【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无机非金属材料热工，具体为一种高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法。
技术介绍
1、在当今全球大力倡导碳减排、碳中和的背景下，水泥行业作为高能耗、高二氧化碳排放大户，其减少二氧化碳排放的技术蓬勃发展。其中采用煅烧粘土作为辅助性胶凝材料用于生产低碳水泥是降低水泥行业二氧化碳排放的重要减碳技术之一。该项技术的基本原理如下：将粘土经过破碎、烘干、粉磨成微米级粉状材料以后，通过合适的温度进行煅烧，煅烧过程中，粘土中的高岭石矿物发生脱羟反应（工业生产过程中，为保证脱羟反应完全，反应温度窗口控制在750~850℃），晶体结构遭到破坏，生成具有无定形结构的活性偏高领石。因此煅烧后得到活化的粘土（以下简称煅烧粘土）可以大量替代水泥熟料，生产低碳水泥。
2、煅烧粘土工业化生产主要有回转窑煅烧与悬浮煅烧两种方法。回转窑煅烧的产品活性较低，能耗较高。而悬浮煅烧主要换热机制为对流换热，换热效率高，同时温度场均匀可控，因此悬浮煅烧技术用于生产煅烧粘土，在产品活性与能耗方面均具有显著优势。
3、粘土悬浮煅烧技术主要包括“粘土原料悬浮预热、粘土原料悬浮煅烧、煅烧粘土悬浮冷却”三个阶段。三个阶段分别描述如下。
4、“粘土原料悬浮预热段”由多级旋风筒串联组成。经过预处理制备成微米级的粉状粘土原料喂入预热阶段的第一级旋风筒，随后经过多级旋风筒在悬浮态下预热。各级旋风筒内预热粘土原料的高温烟气来自分解炉。
5、“粘土原料悬浮煅烧段”主要由分解炉组成。完成预热后进入分解炉内的粘土粉状原料在喂入分解炉内的燃料燃烧产
6、“煅烧粘土冷却段”由多级旋风筒串联组成。冷却过程中的冷却介质使用环境空气，空气将高温煅烧粘土冷却后，空气本身得到加热，随后进入分解炉，作为喂入分解炉内的燃料燃烧所需的助燃风。冷却完成后的粘土被冷却旋风筒收集后作为产品。
7、但上述所述技术只能适用于含铁量较低的粘土（一般＜5%），若大于＞5%，则采用上述方案生产的煅烧粘土则为红色，掺入水泥中虽对产品质量没有影响，但易被市场误认为劣质产品，因此接受度不高。这限制了悬浮煅烧技术的应用场景（尤其是用于高铁含量粘土）。这也是悬浮煅烧技术大规模工业化应用的技术瓶颈。
8、高铁含量煅烧粘土颜色转变为红色的机理如下：
9、粘土经过预热、煅烧活化后，在650~300℃冷却阶段，若冷却介质中存在氧气，则煅烧粘土中的含铁矿物将以赤铁矿形式存在，保持红色。为此若要避免煅烧粘土为红色，则在650~300℃冷却阶段，煅烧粘土不能直接接触氧气，只能通过间接冷却，或不含氧气的惰性气体冷却等方式来使煅烧粘土保持灰色。
10、目前技术方向主要有低氧烟气再循环还原冷却、间接水冷、间接油冷等技术。这些技术本质上均为控制煅烧粘土在650~300℃这一冷却阶段的冷却气氛，即避免该冷却阶段煅烧粘土不与氧气接触。但这些技术均存在着气氛控制、调节复杂（需要氧化、还原气氛交替控制）、无法以空气作为冷却介质直接与高温煅烧粘土接触，以对流换热的形式高效回收高温煅烧粘土余热作为分解炉内的高温助燃风，极大地影响了喂入分解炉内的煤粉高效完全稳定燃烧。导致悬浮煅烧系统能耗高、操作复杂、难以大规模工业化应用等问题，很大程度上抵消了悬浮煅烧技术本身所具有的传热效率高、余热回收效率高、能耗低、工艺流程简单、可大型化工业化生产等优势。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法。该方法为一种高效简洁的粘土悬浮煅烧技术，该技术适应性强，即既可适用于粘土含铁量低于5wt%的原料，更可使用于含铁量5wt%以上的粘土原料，且不需要对煅烧气氛、冷却气氛进行复杂控制就可以实现煅烧粘土颜色保持灰色的目的。本专利技术直接以环境空气作为冷却介质，与高温煅烧粘土在悬浮态下直接接触，实现控制煅烧粘土颜色可控的目的（即保持灰色，不变为红色），同时由于空气与高温煅烧粘土在悬浮态下直接接触，可最大程度回收高温煅烧粘土的余热，回收余热后的高温空气进入分解炉作为燃料燃烧的助燃空气。从根本上实现对高铁含量粘土大规模工业化应用，同时控制颜色、节约热耗、简化工艺设计、降低建设投资的目的。
2、为了实现以上专利技术目的之一，本专利技术的技术方案如下：
3、一种高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法，其包括以下主要步骤：向粘土粉状原料中加入一定比例的cao粉状材料（cao粉，石灰石粉或能提供cao的粉状物，或在高温下能生成cao的其它粉状材料），并混合均匀。经过悬浮预热、悬浮煅烧、悬浮冷却后成为颜色可控的煅烧粘土，加入的cao在悬浮煅烧高温阶段（850±50℃）将与粘土中的fe2o3发生固相反应：2cao + fe2o3=(cao)2•fe2o3，该反应吉布斯自由能为：-8716.15kcal/mol，显著小于0，说明该反应在高温阶段具有自发性，可生成稳定的铁酸二钙。铁酸二钙的生成使得煅烧粘土中的含铁矿物在悬浮冷却阶段不再被氧化转变为磁铁矿，从根本上避免了煅烧粘土转变为红色的可能性。
4、cao的加入量取决于粘土中的含铁量（以fe2o3）。例如，若粘土中的含铁量为10%，则1kg粘土粉状原料中含有的fe2o3含量为100g，通过固相反应2cao + fe2o3=(cao)2•fe2o3可知，1kg粘土粉状原料中需要加入的cao粉状材料理论含量为100×(56×2/160)=70g，56为cao的分子量，160为fe2o3的分子量，2表示cao与fe2o3的摩尔质量比。
