專利名稱：提高煤矸石活性的節(jié)能煅燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體廢物資源化技術(shù)領(lǐng)域，涉及煤矸石的高附加值綜合利用，具體地說，是ー種提高煤矸石活性的節(jié)能煅燒方法。
背景技術(shù)：
煤矸石是煤炭開采和洗選過程中剔除的固體廢棄物。我國是產(chǎn)煤大國，煤矸石排放棄量巨大，至2005年我國煤矸石累計堆貯量超過30億噸。煤矸石大規(guī)模消納和高值化綜合利用是我國面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。我國三分之ニ以上的煤矸石中主要是高嶺石為主的粘土礦物，其煅燒灰渣中Al2O3含量可達40%以上，是十分寶貴的鋁資源之一。目前的從煤矸石回收利用鋁資源的技術(shù)為提高反應(yīng)活性和增加提取率，需要將煤矸石經(jīng)高溫煅燒以激發(fā)粘土礦物的反應(yīng)活性如，中國專利ZL00112070. 0“利用煤矸石生產(chǎn)鋁鹽和硅酸鹽エ藝方法”，它采取在沸騰爐或發(fā)射爐中以600 750°C的溫度煅燒的方法。 中國專利ZL94113062. 2 “用煤矸石制備氫氧化鋁エ藝”，它采取在650 750°C溫度下焙燒。中國專利ZL200610017165.5 “用煤矸石制取硫酸鋁、硅酸鈉及其衍生產(chǎn)品的方法”采取在500 600°C溫度下焙燒。煤系粘土礦物的最優(yōu)活化溫度為550 700°C，溫度過高則會生成惰性物質(zhì)從而大幅降低產(chǎn)物的反應(yīng)活性。工程應(yīng)用中遇到的問題是，采用現(xiàn)有煅燒 エ藝，利用煤矸石中的碳直接燃燒，控制溫度在500 750°C吋，燃燒過程不穩(wěn)定，易熄火， 而且部分煤矸石的著火點高達800°C以上。因此，煤矸石高溫煅燒過程中的溫度控制就變得非常困難，煅燒產(chǎn)物的質(zhì)量也因此難以控制，煤矸石中的碳質(zhì)得不到充分的利用。另ー個問題是，我國出產(chǎn)的煤炭普遍含有一定的硫份，為滿足排放要求煅燒時必須使用脫硫エ藝，而目前較為先進的脫硫エ藝是摻鈣煅燒脫硫エ藝。但是，現(xiàn)有煤矸石煅燒活化工藝受脫硫溫度(煤的摻鈣脫硫溫度要在850°C以上)和雜質(zhì)控制制約；無法采用摻鈣煅燒脫硫エ藝。為了解決上述兩個問題，ー些エ藝采取了摻加助劑煅燒的手段，使煤矸石在較高煅燒溫度條件下仍能得到高活性產(chǎn)物，如中國專利ZL200510048215. 1 “ー種煤矸石生產(chǎn)氧化鋁的方法”是按煤矸石中氧化鋁含量加入0. 5 1倍的碳酸鈉在700 900°C溫度下焙燒。但是，這種摻加助劑的煅燒エ藝不但增加了能耗，同時也增加了生產(chǎn)成本。此外，由于煤矸石中碳質(zhì)含量往往差異很大，現(xiàn)有煅燒エ藝對此普遍不能適應(yīng)，因此在實際操作中為了維持煅燒溫度的穩(wěn)定，當(dāng)碳質(zhì)含量少時，需要摻煤煅燒，從而降低單位時間內(nèi)煅燒爐對煤矸石的處理量；而當(dāng)碳質(zhì)含量多吋，需要在煅燒爐中増加冷卻裝置移熱，產(chǎn)生的熱量得不到充分的利用或利用的手段受到很大的約束。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高煤矸石活性的節(jié)能煅燒方法，能將煤矸石中煤質(zhì)的燃燒與粘土礦物的熱活化兩個過程分離開來，成為ー種產(chǎn)率穩(wěn)定、 環(huán)境友好、低能耗的煅燒方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
一種提高煤矸石活性的節(jié)能煅燒方法，其特征是，包括以下步驟
(1)破碎與粉磨將煤矸石破碎、粉磨，在流化床熱解煅燒爐內(nèi)在550 650°C下熱解 10 30分鐘，獲得活化煤矸石；
(2)將步驟(1)獲得的活化煤矸石在浸取器中與酸或堿反應(yīng)，提取有用組分，反應(yīng)物經(jīng)固液分離器分離；分離所得固體干燥后送入一級燃燒爐中燃燒，通入適量空氣使煤粉發(fā)生不完全燃燒，反應(yīng)溫度為800 900°C，反應(yīng)時間為30 60分鐘，獲得固體產(chǎn)品矸石焦，反應(yīng)生成以氮氣和一氧化碳為主的高溫氣體；
