高嶺巖型煤矸石新一代制備超細煅燒高嶺土技術(shù)和裝備

劉松柏

(湖南超牌科技有限公司，湖南 長沙 410015)

我國是世界上第一產(chǎn)煤大國，在產(chǎn)煤的同時產(chǎn)出大量與煤炭伴生的煤矸石。長期以來，煤矸石沒有得到充分利用。內(nèi)蒙古、山西等主要產(chǎn)煤區(qū)的伴生煤矸石主要成分是高嶺巖，為我國獨有的優(yōu)質(zhì)高嶺土資源。經(jīng)過超細加工和煅燒脫炭增白后的超細煅燒高嶺土產(chǎn)品是重要的工業(yè)基礎(chǔ)材料，作為顏填料、補強填料、涂層料廣泛應(yīng)用于涂料、造紙、橡膠、塑料、高性能混凝土、建材等工業(yè)領(lǐng)域。我國20世紀(jì)90年代開始研究利用煤矸石資源生產(chǎn)煅燒高嶺土，至今已經(jīng)歷了三代技術(shù)的發(fā)展。產(chǎn)線規(guī)模從第一代僅為年產(chǎn)5 000噸左右，到第二代年產(chǎn)1～3萬噸，發(fā)展到第三代年產(chǎn)5～10萬噸[1-6]。

本文針對高嶺巖型煤矸石制備超細煅燒高嶺土年產(chǎn)10萬噸生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)與裝備開展研究。研發(fā)了大型立式濕法球磨機粗磨配漿一體化技術(shù)，與大型超細研磨機超細磨礦相結(jié)合的全濕法磨礦技術(shù)和大型內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯煅燒超細粉體技術(shù)，解決了制約產(chǎn)線規(guī)模和產(chǎn)品品質(zhì)的技術(shù)瓶頸，研發(fā)了新一代技術(shù)與裝備，產(chǎn)線規(guī)模達到年產(chǎn)10萬噸。

1 高嶺巖型煤矸石制備超細煅燒高嶺土技術(shù)路線

以高嶺巖型煤矸石(以下簡稱煤矸石)為原料，制備超細煅燒高嶺土產(chǎn)品，因產(chǎn)品用途不同，品質(zhì)性能有差異，其中細度、粒徑分布、白度、分散性、吸油值等品質(zhì)指標(biāo)是具有共性的關(guān)鍵指標(biāo)。多年的研究認為，制約產(chǎn)線規(guī)模和產(chǎn)品品質(zhì)的技術(shù)關(guān)鍵是粗磨、細磨與煅燒三大技術(shù)及裝備[7-12]。

本文研究制定的工藝流程如圖1所示。煤矸石原礦經(jīng)過梯級破碎產(chǎn)出平均粒徑5mm以下的顆粒料，加入一定比例的水和分散劑進行濕法粉磨，產(chǎn)出325目的粗粉漿料；再進行超細磨，產(chǎn)出4 000～ 6 000目的超細漿料；超細漿料經(jīng)分級去除粗顆粒、再進行干燥；解聚打散干燥中產(chǎn)生的顆粒團聚，產(chǎn)出超細干粉；超細干粉經(jīng)過煅燒，實現(xiàn)晶形物相轉(zhuǎn)換及脫炭增白，打散煅燒中產(chǎn)生的顆粒團聚，產(chǎn)出成品。

圖1 煤矸石制備超細煅燒高嶺土工藝流程示意圖

2 煤矸石規(guī)?；苽涑氺褵邘X土的工藝與裝備研究

煤矸石制備超細煅燒高嶺土的關(guān)鍵技術(shù)問題是實現(xiàn)高效、低能耗、低成本大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化裝備。本文重點研究了規(guī)?；惑w同步粗磨制漿技術(shù)、規(guī)模化超細研磨技術(shù)、規(guī)?；垠w煅燒技術(shù)及裝備。

2.1 規(guī)?；惑w同步粗磨制漿技術(shù)與裝備

研發(fā)了以大型立式濕法球磨機作為核心裝備，以自動計量的皮帶輸送機給料裝置和向立式濕法球磨機內(nèi)自動定量加水和分散劑的控制系統(tǒng)作為配套裝備，煤矸石顆粒料在立式濕法球磨機內(nèi)通過研磨裝置與研磨介質(zhì)及水和分散劑共同作用被不斷磨細并配成漿料。實現(xiàn)了規(guī)?；惑w同步粗磨和制漿，與干法粉磨相比，粉磨效率高、不需另行配漿、不產(chǎn)生粉塵。獲得超細高嶺土四級制粉工藝與設(shè)備和超細高嶺土及其制備方法等3項發(fā)明專利[13-15]。

其工藝流程如圖2所示。梯級破碎后的煤矸石顆粒料(平均粒徑5mm以下)，通過變頻調(diào)速皮帶機輸送和計量，皮帶機上附著除鐵裝置去除物料中的鐵質(zhì)。物料從濕法立式球磨機上部進料口均勻連續(xù)的進入濕法球磨機內(nèi)，水和分散劑通過自動控制系統(tǒng)從進料口與物料同步加入濕法球磨機內(nèi)。濕法球磨機內(nèi)設(shè)有特殊結(jié)構(gòu)的研磨盤，加有設(shè)置三級尺寸級配和質(zhì)量比例的硬質(zhì)研磨介質(zhì)，物料在機內(nèi)被磨細制成漿料。被磨細的200～325目漿料從濕法球磨機下部的出漿篩板浸出再經(jīng)出漿溢流管流入儲備罐，再經(jīng)泵送至下一工段。

