专利名称：提高煤矸石活性的节能煅烧方法
技术领域：
本发明涉及固体废物资源化技术领域，涉及煤矸石的高附加值综合利用，具体地说，是ー种提高煤矸石活性的节能煅烧方法。
背景技术：
煤矸石是煤炭开采和洗选过程中剔除的固体废弃物。我国是产煤大国，煤矸石排放弃量巨大，至2005年我国煤矸石累计堆贮量超过30亿吨。煤矸石大规模消纳和高值化综合利用是我国面临的严峻挑战。我国三分之ニ以上的煤矸石中主要是高岭石为主的粘土矿物，其煅烧灰渣中Al2O3含量可达40%以上，是十分宝贵的铝资源之一。目前的从煤矸石回收利用铝资源的技术为提高反应活性和增加提取率，需要将煤矸石经高温煅烧以激发粘土矿物的反应活性如，中国专利ZL00112070. 0“利用煤矸石生产铝盐和硅酸盐エ艺方法”，它采取在沸腾炉或发射炉中以600 750°C的温度煅烧的方法。 中国专利ZL94113062. 2 “用煤矸石制备氢氧化铝エ艺”，它采取在650 750°C温度下焙烧。中国专利ZL200610017165.5 “用煤矸石制取硫酸铝、硅酸钠及其衍生产品的方法”采取在500 600°C温度下焙烧。煤系粘土矿物的最优活化温度为550 700°C，温度过高则会生成惰性物质从而大幅降低产物的反应活性。工程应用中遇到的问题是，采用现有煅烧 エ艺，利用煤矸石中的碳直接燃烧，控制温度在500 750°C吋，燃烧过程不稳定，易熄火， 而且部分煤矸石的着火点高达800°C以上。因此，煤矸石高温煅烧过程中的温度控制就变得非常困难，煅烧产物的质量也因此难以控制，煤矸石中的碳质得不到充分的利用。另ー个问题是，我国出产的煤炭普遍含有一定的硫份，为满足排放要求煅烧时必须使用脱硫エ艺，而目前较为先进的脱硫エ艺是掺钙煅烧脱硫エ艺。但是，现有煤矸石煅烧活化工艺受脱硫温度(煤的掺钙脱硫温度要在850°C以上)和杂质控制制约；无法采用掺钙煅烧脱硫エ艺。为了解决上述两个问题，ー些エ艺采取了掺加助剂煅烧的手段，使煤矸石在较高煅烧温度条件下仍能得到高活性产物，如中国专利ZL200510048215. 1 “ー种煤矸石生产氧化铝的方法”是按煤矸石中氧化铝含量加入0. 5 1倍的碳酸钠在700 900°C温度下焙烧。但是，这种掺加助剂的煅烧エ艺不但增加了能耗，同时也增加了生产成本。此外，由于煤矸石中碳质含量往往差异很大，现有煅烧エ艺对此普遍不能适应，因此在实际操作中为了維持煅烧温度的稳定，当碳质含量少时，需要掺煤煅烧，从而降低单位时间内煅烧炉对煤矸石的处理量；而当碳质含量多吋，需要在煅烧炉中増加冷却装置移热，产生的热量得不到充分的利用或利用的手段受到很大的约束。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术的不足，提供一种提高煤矸石活性的节能煅烧方法，能将煤矸石中煤质的燃烧与粘土矿物的热活化两个过程分离开来，成为ー种产率稳定、 环境友好、低能耗的煅烧方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是
一种提高煤矸石活性的节能煅烧方法，其特征是，包括以下步骤
(1)破碎与粉磨将煤矸石破碎、粉磨，在流化床热解煅烧炉内在550 650°C下热解 10 30分钟，获得活化煤矸石；
(2)将步骤(1)获得的活化煤矸石在浸取器中与酸或碱反应，提取有用组分，反应物经固液分离器分离；分离所得固体干燥后送入一级燃烧炉中燃烧，通入适量空气使煤粉发生不完全燃烧，反应温度为800 900°C，反应时间为30 60分钟，获得固体产品矸石焦，反应生成以氮气和一氧化碳为主的高温气体；
