一种微波加热煤矸石生产莫来石粉的方法与流程

1.本发明属于固废利用领域，具体涉及一种微波加热高铝含碳煤矸石生产优质莫来石粉的方法。


背景技术：

2.煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。大部分煤矸石其主要成分是al2o3、sio2，另外还含有数量不等的fe2o3，碳含量一般在16—25％之间，硬度4.0-6.0。
3.我国是产煤大国，特别在山西云南内蒙四川等地，高铝含碳煤矸石产量极为丰富，尤其山西左云，阳泉，内蒙古等地煤矸石含铝极高，主要成分为三氧化铝，二氧化硅，碳，三氧化铁。
4.高铝煤矸是莫来石生产常用的原料之一，但传统加热烧制周期长耗能极高，目前对高铝煤矸石生产建筑材料的处理方法都是原石破碎-焙烧-细磨-压滤，由于煤矸石硬度大，破碎费用较高，几乎占到焙烧前期处理费用的一半。高铝煤矸石，焙烧耗能极高，焙烧时间长，一般都需要6个小时以上的烧制，焙烧耗能极高而且经常会出现夹生现象，导致产品性能不稳定，耗能成本较高。一般工业将高铝煤矸石破碎到3cm粒径耗电15kw
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h/t，焙烧耗电1240kw
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h/t。大部分企业无法经营生产，出现大面积停产。所以发明一种降低破碎难度和加快焙烧时间的方法极为重要。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种微波加热煤矸石生产莫来石粉的方法，破碎前用微波辐射改变了煤矸石界面应力，降低煤矸石硬度，易于破碎，后期焙烧采用微波直接加热缩短焙烧时间，能耗降低，产品质量均匀，环保效果好，生产成本低，适用于工业生产。
6.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
7.本发明提供了一种微波加热煤矸石生产莫来石粉的方法，包括以下步骤：
8.将煤矸石依次进行第一微波辐射和破碎，得到煤矸石碎料；
9.将所述煤矸石碎料在第二微波辐射作用下进行焙烧，得到煤矸石熟料；
10.将所述煤矸石熟料依次进行研磨和磁选，得到莫来石粉；
11.所述煤矸石的主要成分及含量为：三氧化二铝30～50％，二氧化硅35～45％，三氧化二铁0.1～0.3％，碳含量16～25％。
12.优选地，所述第一微波辐射的时间为2-5min，频率为2.45ghz，输入总功率为10-20kw。
13.优选地，所述破碎为先进行粗破再进行细破。
14.优选地，所述粗破后煤矸石块径为6-12cm；所述细破后煤矸石块径为1-4cm。
15.优选地，所述焙烧的温度为1050℃-1200℃，时间为1-2h；所述第二微波辐射的频率为2.45ghz，输入总功率为20-40kw。
16.优选地，所述研磨出料粒度为-400目，其中-500目占95％。
17.优选地，所述磁选包括将研磨后的煤矸石依次打入半逆流磁选机和高梯度磁选机进行磁选。
18.优选地，所述半逆流磁选机的磁场强度为200～400mt；所述高梯度磁选机的磁场强度为700～900mt。
19.优选地，所述莫来石粉末铝硅比为0.8～1：1，含水率为1-2％，其它杂质为0.1～0.25％。
20.本发明的有益技术效果：
21.本发明提供了一种微波加热煤矸石生产莫来石粉的方法，本发明将所述煤矸石依次进行第一微波辐射和破碎，得到煤矸石碎料；将所述煤矸石碎料在第二微波辐射作用下进行微波高温焙烧，得到煤矸石熟料；将所述煤矸石熟料依次进行研磨和磁选除杂，得到莫来石粉。本发明在破碎前对煤矸石进行微波辐射，破坏了煤矸石内部结构，降低了煤矸石的硬度，使其易于破碎，降低破碎能耗；本发明后期焙烧采用微波直接加热的方法，缩短焙烧时间，降低焙烧能耗；煤矸石中的碳，氧化铁等是很好的微波吸收体，自身剧烈运动产生热能，所以物料的加热是内外同时进行，与传统加热相比不会出现物料夹生现象，碳的分解燃烧比较彻底，不会出现熟料黑心现象，所需温度要比传统加热低130度，烧结白度94％，铝硅比0.8-1，产率在80％以上。
