本發(fā)明屬于煤矸石綜合利用，具體涉及一種純煤矸石能質(zhì)耦合制備多功能陶粒的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國煤炭開采難度逐漸增大及洗選效率不斷提升，煤矸石產(chǎn)生量也不斷增加。據(jù)統(tǒng)計目前我國煤矸石累計堆存量已超過60億t，形成2600多座大型矸石山，約占土地1.3萬hm2。堆存煤矸石經(jīng)風(fēng)化和雨水的淋溶作用，形成酸性水并離解出有毒有害元素滲入地下，造成土壤和水體的污染，自燃煤矸石產(chǎn)生大量so2、nox等有害氣體，造成嚴(yán)重的大氣污染。煤矸石的堆存制約了“無廢城市”建設(shè)和企業(yè)“綠色發(fā)展”的步伐，其規(guī)?；唾Y源化利用對行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要。煤矸石規(guī)模化利用根據(jù)其含碳量可分為能源化利用和建材化利用兩大類，其中從能源利用的角度而言，煤矸石是一種低熱值燃料，一般發(fā)熱量在1792-3000kcal/kg的煤矸石可直接作循環(huán)流化床鍋爐的燃料，發(fā)熱量在1500-1792kcal/kg的煤矸石可摻燒煤泥、洗中煤或尾煤后作發(fā)電的燃料。熱值低于500kcal/kg的煤矸石，主要用于生態(tài)回填或制備建筑材料，但對于500～1500kcal/kg的煤矸石利用存在問題，若用于建材化等利用，需做脫碳處理，能耗高、工藝復(fù)雜；若用于生態(tài)回填存在煤矸石自燃，生態(tài)環(huán)境風(fēng)險較高，因此500～1500kcal/kg煤矸石利用是行業(yè)難點。500～1500kcal/kg煤矸石通過與粉煤灰、污泥、赤泥等混合可以用于制備陶粒，但摻量有限，若煤矸石比例過高，工業(yè)上常存在“燒不透”的問題，限制了高摻量煤矸石陶粒制備的產(chǎn)業(yè)化進程。因此，利用純煤矸石制備多功能陶粒是行業(yè)需要，也是行業(yè)難點。

