一種處理高鐵低鋁煤系高嶺土的流態化煅燒裝置的製作方法
2024-03-08 22:59:15
本實用新型屬於礦物加工
技術領域：
，特別涉及一種處理高鐵低鋁煤系高嶺土的流態化煅燒裝置。
背景技術：
：煤系高嶺土是煤炭開採和洗選過程中產生的固體廢棄物，主要由高嶺石及碳質等組成，煤系高嶺土已成我國一種獨特的高嶺土資源；煤系高嶺土主要以高嶺石礦物為主，其次伴生有大量可燃碳、有機質及鐵礦物等雜質組分，煤系高嶺土經煅燒脫水、脫碳、除鐵等作用後可獲得一定白度的煅燒高嶺土，煅燒高嶺土以其獨特的性能被廣泛應用在造紙、油漆、塗料、橡膠、電纜、陶瓷等行業中，同時，煅燒高嶺土作為一些新型資源的原料逐漸被應用於各個高端技術行業。鐵是高嶺土的主要染色因素，鐵多以赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦、鈦鐵礦等礦物形態存在於高嶺土中，上述鐵礦物在高溫煅燒時會變成Fe2O3，造成煅燒高嶺土發黃或呈磚紅色，無法提高其白度和其他性能；目前高鐵煤系高嶺土(TFe＞2％)佔我國煤系高嶺土大多數，受制於當前技術無法高效去除煅燒高嶺土中的鐵礦物，使我國儲量豐富的高鐵煤系高嶺土無法得到有效利用。目前中國的煤系高嶺土煅燒技術主要採用固定床隧道窯或倒焰窯和移動床立窯、迴轉窯煅燒，以上工藝生產規模小、投資大、產量低、能耗高，而且產品質量不易得到控制。此外還有處於起步階段的流化床煅燒技術，如公開號為CN1915814A的發明名稱《煤系高嶺土的流態化瞬間煅燒工藝》，該工藝煅燒過程發生在流態化煅燒管內，煅燒過程為冷料與高溫、高速氣流接觸完成瞬態煅燒，但該工藝為瞬態煅燒且不循環，礦料為冷料，與高溫氣流瞬態反應時由於反應時間較短無法使顆粒內部反應完全極易出現煅燒不充分的「夾黑」現象，另外該工藝只能處理原料白度高，低鐵的煤系高嶺土，無法處理高鐵煤系高嶺土物料；公開號為CN1600687的發明名稱《超細高嶺土的快速循環流態化煅燒過程及其設備》，該工藝為循環流態化煅燒，反覆進行煅燒，能夠達到增白目的，煅燒過程充分；但該工藝存在物料停留時間長，熱量利用不充分，生產產品不穩定，生產能力小的缺點，且該工藝也無法處理高鐵煤系高嶺土物料。因此目前最為急迫的問題是提高產品質量檔次並實現大規模工業化生產，因而，研究新的煅燒工藝及開發高效能處理高鐵煤系高嶺土的大型流態化煅燒爐，是實現該工藝技術突破的關鍵。技術實現要素：針對高鐵低鋁煤系高嶺土現有的煅燒工藝存在的上述問題，本實用新型提供一種處理高鐵低鋁煤系高嶺土的流態化煅燒裝置，通過懸浮預熱煅燒，再經還原和磁選除鐵，在快速煅燒的同時，產品白度高，並有效去除鐵雜質礦物。本實用新型的一種處理高鐵低鋁煤系高嶺土的流態化煅燒裝置包括給料倉、煤氣燃燒器、懸浮預熱器、懸浮煅燒器、旋風分離器、除鐵還原器、電磁除鐵器、白度監測器、物料冷卻器和羅茲風機；給料倉的出口與一級旋風分離器的進料口連通，一級旋風分離器的出料口與懸浮預熱器的底部的進料口連通，懸浮預熱器頂部通過上部通道與懸浮煅燒器的頂部連通，懸浮煅燒器底部的出料口與除鐵還原器的進料口連通，除鐵還原器側部的出料口與電磁除鐵器的進料口連通，電磁除鐵器與白度監測器裝配在一起，電磁除鐵器的精礦出口與物料冷卻器的進料口連通；一級旋風分離器的出風口與二級旋風分離器的進風口連通，二級旋風分離器的出風口與羅茨風機的進風口連通；一級旋風分離器的進風口與懸浮煅燒器的出風口連通，一級旋風分離器的返料進口與電磁除鐵器的返料出口連通；懸浮預熱器的底部與煤氣燃燒器裝配在一起，煤氣燃燒器的進口與煤氣通道連通；除鐵還原器的底部設有氮氣進口和還原氣進口。上述裝置中，懸浮預熱器為筒式結構；懸浮煅燒器上部為筒式結構，下部為倒置的圓錐形結構；懸浮預熱器與懸浮煅燒器的容積比為1:(0.1～0.8)。