一种煤基固废协同制备的陶粒及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种煤基固废协同制备的陶粒及其制备方法，包括以下原料：陶粒由以下原料制备得到：以原料的总重量计，粉煤灰35～70％，气化细渣28～45％，煤矸石1～20％，辅助物料0～19％；气化细渣的干基含碳量为10～40％，气化细渣的干基中除碳以外，SiO2与Al2O3的总量≥60％；煤矸石中SiO2与Al2O3的总量≥65％，Al2O3的含量≥30％。本发明专利技术方法包括：(1)将气化细渣烘干、破碎；(2)将粉煤灰、煤矸石和任选的辅助物料和气化细渣混合造粒得到生料球，再烘干；(3)将生料球置于匣钵中或回转窑中，并以第一速率升温至500～900℃并保温20～120min后，以第二速率升温至1150～1200℃并保温20～60min煅烧后得到陶粒。本发明专利技术提供的陶粒既具有优异筒压强度、低吸水率的性能，又充分利用了煤基固废。分利用了煤基固废。

【技术实现步骤摘要】
一种煤基固废协同制备的陶粒及其制备方法


[0001]本专利技术涉及煤化工行业固废资源化利用
和建筑材料领域，尤其涉及一种制备陶粒的方法及由该方法制备得到的陶粒。

技术介绍

[0002]我国固体废弃物年产量超100亿吨，其中工业废弃物约33亿吨，主要是煤基固体废弃物和矿产废弃物。在一些煤矿电厂集中区域，特别是西部煤电基地，每年都有大量固废堆积、填埋。仅以宁夏为例，煤基固废产生量>2000万吨/年，气化渣、粉煤灰、煤矸石大量堆积，几乎填埋灰库告急，处理费投入10～12亿/年，且环境污染严重。因此，气化渣、粉煤灰等煤基固废的综合利用有重要的环境和经济效益。
[0003]同时，随着丝绸之路经济带等的建设，海绵城市、装配式建筑的兴起，国家禁采砂石的政策影响，陶粒制品迅速发展起来。2017年，我国陶粒用量3000万方，市场潜力巨大。
[0004]目前，如何利用煤基固废之间的协同效果作为制备高强度、低吸水率的陶粒的方法还有待研究开发。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种以气化细渣和粉煤灰为主要原料，煤矸石作为结构支撑剂制备得到的陶粒及其制备方法，本专利技术提供的陶粒既具有优异的筒压强度、低吸水率的性能，又实现了充分利用煤基固废的目的。
[0006]为了实现本专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种煤基固废协同制备的陶粒，所述陶粒由以下原料制备得到：以所述原料的总重量为100％计，粉煤灰35～70％，气化细渣28～45％，煤矸石1～20％，辅助物料0～19％；
[0008]其中，所述辅助物料包括气化粗渣、污泥或炉底渣中的一种或多种；
[0009]所述气化细渣的干基含碳量为10～40％，所述气化细渣的干基中除碳以外，SiO2与Al2O3的总量≥60％；
[0010]所述煤矸石中SiO2与Al2O3的总量≥65％，Al2O3的含量≥30％。
[0011]在本专利技术提供的陶粒中，含有0～19％的辅助物料，当辅助物料的含量为“0％”时表示该组成的原料中不含有辅助物料。
[0012]在本专利技术中，所使用的气化细渣是煤气化过程中随合成气进入洗涤塔，并经气体洗涤出的固体；而作为辅助物料的气化粗渣是煤气化过程中从气化炉炉底出渣口产出，经冷却后形成的固体。一般来说，本专利技术所用的气化粗渣的颗粒粒径大于气化细渣。
[0013]本专利技术提供的陶粒以气化细渣和粉煤灰为主要原料，煤矸石作为结构支撑剂，解决了陶粒煅烧能耗高以及煤基固废的资源化再利用的问题；同时，本专利技术提供的陶粒原料中以煤矸石作为结构支撑剂，其具有层片状结构，煤矸石能够相互穿插在粉煤灰的颗粒之间，提供支撑作用；同时，煤矸石层片间的碳微粉，可以为体系提供小孔，降低密度的同时提
高制得陶粒的筒压强度；此外，本专利技术所提供的煤矸石与普通煤矸石不同，本专利技术所使用的煤矸石中SiO2与Al2O3的总量≥65％，并且其中Al2O3的含量≥30％，使得在高温下颗粒不会发生熔融，可以防止高温成孔时的结构坍塌，具有细度大、熔点高的特点；在一些优选的实施方式中，本专利技术使用的煤矸石中SiO2与Al2O3的总量为70～99％，比如，80％，85％，90％；Al2O3的含量为31～55％，比如，40％，45％，50％。
[0014]在本专利技术的一些优选的实施方式中，以制备陶粒的原料的总重量为100％计，粉煤灰40～60％，气化细渣30～40％，煤矸石10～19％，辅助物料1～10％。
[0015]本专利技术中所述的气化细渣的干基是指在105
±
5℃条件下烘干至恒重的气化细渣，气化细渣的干基含碳量具体是指在105
±
5℃条件下烘干至恒重的气化细渣中的碳的含量。本专利技术的研究人员发现，气化细渣的干基含碳量对陶粒的密度影响明显。在一些优选的实施方式中，气化细渣中的干基含碳量为15～40％，在所述气化细渣的干基中除了碳含量以外，气化细渣的干基中SiO2与Al2O3的总量为65～85％，比如，70％，75％，80％。
