一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法及陶粒技术

本发明专利技术公开了一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法及陶粒。该方法是将煤矸石依次经过破碎、磨矿及造粒处理，得到生料陶粒，所述生料陶粒布料至移动床上依次经过干燥、预热、焙烧和冷却处理，即得堆积密度为550～850kg/m

【技术实现步骤摘要】
一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法及陶粒
本专利技术涉及一种煤矸石固体废弃物处理方法，具体涉及一种利用移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法，还涉及由单一煤矸石制备的陶粒，属于固体废弃资源化利用

技术介绍
大量煤矸石的积累不仅占用了大量土地资源，而且还导致严重的环境问题，例如土壤污染，空气污染和地质灾害等，因此，煤矸石的综合利用显得尤为重要和迫切。许多学者利用煤矸石制陶粒使其得到资源化利用，陶粒是一种具有一定强度、粒度多为5～25mm的规则球体或不规则的陶制颗粒。具有良好的物理、化学和水力特性。目前，在利用煤矸石制备陶粒过程中，为使得陶粒达到所需性能，都会额外添加粘结剂(粘土、页岩等)、发泡剂(碳酸钠、碳酸氢钠、碳化硅、硫酸钙、氧化铁等)、助熔剂(二氧化锰、氟硅酸钠等)或成型剂(水玻璃等)等等，还会复配使用的碱性激发剂(石灰、钠水玻璃、二水石膏等)。且在陶粒的焙烧过程中，需要缓慢升温，多段升温、多段保温，甚至需两台或两台以上设备共同完成焙烧，以确保生产出稳定的陶粒。大量粘土、页岩等不可再生资源的加入，无法最大化的达到固废利用以及绿色环保的理念；大量添加剂的使用，使得生产成本增加，且降低了煤矸石的处理量，使得固体废弃物煤矸石的消耗量减小，造成大量化工产品及不可再生资源的消耗与浪费；缓慢升温，多段升温多段保温，多设备配合的焙烧机制，对生产设备要求较高，增加生产成本，降低了生产效率，甚至造成能源的过度消耗。
技术实现思路
针对现有技术中利用煤矸石制备陶粒过程中存在上述技术缺陷，以及目前煤矸石大量堆积，存在难处理、难资源化利用等技术问题，本专利技术的第一个目的是在于提供一种利用移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法，该方法能够消纳大量的煤矸石固体废弃物，减少了煤矸石的堆积量，降低了因煤矸石大量堆积造成的环境污染，且在陶粒的制作过程中不再添加粘土、页岩等不可再生资源及其他添加剂，同时通过移动床一步完成干燥、预热、焙烧以及冷却过程，降低了生产成本实现了煤矸石的无害化、资源化利用，有利于大规模推广应用。本专利技术的第二个目的是在于提供一种利用单一煤矸石制备的密度较小及力学性能较好的陶粒。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法，该方法是将煤矸石依次经过破碎、磨矿及造粒处理，得到生料陶粒，所述生料陶粒布料至移动床上依次经过干燥、预热、焙烧和冷却处理，即得。本专利技术技术方案利用单一煤矸石为原料来制备陶粒，充分利用了煤矸石中本身包含的组分来获得密度较小及力学性能优良的陶粒，利用煤矸石中的SiO2与Al2O3在高温固相反应中形成玻璃质结构获得较高的力学强度，而利用煤矸石中的Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等氧化物在焙烧过程中起助熔作用，可以促进高温固相反应的进行，同时降低液相生成温度。同时，本专利技术技术方案结合了移动床来实现陶粒的烧结，利用移动床可以实现粒料的干燥、预热、焙烧以及冷却等过程一步完成，从而可以很好地控制粒料的干燥、膨化以及固相反应等，有利于获得密度较小，力学强度高的陶粒。作为一个优选的方案，所述煤矸石包含以下质量百分比组分：SiO252～60％；Al2O310～20％；Fe2O3、CaO、MgO、K2O和Na2O8％～20％；余量为杂质，各组分总质量为100％。作为一个较优选的方案，所述煤矸石中各组分的比例关系满足：其中，RO代表MgO和CaO；R2O表示Na2O和K2O。本专利技术采用的煤矸石其组分需要满足一定的比例要求，可以在无需额外使用添加剂的条件下，能够实现高性能陶粒的制备。煤矸石中SiO2与Al2O3的协同搭配有利于获得力学强度较高的玻璃质，而Al2O3比例增高虽然有利于提高陶粒强度，但是其熔点高，过量的Al2O3会使得陶粒烧结温度提高，增加了烧结时的能耗。而Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等氧化物主要起到助熔作用，以促进固相反应发生，可以降低液相生成温度，其含量的高低与烧成温度和烧成温度范围均有重要关系。因此，对煤矸石成分进行分析，筛选合适的煤矸石有利于利用单一煤矸石获得综合性能优异的陶粒。