2、為適應(yīng)我國行業(yè)對煤矸石資源化利用的需求多數(shù)研究致力于煤矸石為輔料或摻料制備陶粒，摻量約為30％～50％。例如專利cn117447184a將赤泥和煤矸石進行混料，經(jīng)過球磨、混料、捏合、球團、活化、球磨、過篩、滾球、烘干燒制，最終得到赤泥煤矸石陶粒，但赤泥的加入降低了煤矸石的處理量。專利cn113651595a使用煤矸石及輔料制備陶粒，利用靜態(tài)燒結(jié)隧道窯進行靜態(tài)燒結(jié)生產(chǎn)煤矸石陶粒，采用靜態(tài)燒結(jié)利用余熱循環(huán)實現(xiàn)陶粒的干燥，焙燒段將陶粒均熱段的熱風(fēng)作為二次風(fēng)送入高溫段進行再利用，助燃利用冷卻一段余熱作為助燃風(fēng)，因工藝中有輔料加入，使得生產(chǎn)成本增加，且降低了煤矸石的處理量，并且陶粒處于靜止?fàn)顟B(tài)，熱風(fēng)自上而下穿行陶粒的過程中，容易出現(xiàn)上層與下層陶粒受熱不均的情況，最終導(dǎo)致產(chǎn)品性能不一致。同時也有少部分研究純煤矸石制備陶粒的研究，專利cn113105258a雖涉及一種基于移動床制備無摻雜單一煤矸石陶粒的方法，所述移動床為水平移動的鏈篦機，鏈篦機由入料口至出料口，依次劃分為干燥段、預(yù)熱段、焙燒段、冷卻ⅰ段和冷卻ⅱ段，但得到的陶粒強度極低，未達到陶粒高強度的要求，且未實現(xiàn)煤矸石陶粒煅燒中熱量的有效回收。專利cn118834059a將帶式燒成設(shè)備與節(jié)能回轉(zhuǎn)式短窯串聯(lián)在一起形成了兩段式煅燒工藝，但帶式燒成設(shè)備與回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)需要提供額外的能量支撐陶粒動態(tài)運動，并且其煅燒陶粒的整個階段總時間長，陶粒生產(chǎn)的效率大大降低?，F(xiàn)有技術(shù)無法同時滿足純煤矸石制備出的陶粒達到高強度級別、陶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)無黑心、生產(chǎn)陶粒效率高能耗低且燃燒熱量回收的要求。目前，對于純煤矸石能質(zhì)耦合制備高強度多功能陶粒的方法還少有報道。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種純煤矸石能質(zhì)耦合制備多功能陶粒的方法。該方法通過將純煤矸石陶粒能量回收的同時得到多功能陶粒，其不僅可實現(xiàn)熱值為500～1500kcal/kg的純煤矸石制備陶粒，且可有效回收煤矸石燃燒中產(chǎn)生的熱量用于生產(chǎn)蒸汽，并可通過溫度歷程調(diào)控獲得具有不同功能的陶粒產(chǎn)品，將多段式煅燒純煤矸石技術(shù)與換熱技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)純煤矸石陶粒的快速脫碳和制備出產(chǎn)品的多功能性，大大提高陶粒產(chǎn)品性能與生產(chǎn)效率，并且降低了設(shè)備的整體能耗。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種純煤矸石能質(zhì)耦合制備多功能陶粒的方法，包括：將純煤矸石陶粒置于立式移動床中依次進行預(yù)熱、燃燒與燒成處理，即得；所述立式移動床采用立式旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，中心轉(zhuǎn)軸與立式移動床內(nèi)壁之間交叉設(shè)置自上而下緊密排列的傾斜隔板，以使純煤矸石陶粒在傾斜隔板間自上而下移動；所述立式移動床內(nèi)側(cè)設(shè)置煅燒系統(tǒng)、助燃系統(tǒng)與換熱系統(tǒng)；所述煅燒系統(tǒng)由入料口至出料口依次劃分為預(yù)熱階段、燃燒階段與燒成階段；所述助燃系統(tǒng)用于提供預(yù)熱風(fēng)、一次風(fēng)、助燃風(fēng)和天然氣；所述預(yù)熱風(fēng)向預(yù)熱階段提供充足的熱量，一次風(fēng)向燃燒階段提供充足的氧氣與熱量，助燃風(fēng)與天然氣向燒成階段提供充足的熱量；所述換熱系統(tǒng)用于回收燃燒階段與燒成階段產(chǎn)生的余熱，實現(xiàn)聯(lián)產(chǎn)蒸汽用于工業(yè)。

4、進一步地，所述純煤矸石陶粒的制備過程具體包括：將熱值范圍為500～1500kcal/kg的煤矸石經(jīng)過破碎、篩分處理后得到粉狀煤矸石，再將粉狀煤矸石與水混合進行造粒處理，即得。

5、更進一步地，所述粉狀煤矸石與水的質(zhì)量比例為8～8.5:1.5～2。

6、更進一步地，所述粉狀煤矸石的粒徑控制在74μm以下。

7、更進一步地，所述純煤矸石陶粒的直徑控制在10mm～15mm。

8、進一步地，所述預(yù)熱階段的溫度為100℃，氣氛無要求，時間為20min；燃燒階段的溫度900～1000℃，氣氛控制為18％～21％o2，時間為25～30min；燒成階段的溫度為1100～1200℃，氣氛無要求，時間為20～30min。

9、進一步地，所述純煤矸石陶粒在傾斜隔板間自上而下移動的過程中，通過中心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速率控制純煤矸石陶粒在傾斜隔板上的停留時間，并且減少純煤矸石陶粒在立式移動床內(nèi)部的堆積，使純煤矸石陶粒得到充分燃燒，并釋放熱量。

10、進一步地，所述立式移動床中的傾斜隔板上設(shè)置直徑5～8mm的換熱開孔，為純煤矸石陶粒的充分燃燒和換熱提供條件。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

