CN115159888A - 一种大宗煤矸石综合利用工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，属于煤炭处理技术领域。该方法包括煤矸石的破碎、筛分、流化床烧结、粒度级配和陶粒生产等工序。该方法核心思想是用流化床对颗粒状煤矸石进行快速烧结，快速提高煤矸石颗粒的机械强度和热稳定性等，产品质量可达到一级建筑用砂标准。该方法利用流化床热交换速率快、产量大以及颗粒受热均匀等特点，可将煤矸石固体废弃物高效转化成市场需求量大的建筑用砂，是大宗煤矸石的有效处理方法。同时，建筑用砂粒度范围之外的煤矸石细粉可与粉煤灰等其他固废混合制备具备各种功能的陶粒产品，或直接用流化床烧结成喷涂用的材料。因此，该工艺方法能完全消纳煤矸石，生产出市场用量大的优质建筑用砂、涂料及功能陶粒等产品。

Description

一种大宗煤矸石综合利用工艺方法
技术领域
本发明属于煤矸石再利用方法，特别涉及一种大宗煤矸石综合利用工艺方法。
背景技术
煤矸石是矿业固体废弃物中体量最大的，我国每年约产生4亿吨，长期堆存的煤矸石累计约50亿吨。煤矸石在岩性上包含煤质、泥页岩和粉砂质泥页岩等类型，按照主要矿物含量，煤矸石固废可以进一步划分为黏土岩类、砂石岩类、碳酸盐类和铝质岩类等，它的主要化学成分是 SiO2、Al2O3和 C 等，其次是 Fe2O3、CaO、MgO、Na2O3、K2O、SO3和部分 Ti、Co 等微量稀有元素。煤矸石的资源化利用一直是固废利用和环境保护领域的热点，因煤矸石热值低、组分复杂、机械强度低、热稳定性差等一直没有能够大宗量处理煤矸石的固废资源化技术。
另一方面，随着我国经济体量的加大，基础设施建设领域投入不断增加，对建筑用砂石的需求量不断上升，靠天然砂石已不能满足市场需求。机制砂成为天然砂不足的补充，以往无序过度的开山取石做法已一去不返，河砂资源也逐渐减少，机制砂的原料日益减少，导致市场一度出现“砂荒”，砂石价格逐年攀升。因此，砂源替代是解决问题的关键。
CN 113245200 A公开了一种利用煤矸石制备砂石骨料的方法。该方法是将煤矸石通过四次破碎和五次筛分，使煤矸石中的软岩、碳质岩和煤炭反复破碎，实现煤和岩石的分离，从而获得较高热值的中煤用作电厂燃料，其余大部门煤矸石作为和不同粒度的砂石骨料。然而，该方法受煤矸石中碳含量的高低影响较大，大多数煤矸石中的碳含量较低，回收的可燃物有限，且仅通过破碎和粒度控制制备的砂石骨料性能受煤矸石原有特性制约，一般满足不了大多数基建要求。
因此研发一种原料适应性好、处理量大、产品质量可调控的煤矸石基建筑用砂制备方法十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，该方法以建筑用砂为主产品，喷涂用料和陶粒等为辅的大宗煤矸石综合利用方法，从根本上解决现有煤矸石利用难和堆积污染环境的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，该方法的工艺过程为：煤矸石经过破碎和筛分分为0.15mm-4.75mm和-0.15mm粗细两种煤矸石，其中粗煤矸石用流化床进行烧结，烧结产品作为建筑用砂；细煤矸石用流化床直接烧制成煤矸石细砂，与粗颗粒烧结过程中产生的细砂一起作为喷涂用料产品，或与粉煤灰等其他固废混合制备成陶粒产品；流化床烧结将粗和细煤矸石分别通过螺旋给料机输送设备进入流化床中进行烧结，将煤矸石中的可燃物烧烬并使金属氧化物矸石组分受热发生化合反应或晶型转变的物理化学变化，来引起烧结产物的致密性、抗热性和硬度特性，使建筑用砂石骨料重要指标大幅提升；根据建筑用砂具体质量要求，确定煤矸石细粉是否从建筑用砂中分离出去作为喷涂材料；流化床烧结温度为900-1200℃，优选的1100℃；烧结时间受矸石物质组成和粒度形状控制，为30分钟以内，通过控制给料速度控制，优选10分钟，更优选3分钟；流化床内物料的流态化通过条件流化床下部进入气流的气速实现；气速的大小视煤矸石粒度、密度和煅烧温度调整。
所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，煤矸石原料为煤矿开采/加工过程中新产生或长期堆积后的煤矸石固体废弃物，对矸石中的含煤量及热值等不做要求；例如但不限于0-50mm选煤厂洗选后的煤矸石。
所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，破碎和筛分将大块的煤矸石粉碎至-4.75mm的操作，通过破碎机和振动筛组合实现，也可通过具有粒度控制的破碎设备一体机实现；实现该功能的设备为圆锥破碎机、冲击式破碎机、辊式破碎机或与双层或单层振动筛的组合；或优选产粉率低的破碎设备，如柱碎机。
