CN115368047B - 一种煤矸石环形烧结脱碳工艺 - Google Patents

一种煤矸石环形烧结脱碳工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤矸石环形烧结脱碳工艺，包括：(1)将粗粒级煤矸石破碎至预定粒度；(2)将破碎后的煤矸石、复合添加剂和水按照设定比例充分混匀，得到混合料；(3)将混合料进行造球，得到制粒小球；(4)将制粒小球在环形烧结机中布料、点火、抽风烧结和机上冷却，获得脱碳后的煤矸石烧结料；(5)将脱碳后的煤矸石烧结料破碎，得到煤矸石活性混合材。本发明提供了一种煤矸石环形烧结脱碳工艺，利用环形烧结机独有的水平回转布置结构，消除了空行程，提高设备利用率；同时，环形烧结机相比于带式烧结机，其密封性好，漏风率低。因此，可提高煤矸石烧结的利用系数、降低烧结电耗。

Description

一种煤矸石环形烧结脱碳工艺
技术领域
本发明属于固废综合利用技术领域，具体涉及一种煤矸石环形烧结脱碳工艺。
背景技术
煤矸石是煤炭开采、洗选、加工利用过程中产生的一种固体废弃物，是在成煤复杂过程中与煤层伴生、含碳量低、硬度高、黑灰色的伴生废石。其主要成分是以高岭石、石英等矿物形式存在的Al2O3、SiO2等，还含有较少的金属氧化物，化学成分复杂包括大量常量元素，部分微量元素和有害元素。我国煤炭资源十分丰富，能源结构以煤为主，煤矸石的产率约为煤开采的5％～20％，故煤矸石的产量十分庞大。中国累计堆存煤矸石超过80亿吨，占地超过11万公顷，有超过1100座煤矸石堆存山，而且煤矸石排放量仍在快速增长。
煤矸石的大量生产、排放、堆存同样会带来多方面的危害：第一，煤矸石堆存造成安全隐患。煤矸石简单堆积成煤矸石山，结构上比较松散，山体稳定性差，极易发生坍塌、滑坡等事故。煤矸石中有机质的灰化、硫得到挥发和分解以及煤矸石本身自燃现象的发生均会产生瓦斯气体，当瓦斯气体累积超过一定浓度时，煤矸石山会发生爆炸导致一系列可怕的事故。第二，煤矸石大量堆存带来严重的环境污染。煤矸石化学成分复杂，含有S、C、H、N、Hg、Gr、Ge、Cu、As等元素，煤矸石山在长期自然风化下，发生一系列物理化学变化，释放出各种有害气体和物质，包括二氧化硫、硫化氢、氮氧化物和多种有机化合物等。粉尘中大量的有害物质对空气造成严重污染，对人体造成严重危害。除此之外，部分重金属元素溶解进入土壤、进入水体，造成更严重的生态破坏。我国是煤炭资源大国，煤矸石的大宗量综合利用是减少其危害的根本途径。
由于煤矸石的主要成分为SiO2和Al2O3，与建材类似。因此，利用煤矸石作为建筑材料(比如水泥混合材)，是煤矸石实现大宗消纳和应用的重要途径之一。若将煤矸石制备水泥混合材等建筑材料，必须借助适宜的方法，增加其活性，减少煤矸石中残碳等有机质。
中国专利CN1236748A公开了一种煅烧煤矸石制取活性水泥混合材的方法，该方法中煤矸石在简易窑内，氧化气氛下，煅烧温度控制在850～1150℃的条件下，可制备成活性水泥混合材，该工艺虽然简单，但是回转窑存在结圈、能耗高和环境污染不易控制等一系列问题。
中国专利CN110078401B公开了一种煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺。该方法中采用烧结机处理煤矸石，然后经过细磨，即可获得活性混合材。但是该方法烧结过程由于料层厚度较低(料层高度700～1000mm)，不能有效蓄热，需要添加4％～7％的碳质固体燃料，不但提高的生产成本，且碳质燃料燃烧过程增加了SO2、NOX和CO2的排放，势必提高废气的处理成本。
中国专利CN113526883A公开了一种煤矸石无燃料自热式超高料层脱炭工艺。该工艺采用带式烧结机，利用超高料层(1000～2000mm)烧结过程的自动蓄热作用，烧结料层温度随着料层高度的提高，热量增加，有利于提高燃烧带温度，促进煤矸石的脱炭反应，加快煤矸石中硅、铝等矿物的矿化反应，并将大量的热量转变成化学能储存于矿物中，提高产品活性。
中国专利CN113526895B公开了一种煤矸石双层富氧烧结脱炭的方法。该方法针对常规煤矸石厚料层带式烧结过程，由于下层过湿严重，导致烧结速率慢，利用系数不高的难题，采用双层布料，双层烧结的方法，抑制料层下部水分的冷凝，缩小过失带，改善透气性，加快烧结速度，提高利用系数。本发明针对常规烧结时，烧结矿层沿机尾移动方向逐渐增厚，料层透气性逐渐增强，风量分布不均，风的利用率低，导致烧结利用系数不高的难题；本发明提出双层烧结新方法，同一断面上有两个燃烧层同时向下移动，生产能力倍增，确保在风机容量不变的情况下增加产量，提高利用系数。
