一种瓦斯灰和煤矸石全资源化协同利用的方法
阅读说明：本技术 一种瓦斯灰和煤矸石全资源化协同利用的方法 (Full-resource cooperative utilization method for gas ash and coal gangue ) 是由 胡可 雷家柳 陈宇航 江昆 吴前龙 肖蒙蒙 蒋璇琪 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种瓦斯灰和煤矸石全资源化协同利用的方法,具体包括以下步骤：(1)将瓦斯灰和煤矸石分别研磨至200目以上的粉末状,再配加一定量的粘结剂,按一定比例充分混匀后压成圆柱形混合压块；(2)将步骤(1)制得的混合压块进行干燥处理；(3)将步骤(2)中得到的混合压块放入到加热炉内,在1120～1360℃的温度下反应90～180 min,加热过程中持续向加热炉内通入氩气,或维持加热炉内一定的真空度,使反应在真空环境中反应完成；(4)将步骤(3)所得到的共还原产物经破碎、粉磨、磁选干燥得到硅铁合金粉,同时得到高氧化铝含量的尾渣；该方法可以在不加碳质还原剂的前提下,同步实现瓦斯灰和煤矸石的全资源化高附加值利用。(The invention relates to a full resource cooperative utilization method of gas ash and coal gangue, which specifically comprises the following steps: (1) grinding the gas ash and the coal gangue to powder with more than 200 meshes respectively, adding a certain amount of binder, fully and uniformly mixing according to a certain proportion, and pressing into a cylindrical mixed pressing block; (2) drying the mixed briquettes prepared in the step (1); (3) putting the mixed pressing block obtained in the step (2) into a heating furnace, reacting for 90-180 min at the temperature of 1120-1360 ℃, and continuously introducing argon into the heating furnace in the heating process or maintaining a certain vacuum degree in the heating furnace to complete the reaction in a vacuum environment; (4) crushing, grinding, magnetically separating and drying the co-reduction product obtained in the step (3) to obtain ferrosilicon alloy powder and tailings with high alumina content; the method can synchronously realize full-resource high-added-value utilization of the gas ash and the coal gangue on the premise of not adding a carbonaceous reducing agent.)
技术领域
本发明涉及冶金固废资源化利用技术领域，尤其是涉及一种瓦斯灰和煤矸石全资源化协同利用的方法。
背景技术
高炉瓦斯灰是高炉冶炼过程中产生的冶金固废之一。按冶炼每吨铁产生约20kg高炉瓦斯灰测算，我国每年产生的瓦斯灰量将达千万吨。如果处理不当，既造成资源的巨大浪费。同时，对生态环境的影响也较为严重，是每个钢铁企业必须面对的重要问题。
而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。煤矸石弃置不用，占用大片土地，会污染大气、农田和水体。我国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。
瓦斯灰中主要成分为三氧化二铁，并含有一定量的二氧化硅、三氧化二铝和固定碳。煤矸石中二氧化硅、三氧化二铁、三氧化二铝的总含量在80%以上，并且含有一定的固定碳。经过文献检索发现，Fe2O3可有效促进SiO2的还原，降低反应温度，并同步分离Al2O3（余文轴, 李杰, 游志雄, 党杰, 吕学伟. 粉煤灰碳热还原制备硅铁合金的研究[C]// 第十一届中国钢铁年会）。
随着国家环保执法力度的不断加大，人们对环境质量要求不断提高。若能基于瓦斯灰和煤矸石固废资源特点，实现多种固废的协同资源化及高附加值利用，不仅可以充分发挥各自组元的相互作用，而且还原过程可不加碳质还原剂，大大减少生产成本和能源消耗，对于实现社会生态绿色发展意义重大。
发明内容
本发明的目的就是针对上述情况，提供一种瓦斯灰和煤矸石全资源化协同利用的方法，该方法可以在不加碳质还原剂的前提下，同步实现瓦斯灰和煤矸石的全资源化高附加值利用。
本发明的具体方案是：一种瓦斯灰和煤矸石全资源化协同利用的方法，具体包括以下步骤：
（1）将瓦斯灰和煤矸石分别研磨至200目以上的粉末状，再配加一定量的粘结剂，按一定比例充分混匀后压成圆柱形混合压块；
（2）将步骤（1）制得的混合压块进行干燥处理；
（3）将步骤（2）中得到的混合压块放入到加热炉内，在1120～1360 ℃的温度下反应90～180 min，加热过程中持续向加热炉内通入氩气，使反应全程在氩气气氛下反应完成，或维持加热炉内一定的真空度，使反应在真空环境中反应完成；