(3)将步骤(2)获得的矸石焦送入ニ级燃烧炉燃烧，将步骤(1)热解煅烧炉产生的热解气送入ニ级燃烧炉燃烧，通入过量空气，反应温度为900 1300°C，获得固体产品矸石灰以及以氮气和ニ氧化碳为主的高温气体。所述步骤(1)中的热解是以ー级燃烧炉的高温气体为流化气，以ニ级燃烧炉的高温气体为热源气。步骤(2)的燃烧温度为800 900°C，生成的高温气体可送入步骤(1)的热解炉作为流化气。步骤(3)的燃烧温度为900 1300°C，步骤(1)生成的热解气以及流化气可同时送入步骤(3)的ニ级燃烧炉，步骤(3)生成的高温气体可送入步骤(1)的热解炉作为热源气。本发明与现有技术相比的积极效果是
(1)煤矸石活化不受煤质燃烧的影响，煅烧炉内温度均勻可控，煅烧产物质量稳定，提高了煅烧煤矸石的活性；
(2)煤质燃烧不受活化温度的约束，燃烧温度可调，碳质燃烧完全，热量利用充分灵活， 符合低碳要求；
(3)燃烧炉脱硫不受温度限制，脱硫效率高且对煤矸石的活化无影响，具有エ业化推广的可行性。
附图1为本发明提高煤矸石活性的节能煅烧方法的设备流程示意图； 图中的标号分别为
1、破碎与粉磨； 2、热解煅烧炉； 3、浸取器； 4、固液分离器； 5、ー级燃烧炉； 6、ニ级燃烧炉。
具体实施例方式下面结合附图给出本发明提高煤矸石活性的节能煅烧方法的具体实施方式
，提供 5个实施例，但是应当指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。參见图1。一种提高煤矸石活性的节能煅烧方法，其(采用设备的)具体步骤包括 (1)将煤矸石经破碎与粉磨1处理后，送入热解煅烧炉2，因炉内缺乏氧气，燃烧反应基
本不发生，流化床热解煅烧炉2内的温度均勻可控；在热解过程中煤矸石中的煤质低温干馏，挥发分类似焦炉煤气，高岭石分解活化；(2)活化后的物料在浸取器3中与酸或碱等反应，提取有用组分，反应物经固液分离器 4分离；分离所得固体干燥后进入ー级燃烧炉5，通入适量空气，使煤质发生不完全燃烧，氧气完全消耗，生成以ー氧化碳和氮气为主的高温气体，此气体进入热解煅烧炉2作为流化气并提供部分热解热；
(3)—级燃烧炉5排出的固体及热解煅烧炉2中煤质干馏产生的煤气、焦油气和热气体进入ニ级燃烧炉6，在过量空气的条件下充分燃烧，产生的高温烟气作为热源进入热解流化床；热解煅烧炉2排出的高温气体用于对进入热解炉的煤矸石和进入ー级燃烧炉5的浸取渣进行预热，热解煅烧炉2排出的高温活化矸石及ニ级燃烧炉6排出的高温矸石灰显热用于预热进入ー级燃烧炉5和ニ级燃烧炉6的空气。以下提供5个实施例。实施例1
将含碳4%、氧化铝39. 23%的煤矸石破碎、粉磨至全部小于120 μ m，在550°C下热解30 分钟，浸取后将过滤分离的滤渣掺加适量煤送入燃烧炉，ー级燃烧炉温度为800°C，ニ级燃烧炉温度为900°C ；浸取条件为按固液比1:4加入浓度为20%的盐酸，在90°C下浸取60分钟，氧化铝浸出率为87. 95%。实施例2
将含碳8%、氧化铝38. 22%的煤矸石破碎、粉磨至全部小于10 μ m，在600°C下热解10分钟，浸取后将过滤分离的滤渣掺加适量煤送入燃烧炉，ー级燃烧炉温度为900°C，ニ级燃烧炉温度为1300°C ；浸取条件为按固液比1:4加入浓度为20%的盐酸，在90°C下浸取60分钟，氧化铝浸出率为92. 30%。实施例3