综上所述，已公开的有关煤矸石制备活性混合材的技术中，均可通过火法煅烧制备活性混合材，包括回转窑煅烧和带式烧结。但是，两种工艺煅烧脱碳，烧结利用系数均不高，最高仅为1.48t/(m2·h)，混合材的活性指数低于90％。
发明内容
针对现有技术中煤矸石烧结利用系数低、活性效果较差的技术问题，本发明的目的在于提供一种煤矸石环形烧结脱碳工艺，以提高煤矸石的脱碳效率和活性，使得本发明工艺更具竞争力。
为了达到上述目的，本发明提供一种煤矸石环形烧结脱碳工艺，包括以下步骤：
(1)一次破碎：将粗粒级煤矸石破碎至预定粒度，得到破碎后的煤矸石；
(2)配料、混匀：将步骤(1)所得破碎后的煤矸石、复合添加剂和水按照设定比例充分混匀，得到混合料；
(3)制粒：将步骤(2)所得混合料进行造球，得到制粒小球；
(4)烧结：将步骤(3)所得制粒小球在环形烧结机中布料、点火、抽风烧结和机上冷却，获得脱碳后的煤矸石烧结料；
(5)二次破碎：将步骤(4)所得脱碳后的煤矸石烧结料破碎，得到煤矸石活性混合材。
作为优选，步骤(1)中，煤矸石中所含固定碳含量为1.5％～5.5％。
作为优选，步骤(1)中，首先利用颚式破碎机将煤矸石破碎至-15mm；然后采用对辊破碎机，将其破碎至-8mm；随后采用高压辊磨，将粒度破碎-6.3mm占65％～85％，-0.5mm占15％～25％。
进一步，所述的高压辊磨过程，工作压力为2.0MPa～6.0MPa。高压辊磨破碎尤为重要，采用高压辊磨代替传统的破碎和磨矿工艺，不但能节约30％以上的能耗，而且，高压辊磨利用等静压破碎，可在煤矸石颗粒间形成裂纹，有利于氧气传输，保证氧气与煤矸石中碳充分接触和反应，改善反应动力学条件，促进燃烧，提高活性。因此，当高压辊磨压力小于2.0MPa，破碎效果较差，煤矸石亲水性较差，导致无法强化制粒，改善透气性；也无法形成裂纹，改善燃烧动力学条件；当高压辊磨压力大于6.0MPa，煤矸石中细粒级含量过多，反而影响制粒性能。
更进一步，高压辊磨工作压力为3.0MPa～6.0MPa。
作为优选，步骤(2)中，利用强力混合机进行混匀，混合机转速为1200～22000rpm，混合时间为3～6min，混合水分为5％～6％，所得制粒小球的含水量控制6.5％～7.5％。强力混合机转速太慢，混合时间短，均会导致煤矸石混合料、复合添加剂与水分混合不均匀，导致后续制粒性能差，烧结速度慢，烧结利用系数低；转速过快、时间过长导致能耗高。
作为优选，步骤(2)中，所述复合添加剂的添加量为0.5％～1.5％；其成分包括二氧化锰、高氯酸钾和腐殖酸钠，三者的质量百分比分别为10％～30％、30％～50％和20％～60％。
本发明提供了一种多功能复合添加剂，集强化制粒、催化燃烧和提高活性等效果。复合添加剂的配比及用量对改善煤矸石的烧结性能极其重要。
复合添加剂中的二氧化锰、高氯酸钾和腐殖酸钠，与煤矸石及其相互间产生了协同作用，对煤矸石环形烧结性能具有显著影响。腐植酸钠是含有羧基和羟基基团的网状有机高分子，与煤矸石中硅铝矿物形成网状结构，产生化学吸附，将细小煤矸石颗粒粘结成粗颗粒，从而改善其透气性。高氯酸钾，是一种强氧化剂，其在高温下，容易分解和释放出氧气，增加烧结料层中氧浓度，有力促进氧气与煤矸石中固定碳充分燃烧，一方面能够提供热量，改善煤矸石成矿作用，提高其活性；另外，减少煤矸石烧结料中残炭含量。二氧化锰是一种碳质燃料催化剂，能够有效改善氧传递效果，从而催化煤矸石中固定碳的燃烧，改善燃烧效率。此外，煤矸石经过步骤(1)的高压辊磨预处理后，形成的裂纹，有利于步骤(2)中的复合添加剂的渗透与扩散，使其能与煤矸石中固定碳充分接触，改善催化燃烧的效果。添加剂中各组份比例及添加剂在煤矸石中的配入量根据大量的研究进行确定，以满足工艺中体系最优反应动力学条件，获得最佳技术经济指标。
作为优选，步骤(3)中，利用圆筒造球机进行制粒，圆筒制粒机的转速为30～60rpm，制粒时间为2～4min；制粒过程喷洒水分为1％～2％。
通过上述参数的合理优化，最终生料的透气性阻力应当小于45mmH2O。
作为优选，步骤(4)中，布料过程，控制料层高度为500～2000mm。料层高度过低，烧结蓄热不足，需要外配一定的固体燃料，才能保证烧结完成，将会导致残碳过高，混合材活性较低，料层若高于2000mm时，料层阻力太大，烧结所需负压高，烧结速度慢，利用系数低。
作为优选，步骤(4)中，在烧结过程布料过程，控制铺底料厚度为15～25mm，铺底料采用粒度为15～20mm的煤矸石。
作为优选，步骤(4)中，点火过程，点火时间为1～2min，点火温度为1050～1150℃，点火负压为4～6kPa，保温温度700～1000℃，保温时间3～5min，保温负压为4～6kPa。