附图说明
22.图1为微波加煤矸石生产莫来石粉的工艺流程图。
具体实施方式
23.本发明提供了一种微波加热煤矸石生产莫来石粉的方法，包括以下步骤：
24.将煤矸石依次进行第一微波辐射和破碎，得到煤矸石碎料；
25.将所述煤矸石碎料在第二微波辐射作用下进行焙烧，得到煤矸石熟料；
26.将所述煤矸石熟料依次进行研磨和磁选，得到莫来石粉；
27.所述煤矸石的主要成分及含量为：三氧化二铝30～50％，二氧化硅35～45％，三氧化二铁0.1～0.3％，碳含量16～25％。
28.本发明将煤矸石依次进行第一微波辐射和破碎，得到煤矸石碎料。
29.在本发明中，所述煤矸石的主要成分及含量为：三氧化二铝30～50％，二氧化硅35～45％，三氧化二铁0.1～0.3％，碳含量16～25％；更优选为三氧化二铝35-45％，二氧化硅38-42％，三氧二铁0.15-0.25％，碳含量16％，二氧化钛0.2-0.3％，结晶水2-3％，氧化钙0.05-0.08％，氧化锰0.2-0.5％，其它总和0.1-0.25％，比重2.45克/立方厘米；所述煤矸石的硬度优选为4.0-6.0，更优选为4.5～5.5。
30.在本发明中，所述第一微波辐射的时间优选为2-5min，更优选为3min；所述第一微波辐射的频率优选为2.45ghz，所述第一微波辐射的输入总功率优选为10-20kw，更优选为13～17kw，最优选为15kw。本发明所述第一辐射优选在多模微波辐射炉中进行。
31.在本发明中，所述煤矸石中各种矿物成分的导热性差、导热率小，各成分吸收微波的能力不一样，在微波辐射作用下使其温度梯度增大，导致热应力增大，另一方面在微波辐
射作用下，所述煤矸石孔隙中的液体部分汽化产生高的饱和蒸汽压。因此，本发明通过第一微波辐射使煤矸石中局部热应力和液体的饱和蒸汽压超过煤研石的抗拉强度，从而造成煤研石破裂而形成裂缝，裂缝的产生可以有效地促进吸收微波矿物的单体解离和增加吸收微波矿物的有效反应面积，这可减少煤矸石破碎时间和降低煤研石的强度，从而降低破碎成本。试验结果表明未经微波辐照的煤矸石原矿破碎到2-3cm比经微波辐照3分钟后破碎耗电一倍以上，而且产量缩小一半。
32.在本发明中，所述破碎优选先进行粗破再进行细破；所述粗破后煤矸石块径优选为6-12cm，更优选为8-10cm；所述粗破优选使用颚式破碎机进行破碎。在本发明中，所述细破后煤矸石块径优选为1-4cm，更优选为3cm；所述细破优选采用立式锤破机进行破碎。
33.得到煤矸石碎料后，本发明将所述煤矸石碎料在第二微波辐射作用下进行焙烧，得到煤矸石熟料。
34.在本发明中，所述焙烧的温度优选为1050℃-1200℃，更优选为1100℃-1150℃，时间为1-2h，更优选为1.5h；所述第二微波辐射的频率优选为2.45ghz，输入总功率优选为20-40kw，更优选为25～30kw。
35.在本发明中，所述煤矸石碎料优选经过螺纹皮带输送设备运往料仓，通过给料机装入微波高温专用装料盒，所述装料盒规格：长*宽*高＝2.5m*1.3*0.5m。
36.在本发明中，所述微波高温专用装料盒通过推送机送入连续生产多模微波箱式窑炉中进行高温焙烧，在本发明中，所述多模微波箱式窑炉长宽高为20m*炉内1.5m*1.2m。
37.在本发明中，所述微波对高铝含碳煤矸石原料进行烧结，该过程可在很短的时间内完成，从而降低了大量能耗。煤矸石中的碳，氧化铁等是很好的微波吸收体，自身剧烈运动产生热能，所以物料的加热是内外同时进行，与传统加热相比不会出现物料夹生现象，碳的分解燃烧比较彻底，不会出现熟料黑心现象。实验结果表明所需温度要比传统加热低130度，烧结白度94％，铝硅比0.8-1，产率在80％以上。
38.得到煤矸石熟料后，本发明中将所述煤矸石熟料依次进行研磨和磁选除杂，得到莫来石粉。
39.在本发明中，所述研磨方式优选为球磨，更优选为加水球磨；所述加水量优选为煤矸石熟料的1-2倍，更优选为1.5倍；所述研磨时间优选为10-20min，更优选为15min；所述研磨出料粒度优选为-400目，更优选为-500目占95％