将含碳12%、氧化铝35. 37%的煤矸石破碎、粉磨至全部小于75 μ m，在650°C下热解15 分钟，浸取后将过滤分离的滤渣直接送入燃烧炉，ー级燃烧炉温度为850°C，ニ级燃烧炉温度为1000°C ；浸取条件为按固液比1:4加入浓度为20%的盐酸，在90°C下浸取60分钟，氧化铝浸出率为90. 23%。实施例4
将含碳20%、氧化铝33. 18%的煤矸石破碎、粉磨至全部小于10 μ m，在600°C下煅烧30 分钟，浸取后将过滤分离的滤渣送入燃烧炉，ー级燃烧炉温度为900°C，ニ级燃烧炉温度为 1100°C，ニ级燃烧炉产生的高温气体部分进入其他エ段提供能量。浸取条件为按固液比1 4 加入浓度为20%的盐酸，在90°C下浸取60分钟，氧化铝浸出率为92. 10%。实施例5
将含碳40%、氧化铝23. 37%的煤矸石破碎、粉磨至全部小于10 μ m，在650°C下煅烧15 分钟，浸取后将过滤分离的滤渣送入燃烧炉，ー级燃烧炉温度为800°C，ニ级燃烧炉温度为 1000°C，ニ级燃烧炉产生的高温气体部分进入其他エ段提供能量。浸取条件为按固液比1 4 加入浓度为20%的盐酸，在90°C下浸取60分钟，氧化铝浸出率为92. 52%。
权利要求
1.一种提高煤矸石活性的节能煅烧方法，其特征在干，包括以下步骤(1)破碎与粉磨将煤矸石破碎、粉磨，在流化床热解煅烧炉内在550 650°C下热解 10 30分钟，获得活化煤矸石；(2)将步骤(1)获得的活化煤矸石在浸取器中与酸或碱反应，提取有用组分，反应物经固液分离器分离；分离所得固体干燥后送入一级燃烧炉中燃烧，通入适量空气使煤粉发生不完全燃烧，反应温度为800 900°C，反应时间为30 60分钟，获得固体产品矸石焦，反应生成以氮气和一氧化碳为主的高温气体；(3)将步骤(2)获得的矸石焦送入ニ级燃烧炉燃烧，将步骤(1)热解煅烧炉产生的热解气送入ニ级燃烧炉燃烧，通入过量空气，反应温度为900 1300°C，获得固体产品矸石灰以及以氮气和ニ氧化碳为主的高温气体。
2.根据权利要求1所述的提高煤矸石活性的节能煅烧方法，其特征在干，步骤(1)所述的热解是以ー级燃烧炉的高温气体为流化气，以ニ级燃烧炉的高温气体为热源气。
3.根据权利要求1所述的提高煤矸石活性的节能煅烧方法，其特征在干，步骤(2)的燃烧温度为800 900°C，生成的高温气体可送入步骤(1)的热解炉作为流化气。
4.根据权利要求1所述的提高煤矸石活性的节能煅烧方法，其特征在干，步骤(3)的燃烧温度为900 1300°C，步骤(1)生成的热解气以及流化气可同时送入步骤(3)的ニ级燃烧炉，步骤(3)生成的高温气体可送入步骤(1)的热解炉作为热源气。
全文摘要
本发明提高煤矸石活性的节能煅烧方法，包括以下步骤①将煤矸石作破碎与粉磨处理，然后作热解处理；②活化的物料经有用组分提取和固液分离后，将固体物送一级燃烧炉燃烧，获得矸石焦并生成以氮气和一氧化碳为主的高温气体；③将矸石焦送二级燃烧炉继续燃烧，获得固体产品矸石灰并生成以氮气和二氧化碳为主的高温气体；各步骤产生的热量都能得到充分灵活的利用；本发明的积极效果是煤矸石活化不受煤质燃烧的影响，炉内温度均匀可控，煅烧产物质量稳定，提高了煅烧煤矸石的活性；煤质燃烧不受活化温度的约束，燃烧温度可调，热量利用充分；脱硫效率高且对煤矸石的活化无影响，对环境无污染，具有工业化推广的前景。
文档编号B09B3/00GK102553882SQ20101059399
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者乔秀臣, 于建国, 司鹏 申请人:华东理工大学