12、(1)本發(fā)明陶粒原料為100％的煤矸石，拓展了不能燃燒利用或填埋有風(fēng)險的中低熱值類型的煤矸石的價值，實現(xiàn)煤矸石的規(guī)?；唾Y源化利用。

13、(2)本發(fā)明將制備純煤矸石陶粒的立式移動床優(yōu)化為三段式結(jié)構(gòu)，分別為預(yù)熱階段、燃燒階段與燒成階段。預(yù)熱階段主要將煤矸石濕陶粒內(nèi)部水分烘干；燃燒階段主要將煤矸石中的碳完全燃盡；燒成階段主要將完全燃燒后的陶粒進行煅燒，使得陶粒內(nèi)部產(chǎn)生晶相變化和微觀結(jié)構(gòu)變化，進而使陶粒強度遠(yuǎn)超輕質(zhì)集料中對高強度陶粒900級別的要求。陶粒連續(xù)的三段式結(jié)構(gòu)更有利于陶粒溫度的持續(xù)升高，陶粒從上一階段帶來的熱量將更容易達到下一階段的溫度要求，使得陶粒在制備過程的熱量高效利用，并使得設(shè)備更節(jié)能。同時立式移動床中的陶粒可充分燃盡，不存在黑心問題，且換熱系統(tǒng)用于回收燃燒階段與燒成階段產(chǎn)生的余熱，實現(xiàn)聯(lián)產(chǎn)蒸汽用于工業(yè)。

14、(3)本發(fā)明使用的立式移動床采用立式旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)且內(nèi)部設(shè)置傾斜隔板，實現(xiàn)陶粒燃燒過程熱量與氧氣傳輸?shù)木鶆?。具體體現(xiàn)在：立式旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)使得陶粒在傾斜隔板上自上而下的移動的過程中，向下運動的時間和速率得到控制，對不同熱值的煤矸石燃燒時長設(shè)置不同的轉(zhuǎn)速，使得陶粒在預(yù)熱、燃燒、燒成階段停留不同的時長，得到不同的目標(biāo)產(chǎn)品；內(nèi)部設(shè)置從上而下緊密排列的傾斜隔板，一方面傾斜設(shè)置的隔板使得陶粒在無外部提供能量下，利用重力勢能自上而下滾動，另一方面緊密排列的隔板使得陶粒在向下移動的過程中呈現(xiàn)無堆積的狀態(tài)，并且氧氣與陶粒處于相對動態(tài)運動過程，陶粒內(nèi)外的氧氣濃度差保持在穩(wěn)定的數(shù)值，使得氧氣和熱量從外向陶粒內(nèi)部擴散的過程中無外因阻礙。

15、(4)本發(fā)明主體結(jié)構(gòu)增加助燃系統(tǒng)與換熱系統(tǒng)，使得設(shè)備得到更好的燃燒環(huán)境和回收能源的作用。助燃系統(tǒng)中的預(yù)熱風(fēng)為預(yù)熱系統(tǒng)維持穩(wěn)定的100℃溫度，此階段的溫度同時也可由燃燒階段的溫度經(jīng)過熱量的傳遞提供，一次風(fēng)不僅可以為燃燒階段維持穩(wěn)定的900～1000℃的溫度，并且也為其提供燃燒需要的足夠氧氣，燃燒階段的助燃風(fēng)為其提供1100～1200℃的溫度，天然氣為能達到更高溫度提供足夠的能量，換熱系統(tǒng)存在于高溫段的燃燒階段與燒成階段，該系統(tǒng)通過回收過多的熱量，來較少能源的損耗，并且在燃燒階段具有一定熱值的煤矸石將釋放陶粒內(nèi)部全部的熱量，換熱系統(tǒng)可將釋放出來的熱量回收，經(jīng)過聯(lián)產(chǎn)蒸汽用于工業(yè)。

16、(5)本發(fā)明制備的陶?？筛鶕?jù)三段組合條件具備抗壓強度、吸水率、表觀密度等多種力學(xué)性能，可用于建筑、環(huán)保、海洋工程等領(lǐng)域或?qū)Ｓ糜跇O端環(huán)境或高附加值產(chǎn)業(yè)等工業(yè)場景。