高于350kcal/kg的陶粒生料，在辅助燃烧区内陶粒温度在500-800℃区间内进行点火燃烧。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将热值高于350kcal/kg的陶粒生料，在辅助燃烧区段抽出富裕的热风用于余热利用，并同时通过抽风来控制辅助燃烧区的燃烧区温度低于950℃。
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