作为优选，步骤(4)中，环形抽风烧结过程，烧结负压为10～18kPa。
作为优选，步骤(4)中，冷却过程，在环形烧结机上采用抽风冷却，冷却风量为2000～2200m3/t。
环形烧结与机上冷却系统如图1所示。环形烧结机采用环形风箱，水平回转布置，这种结构形式消除了空行程，因此设备利用率高，且环形烧结机密封性好，漏风率低、能耗低。解决了现有技术中提到的带式烧结台车空行程长、设备利用率低，且由于带式烧结机的烧结段前后密封性差，导致其漏风率高、电耗高和烧结利用系数低的难题。
步骤(5)中，采用齿辊破碎机对脱碳后的煤矸石烧结料破碎，将其破碎至-3mm，然后采用高压辊磨机和球磨机联合，将其比表面积提高至500～700m2/kg。
高压辊磨机利用准静压粉碎，相比于常规粉碎工艺，节省能耗约30％；另外，高压辊磨机对物料实施的是料层粉碎，是物料与物料之间的相互粉碎，其机械活化作用可以将一部分机械能转化为自由能，通过破坏煤矸石硅铝矿物的结构，内部断裂所形成的大量晶格缺陷使比表面积显著提高，煤矸石烧结料活性大幅度改善。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
(1)本发明提供了一种煤矸石环形烧结脱碳工艺，利用环形烧结机独有的水平回转布置结构，消除了空行程，提高设备利用率；同时，环形烧结机相比于带式烧结机，其密封性好，漏风率低。因此，可提高煤矸石烧结的利用系数、降低烧结电耗。
(2)本发明提供了一种煤矸石环形烧结脱碳工艺，利用两次高压辊磨技术，即原料破碎过程高压辊磨预处理和煤矸石烧结料破碎磨矿过程的高压辊磨处理。前者，通过高压辊磨预处理，不但能够改善煤矸石的表面亲水性，强化制粒，改善料层透气性，从而加快烧结速度，提高利用系数；同时，高压辊磨过程产生的裂纹，使煤矸石内部固定碳暴露，为后续复合添加剂与其固定充分接触提供条件，改善固定碳氧化燃烧的动力学条件，提高脱碳效果，降低烧损，提高煤矸石烧结料的活性。后者，利用高压辊磨处理煤矸石烧结料，高压辊磨的机械活化作用可以将一部分机械能转化为自由能，通过破坏煤矸石硅铝矿物的结构，内部断裂所形成的大量晶格缺陷使比表面积显著提高，煤矸石烧结料活性大幅度改善。
(3)本发明提供了一种煤矸石环形烧结脱碳工艺，发明了一种多功能复合添加剂，具备改善成球性、催化固定碳燃烧和提高料层氧位的多重作用，从而提高了烧结利用系数、降低煤矸石烧结料中的残炭和改善了煤矸石烧结料的活性。添加剂原料来源广泛，价格便宜，效果良好，具有良好的推广应用前景。添加剂的使用，成功解决了煤矸石烧结脱碳工艺存在的技术难题，为从煤矸石的高值化利用打下了良好基础。
附图说明
图1为本发明工艺中环形烧结与机上冷却系统示意图。
图2为本发明工艺的流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例和附图对本发明技术方案进行详细的阐述。
以下实施例及对比例，采用某地区的煤矸石，其化学成份如下：
Fe 1.78％，SiO254.33％，CaO 1.55％，MgO 0.67％，Al2O322.56％，固定碳3.12％，Na2O 0.15％，K2O 1.02％。
对比例1
(1)直接采用颚式和对辊破碎机，将煤矸石破碎至-6.3mm占72％，-0.5mm占21％；
(2)将破碎后的煤矸石粉料，配加质量比为6.0％的水，然后在强力混合机中强力混匀5min，混合机的转速为1800rpm，混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为1.5％的水分，且圆筒制粒机的转速为40rpm、制粒时间为3min，制粒所得小球，所得生料含水量7.3％，生料的透气性阻力55mmH2O；
(3)煤矸石生料在环形烧结机(料层高度800mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却，采用15～20mm的矸石作为铺底料，铺底料厚度为20mm，在点火时间2min，点火温度1100℃，点火负压5KPa，保温温度900℃，保温时间5min，保温负压为5kPa，烧结负压12KPa；冷却风量2200m3/t的条件下，即可获得煤矸石烧结料；
(4)煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机中干磨至粒度比表面积为600m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.64％，残碳含量为0.90％。
煤矸石烧结利用系数为1.42t/(m2·h)，煤矸石烧结料按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为82％。