(3)將步驟(2)獲得的矸石焦送入ニ級燃燒爐燃燒，將步驟(1)熱解煅燒爐產(chǎn)生的熱解氣送入ニ級燃燒爐燃燒，通入過量空氣，反應(yīng)溫度為900 1300°C，獲得固體產(chǎn)品矸石灰以及以氮氣和ニ氧化碳為主的高溫氣體。所述步驟(1)中的熱解是以ー級燃燒爐的高溫氣體為流化氣，以ニ級燃燒爐的高溫氣體為熱源氣。步驟(2)的燃燒溫度為800 900°C，生成的高溫氣體可送入步驟(1)的熱解爐作為流化氣。步驟(3)的燃燒溫度為900 1300°C，步驟(1)生成的熱解氣以及流化氣可同時送入步驟(3)的ニ級燃燒爐，步驟(3)生成的高溫氣體可送入步驟(1)的熱解爐作為熱源氣。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的積極效果是
(1)煤矸石活化不受煤質(zhì)燃燒的影響，煅燒爐內(nèi)溫度均勻可控，煅燒產(chǎn)物質(zhì)量穩(wěn)定，提高了煅燒煤矸石的活性；
(2)煤質(zhì)燃燒不受活化溫度的約束，燃燒溫度可調(diào)，碳質(zhì)燃燒完全，熱量利用充分靈活， 符合低碳要求；
(3)燃燒爐脫硫不受溫度限制，脫硫效率高且對煤矸石的活化無影響，具有エ業(yè)化推廣的可行性。


附圖1為本發(fā)明提高煤矸石活性的節(jié)能煅燒方法的設(shè)備流程示意圖； 圖中的標(biāo)號分別為
1、破碎與粉磨； 2、熱解煅燒爐； 3、浸取器； 4、固液分離器； 5、ー級燃燒爐； 6、ニ級燃燒爐。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明提高煤矸石活性的節(jié)能煅燒方法的具體實施方式
，提供 5個實施例，但是應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的實施不限于以下的實施方式。參見圖1。一種提高煤矸石活性的節(jié)能煅燒方法，其(采用設(shè)備的)具體步驟包括 (1)將煤矸石經(jīng)破碎與粉磨1處理后，送入熱解煅燒爐2，因爐內(nèi)缺乏氧氣，燃燒反應(yīng)基
本不發(fā)生，流化床熱解煅燒爐2內(nèi)的溫度均勻可控；在熱解過程中煤矸石中的煤質(zhì)低溫干餾，揮發(fā)分類似焦?fàn)t煤氣，高嶺石分解活化；(2)活化后的物料在浸取器3中與酸或堿等反應(yīng)，提取有用組分，反應(yīng)物經(jīng)固液分離器 4分離；分離所得固體干燥后進入ー級燃燒爐5，通入適量空氣，使煤質(zhì)發(fā)生不完全燃燒，氧氣完全消耗，生成以ー氧化碳和氮氣為主的高溫氣體，此氣體進入熱解煅燒爐2作為流化氣并提供部分熱解熱；
(3)—級燃燒爐5排出的固體及熱解煅燒爐2中煤質(zhì)干餾產(chǎn)生的煤氣、焦油氣和熱氣體進入ニ級燃燒爐6，在過量空氣的條件下充分燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庾鳛闊嵩催M入熱解流化床；熱解煅燒爐2排出的高溫氣體用于對進入熱解爐的煤矸石和進入ー級燃燒爐5的浸取渣進行預(yù)熱，熱解煅燒爐2排出的高溫活化矸石及ニ級燃燒爐6排出的高溫矸石灰顯熱用于預(yù)熱進入ー級燃燒爐5和ニ級燃燒爐6的空氣。以下提供5個實施例。實施例1
將含碳4%、氧化鋁39. 23%的煤矸石破碎、粉磨至全部小于120 μ m，在550°C下熱解30 分鐘，浸取后將過濾分離的濾渣摻加適量煤送入燃燒爐，ー級燃燒爐溫度為800°C，ニ級燃燒爐溫度為900°C ；浸取條件為按固液比1:4加入濃度為20%的鹽酸，在90°C下浸取60分鐘，氧化鋁浸出率為87. 95%。實施例2
將含碳8%、氧化鋁38. 22%的煤矸石破碎、粉磨至全部小于10 μ m，在600°C下熱解10分鐘，浸取后將過濾分離的濾渣摻加適量煤送入燃燒爐，ー級燃燒爐溫度為900°C，ニ級燃燒爐溫度為1300°C ；浸取條件為按固液比1:4加入濃度為20%的鹽酸，在90°C下浸取60分鐘，氧化鋁浸出率為92. 30%。實施例3
