[发明专利]一种利用矿热电炉熔炼煤矸石与红土镍矿制备无机矿物纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机矿物纤维的制备方法,特别是涉及一种利用矿热电炉熔炼煤矸石与红土镍矿制备矿物纤维的方法。本发明以煤矸石作为制备无机矿物纤维的主要原料，配入适当比例的红土镍矿，作为导电介质满足电炉熔炼条件，同时作为纤维成份调整的物质，使熔融渣成分满足无机矿物纤维成分的要求。在两种成份熔炼过程中利用煤矸石中的固定碳还原红土镍矿中的镍和铁，产出高附加值的镍铁合金副产品，实现煤矸石与红土镍矿中有益组分综合利用，显著提高项目的经济效益和社会效益。本发明属于资源综合利用技术领域。

背景技术

煤矸石是煤炭开采及利用过程中产生的固体废渣，全国每年的排放量约达3.8 亿吨，是我国排放量最大的工业废弃物之一。煤矸石的堆积不但占用大量土地，而且还带来一系列环境问题，如煤矸石山溢流水使地下水呈现高矿度化、高硬度，导致土壤盐碱化，使农作物减产甚至绝收；煤矸石长时间露地堆积后，往往会发生自然现象，并排放有毒的二氧化硫、硫化氢等气体，污染环境，破坏生态平衡，迫切需要综合治理。

多年来，人们一直致力于煤矸石综合利用方面的研究，研发技术方向主要包括：（1）煤矸石用作填筑材料。主要是指充填沟谷、采煤塌陷区等低洼区的建筑工程用地，或用于填筑铁路、公路路基等，或用于回填煤矿采空区及废弃矿井；（2）煤矸石制砖。利用煤矸石自身的发热量提供的热能来完成干燥和焙烧的工艺过程，基本不需外加燃料，仅在煤矸石发热量较低时才向煤矸石中掺入少量煤炭；（3）制作水泥。由于煤矸石和粘土的化学成分相近并且有一定量的发热量，可替代粘土作为生产水泥的原料或作为混合材料直接掺入熟料中增加水泥的产量；（4）煤矸石发电。是煤矸石综合利用中社会、环境、经济效益相统一的最有效途径，但是对热值有一定的要求；（5）提取铝盐。煤矸石一般含有16%～36%的氧化铝,是制备铝盐的资源之一。

以上几种处理煤矸石综合利用技术，均存在一定的问题。第一种方法煤矸石利用价值低，碳资源浪费；第二种方法是产品附加值低，运输半径有限；第三种方法对煤矸石成份有严格限制；第四种方法是产生二次污染，并要求有相当的发热值；最后一种方法是铝产品长期供大于求，价格处于低位，始终受到成本的严重制约。

针对煤矸石综合利用存在的问题，人们正在积极研发煤矸石有效综合利用途径。煤矸石制备无机矿物纤维并应用于制造建筑保温材料，是近年来发展起来的新技术。其生产过程大致为：选择成份合适的煤矸石加入石灰石和添加剂，在鼓风炉中以焦炭为燃料加吹富氧进行熔化，融化后的熔渣流到高速离心制纤机上制成无机矿物纤维。该方法技术简单，设备成熟，产品灵活，市场需求大，附加值比煤矸石制砖项目略高。

然而，这一工艺虽已有数年的应用历史，但存在着一些不容忽视的问题，直接影响这一技术的发展和推广，其主要表现是。

（1）技术本身缺陷导致熔化设备落后、能耗高、污染重。

由于煤矸石成份以SiO₂和Al₂O₃为主，固体状态下导电率极低，不能使用矿热电炉熔化，而必须采用以焦炭为燃料的富氧鼓风炉。这种熔化设备和熔化方式温度不易控制，造成纤维生产不稳定，而且热利用率低、二氧化硫和烟尘污染重。

（2）工艺及装备特点致使生产成本高居不下。

该技术采用鼓风炉熔化煤矸石原料，除鼓风炉本体外还要有一套制氧系统，烟气脱硫系统和炉体水循环冷却系统，直接导致设备投资过大，折旧和维修费用高而推高制造成本；炉体水循环冷却、鼓风均造成焦炭热效率低，加上脱硫设施运转导致生产运行成本偏高。据市场调研分析，现行工艺生产无机矿物纤维基本处于微利或保本状态。

（3）煤矸石中碳利用价值低。

现行煤矸石制备无机纤维技术中，煤矸石中的固定碳只起到了燃烧发热的作用，是最基本的低价值利用。

针对鼓风炉熔化煤矸石制备无机矿纤维存在的投资大、能耗高、污染重、效益低的问题，研究开发一种有效改进上述不足的新工艺已是当务之急。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足,提出一种高效率、低污染利用煤矸石制备无机矿物纤维先进可行的技术方案，即利用红土镍矿的导电性和SiO₂、MgO、Ni、Fe等有用成份，将其与煤矸石按一定比例混合，采用矿热电炉熔炼制备无机矿物纤维，熔炼过程中利用煤矸石中的碳还原红土镍矿中的镍和铁，产出副产品镍铁合金，实现工艺过程能源利用率高、低污染、运行成本低、经济和社会效益好的目标。