[发明专利]一种煤矸石无燃料自热式超高料层脱炭工艺

说明书

本发明公开了一种煤矸石无燃料自热式超高料层脱炭工艺，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。利用超高料层的自动蓄热原理，结合煤矸石中含有的固定碳，可在不外加燃料的情况，实现煤矸石的烧结，这既节约了能源，降低能耗，有利于环保和降低成本，同时，由于固体燃料比低，料层的氧位较高，有利于脱炭反应，且能获得高质量的活性混合材产品。

技术领域

本发明属于固废综合利用技术领域，涉及一种煤矸石无燃料自热式超高料层脱炭工艺。

背景技术

煤矸石是在成煤过程中与煤伴生的一种比煤含碳量低、硬度高的黑灰色岩石，其热值一般低于6.3MJ/kg，含有Al₂O₃、SiO₂和Fe₂O₃等无机灰分，总含量达到煤矸石总量的60％～95％，因难以利用而成为一种工业固体废弃物。一般地，每生产1t原煤会产生0.15～0.2t煤矸石。预计在2020年时煤矸石年排放量将超过7亿吨。由于煤矸石综合利用比较困难，虽然我国的煤矸石利用技术已走在世界前列，但是煤矸石综合利用率仅有60％左右，历年产生的煤矸石堆存量已高达50～60亿吨，规模较大的矸石山已超过1900座，占用土地约1.5万公顷，而且堆积量每年还以1.5～2.0亿吨的速度增加。煤矸石的大量堆放带来了非常严重的社会、环境和经济问题。大量土地的占用，造成耕地、林地等面积的减少；因自燃产生SO₂、NOx等有毒有害气体，有毒有害元素也会随着雨水淋溶和渗滤而污染地下水体和土壤，对生态环境造成严重危害；而且，煤炭企业每年还需要投入大量资金用于解决煤矸石土地的征用、矸石山的污染以及应对山体滑坡和泥石流等自然灾害等问题。煤矸石已经成为我国积存量和年产量最大的工业固废物。这不但占用大量的土地资源，而且其自然条件下直接污染地下水、空气和土壤，是亟需治理的重大污染源。

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有效手段。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，减少煤矸石残炭等有机质。目前已有的文献报道，煤矸石可以通过机械活化、化学活化等活化方法可激发其活性。机械活化和化学活化虽然可以显著提高煤矸石的活性，但是无法有效降低其残炭、有机质、硫含量和烧损等，对水泥的胶结性能，抗冻性和耐久性产生不利的影响。

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CN102351446A公开了一种煤矸石活性混合材制备方法，将天然煤矸石破碎至10mm以下，放入微波炉中，辐照8～12min时间后，用球磨机粉磨15～30min，即可获得活性混合材。该方法虽然简单可行，成本低且制备的活性混合材质量高，但是活化效果较差，微波炉大型化和工业化难度极大，成本巨大，因此并不能大规模的处理巨量的煤矸石。

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％的炭质固体燃料，不但提高的生产成本，且炭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。

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。现阶段，未发现通过超高料层烧结法，及开发与其相适应的技术手段，对煤矸石进行脱炭和改善其活性的工艺。

发明内容