所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，原料和破碎筛分根据原料粒度和市场需求灵活调整；例如但不限于煤矸石原料是细粉或市场需要涂料/细砂时，则将煤矸石全部粉碎至细砂所需粒度进行流化床烧结。
所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，流化床进排料方式不限，优选的上端进料中部排料。
所述的一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，流化床温度由喷入的燃料提供，或由燃料燃烧后的高温烟气直接通入提供，例如但不限于喷入煤粉。
所述的一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，流化床尾气经过预热回收和净化处理后排放，例如但不限于脱硫、脱硝塔和布袋除尘。
所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，粒度级配是根据不同等级建筑用砂粒度要求进行筛分和混合操作。
所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，陶粒生产方法是将粉煤灰与煤矸石细粉混合、加水或粘结剂造粒和烧结，是公开通用性技术，不做特别要求。
所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，所述利用产品为建筑用砂、涂料/细砂和陶粒中的1-3种。
一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，其特征在于，煤矸石经过破碎、筛分、流化床烧结、粒度级配和陶粒生产等环节，制备出建筑用砂、喷涂材料和陶粒等产品。
本发明的有益效果在于：
其一，该方法采用的流化床烧结充分利用了流化床传热速率快、热分布均匀和处理能力大的优点，烧结产品质量均匀性好，烧结设备可放大。
其二，该方法在烧结过程中充分利用了煤矸石中的可燃物，可节约燃料消耗。
其三，该方法通过高温煅烧将煤矸石中的可燃物烧烬，提高了产品的热稳定性。同时，在烧结过程中通过煤矸石组分之间的熔融、扩散、化合和晶型转变等物化变化实现致密性、机械强度和热稳定性等的大幅提升，提升效果可通过改变烧结温度和烧结时间等进行控制，产品质量可人为定向调控。
附图说明
图1示出了本发明摘要和权利要求书所述的大宗煤矸石综合利用工艺；
图2-1 本发明实施例煤矸石流态化烧结工艺实验系统；
图2-2 本发明实施例流态化烧结炉简图；
图3示出了根据本发明的工艺方法制备的建筑用砂照片和性能检测结果。
图中：料仓1、螺旋给料机2、流态化煅烧炉3、鼓风机4、缓冲罐5、空气预热器6、旋风收集器7、产品罐8。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的一个实验室规模的优选实施方式，见附图2-1。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解这个实施方式是基于该工艺的一个实验室系统，在加热和进出料方式等受装置大小限制并不一定是工业装置上的优选方式，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明破碎和筛分是通过破碎和筛分设备（也可为破碎筛分一体机）将煤矸石分为粗煤矸石（0.15-4.75mm）和细煤矸石（-0.15mm）。流化床烧结是将粗和细煤矸石在流化床中进行烧结，去除其中的可燃组分以及促进煤矸石组分通过热引发的熔融、化学反应以及晶型转变等物化性质变化，从而使烧后煤矸石颗粒的机械强度、致密性、抗热性等性质的大幅提升，满足建筑用砂标准要求。流化床烧结后的煤矸石按照不同等级建筑用砂的粒度要求进行筛分、混合等粒度级配操作，从而形成不同品级的建筑用砂产品。流化床烧结后的煤矸石细砂直接作为喷涂用材料或建筑用细砂等产品。破碎筛分后得到的煤矸石细粉还可与粉煤灰等固废结合制成陶粒，制备工艺采用常规配比混合、加水/粘结剂、造粒/成型、烧制和养护等。陶粒生产方法是将粉煤灰与煤矸石细粉混合、加水或粘结剂造粒和烧结，是公开通用性技术，不做特别要求。
本发明的组成包括以下系统：
给料系统：通过破碎和筛分等物料加工过程将煤矸石制备成所需粒度颗粒，放入1-料仓；颗粒煤矸石通过料仓下的2-螺旋给料机定量均匀给入3-流态化煅烧炉。
供风系统：流态化煅烧炉颗粒流态化所需气体由4-鼓风机产生进入5-储气罐，保障气量和气压的稳定性。
加热系统：储气罐内的气体进入流态化煅烧炉前由6-空气预热器加热较高温度后进入3-流态化煅烧炉，煅烧炉外部是电加热炉，温度通过改变电流大小进行调节。煅烧所需温度由煅烧炉内温度检测为准，如1100℃。
煅烧系统：热气流与煤矸石颗粒在3-流态化煅烧炉内进行充分混合实现物料的快速煅烧。流态化煅烧炉的结构如图2-2所示，流态化的颗粒通过排料管进入8-产品罐，流化气体从煅烧炉顶部进入7-旋风收集器排出。