將含碳12%、氧化鋁35. 37%的煤矸石破碎、粉磨至全部小于75 μ m，在650°C下熱解15 分鐘，浸取后將過濾分離的濾渣直接送入燃燒爐，ー級燃燒爐溫度為850°C，ニ級燃燒爐溫度為1000°C ；浸取條件為按固液比1:4加入濃度為20%的鹽酸，在90°C下浸取60分鐘，氧化鋁浸出率為90. 23%。實施例4
將含碳20%、氧化鋁33. 18%的煤矸石破碎、粉磨至全部小于10 μ m，在600°C下煅燒30 分鐘，浸取后將過濾分離的濾渣送入燃燒爐，ー級燃燒爐溫度為900°C，ニ級燃燒爐溫度為 1100°C，ニ級燃燒爐產(chǎn)生的高溫氣體部分進入其他エ段提供能量。浸取條件為按固液比1 4 加入濃度為20%的鹽酸，在90°C下浸取60分鐘，氧化鋁浸出率為92. 10%。實施例5
將含碳40%、氧化鋁23. 37%的煤矸石破碎、粉磨至全部小于10 μ m，在650°C下煅燒15 分鐘，浸取后將過濾分離的濾渣送入燃燒爐，ー級燃燒爐溫度為800°C，ニ級燃燒爐溫度為 1000°C，ニ級燃燒爐產(chǎn)生的高溫氣體部分進入其他エ段提供能量。浸取條件為按固液比1 4 加入濃度為20%的鹽酸，在90°C下浸取60分鐘，氧化鋁浸出率為92. 52%。
權(quán)利要求
1.一種提高煤矸石活性的節(jié)能煅燒方法，其特征在干，包括以下步驟(1)破碎與粉磨將煤矸石破碎、粉磨，在流化床熱解煅燒爐內(nèi)在550 650°C下熱解 10 30分鐘，獲得活化煤矸石；(2)將步驟(1)獲得的活化煤矸石在浸取器中與酸或堿反應(yīng)，提取有用組分，反應(yīng)物經(jīng)固液分離器分離；分離所得固體干燥后送入一級燃燒爐中燃燒，通入適量空氣使煤粉發(fā)生不完全燃燒，反應(yīng)溫度為800 900°C，反應(yīng)時間為30 60分鐘，獲得固體產(chǎn)品矸石焦，反應(yīng)生成以氮氣和一氧化碳為主的高溫氣體；(3)將步驟(2)獲得的矸石焦送入ニ級燃燒爐燃燒，將步驟(1)熱解煅燒爐產(chǎn)生的熱解氣送入ニ級燃燒爐燃燒，通入過量空氣，反應(yīng)溫度為900 1300°C，獲得固體產(chǎn)品矸石灰以及以氮氣和ニ氧化碳為主的高溫氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高煤矸石活性的節(jié)能煅燒方法，其特征在干，步驟(1)所述的熱解是以ー級燃燒爐的高溫氣體為流化氣，以ニ級燃燒爐的高溫氣體為熱源氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高煤矸石活性的節(jié)能煅燒方法，其特征在干，步驟(2)的燃燒溫度為800 900°C，生成的高溫氣體可送入步驟(1)的熱解爐作為流化氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高煤矸石活性的節(jié)能煅燒方法，其特征在干，步驟(3)的燃燒溫度為900 1300°C，步驟(1)生成的熱解氣以及流化氣可同時送入步驟(3)的ニ級燃燒爐，步驟(3)生成的高溫氣體可送入步驟(1)的熱解爐作為熱源氣。
全文摘要
本發(fā)明提高煤矸石活性的節(jié)能煅燒方法，包括以下步驟①將煤矸石作破碎與粉磨處理，然后作熱解處理；②活化的物料經(jīng)有用組分提取和固液分離后，將固體物送一級燃燒爐燃燒，獲得矸石焦并生成以氮氣和一氧化碳為主的高溫氣體；③將矸石焦送二級燃燒爐繼續(xù)燃燒，獲得固體產(chǎn)品矸石灰并生成以氮氣和二氧化碳為主的高溫氣體；各步驟產(chǎn)生的熱量都能得到充分靈活的利用；本發(fā)明的積極效果是煤矸石活化不受煤質(zhì)燃燒的影響，爐內(nèi)溫度均勻可控，煅燒產(chǎn)物質(zhì)量穩(wěn)定，提高了煅燒煤矸石的活性；煤質(zhì)燃燒不受活化溫度的約束，燃燒溫度可調(diào)，熱量利用充分；脫硫效率高且對煤矸石的活化無影響，對環(huán)境無污染，具有工業(yè)化推廣的前景。
文檔編號B09B3/00GK102553882SQ20101059399
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者喬秀臣, 于建國, 司鵬 申請人:華東理工大學(xué)