[发明专利]提高煤矸石活性的节能煅烧方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体废物资源化技术领域，涉及煤矸石的高附加值综合利用，具体地说，是一种提高煤矸石活性的节能煅烧方法。 

背景技术

煤矸石是煤炭开采和洗选过程中剔除的固体废弃物。我国是产煤大国，煤矸石排放弃量巨大，至2005年我国煤矸石累计堆贮量超过30亿吨。煤矸石大规模消纳和高值化综合利用是我国面临的严峻挑战。我国三分之二以上的煤矸石中主要是高岭石为主的粘土矿物，其煅烧灰渣中Al₂O₃含量可达40%以上，是十分宝贵的铝资源之一。 

目前的从煤矸石回收利用铝资源的技术为提高反应活性和增加提取率，需要将煤矸石经高温煅烧以激发粘土矿物的反应活性：如，中国专利ZL00112070.0“利用煤矸石生产铝盐和硅酸盐工艺方法”，它采取在沸腾炉或发射炉中以600～750℃的温度煅烧的方法。中国专利ZL94113062.2“用煤矸石制备氢氧化铝工艺” ，它采取在650～750℃温度下焙烧。中国专利ZL200610017165.5“用煤矸石制取硫酸铝、硅酸钠及其衍生产品的方法”采取在500～600℃温度下焙烧。煤系粘土矿物的最优活化温度为550～700℃，温度过高则会生成惰性物质从而大幅降低产物的反应活性。工程应用中遇到的问题是，采用现有煅烧工艺，利用煤矸石中的碳直接燃烧，控制温度在500～750℃时，燃烧过程不稳定，易熄火，而且部分煤矸石的着火点高达800℃以上。因此，煤矸石高温煅烧过程中的温度控制就变得非常困难，煅烧产物的质量也因此难以控制，煤矸石中的碳质得不到充分的利用。 

另一个问题是，我国出产的煤炭普遍含有一定的硫份，为满足排放要求煅烧时必须使用脱硫工艺，而目前较为先进的脱硫工艺是掺钙煅烧脱硫工艺。但是，现有煤矸石煅烧活化工艺受脱硫温度 (煤的掺钙脱硫温度要在850℃以上) 和杂质控制制约；无法采用掺钙煅烧脱硫工艺。 

为了解决上述两个问题，一些工艺采取了掺加助剂煅烧的手段，使煤矸石在较高煅烧温度条件下仍能得到高活性产物，如中国专利ZL200510048215.1 “一种煤矸石生产氧化铝的方法”是按煤矸石中氧化铝含量加入0.5～1倍的碳酸钠在700～900℃温度下焙烧。但是，这种掺加助剂的煅烧工艺不但增加了能耗，同时也增加了生产成本。此外，由于煤矸石中碳质含量往往差异很大，现有煅烧工艺对此普遍不能适应，因此在实际操作中为了维持煅烧温度的稳定，当碳质含量少时，需要掺煤煅烧，从而降低单位时间内煅烧炉对煤矸石的处理量；而当碳质含量多时，需要在煅烧炉中增加冷却装置移热，产生的热量得不到充分的利用或利用的手段受到很大的约束。 

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术的不足，提供一种提高煤矸石活性的节能煅烧方法，能将煤矸石中煤质的燃烧与粘土矿物的热活化两个过程分离开来，成为一种产率稳定、环境友好、低能耗的煅烧方法。 

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是： 

一种提高煤矸石活性的节能煅烧方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）破碎与粉磨  将煤矸石破碎、粉磨，在流化床热解煅烧炉内在550～650℃下热解10～30分钟，获得活化煤矸石；

（2）将步骤（1）获得的活化煤矸石在浸取器中与酸或碱反应，提取有用组分，反应物经固液分离器分离；分离所得固体干燥后送入一级燃烧炉中燃烧，通入适量空气使煤粉发生不完全燃烧，反应温度为800～900℃，反应时间为30～60分钟，获得固体产品矸石焦，反应生成以氮气和一氧化碳为主的高温气体；

（3）将步骤（2）获得的矸石焦送入二级燃烧炉燃烧，将步骤 (1) 热解煅烧炉产生的热解气送入二级燃烧炉燃烧，通入过量空气，反应温度为900～1300℃，获得固体产品矸石灰以及以氮气和二氧化碳为主的高温气体。

所述步骤（1）中的热解是以一级燃烧炉的高温气体为流化气，以二级燃烧炉的高温气体为热源气。 

步骤（2）的燃烧温度为800～900℃，生成的高温气体可送入步骤（1）的热解炉作为流化气。 

步骤（3）的燃烧温度为900～1300℃，步骤（1）生成的热解气以及流化气可同时送入步骤（3）的二级燃烧炉，步骤（3）生成的高温气体可送入步骤（1）的热解炉作为热源气。 

本发明与现有技术相比的积极效果是： 

(1)煤矸石活化不受煤质燃烧的影响，煅烧炉内温度均匀可控，煅烧产物质量稳定，提高了煅烧煤矸石的活性；

(2)煤质燃烧不受活化温度的约束，燃烧温度可调，碳质燃烧完全，热量利用充分灵活，符合低碳要求；