煤矸石活化技术在水泥生产中的应用.pdf

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1、中图分类号：TQl72．44文献标志码：B文章编号：1007-0389[2015}06-72-02【DOIllO．13697／j．cnki．32—1449／tu．2015．06·034煤矸石活化技术在水泥生产中的应用缪祥来(洛阳建材建筑设计研究院有限公司，河南洛阳471003)0前言我公司为某公司设计其5000t／d熟料生产线，该项目所在地工业基础薄弱，生产水泥时缺少可添加的活性混合材。只能添加10％左右的碎石和10％左右的粉煤灰，而粉煤灰的运距有120km，运输距离远且还不能保证供应。而当地有大量的煤矸石资源，煤矸石

2、是与煤层伴生的矿物质，在煤矿生产过程中开采和洗选时被分离出来，煤矿上通常称之为“夹矸”。它实际上是含碳物(碳质页岩、碳质砂岩等)与岩石(页岩、砂岩等)的混合物，是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一。由于自燃煤矸石活性较低，要提高煤矸石在水泥中的掺加量(一般为12％一15％)，必须提高煤矸石的活性。可以通过焙烧来进行煤矸石的活化，一方面为水泥生产提供大量优质高活性水泥混合材料，另一方面充分利用煤矸石含有的热量用于余热发电。因此，为充分利用当地煤矸石资源，设计用预分解窑协同煤矸石活化工艺流程来解决煤矸石混合材的活性问题

3、。1利用预分解窑协同煤矸石活化工艺1．1煤矸石活化机理从化学组成和矿物组成分析可知，未经处理的煤矸石具有稳定的硅酸盐晶体结构，其原子、离子、分子等质点都按一定的规律排列有序，所以其胶凝性很低。矿物分析表明，煤矸石中的黏土矿物主要是高岭土和云母。煅烧煤矸石的作用主要有两个方面，一是可以去除煤矸石中的碳，从而降低碳对水泥的强度、需水量、耐久性等的影响。二是通过煅烧，煤矸石中的高岭土组分在一定温度下发生脱水和分解，生成偏高岭石和无定形的二氧化硅及氧化铝，在550—700℃下：A1203·2Si02·2H20—A1203·2S

4、i02+2H20；在800～900oC下：A1：03·2Si02一A1203+2Si02这些无定形的二氧化硅及氧化铝在CaO、CaSO。和水的存在下，会发生如下反应而产生强度：A120，+3CaO十CaS04+32H20—}3CaO·A1203·一72—3CaSO,·32H20A1：03+3CaO+CaSO。+18H20-*3CaO·A1203·CaS04·18H20A1203+4CaO+13H20---}4CaO·A1203·13H20Si02+CaO+xH20—}CaO·Si02·xH20在煤矸石脱水过程中，如果温

5、度过低，结晶水不能脱去，形不成偏高岭土，活性不高；如果脱水温度过高(950℃以上)，则可能生成铝硅尖晶石或者其它的晶体矿物，这些晶体矿物基本上没有水化活性。由此可见脱水温度应该控制在适当的范围。在该温度范围下，偏高岭土及无定形的SiO：及A1：O。数量最多，因此此时活性最大。1．2利用预分解窑协同煤矸石活化工艺流程为解决原料中的碱、氯、硫含量问题，该项目采用了旁路放风技术。工艺流程见图1。采用旁路放风技术会放出大量的高温余热和高碱窑灰，高碱窑灰可作为激发剂，这就为煤矸石的脱水创造了条件。根据预分解窑旁路放风的工艺特点，

6、采用急烧急冷的方法进行热激活煤矸石。使用的煤矸石为粉状物料，化学组成及工业分析见表1，2，激发剂为高碱窑灰。利用熟料生产线中生料立磨空闲时把煤矸石粉磨后储存于仓中(细度达到O．08mm方孔筛筛余不至SP炉PYl，＼rIp／，，TC}，，／脱碳炉煤矸石粉仓b：2厂{j‘7_煤矸石粉计量豢≯㈡‰浆石2水淀工程型墅表1煤矸石化学组成％表2煤矸石工业分析组成大于12％)。根据窑的具体情况，在预分解窑排风机抽力的作用下，从窑尾抽出约10％左右的烟气到TC脱碳炉中，温度约1250℃，通过冷风门的调节，吸人一定量的冷空气，使混合后的

7、气体温度调至720℃左右；煤矸石粉通过计量装置、斜槽、提升机进入脱碳炉中。在脱碳炉中，煤矸石粉与从下而上的高温热气体进行热交换，使煤矸石中的碳燃烧，释放出的热量会使脱碳炉的温度升高30cc左右，从而达到煤矸石活化的最佳温度(750℃)，并使煤矸石迅速分解脱水。由于过程进行的速度很快，因而煤矸石的主要脱水产物为偏高岭土，具有比表面积大、孑L洞多、活性高的特点。脱水脱碳后的煤矸石与高速热气流一起进入本系统的一级分离器BYl，进行气固分离，分离效率约为90％～95％。从BYl分离出来的650cC窑灰及活化煤矸石(活化煤矸石中

8、大约掺入了10％的旁路窑灰)由于温度过高，因此通过一级旋风分离器BLl，用冷空气进行冷却，然后经过二级旋风分离器BL2，再一次进行气固分离，并使窑灰、活化煤矸石进一步快速冷却，冷却后的窑灰、活化煤矸石温度约150℃，通过输送系统将其输送至水泥粉磨系统中作混合材使用。2工业生产情况该煤矸石活化系统于2015年1月正式投产，运行状况良