上述裝置中，除鐵還原器由相互連通的大筒體和小筒體構成，大筒體的直徑高度比為1:(3～7)，小筒體的直徑高度比為1:(1～6)，大筒體和小筒體的底板等高且底部通過連通口連通；大筒體底端連接倒置的大錐臺體，氮氣入口位於大錐臺體底端；小筒體底端連接倒置的小錐臺體，還原氣入口位於小錐臺體底端；除鐵還原器的出料口位於小筒體的上部側壁；除鐵還原器的進料口位於大筒體的頂端。上述裝置中，連通口的高度與小筒體自身的高度比為1:(3～5)。上述裝置中，大筒體與小筒體的容積比為1:(0.2～0.8)。上述裝置中，二級旋風分離器的出料口與灰槽連通。上述裝置中，一級旋風分離器與二級旋風分離器的容積比為1:(1～5)。上述的電磁除鐵器為乾式磁選機。上述裝置中，物料冷卻器頂部與燃燒器連通。上述裝置中，物料冷卻器為列管式換熱器。上述裝置中，除鐵還原器的出料口與電磁除鐵器進料口之間設有熱交換器。本實用新型的處理高鐵低鋁煤系高嶺土的流態化煅燒方法是採用上述裝置，按以下步驟進行：1、將原料高鐵低鋁煤系高嶺土置於給料倉中，原料通過給料倉和一級旋風分離器後，經一級分離後的物料進懸浮預熱器內；2、開啟羅茨風機，從一級旋風分離器產生的煙氣進入二級旋風分離器，二級旋風分離器產生的煙氣進入羅茨風機；此時懸浮預熱器和懸浮煅燒器內產生負壓；3、向燃燒器中通入煤氣，經燃燒器燃燒後對進入懸浮預熱器的物料進行預熱，控制物料溫度在800～1300℃且處於懸浮狀態；4、由於負壓的作用，被預熱的物料從上部通道進入懸浮煅燒器內，被預熱的物料中的碳及有機質在蓄熱作用下繼而發生煅燒作用，控制懸浮煅燒器內的物料溫度在600～1000℃；5、煅燒後的物料進入除鐵還原器；向除鐵還原器內通入氮氣使煅燒後的物料部分處於懸浮狀態，並通入還原氣與煅燒後的物料在溫度450～800℃發生還原反應；6、除鐵還原器內反應後物料排出，經熱交換器換熱後冷卻至常溫，進入到電磁除鐵器，通過在磁場強度1000～9000Oe條件下磁選去除還原反應生成的磁性鐵礦物，剩餘的除鐵後物料經白度監測器檢驗合格後，進入物料冷卻器，經換熱後冷卻至常溫，獲得煅燒高嶺土。上述方法中，二級旋風分離器將細微的粉塵與氣體分離，細微的粉塵形進入灰槽。上述方法中，懸浮煅燒器內產生的煙氣進入一級旋風分離器。上述方法中，從氮氣入口進入的氮氣使除鐵還原器的大筒體內的部分物料處於懸浮狀態，其餘部分進入除鐵還原器的小筒體，從還原氣入口進入的還原氣使小筒體內的物料處於懸浮狀態並發生還原反應，反應後的物料從小筒體的出料口排出。上述方法中，步驟6磁選生成的磁性鐵礦物經尾礦出口排出，熱交換器換熱後冷卻至常溫，獲得高鐵尾礦。上述方法中，步驟6中剩餘的除鐵後物料如果經白度檢測器檢驗不合格，則通過螺旋給料機輸送到一級旋風分離器。上述方法中，物料冷卻器頂部與煤氣燃燒器通道連通，進入物料冷卻器的除鐵後物料氣固分離後，除鐵後物料中的未燃盡煤氣、還原氣以及空氣重新進入煤氣燃燒器反應，除鐵後物料中的固體物料冷卻後排出。上述方法中，懸浮預熱器和懸浮煅燒器內發生的反應式為：C+O2＝CO2FeO(OH)+O2＝Fe2O3+H2O(菱鐵礦、黃鐵礦等)Al2O3·2SiO2·2H2O＝Al2O3·2SiO2+2H2O。上述方法中，除鐵還原器內發生的還原反應的反應式為：CO+Fe2O3＝Fe3O4+CO2。上述方法中，進入除鐵還原器的還原氣的用量按還原氣中的CO與煅燒後的物料中的Fe2O3的摩爾比為1:1，所述的還原氣為CO與N2的混合氣，其中CO的體積百分比為10～60％。上述方法中，一級分離後的物料在懸浮預熱器內的停留時間為3～25min，預熱後的物料在懸浮煅燒器內的停留時間為2～15min，除鐵還原器內煅燒後物料的停留時間為2～20min。