作为一个优选的方案，所述煤矸石磨矿至粒度小于50μm，且粒度小于20μm的质量百分比含量不低于35％，比表面积为2000～2200cm2/g。煤矸石原料经过适当的粉磨处理，使得比表面积达到一定的程度，有利于原料颗粒间接触面积增加，颗粒间接触更充分可以提高原料的造球性能，在造球的过程中，在不使用粘结剂的前提下只需控制含水量即可获得生料陶粒，且煤矸石颗粒粒度和比表面积达到一定程度，其反应活性得到提高，降低了成品陶粒的焙烧温度，以更好的满足固相反应条件，使反应进行的更完全、更彻底。作为一个优选的方案，所述粒料的粒径为10～15mm，含水率为13～16％。控制合适的含水率有利于后续生料陶粒的膨化过程，但是含水量过高容易造成高温烧结过程中生料陶粒的炸裂，含水率过低会导致生料陶粒难以粘结成型。作为一个优选的方案，所述移动床为水平移动的链篦机，链篦机由入料口至出料口，依次为干燥段、预热段、焙烧段、冷却Ⅰ段和冷却Ⅱ段；预热段和焙烧段采用抽风方式，冷却Ⅰ段和冷却Ⅱ段采用鼓风方式。作为一个优选的方案，干燥段的温度控制为100～200℃，生料陶粒在干燥段停留时间为10～15min，预热段的温度控制为350～700℃，生料陶粒在干燥段停留时间为8～14min，焙烧段的温度控制为1100～1200℃，生料陶粒在焙烧段停留时间为10～15min，冷却Ⅰ段和冷却Ⅱ段均采用空气进行冷却。通过严格控制各阶段的温度和时间，能够有效控制生料陶粒的干燥、膨化和烧结成型过程，获得密度较小，力学强度高的陶粒。作为一个优选的方案，焙烧段产生的高温烟气通过兑入冷空气调节温度至350～700℃输送至预热段，预热段产生的烟气进入尾气处理装置。作为一个优选的方案，冷却Ⅰ段产生的热烟气返回焙烧段；冷却Ⅱ段产生的热烟气进入干燥段。本专利技术技术方案将链篦机进行多段设置，并且结合不同阶段的抽风和鼓风设计，简化了尾气处理过程，实现热量的多级利用，降低能源的消耗，达到节能减排保护环境的目的。作为一个优选的方案，堆积密度550～850kg/m3，筒压强度为2～5.5MPa，单颗陶粒抗压为450～750N。陶粒性能按照GBT17431-2010标准检测得到。本专利技术在陶粒制备过程中增加干燥段与预热段，在焙烧前对料球进行烘干预热，调整生料球的化学组成，减少生料球因温度急剧变化而导致炸裂，同时也使气体逐渐产生，达到较好的膨化效果。本专利技术的一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法，包括以下具体步骤：1)破碎和研磨：先将煤矸石原料采用颚式破碎机破碎至3mm以下，然后进行棒磨处理，研磨速率为20～25r/min，每次时间为10～15min，经研磨后的煤矸石粒度小于50μm，其中小于20μm含量不低于35％，其比表面积为2000～2200cm2/g；煤矸石中各主要组分及各主要组分的质量百分比含量：SiO2＝52～60％、Al2O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法，其特征在于：将煤矸石依次经过破碎、磨矿及造粒处理，得到生料陶粒，所述生料陶粒布料至移动床上依次经过干燥、预热、焙烧和冷却处理，即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法，其特征在于：将煤矸石依次经过破碎、磨矿及造粒处理，得到生料陶粒，所述生料陶粒布料至移动床上依次经过干燥、预热、焙烧和冷却处理，即得。


2.根据权利要求1所述的一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法，其特征在于：所述煤矸石包含以下质量百分比组分：SiO252～60％；Al2O310～20％；Fe2O3、CaO、MgO、K2O和Na2O8％～20％；余量为杂质，各组分总质量为100％。


3.根据权利要求2所述的一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法，其特征在于：所述煤矸石中各组分的比例关系满足：其中，RO代表MgO和CaO；R2O表示Na2O和K2O。


4.根据权利要求1～3任一项所述的一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法，其特征在于：所述煤矸石磨矿至粒度小于50μm，且粒度小于20μm的质量百分比含量不低于35％，比表面积为2000～2200cm2/g。


5.根据权利要求1所述的一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法，其特征在于：所述生料陶粒的粒径为10～15mm，含水率为13～16％。


6.根据权利要求1所述的一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘敏，邢金鑫，范晓慧，季志云，孙增青，陈许玲，黄晓贤，袁礼顺，郑浩翔，汪国靖，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43