产品级配：烧结后的产品用振筛机筛制成建筑用砂集料规范JTG E42-2005规定的各种粒度，并进行级配成为标准建筑用砂产品。实际操作时也可将原料煤矸石按照粒度要求先筛分后烧结。
陶粒制备：制备出的细砂与粉煤灰等混合制备成陶粒。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，是在考虑实验室具体安装和操作条件后设计的，并非对本发明作任何形式上的限制。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。如系统前端的鼓风机可改为系统末端的引风机，电加热系统可改为燃气等其他直接加热流化气体方式，系统末端还可加热量回收装置和布袋除尘器设施等。
图3示出了本发明的工艺方法制备的建筑用砂照片和性能检测结果（表1和表2）。
表1，煤矸石制备的各粒度级细砂检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 粒度级配后制得的建筑用细骨料砂的检测分析结果
Figure 710934DEST_PATH_IMAGE002
。

Claims (9)

1.一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，其特征在于，该方法的工艺过程为：煤矸石经过破碎和筛分分为0.15mm-4.75mm和-0.15mm粗细两种煤矸石，其中粗煤矸石用流化床进行烧结，烧结产品作为建筑用砂；细煤矸石用流化床直接烧制成煤矸石细砂，与粗颗粒烧结过程中产生的细砂一起作为喷涂用料产品，或与粉煤灰等其他固废混合制备成陶粒产品；流化床烧结将粗和细煤矸石分别通过螺旋给料机输送设备进入流化床中进行烧结，将煤矸石中的可燃物烧烬并使金属氧化物矸石组分受热发生化合反应或晶型转变的物理化学变化，来引起烧结产物的致密性、抗热性和硬度特性，使建筑用砂石骨料重要指标大幅提升；根据建筑用砂具体质量要求，确定煤矸石细粉是否从建筑用砂中分离出去作为喷涂材料；流化床烧结温度为900-1200℃，优选的1100℃；烧结时间受矸石物质组成和粒度形状控制，为30分钟以内，通过控制给料速度控制，优选10分钟，更优选3分钟；流化床内物料的流态化通过条件流化床下部进入气流的气速实现；气速的大小视煤矸石粒度、密度和煅烧温度调整。
2.根据权利要求1所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，其特征在于，煤矸石原料为煤矿开采/加工过程中新产生或长期堆积后的煤矸石固体废弃物，对矸石中的含煤量及热值不做要求；例如但不限于0-50mm选煤厂洗选后的煤矸石。
3.根据权利要求1所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，其特征在于，破碎和筛分将大块的煤矸石粉碎至-4.75mm的操作，通过破碎机和振动筛组合实现，也可通过具有粒度控制的破碎设备一体机实现；实现该功能的设备为圆锥破碎机、冲击式破碎机、辊式破碎机或与双层或单层振动筛的组合；或优选产粉率低的破碎设备，如柱碎机。
4.根据权利要求1所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，其特征在于，原料和破碎筛分根据原料粒度和市场需求灵活调整；例如但不限于煤矸石原料是细粉或市场需要涂料/细砂时，则将煤矸石全部粉碎至细砂所需粒度进行流化床烧结。
5.根据权利要求1所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，其特征在于，流化床进排料方式不限，优选的上端进料中部排料。
6.根据权利要求5所述的一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，其特征在于，流化床温度由喷入的燃料提供，或由燃料燃烧后的高温烟气直接通入提供，例如但不限于喷入煤粉。
7.根据权利要求1所述的一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，其特征在于，流化床尾气经过预热回收和净化处理后排放，例如但不限于脱硫、脱硝塔和布袋除尘。
8.根据权利要求1所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，其特征在于，粒度级配是根据不同等级建筑用砂粒度要求进行筛分和混合操作。
9.根据权利要求1所述一种大宗煤矸石综合利用工艺方法，其特征在于，所述利用产品为建筑用砂、涂料/细砂和陶粒中的1-3种。
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