[发明专利]一种高活性球形煅烧煤矸石粉的制备方法

说明书

本发明公开了一种联合采用气流粉碎‑射频等离子技术生产高活性球形煅烧煤矸石粉的方法。先将破碎到一定颗粒的煤矸石经气流粉碎系统得到超细粉体，再将超细粉体经射频等离子系统进行等离子高温处理，获得高活性、球形率高的煅烧煤矸石粉。将煤矸石的气流粉碎与煅烧形成一体化工艺流程，能明显降低能耗，制得的煅烧煤矸石粉具有很高的火山灰活性，球形的颗粒形貌还有利于降低需水量，技术效果显著。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种联合采用气流粉碎-射频等离子技术生产高活性球形煅烧煤矸石粉的方法。

背景技术

煤矸石是煤炭开采过程中的固体废弃物，含有一定的有机物且质地坚硬，据统计2020年其排放量已接近6亿吨。目前煤矸石的综合利用率不高于30%，由于地域的原因，部分地区煤矸石利用率不高于10%。大量的煤矸石堆放需要占用土地资源，破坏矿区生态环境，其自燃和雨水淋润还对大气和水源环境造成一定的污染。煤矸石的资源化迫在眉睫，从水泥混凝土行业特点来看，煤矸石的建材资源化是最可能实现大量消纳，也是最为可行的途径。目前煤矸石在建材的资源化主要有：作为水泥生料、煤矸石制烧结砖、作为粗骨料、高温处理后作为混合材或者掺合料。但从现有的利用率数据可以看出，煤矸石的建材资源化已作出了一些尝试，但成效并不像粉煤灰、矿渣那样明显，需要继续拓展煤矸石的建材利用途径。煤矸石排放主要集中在产煤区且相对集中，而建材的生产往往还要考虑运输半径的问题，这是煤矸石建材资源化程度低的一个重要原因。

煤矸石的主要化学组成为SiO₂、A1₂O₃和C，另外还有少量的Fe₂O₃、CaO、MgO、NaO、K₂O、SO₃、P₂O₅等；矿物组成主要有高岭石、伊利石、石英、赤铁矿等。理论上煤矸石经过一定的温度处理，稳定的高岭石转变为不稳定的高活性偏高岭石结构，其火山灰活性提升，作为活性混合材和掺合料是可行的。但煤矸石的化学组成波动较大，同一矿山组成差异较大，这使得煅烧煤矸石的火山灰活性差异较大，引起水泥混凝土的性能变化。再者，煤矸石经过高温处理后得到的偏高岭土为主的粉末颗粒形貌不规则、孔隙率高，在制备水泥混凝土时相应的需水量增加，不利于大流动高强混凝土的配制。因此需要寻找一种温度处理方式，使煅烧煤矸石获得活性的同时还能进行颗粒整形，以满足水泥混凝土的需要。

目前煤矸石的建材资源化利用往往需要一定的温度处理，产业技术途径上需要新上窑炉，而近年来对于环保保护的需要，政府对新上窑炉项目呈现不支持不鼓励的态势，一定程度上煤矸石的资源化陷入两难境地。随着碳达峰、碳中和工作的推进，水泥行业面临历史性转机和巨大挑战，正在积极推进碳达峰碳中和技术方案规划。围绕碳达峰、碳中和，行业除深耕传统节能减排技术外，也在积极推进氢能煅烧水泥熟料技术、全电能煅烧水泥熟料技术等前瞻性技术研究，这一定程度上也给煤矸石的资源化利用指明了方向。采用清洁新型能源处理煤矸石，还处于全新的尝试阶段，需要进一步研究。

等离子体(Plasma)是气体物质存在的一种状态，被称为物质的第四种形态。等离子体具有高温、高焓、高的化学反应活性、反应气氛及反应温度可控等特点，已经在粉体材料的合成制备和球化处理方面有所报道。等离子体发生器的功率一般为10～200kW，可以使被煅烧物料瞬间获得超高温度，附以超快冷却技术，表面张力的作用使得形成液相的物料来不及结晶形成规则的球形，因此在无机球形粉体，甚至是高熔点难熔金属氧化物的球形化处理具有明显优势。等离子在水泥基材料领域的应用未见相关报道，也没有专利涉及采用等离子技术处理水泥混凝土行业用掺合料。是否可以将煤矸石资源化处理与等离子技术结合起来，在获得超高火山灰活性的同时还具有规整的球形形貌，是值得关注的问题。

综上分析，煤矸石的建材资源化利用需要进一步拓展新的应用领域，作为混合材或掺合料时，缺乏协同考虑颗粒形貌控制与火山灰活性提升的关键技术。面对采用新上传统窑炉处置煤矸石项目存在的囧境，需要积极探索新的能源利用方式，进一步提高煤矸石的利用率。

发明内容