[0016]在一些具体实施方式中，本专利技术中所用的粉煤灰可选自煤粉炉一级、二级、三级或以下的粉煤灰，也可以为煤粉炉粉煤灰和/或循环流化床粉煤灰，粉煤灰作为具有粘接作用的重要成分，能够保证陶粒的粘结性能。
[0017]本专利技术第二方面提供了一种上述陶粒的制备方法，该制备方法包含如下步骤：
[0018](1)将所述气化细渣进行烘干、破碎后备用；
[0019](2)将粉煤灰、煤矸石和任选的辅助物料和步骤(1)得到的气化细渣混合造粒得到生料球，再进行烘干；
[0020](3)将烘干后的生料球置于匣钵中或回转窑中，并以第一速率升温至500～900℃并保温20～120min，再以第二速率升温至1150～1200℃并保温20～60min进行煅烧，冷却至室温经筛分后得到所述陶粒；
[0021]其中，所述第一速率为2～10℃/min，所述第二速率为2～6℃/min。
[0022]本专利技术提供的制备方法采用梯度升温过程中进行煅烧处理，在煅烧过程中的升温过程、保温过程各分为两段，第一段升温过程为预热阶段，陶粒生料球以第一速率升至500～900℃，并保温20～120min；在第一阶段的预热过程主要为气化渣中碳氧化过程，能够在体系中形成孔隙，对制得的陶粒密度影响较大；第二段升温过程属于煅烧阶段，以第二速率升至1150～1200℃并保温20～60min后进行煅烧，在该阶段中煤矸石形成微小孔，原料体系内无机颗粒连接处于增强阶段，颗粒颈部连接处熔融，提升了陶粒的筒压强度。
[0023]在本专利技术制备方法的步骤(1)和步骤(2)中，烘干在100～110℃下进行，以减少混合物料中水分的引入；在一些优选的实施方式中，步骤(1)中的烘干进行4～12h，步骤(2)中所述烘干进行1～4h。
[0024]在一些具体的实施方式中，经步骤(1)烘干后的气化细渣进行人工破碎或破碎机破碎使之成为细小颗粒后，通过100～300目的筛网进行筛分筛去大颗粒，使其便于进入混合物料的孔隙之中，以改善各物料之前的界面性能，有效提高陶粒的力学性能。
[0025]在本专利技术制备方法的一些具体的实施方式中，在步骤(2)进行混合造粒前，先将粉煤灰、煤矸石和任选的辅助物料进行预处理，所述预处理包括：将作为原料中的粉煤灰通过35～200目的筛网进行筛分，筛下物备用，将辅助物料和煤矸石分别通过200～300目的筛网进行筛分，筛下物备用。经过预处理筛分后的粉煤灰，提高了与原料中各混合物料之间的粘
结力，混合物料之间的嵌挤力和内摩擦力，使得陶粒具有较高的粘结力，强度和稳定度。
[0026]在一些具体的实施方式中，步骤(2)中将气化细渣、粉煤灰、煤矸石和任选的辅助物料在造粒机中进行造粒后，得到5～10mm的生料球。
[0027]采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：
[0028]本专利技术提供的陶粒原料中以气化细渣和粉煤灰为主要原料，煤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤基固废协同制备的陶粒，其特征在于，所述陶粒由以下原料制备得到：以所述原料的总重量为100％计，粉煤灰35～70％，气化细渣28～45％，煤矸石1～20％，辅助物料0～19％；其中，所述辅助物料包括气化粗渣、污泥或炉底渣中的一种或多种；所述气化细渣的干基含碳量为10～40％，所述气化细渣的干基中除碳以外，SiO2与Al2O3的总量≥60％；所述煤矸石中SiO2与Al2O3的总量≥65％，Al2O3的含量≥30％。2.根据权利要求1所述的陶粒，其特征在于，以所述原料的总重量为100％计，粉煤灰40～60％，气化细渣30～40％，煤矸石10～19％，辅助物料1～10％。3.根据权利要求2所述的陶粒，其特征在于，所述气化细渣的干基含碳量为15～39％，所述气化细渣的干基中除碳以外，SiO2与Al2O3的总量为65～85％。4.根据权利要求3所述的陶粒，其特征在于，所述煤矸石中SiO2与Al2O3的总量为70～99％，Al2O3的含量为31～55％。5.根据权利要求4所述的陶粒，其特征在于，所述粉煤灰选自煤粉炉粉煤灰和/或循环流化床粉煤灰。6.一种权利要求1～5中任一项所述陶粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包含如下步骤：(1)将所述气化细渣进行烘干、破碎后备用；(2)将粉煤灰、煤矸石和任选...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俏，贺安民，董阳，卓锦德，梁文斌，
申请(专利权)人：国家能源投资集团有限责任公司北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：