本實用新型的方法的原理是：原料經給料倉及下料系統，首先進入懸浮預熱器，煤氣燃燒器加熱給懸浮預熱器提供熱量，物料在懸浮預熱器與懸浮煅燒器中進行煅燒過程，煅燒充分物料進入除鐵還原器，煤系高嶺土中的鐵礦物在除鐵還原器中經與還原氣體作用還原為磁性鐵礦物，物料由還原器進入電磁除鐵器中，通過調節磁場強度磁選出其中的鐵礦物雜質，除鐵後的煅燒高嶺土經在線白度監測器檢測後，如果物料白度達到設定標準則進入物料冷卻器冷卻成為合格產品，如果物料白度未到達設定標準則物料通過返料系統重新進入懸浮預熱器，進行循環煅燒及除鐵過程，提高煅燒高嶺土白度與性能；本實用新型可高效處理高鐵煤系高嶺土，克服流態化煅燒過程「過燒」、「欠燒」的缺陷，能夠快速煅燒煤系高嶺土，保證煅燒過程充分，煅燒產品白度高，產品穩定，並能有效去除高鐵煤系高嶺土中的鐵雜質礦物，且該裝置易於實現大型工業化生產。附圖說明圖1為本實用新型實施例中的處理高鐵低鋁煤系高嶺土的流態化煅燒裝置結構示意圖；圖中，1、給料倉，2、一級旋風分離器，3、煤氣燃燒器，4、懸浮預熱器，5、懸浮煅燒器，6、除鐵還原器，7、還原物料熱交換器，8、電磁除鐵器(裝配有白度監測器的傳感器)，9、物料冷卻器，10、尾礦熱交換器，11、產品接收槽，12、高鐵尾礦接收槽，13、二級旋風分離器，14、灰槽，15、羅茲風機。具體實施方式本實用新型實施例中採用CR14(KonicaMinolta)白度監測器或XT-48BN白度測定儀。本實用新型實施例中的高鐵低鋁煤系高嶺土的成分按重量百分比含Al2O330～37％，SiO240～43％，TFe3～10％，TiO20.8～1.3％，K2O0.8～1.3％，CaO0.5～0.9％，MgO0.3～0.7％，Na2O0.4～0.8％，S1.3～2.2％，餘量為燒失量(LOI)；粒度≤15μm的部分佔總重量的80～90％。本實用新型實施例中的煅燒高嶺土的成分按重量百分比含Al2O342～44％，TFe0.3～0.7％，TiO20.9～1.4％，K2O0.9～1.4％，CaO0.8～1.0％，MgO0.4～0.9％，Na2O0.5～1.0％，S0.2～0.5％，SiO2餘量；白度86～92。本實用新型實施例中採用的電磁除鐵器為乾式磁選機。本實用新型實施例中的高鐵尾礦的鐵品位TFe為10～40％。本實用新型實施例中的物料冷卻器為列管式換熱器。實施例1處理高鐵低鋁煤系高嶺土的流態化煅燒裝置結構如圖1所示，包括給料倉1、煤氣燃燒器3、懸浮預熱器4、懸浮煅燒器5、旋風分離器(一級旋風分離器2和二級旋風分離器13)、除鐵還原器6、電磁除鐵器8、白度監測器、物料冷卻器9和羅茲風機15；給料倉1的出口與一級旋風分離器2的進料口連通，一級旋風分離器2的出料口與懸浮預熱器4的底部的進料口連通，懸浮預熱器4頂部通過上部通道與懸浮煅燒器5的頂部連通，懸浮煅燒器5底部的出料口與除鐵還原器6的進料口連通，除鐵還原器6側部的出料口與電磁除鐵器8的進料口連通，電磁除鐵器8與白度監測器裝配在一起，電磁除鐵器8的精礦出口與物料冷卻器9的進料口連通；一級旋風分離器2的出風口與二級旋風分離器13的進風口連通，二級旋風分離器13的出風口與羅茨風機15的進風口連通；一級旋風分離器2的進風口與懸浮煅燒器5的出風口連通，一級旋風分離器2的返料進口與電磁除鐵器8的返料出口連通(其間設有螺旋給料機)；懸浮預熱器4的底部與煤氣燃燒器3裝配在一起，煤氣燃燒器3的進口與煤氣通道連通；除鐵還原器6的底部設有氮氣進口和還原氣進口；懸浮預熱器4為筒式結構；懸浮煅燒器5上部為筒式結構，下部為倒置的圓錐形結構；懸浮預熱器4與懸浮煅燒器5的容積比為1:0.4；除