对比例1中，未采用高压辊磨预处理和添加复合添加剂，所制备的煤矸石烧结料活性指数仅为82％，烧结利用系数为1.42t/(m2·h)。说明环形烧结机具备烧结速度快、利用系数高的优点。
对比例2
(1)采用颚式、对辊破碎机和高压辊磨机，将煤矸石破碎至-6.3mm占72％，-0.5mm占21％。其中，高压辊磨机的压力为3.0MPa；
(2)将破碎后的煤矸石粉料，配加质量比为6.0％的水，然后在强力混合机中强力混匀5min，混合机的转速为1800rpm，混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为1.5％的水分，且圆筒制粒机的转速为40rpm、制粒时间为3min，制粒所得小球，所得生料含水量7.3％，生料的透气性阻力51mmH2O；
(3)煤矸石生料在环形烧结机(料层高度800mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却，采用15～20mm的矸石作为铺底料，铺底料厚度为20mm，在点火时间2min，点火温度1100℃，点火负压5KPa，保温温度900℃，保温时间5min，保温负压为5kPa，烧结负压12KPa；冷却风量2200m3/t的条件下，即可获得煤矸石烧结料；
(4)煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机中干磨至粒度比表面积为600m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.52％，残碳含量为0.88％。
煤矸石烧结利用系数为1.46t/(m2·h)，煤矸石烧结料按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为84％。
对比例2与对比例1相比，采用高压辊磨预处理煤矸石后，其煤矸石生料透气性阻力由55mmH2O降低至51mmH2O，烧结利用系数从1.42t/(m2·h)提高至1.46t/(m2·h)，烧结生料的残炭量从0.90％降低至0.88％，活性指数从82％提高至84％。因此，利用高压辊磨预处理混合料后，生料亲水性能改善，制粒性能提高，透气性改善，从而烧结速度更快，利用系数提高，烧结料中残炭含量更低，其活性指数也提高。
对比例3
(1)采用颚式、对辊破碎机和高压辊磨机，将煤矸石破碎至-6.3mm占72％，-0.5mm占21％。其中，高压辊磨机的压力为6.0MPa；
(2)将破碎后的煤矸石粉料，配加质量比为6.0％的水，然后在强力混合机中强力混匀5min，混合机的转速为1800rpm，混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为1.5％的水分，且圆筒制粒机的转速为40rpm、制粒时间为3min，制粒所得小球，所得生料含水量7.25％，生料的透气性阻力48mmH2O；
(3)煤矸石生料在环形烧结机(料层高度800mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却，采用15～20mm的矸石作为铺底料，铺底料厚度为20mm，在点火时间2min，点火温度1100℃，点火负压5KPa，保温温度900℃，保温时间5min，保温负压为5kPa，烧结负压12KPa；冷却风量2200m3/t的条件下，即可获得煤矸石烧结料；
(4)煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机中干磨至粒度比表面积为600m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.48％，残碳含量为0.85％。
煤矸石烧结利用系数为1.48t/(m2·h)，煤矸石烧结料按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为86％。
对比例3与对比例2相比，高压辊磨预处理混合料后，提高其压力后，生料亲水性能进一步改善，制粒性能继续提高，从而烧结速度更快，利用系数提高，烧结料中残炭含量更低，其活性指数也提高。说明了高压辊磨预处理混合料作用效果显著。
对比例4
(1)采用颚式、对辊破碎机和高压辊磨机联合，将煤矸石破碎至-6.3mm占72％，-0.5mm占21％。其中，高压辊磨机的压力为6.0MPa；
(2)将破碎后的煤矸石粉料，配加质量比为6.0％的水和1.0％的复合添加剂(15％二氧化锰、35％高氯酸钾和50％腐殖酸钠)，然后在强力混合机中强力混匀5min，混合机的转速为1800rpm；