40.在本发明中，所述磁选优选为将研磨后所得物料先加入半逆流磁选机再加入高梯度磁选机进行磁选；所述半逆流磁选机的磁场强度优选为200～400mt，更优选为300mt；所述高梯度磁选机的磁场强度优选为700～900mt，更优选为800mt。本发明通过半逆流磁选机除掉强磁选铁，除铁后的矿浆流入高梯度磁选机除掉其它弱磁性矿物。
41.得到除杂矿浆后，本发明将除杂矿浆脱水烘干制得莫来石粉。
42.在本发明中，所述脱水含水率优选为12～14％，更优选为13％，所述烘干含水率优选为1-2％，更优选为1.5％；所述烘干方式优选为余热+微波烘干。
43.在本发明中，所述莫来石粉末铝硅比优选为0.8～1：1；更优选为0.85：1，最优选为0.86：1。
44.本发明将尾水和尾气进行环保处理。
45.在本发明中，所述尾水处理方式优选为水池澄淀，澄清后做为调浆用水；所述尾气
处理方式优选为除尘处理后，通入石灰水池中，形成碳酸钙、亚硫酸钙等，捞出烘干，为建材原料。
46.在本发明中，所述粉料利用微波+余热的烘干设备进行烘干，既利用了余热，又利用了水是很好的微波吸收体的特性，使得烘干速度极快。
47.实施例1
48.1)选用山西大同左云高铝含碳煤矸石(三氧二铁0.11％，三氧化二铝37.66％，二氧化硅42.98，二氧化钛0.3％，碳含量16％，结晶水2.5％，氧化钙0.06％，氧化锰0.3％，其它总和0.1％，比重2.45克/立方厘米)1吨，将1吨石原料用给料设备运往多模微波辐射炉进行第一微波辐射，微波辐射3分钟，微波频率2.45ghz，输入总功率15kw，然后由出料设备送往额式破碎机进行粗破，破碎后块径为9cm，之后将物料送入立式锤破进行细破，碎后粒度为3cm；
49.2)将细破物料经过螺纹皮带输送设备运往料仓，通过给料机装入微波高温专用装料盒，规格；长*宽*高＝2.5m*1.3*0.5m；
50.将微波高温专用装料盒通过推送机送入连续生产多模微波箱式窑炉(长宽高；20m*炉内1.5m*1.2m)中进行高温焙烧，温度为1100℃，恒温时间为1.5小时，微波频率为2.45ghz，输入总功率为30kw，烧成熟料；
51.3)熟料冷却后，通过给料机送往格子球磨机加水湿磨，加水量为熟料质量的1.5倍，球磨时间为15分钟，出料过粒度为-400目，其中-500目占95％；
52.将矿浆打入磁场强度300mt半逆流磁选机中除掉强磁选铁，除铁后的矿浆流入高梯度磁选机中，调整磁场强度800mt，除杂得到除杂矿浆；
53.除杂矿浆流入浓密池，进入陶瓷过滤机中脱水，得到粉料，含水率13％，产率80.7％；将含水粉料通过皮带送往烘干设备，通过烧结余热和微波进行烘干，将烘干粉料装袋；
54.4)尾水进入澄淀水池，澄清后做为调浆用水，循环利用，极少量的尾气通过进入除尘设备，进行尾气净化处理，通过风机通入石灰水池中，形成碳酸钙、亚硫酸钙等，捞出烘干，销往水泥厂或搅拌站作为建材原料。
55.粉料取样送交山东莫来石耐火材料厂家鉴定，鉴定结果粉料分散性能优越，杂质含量少，耐火度高，烧结白度95％，机械强度、热稳定性和化学稳定性也较好，铝硅比0.86，其它杂质总和0.1％(碳铁锰)。
56.经过统计微波破碎阶段用电量为3.25kw
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h，微波烧结阶段用电量为45kw
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h。
57.实施例2
58.1)选用山西大同左云高铝含碳煤矸石(三氧二铁0.23％，三氧化二铝42.36％，二氧化硅38％，二氧化钛0.25％，碳含量20％，结晶水2％，氧化钙0.05％，氧化锰0.4％，其它总和0.15％，比重2.53克/立方厘米)1吨，将1吨石原料用给料设备运往多模微波辐射炉进行第一微波辐射，微波辐射2分钟，微波频率2.45ghz，输入总功率10kw，然后由出料设备送往额式破碎机进行粗破，破碎后块径为6cm，之后将物料送入立式锤破进行细破，碎后粒度为1cm；