鐵還原器6由相互連通的大筒體和小筒體構成，大筒體的直徑高度比為1:5，小筒體的直徑高度比為1:4，大筒體和小筒體的底板等高且底部通過連通口連通；大筒體底端連接倒置的大錐臺體，氮氣入口位於大錐臺體底端；小筒體底端連接倒置的小錐臺體，還原氣入口位於小錐臺體底端；除鐵還原器6的出料口位於小筒體的上部側壁；除鐵還原器6的進料口位於大筒體的頂端；連通口的高度與小筒體自身的高度比為1:4；大筒體與小筒體的容積比為1:0.6；二級旋風分離器13的出料口與灰槽14連通；一級旋風分離器2與二級旋風分離器13的容積比為1:2；物料冷卻器9頂部與煤氣燃燒器3連通；除鐵還原器6的出料口與電磁除鐵器8進料口之間設有還原物料熱交換器7(由多級熱交換器組成的熱交換器組)；物料冷卻器9的出口與產品接收槽11連通；電磁除鐵器8的尾礦出口與高鐵尾礦接收槽12連通，並且尾礦出口與高鐵尾礦接收槽12之間設有尾礦熱交換器10(由多級熱交換器組成的熱交換器組)；處理高鐵低鋁煤系高嶺土的流態化煅燒方法是採用上述裝置，按以下步驟進行：1、將原料高鐵低鋁煤系高嶺土置於給料倉中，原料通過給料倉和一級旋風分離器後，經一級分離後的物料進懸浮預熱器內；2、開啟羅茨風機，從一級旋風分離器產生的煙氣進入二級旋風分離器，二級旋風分離器產生的煙氣進入羅茨風機；此時懸浮預熱器和懸浮煅燒器內產生負壓；3、向燃燒器中通入煤氣，經燃燒器燃燒後對進入懸浮預熱器的物料進行預熱，控制物料溫度在1100℃且處於懸浮狀態；4、由於負壓的作用，被預熱的物料從上部通道進入懸浮煅燒器內，被預熱的物料中的碳及有機質在蓄熱作用下繼而發生煅燒作用，控制懸浮煅燒器內的物料溫度在800℃；5、煅燒後的物料進入除鐵還原器；向除鐵還原器內通入氮氣使煅燒後的物料部分處於懸浮狀態，並通入還原氣與煅燒後的物料在溫度600℃發生還原反應；6、除鐵還原器內反應後物料排出，經熱交換器換熱後冷卻至常溫，進入到電磁除鐵器，通過在磁場強度3000Oe條件下磁選去除還原反應生成的磁性鐵礦物，剩餘的除鐵後物料經白度監測器檢驗合格後，進入物料冷卻器，經換熱後冷卻至常溫，獲得煅燒高嶺土；磁選生成的磁性鐵礦物經尾礦出口排出，熱交換器換熱後冷卻至常溫，獲得高鐵尾礦；剩餘的除鐵後物料如果經白度檢測器檢驗不合格，則通過螺旋給料機輸送到一級旋風分離器；原料成分及粒度如表1所示；表1Al2O3SiO2TFeTiO2K2OCaOMgONa2OSLOI-38um36.1042.103.140.811.020.860.390.462.10餘量90煅燒高嶺土成分如表2所示；表2Al2O3SiO2TFeTiO2K2OCaOMgONa2OS白度42.47餘量0.480.890.900.910.460.540.2086二級旋風分離器將細微的粉塵與氣體分離，細微的粉塵形進入灰槽；懸浮煅燒器內產生的煙氣進入一級旋風分離器；從氮氣入口進入的氮氣使除鐵還原器的大筒體內的部分物料處於懸浮狀態，其餘部分進入除鐵還原器的小筒體，從還原氣入口進入的還原氣使小筒體內的物料處於懸浮狀態並發生還原反應，反應後的物料從小筒體的出料口排出；物料冷卻器頂部與煤氣燃燒器通道連通，進入物料冷卻器的除鐵後物料氣固分離後，除鐵後物料中的未燃盡煤氣、還原氣以及空氣重新進入煤氣燃燒器反應，除鐵後物料中的固體物料冷卻後排出；進入除鐵還原器的還原氣的用量按還原氣中的CO與煅燒後的物料中的Fe2O3的摩爾比為1:1，所述的還原氣為CO與N2的混合氣，其中CO的體積百分比為10％；一級分離後的物料在懸浮預熱器內的停留時間為10min，預熱後的物料在懸浮煅燒器內的停留時間為5min，除鐵還原器內煅燒後物料的停留時間為8min。