圖2 一體同步粗磨制漿技術(shù)工藝流程示意圖

研發(fā)的CQM630型大型立式濕法球磨機作為系統(tǒng)的核心設(shè)備，單機生產(chǎn)200～325目粗粉漿料年產(chǎn)能超過10萬噸，電耗降低30%以上，生產(chǎn)成本降低20%以上。通過大型立式濕法球磨機，一體同步粗磨制漿技術(shù)，生產(chǎn)現(xiàn)場無粉塵污染。

2.2 規(guī)?；氀心ゼ夹g(shù)與裝備

研究開發(fā)了以大型超細研磨機作為核心裝備，以壓力泵送進料裝置和出料篩分裝置作為配套裝備，煤矸石粗漿料在超細研磨機內(nèi)通過研磨裝置與研磨介質(zhì)和分散劑共同作用被不斷磨細。實現(xiàn)了物料的規(guī)模化超細研磨。該技術(shù)最大特點是一次將200～325目粗粉漿料磨到6 000目(-2μm)90%以上，小于0.5μm細顆粒及大于2μm粗顆粒的比例很低，產(chǎn)品的粒徑分布范圍窄，品質(zhì)穩(wěn)定。獲得一項發(fā)明專利[16]。

其工藝流程如圖3所示。200～325目粗粉漿料通過泵送，從超細研磨機下部進漿口均勻連續(xù)地輸入研磨機內(nèi)，在機內(nèi)粗粉漿因漿泵壓力逐步上升，同時在特殊結(jié)構(gòu)的研磨盤、研磨介質(zhì)和助劑共同作用下被不斷磨細。磨細后的漿料從超細研磨機上部的出漿口溢出，經(jīng)篩分后進入待檢罐檢驗，合格細漿泵入成品罐，備送下一工段。

圖3 漿料超細研磨工藝流程示意圖

研發(fā)的CYM1120B大型超細研磨機，實現(xiàn)了大規(guī)模制備超細漿料、大幅降低能耗和生產(chǎn)成本，穩(wěn)定產(chǎn)品品質(zhì)等重大目標(biāo)。200～325目粗漿磨到6 000目(-2μm)90%，單機年產(chǎn)能超過10萬噸。

2.3 規(guī)?；毞哿响褵夹g(shù)與裝備

研發(fā)了大型內(nèi)熱式煅燒回轉(zhuǎn)窯，實現(xiàn)了煤矸石超細粉料的規(guī)模化高效煅燒。獲得一項發(fā)明專利[17]。

其基本原理是，干燥解聚后的超細粉料經(jīng)給料設(shè)備均勻輸入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，窯頭窯尾設(shè)置動態(tài)密封帶，窯頭燃燒機和助燃風(fēng)機產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c粉料運動方向相反與粉料直接接觸進行煅燒。窯尾變頻風(fēng)機和除塵裝置配合，在實現(xiàn)排煙除塵的同時實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)窯內(nèi)氣氛和壓力的功能。窯內(nèi)設(shè)置揚料裝置，促使粉料在窯內(nèi)向前運動過程中被揚起和翻滾，促進與煙氣充分接觸煅燒。窯頭出料口設(shè)置余熱回收交換裝置，在降低下線產(chǎn)品溫度的同時，實現(xiàn)余熱回收循環(huán)利用。

研發(fā)的NDY-Φ4-66型內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯及其生產(chǎn)系統(tǒng)，對物料直接加熱，顯著降低能耗，提高生產(chǎn)效率，單窯年產(chǎn)能超過10萬噸。

3 結(jié)語

研究了高嶺巖型煤矸石加工超細煅燒高嶺土的新一代技術(shù)，研究開發(fā)了規(guī)?；惑w同步粗磨制漿與超細研磨相結(jié)合的全濕法磨礦技術(shù)與裝備和規(guī)模化內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯煅燒超細粉體煅燒技術(shù)與裝備。實現(xiàn)了核心裝備大型化、自動化。

研究開發(fā)的CQM630型立式濕法球磨機、CYM1120B型超細研磨機、NDY-Φ4-66內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯均為單機年產(chǎn)能超過10萬噸，為建設(shè)年產(chǎn)能10萬噸生產(chǎn)線提供了關(guān)鍵技術(shù)和核心裝備支撐。在實現(xiàn)高效節(jié)能、環(huán)保、大幅降低生產(chǎn)成本、穩(wěn)定提升產(chǎn)品品質(zhì)等方面取得巨大成效。

該技術(shù)產(chǎn)品能耗：電耗約450kW·h/t，綜合能耗約234kgce/t。對比國內(nèi)同行同類產(chǎn)品，節(jié)能30%以上，節(jié)能效果顯著。