59.2)将细破物料经过螺纹皮带输送设备运往料仓，通过给料机装入微波高温专用装料盒，规格；长*宽*高＝2.5m*1.3*0.5m；
60.将微波高温专用装料盒通过推送机送入连续生产多模微波箱式窑炉(长宽高；20m*炉内1.5m*1.2m)中进行高温焙烧，温度为1050℃，恒温时间为1小时，微波频率为2.45ghz，输入总功率为20kw，烧成熟料；
61.3)熟料冷却后，通过给料机送往格子球磨机加水湿磨，加水量为熟料质量的1倍，球磨时间为10分钟，出料过粒度为-400目，其中-500目占80％；
62.将矿浆打入磁场强度200mt半逆流磁选机中除掉强磁选铁，除铁后的矿浆流入高梯度磁选机中，调整磁场强度700mt，除杂得到除杂矿浆；
63.除杂矿浆流入浓密池，进入陶瓷过滤机中脱水，得到粉料，含水率12％，产率77.6％；将含水粉料通过皮带送往烘干设备，通过烧结余热和微波进行烘干，将烘干粉料装袋；
64.4)尾水进入澄淀水池，澄清后做为调浆用水，循环利用，极少量的尾气通过进入除尘设备，进行尾气净化处理，通过风机通入石灰水池中，形成碳酸钙、亚硫酸钙等，捞出烘干，销往水泥厂或搅拌站作为建材原料。
65.粉料取样送交山东莫来石耐火材料厂家鉴定，鉴定结果粉料分散性能优越，杂质含量少，耐火度高，烧结白度91％，机械强度、热稳定性和化学稳定性也较好，铝硅比0.81，其它杂质总和0.15％(碳铁锰)。
66.经过统计微波破碎阶段用电量为2.8kw
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h，微波烧结阶段用电量为20kw
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h。
67.实施例3
68.1)选用山西大同左云高铝含碳煤矸石(三氧二铁0.3％，三氧化二铝50％，二氧化硅45％，二氧化钛0.3％，碳含量25％，结晶水3％，氧化钙0.08％，氧化锰0.5％，其它总和0.25％，比重2.57克/立方厘米)1吨，将1吨石原料用给料设备运往多模微波辐射炉进行第一微波辐射，微波辐射5分钟，微波频率915mhz，输入总功率20kw，然后由出料设备送往额式破碎机进行粗破，破碎后块径为12cm，之后将物料送入立式锤破进行细破，碎后粒度为4cm；
69.2)将细破物料经过螺纹皮带输送设备运往料仓，通过给料机装入微波高温专用装料盒，规格；长*宽*高＝2.5m*1.3*0.5m；
70.将微波高温专用装料盒通过推送机送入连续生产多模微波箱式窑炉(长宽高；20m*炉内1.5m*1.2m)中进行高温焙烧，温度为1200℃，恒温时间为2小时，微波频率为915mhz，输入总功率为40kw，烧成熟料；
71.3)熟料冷却后，通过给料机送往格子球磨机加水湿磨，加水量为熟料质量的2倍，球磨时间为20分钟，出料过粒度-为400目，其中-600目占90％；
72.将矿浆打入磁场强度400mt半逆流磁选机中除掉强磁选铁，除铁后的矿浆流入高梯度磁选机中，调整磁场强度900mt，除杂得到除杂矿浆；
73.除杂矿浆流入浓密池，进入陶瓷过滤机中脱水，得到粉料，含水率14％，产率79.9％；将含水粉料通过皮带送往烘干设备，通过烧结余热和微波进行烘干，将烘干粉料装袋；
74.4)尾水进入澄淀水池，澄清后做为调浆用水，循环利用，极少量的尾气通过进入除尘设备，进行尾气净化处理，通过风机通入石灰水池中，形成碳酸钙、亚硫酸钙等，捞出烘干，销往水泥厂或搅拌站作为建材原料。
75.粉料取样送交山东莫来石耐火材料厂家鉴定，鉴定结果粉料分散性能优越，杂质
含量少，耐火度高，烧结白度89％，机械强度、热稳定性和化学稳定性也较好，铝硅比0.84，其它杂质总和0.25％(碳铁锰)。
76.经过统计微波破碎阶段用电量为4.1kw
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h，微波烧结阶段用电量为80kw
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h。