5、本专利技术应用于工业生产过程中，为保证fe2o3的被cao完全反应，在理论添加含量基础上适当过量（过量比为1.05~1.15），比如1kg粘土粉状原料中加入的cao粉状材料为80g。cao来源广泛，廉价易得，且掺入量少，可通过单独粉磨工序制备成cao粉料，或与粘土原料一起粉磨制备成粉状材料。
6、该方法具体包括以下步骤：
7、1）将粘土原料经破碎、烘干、粉磨工序制备成微米级粉状原料以后，根据粘土中含铁量的多少，加入cao粉状材料并均匀混合后得混合粉状原料；
8、2）将步骤1）中的混合粉状原料喂入悬浮预热系统中第一级旋风筒和第二级旋风筒之间的连接管道；并通过在连接管道内该处设置的撒料装置分散于第二级旋风筒出口的高温烟气中，使其发生对流换热，高温烟气中的余热被用于预热粘土粉状原料；高温烟气携带粉状原料进入第一级旋风筒, 经第一级旋风筒气固分离后，高温烟气排出，经过第一次预热后的粉状原料被收集，随后逐次进入下游各级旋风筒，与各级旋风筒出口的高温烟气通过对流换热，达到预热粉状原料的目的；
9、3）出悬浮预热系统中最后一级旋风筒的预热本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1中所述的高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法，其特征在于：CaO粉状材料为CaO粉和石灰石粉或能提供CaO的粉状物，或在高温下能生成CaO的其它粉状材料。
3.根据权利要求1或2中所述的高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法，其特征在于：CaO粉状材料的添加量以CaO质量计，为理论添加量的1.05~1.15倍。
4.根据权利要求3中所述的高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法，其特征在于：分解炉内的燃料为化石燃料或生物质替代燃料；燃料燃烧的高温助燃空气来自下游冷却系统。
5.根据权利要4中所述的高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法，其特征在于：分解炉内温度控制在850℃±50℃。
6.一种高铁含量煅烧粘土颜色可控的装置，用于如权利要求1、4或5所述的控制高铁含量粘土颜色的方法中，其特征在于：所述装置包括粘土原料悬浮预热系统（1）、粘土原料悬浮煅烧段系统（2）和煅烧粘土悬浮冷却系统（3）；其中所述粘土原料悬浮预热系统（1）与粘土原料悬浮煅烧段系统（2）相连；所述粘土原
7.如权利要求6所述的高铁含量煅烧粘土颜色可控的装置，其特征在于：粘土原料悬浮预热系统（1）中旋风筒为四级旋风筒，所述的四级旋风筒分别为第一级旋风筒、第二级旋风筒、第三级旋风筒和第四级旋风筒。
8.如权利要求6或7所述的高铁含量煅烧粘土颜色可控的装置，其特征在于：所述的煅烧粘土悬浮冷却系统（3）由多级旋风筒串联组成，也可根据生产线规模设置为多串并联。
9.如权利要求8所述的高铁含量煅烧粘土颜色可控的装置，其特征在于：所述的煅烧粘土悬浮冷却系统（3）中多级旋风筒为2-6级。
10.如权利要求6或8所述的高铁含量煅烧粘土颜色可控的装置，其特征在于：煅烧粘土悬浮冷却系统（3）分为两段，第一段由两个旋风筒串联组成，进行煅烧粘土的高温段冷却，冷却介质为环境空气，空气的使用量即为分解炉内燃料燃烧需要的空气量；第二段由两个旋风筒串联组成，进行煅烧粘土的中低温段冷却，冷却介质为环境空气，空气的使用量根据最终产品需要的冷却温度进行调节；煅烧粘土则最终通过最后一级旋风筒经气固分离后收集得到。
...【技术特征摘要】
1.一种高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1中所述的高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法，其特征在于：cao粉状材料为cao粉和石灰石粉或能提供cao的粉状物，或在高温下能生成cao的其它粉状材料。
3.根据权利要求1或2中所述的高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法，其特征在于：cao粉状材料的添加量以cao质量计，为理论添加量的1.05~1.15倍。
4.根据权利要求3中所述的高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法，其特征在于：分解炉内的燃料为化石燃料或生物质替代燃料；燃料燃烧的高温助燃空气来自下游冷却系统。
5.根据权利要4中所述的高铁含量煅烧粘土颜色可控的方法，其特征在于：分解炉内温度控制在850℃±50℃。
6.一种高铁含量煅烧粘土颜色可控的装置，用于如权利要求1、4或5所述的控制高铁含量粘土颜色的方法中，其特征在于：所述装置包括粘土原料悬浮预热系统（1）、粘土原料悬浮煅烧段系统（2）和煅烧粘土悬浮冷却系统（3）；其中所述粘土原料悬浮预热系统（1）与粘土原料悬浮煅烧段系统（2）相连；所述粘土原料悬浮煅烧段系统（2）与煅烧粘土悬浮冷却系统（3）相连；所述的粘土原料悬浮预热系统（1）由旋风筒串联组成，串联级数为2~6...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤跃，刘建，陈孝灵，李勇，徐双影，
申请(专利权)人：成都建筑材料工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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