(3)混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为1.5％的水分，且圆筒制粒机的转速为40rpm、制粒时间为3min，制粒所得小球，所得生料含水量7.22％，生料的透气性阻力44mmH2O；
(4)煤矸石生料在环形烧结机(料层高度800mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却，采用15～20mm的矸石作为铺底料，铺底料厚度为20mm，在点火时间2min，点火温度1100℃，点火负压5KPa，保温温度900℃，保温时间5min，保温负压为5kPa，烧结负压12KPa；冷却风量2200m3/t的条件下，即可获得煤矸石烧结料；
(5)煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机中干磨至粒度比表面积为600m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.31％，残碳含量为0.78％。
煤矸石烧结利用系数为1.54t/(m2·h)，煤矸石烧结料按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为89％。
对比例4与对比例3相比，采用复合添加剂后，其煤矸石生料透气性阻力由48mmH2O降低至44mmH2O，烧结利用系数从1.48t/(m2·h)提高至1.54t/(m2·h)，烧结生料的残炭量从0.85％降低至0.78％，活性指数从86％提高至89％。因此，采用多功能复合添加剂，生料亲水性能改善，制粒性能提高，透气性改善，从而导致利用系数提高，烧结料中残炭含量更低，其活性指数也提高。
对比例5
(1)采用颚式、对辊破碎机和高压辊磨机联合，将煤矸石破碎至-6.3mm占72％，-0.5mm占21％。其中，高压辊磨机的压力为6.0MPa；
(2)将破碎后的煤矸石粉料，配加质量比为6.0％的水和1.0％的复合添加剂(15％二氧化锰、35％高氯酸钾和50％腐殖酸钠)，然后在强力混合机中强力混匀5min，混合机的转速为1800rpm；
(3)混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为1.5％的水分，且圆筒制粒机的转速为40rpm、制粒时间为3min，制粒所得小球，所得生料含水量7.22％，生料的透气性阻力44mmH2O；
(4)煤矸石生料在环形烧结机(料层高度800mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却，采用15～20mm的矸石作为铺底料，铺底料厚度为20mm，在点火时间2min，点火温度1100℃，点火负压5KPa，保温温度900℃，保温时间5min，保温负压为5kPa，烧结负压12KPa；冷却风量2200m3/t的条件下，即可获得煤矸石烧结料；
(5)煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在高压辊磨及和球磨机中干磨至粒度比表面积为600m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.31％，残碳含量为0.78％。
煤矸石烧结利用系数为1.54t/(m2·h)，煤矸石烧结料按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为91％。
对比例5与对比例4相比，采用高压辊磨处理煤矸石烧结料后，其活性指数可由89％提高至91％，说明高压辊磨可将机械能转换为化学能储存于煤矸石烧结料中，提高混合材的活性。
实施例1
一种煤矸石环形烧结脱碳工艺，包括以下步骤：
(1)采用颚式、对辊破碎机和高压辊磨机联合，将煤矸石破碎至-6.3mm占72％，-0.5mm占21％。其中，高压辊磨机的压力为6.0MPa；
(2)将破碎后的煤矸石粉料，配加质量比为6.0％的水和1.5％的复合添加剂(20％二氧化锰、40％高氯酸钾和40％腐殖酸钠)，然后在强力混合机中强力混匀5min，混合机的转速为2100rpm；
(3)混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为1.5％的水分，且圆筒制粒机的转速为50rpm、制粒时间为3min，制粒所得小球，所得生料含水量7.18％，生料的透气性阻力41mmH2O；
(4)煤矸石生料在环形烧结机(料层高度1000mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却，采用15～20mm的矸石作为铺底料，铺底料厚度为20mm，在点火时间2min，点火温度1100℃，点火负压5KPa，保温温度900℃，保温时间5min，保温负压为5kPa，烧结负压13KPa；冷却风量2200m3/t的条件下，即可获得煤矸石烧结料；