實施例2處理高鐵低鋁煤系高嶺土的流態化煅燒裝置結構同實施例1，不同點在於：(1)懸浮預熱器與懸浮煅燒器的容積比為1:0.6；(2)大筒體的直徑高度比為1:4，小筒體的直徑高度比為1:2；(3)連通口的高度與小筒體自身的高度比為1:3；大筒體與小筒體的容積比為1:0.4；一級旋風分離器與二級旋風分離器的容積比為1:3；方法同實施例1，不同點在於：(1)控制物料溫度在1000℃且處於懸浮狀態；(2)控制懸浮煅燒器內的物料溫度在700℃；(3)還原氣與煅燒後的物料在溫度500℃發生還原反應；(4)在磁場強度6000Oe條件下磁選；原料成分及粒度如表3所示；表3Al2O3SiO2TFeTiO2K2OCaOMgONa2OSLOI-15um36.1042.103.140.811.020.860.390.462.10餘量80煅燒高嶺土成分如表4所示；表4Al2O3SiO2TFeTiO2K2OCaOMgONa2OS白度43.12餘量0.380.901.180.860.750.670.3292(5)還原氣中CO的體積百分比為30％；(6)物料在懸浮預熱器內的停留時間為15min，在懸浮煅燒器內的停留時間為10min，除鐵還原器內煅燒後物料的停留時間為12min。實施例3處理高鐵低鋁煤系高嶺土的流態化煅燒裝置結構同實施例1，不同點在於：(1)懸浮預熱器與懸浮煅燒器的容積比為1:0.1；(2)大筒體的直徑高度比為1:3，小筒體的直徑高度比為1:1；(3)連通口的高度與小筒體自身的高度比為1:5；大筒體與小筒體的容積比為1:0.2；一級旋風分離器與二級旋風分離器的容積比為1:5；方法同實施例1，不同點在於：(1)控制物料溫度在1300℃且處於懸浮狀態；(2)控制懸浮煅燒器內的物料溫度在1000℃；(3)還原氣與煅燒後的物料在溫度800℃發生還原反應；(4)在磁場強度1000Oe條件下磁選；原料成分及粒度如表5所示；表5Al2O3SiO2TFeTiO2K2OCaOMgONa2OSLOI-25um32.641.36.70.871.320.710.510.621.3餘量80煅燒高嶺土成分如表6所示；表6Al2O3SiO2TFeTiO2K2OCaOMgONa2OS白度42.34餘量0.410.911.210.920.660.810.4690(5)還原氣中CO的體積百分比為50％；(6)物料在懸浮預熱器內的停留時間為3min，在懸浮煅燒器內的停留時間為2min，除鐵還原器內煅燒後物料的停留時間為2min。實施例4處理高鐵低鋁煤系高嶺土的流態化煅燒裝置結構同實施例1，不同點在於：(1)懸浮預熱器與懸浮煅燒器的容積比為1:0.8；(2)大筒體的直徑高度比為1:7，小筒體的直徑高度比為1:6；(3)連通口的高度與小筒體自身的高度比為1:4；大筒體與小筒體的容積比為1:0.8；一級旋風分離器與二級旋風分離器的容積比為1:1；方法同實施例1，不同點在於：(1)控制物料溫度在800℃且處於懸浮狀態；(2)控制懸浮煅燒器內的物料溫度在600℃；(3)還原氣與煅燒後的物料在溫度450℃發生還原反應；(4)在磁場強度9000Oe條件下磁選；原料成分及粒度如表7所示；表7Al2O3SiO2TFeTiO2K2OCaOMgONa2OSLOI-25um33.138.68.21.050.820.560.640.791.62餘量90煅燒高嶺土成分如表8所示；表8Al2O3SiO2TFeTiO2K2OCaOMgONa2OS白度43.55餘量0.621.131.080.750.840.970.3887(5)還原氣中CO的體積百分比為60％；(6)物料在懸浮預熱器內的停留時間為25min，在懸浮煅燒器內的停留時間為15min，除鐵還原器內煅燒後物料的停留時間為20min。當前第1頁1 2 3