[发明专利]一种煤矸石环形烧结脱碳工艺

说明书

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。

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、NO_X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。