(5)煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在高压辊磨及和球磨机中干磨至粒度比表面积为600m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.28％，残碳含量为0.74％。
煤矸石烧结利用系数为1.57t/(m2·h)，煤矸石烧结料按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为92％。
实施例2
一种煤矸石环形烧结脱碳工艺，包括以下步骤：
(1)采用颚式、对辊破碎机和高压辊磨机联合，将煤矸石破碎至-6.3mm占72％，-0.5mm占21％。其中，高压辊磨机的压力为6.0MPa；
(2)将破碎后的煤矸石粉料，配加质量比为6.0％的水和1.5％的复合添加剂(20％二氧化锰、40％高氯酸钾和40％腐殖酸钠)，然后在强力混合机中强力混匀5min，混合机的转速为2100rpm；
(3)混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为1.5％的水分，且圆筒制粒机的转速为50rpm、制粒时间为3min，制粒所得小球，所得生料含水量7.18％，生料的透气性阻力41mmH2O；
(4)煤矸石生料在环形烧结机(料层高度1400mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却，采用15～20mm的矸石作为铺底料，铺底料厚度为20mm，在点火时间2min，点火温度1100℃，点火负压5KPa，保温温度900℃，保温时间5min，保温负压为5kPa，烧结负压13KPa；冷却风量2200m3/t的条件下，即可获得煤矸石烧结料；
(5)煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在高压辊磨及和球磨机中干磨至粒度比表面积为600m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.29％，残碳含量为0.76％。
煤矸石烧结利用系数为1.55t/(m2·h)，煤矸石烧结料按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为91％。
实施例2与实施例1相比，提高料层高度后，由于过湿现象严重，其烧结过程料层阻力变大，透气性变差，烧结速度变慢，利用系数降低，残碳含量有所提高，活性略有降低。
实施例3
一种煤矸石环形烧结脱碳工艺，包括以下步骤：
(1)采用颚式、对辊破碎机和高压辊磨机联合，将煤矸石破碎至-6.3mm占72％，-0.5mm占21％。其中，高压辊磨机的压力为6.0MPa；
(2)将破碎后的煤矸石粉料，配加质量比为6.0％的水和1.5％的复合添加剂(20％二氧化锰、40％高氯酸钾和40％腐殖酸钠)，然后在强力混合机中强力混匀5min，混合机的转速为2100rpm；
(3)混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为1.5％的水分，且圆筒制粒机的转速为50rpm、制粒时间为3min，制粒所得小球，所得生料含水量7.18％，生料的透气性阻力41mmH2O；
(4)煤矸石生料在环形烧结机(料层高度1400mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却，采用15～20mm的矸石作为铺底料，铺底料厚度为20mm，在点火时间2min，点火温度1100℃，点火负压6KPa，保温温度900℃，保温时间5min，保温负压为5kPa，烧结负压15KPa；冷却风量2200m3/t的条件下，即可获得煤矸石烧结料；
(5)煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在高压辊磨及和球磨机中干磨至粒度比表面积为600m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.25％，残碳含量为0.76％。
煤矸石烧结利用系数为1.59t/(m2·h)，煤矸石烧结料按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为93％。