（4）将步骤（3）所得到的共还原产物经破碎、粉磨、磁选干燥得到硅铁合金粉，同时得到高氧化铝含量的尾渣。
进一步的，本发明中所述瓦斯灰和煤矸石的配料质量比为4～6：5。
进一步的，本发明中所述粘结剂为质量分数为14～16%的聚乙烯醇，添加量为瓦斯灰和煤矸石总质量的14～16 wt%。
进一步的，本发明中所述混合压块需在烘箱中进行干燥处理，干燥温度为110～130 ℃，干燥时间为3～4 h。
进一步的，本发明中若全程通氩气保护，所述还原温度为1260～1360 ℃，还原时间为90～120 min；若抽真空，其真空度控制在5～15 Pa，还原温度为1120～1200 ℃，还原时间为150～180 min。
进一步的，本发明中步骤（4）中将还原后产物破碎、粉磨至粒度小于200目的占还原产物总质量的85%以上，所述磁选采用的是湿法磁选，磁场强度为：0.08～0.11 T。
进一步的，本发明中所述步骤（4）中得到的粉状硅铁合金中，硅含量为18～22%，磁选后剩余的尾渣中含氧化铝达75%以上。
上述描述中，min代表分钟，h代表小时，wt%代表重量百分比，Pa代表压强，T代表磁场强度。
与现有技术相比，本发明提供的瓦斯灰和煤矸石全资源化协同利用的方法，采用冶金固废为主要原料，同时充分发挥了瓦斯灰和煤矸石中含碳组份的还原作用，实现了不加碳质还原剂条件下，多种固废的综合高附加值利用，具有成本低、固废吸量大、综合利用率高等优点，具有很好的实际使用价值和经济价值。
附图说明
图1是本发明的工艺流程结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明是一种瓦斯灰和煤矸石全资源化协同利用的方法，具体包括以下步骤：
（1）将瓦斯灰和煤矸石分别研磨至200目以上的粉末状，再配加一定量的粘结剂，按一定比例充分混匀后压成圆柱形混合压块；
（2）将步骤（1）制得的混合压块进行干燥处理；
（3）将步骤（2）中得到的混合压块放入到加热炉内，在1120～1360 ℃的温度下反应90～180 min，加热过程中持续向加热炉内通入氩气，使反应全程在氩气气氛下反应完成，或维持加热炉内一定的真空度，使反应在真空环境中反应完成；
（4）将步骤（3）所得到的共还原产物经破碎、粉磨、磁选干燥得到硅铁合金粉，同时得到高氧化铝含量的尾渣。
进一步的，本实施例中所述瓦斯灰和煤矸石的配料质量比为4～6：5。
进一步的，本实施例中所述粘结剂为质量分数为14～16%的聚乙烯醇，添加量为瓦斯灰和煤矸石总质量的14～16 wt%。
进一步的，本实施例中所述混合压块需在烘箱中进行干燥处理，干燥温度为110～130 ℃，干燥时间为3～4 h。
进一步的，本实施例中若全程通氩气保护，所述还原温度为1260～1360 ℃，还原时间为90～120 min；若抽真空，其真空度控制在5～15 Pa，还原温度为1120～1200 ℃，还原时间为150～180 min。
进一步的，本实施例中步骤（4）中将还原后产物破碎、粉磨至粒度小于200目的占还原产物总质量的85%以上，所述磁选采用的是湿法磁选，磁场强度为：0.08～0.11 T。
进一步的，本实施例中所述步骤（4）中得到的粉状硅铁合金中，硅含量为18～22%，磁选后剩余的尾渣中含氧化铝达75%以上。
上述描述中，min代表分钟，h代表小时，wt%代表重量百分比，Pa代表压强，T代表磁场强度。
下面结合具体的实施方式来说明本发明的技术方案。
实施例1：
（1）将瓦斯灰和煤矸石，分别研磨至200目以上的粉末状。然后加入粘结剂充分混合均匀，压制成圆柱形混合压块；其中，瓦斯灰和煤矸石的配料质量比为4：5，粘结剂为质量分数为15%的聚乙烯醇，添加量为瓦斯灰和煤矸石总质量的15 wt%。
主要原料成分为：瓦斯灰主要质量百分比：SiO2 8.72%，Al2O3 7.06%，Fe2O356.90%，CaO 3.06%，MgO 0.96%，固定碳27.60%。煤矸石主要质量百分比：SiO2 52.17%，Al2O325.66%，Fe2O3 12.10%，MgO 0.64%，固定碳24.70%。
（2）将步骤（1）中的混合压块在130 ℃温度下干燥3 h，去除多余的水分。
（3）将步骤（2）中干燥后的混合压块在1280 ℃温度下还原120 min，全程通氩气保护。
（4）将步骤（3）所得到的共还原产物破碎、粉磨至粒度小于200目的占还原产物总质量的85%以上，然后，采用湿法磁选得到硅铁合金粉末，磁场强度为：0.10 T。
得到的粉状铁硅合金，硅含量为21.26%，同时，磁选后剩余的尾渣中含氧化铝75.82%。
实施例2：
（1）将瓦斯灰和煤矸石，分别研磨至200目以上的粉末状。然后加入粘结剂充分混合均匀，压制成圆柱形压块；其中，瓦斯灰和煤矸石的配料质量比为6：5。粘结剂为质量分数为16%的聚乙烯醇，添加量为瓦斯灰和粉煤灰总质量的14 wt%。
主要原料成分为：瓦斯灰主要质量百分比：SiO2 8.72%，Al2O3 7.06%，Fe2O356.90%，CaO 3.06%，MgO 0.96%，固定碳27.60%。煤矸石主要质量百分比：SiO2 52.17%，Al2O325.66%，Fe2O3 12.10%，MgO 0.64%，固定碳24.70%。
（2）将步骤（1）中的混合压块在120 ℃温度下干燥3.5 h，去除多余的水分。
（3）将步骤（2）中干燥后的混合压块置于真空加热炉中在1200 ℃温度下还原150min，全程真空度维持在5～15 Pa。
（4）将步骤（3）所得到的还原后产物破碎、粉磨至粒度小于200目的占还原产物总质量的85%以上，然后采用湿法磁选得到铁硅合金粉末，磁场强度为：0.08 T。
得到的粉状铁硅合金，硅含量为20.47%。同时，磁选后剩余的尾渣中含氧化铝78.21%。
与现有技术相比，本发明提供的瓦斯灰和煤矸石全资源化协同利用的方法，采用冶金固废为主要原料，同时充分发挥了瓦斯灰和煤矸石中含碳组份的还原作用，实现了不加碳质还原剂条件下，多种固废的综合高附加值利用，具有成本低、固废吸量大、综合利用率高等优点，具有很好的实际使用价值和经济价值。
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