实施例3与实施例1、实施例2相比，提高料层高度后，相应提高点火和烧结负压，烧结速度改善，烧结料残炭含量降低、烧结利用系数提高，烧结混合材的残炭含量也提高。
实施例4
一种煤矸石环形烧结脱碳工艺，包括以下步骤：
(1)采用颚式、对辊破碎机和高压辊磨机联合，将煤矸石破碎至-6.3mm占72％，-0.5mm占21％。其中，高压辊磨机的压力为6.0MPa；
(2)将破碎后的煤矸石粉料，配加质量比为6.0％的水和1.5％的复合添加剂(25％二氧化锰、45％高氯酸钾和30％腐殖酸钠)，然后在强力混合机中强力混匀5min，混合机的转速为2200rpm；
(3)混匀矿皮带运输至圆筒制粒机中，在制粒过程，喷洒质量比为1.5％的水分，且圆筒制粒机的转速为60rpm、制粒时间为3min，制粒所得小球，所得生料含水量7.12％，生料的透气性阻力40mmH2O；
(4)煤矸石生料在环形烧结机(料层高度1800mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却，采用15～20mm的矸石作为铺底料，铺底料厚度为20mm，在点火时间2min，点火温度1100℃，点火负压6KPa，保温温度900℃，保温时间5min，保温负压为5kPa，烧结负压17KPa；冷却风量2200m3/t的条件下，即可获得煤矸石烧结料；
(5)煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在高压辊磨及和球磨机中干磨至粒度比表面积为600m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.23％，残碳含量为0.73％。
煤矸石烧结利用系数为1.62t/(m2·h)，煤矸石烧结料按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为94％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种煤矸石环形烧结脱碳工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将粗粒级煤矸石破碎至预定粒度，得到破碎后的煤矸石；
(2)将步骤(1)所得破碎后的煤矸石、复合添加剂和水按照设定比例充分混匀，得到混合料；
(3)将步骤(2)所得混合料进行造球，得到制粒小球；
(4)将步骤(3)所得制粒小球在环形烧结机中布料、点火、抽风烧结和机上冷却，获得脱碳后的煤矸石烧结料；
(5)将步骤(4)所得脱碳后的煤矸石烧结料破碎，得到煤矸石活性混合材；
步骤(1)中，首先利用颚式破碎机将煤矸石破碎至-15mm；然后采用对辊破碎机，将其破碎至-8mm；随后采用高压辊磨，将粒度破碎-6.3mm占65％～85％，-0.5mm占15％～25％；
步骤(2)中，所述复合添加剂的添加量为0.5％～1.5％；其成分包括二氧化锰、高氯酸钾和腐殖酸钠，三者的质量百分比分别为10％～30％、30％～50％和20％～60％；
步骤(5)中，采用齿辊破碎机对脱碳后的煤矸石烧结料破碎，将其破碎至-3mm，然后采用高压辊磨机和球磨机联合，将其比表面积提高至500～700m2/kg。
2.根据权利要求1所述煤矸石环形烧结脱碳工艺，其特征在于，步骤(1)中，煤矸石中所含固定碳含量为1.5％～5.5％。
3.根据权利要求1所述煤矸石环形烧结脱碳工艺，其特征在于，步骤(2)中，利用强力混合机进行混匀，混合机转速为1200～22000rpm，混合时间为3～6min，混合水分为5％～6％，所得制粒小球的含水量控制6.5％～7.5％。
4.根据权利要求1所述煤矸石环形烧结脱碳工艺，其特征在于，步骤(3)中，利用圆筒造球机进行制粒，圆筒制粒机的转速为30～60rpm，制粒时间为2～4min；制粒过程喷洒水分为1％～2％。
5.根据权利要求1所述煤矸石环形烧结脱碳工艺，其特征在于，步骤(4)中，布料过程，控制料层高度为500～2000mm；
在烧结过程布料过程，控制铺底料厚度为15～25mm，铺底料采用粒度为15～20mm的煤矸石。
6.根据权利要求1所述煤矸石环形烧结脱碳工艺，其特征在于，步骤(4)中，点火过程，点火时间为1～2min，点火温度为1050～1150℃，点火负压为4～6kPa，保温温度700～1000℃，保温时间3～5min，保温负压为4～6kPa。
7.根据权利要求1所述煤矸石环形烧结脱碳工艺，其特征在于，步骤(4)中，环形抽风烧结过程，烧结负压为10～18kPa；
步骤(4)中，冷却过程，在环形烧结机上采用抽风冷却，冷却风量为2000～2200m3/t。
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