CN113200756A - 一种用后水泥窑碱性砖制备再生原料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用后水泥窑碱性砖制备再生原料的方法，属于建材高温耐火材料技术领域。具体步骤如下：对用后水泥窑碱性砖强制预处理；将拣选后的用后水泥窑碱性砖破碎成≤3mm的颗粒；将破碎后的颗粒完成均化处理；将均化处理后的物料连续加入脱壳炉中，2000℃以上高温熔炼，停炉后自然冷却120小时以上，对料坨按品级进行分选，破碎、按粒度分级，分类存放，按需使用。优点在于，可有效去除用后砖中有害的碱、氯、硫等杂质成分，为用后碱性砖的再生利用提供了基础；成本低、资源利用率高。
Description
技术领域
本发明属于建材高温耐火材料技术领域，特别涉及一种用后水泥窑碱性砖制备再生原料的方法。
背景技术
耐火材料是高温工业不可或缺的辅助材料，广泛应用于水泥、钢铁、电力、石油化工、垃圾焚烧等工业运行的高温装备中。随着我国高温工业产量的提升，耐火材料的用量也在逐年提高，据统计2018年我国耐火材料用量超过2000万吨，不断增多的耐火材料用量也加快了自然资源的消耗大速度，同时也产生了大量的耐火材料高温废弃物。我国是全球水泥生产大国，据不完全统计目前我国水泥窑有1600多条。这些水泥窑在为国民经济发展源源不断提供水泥产品的同时，也时时刻刻消耗着大量的耐火材料，耐火材料使用到一定程度无法满足继续生产需要时，必须更换相应的新材料，以产量为5000吨/天的水泥窑为例，一次大修仅拆除的用后水泥窑碱性砖就超过200吨。这些用后水泥窑砖如得不到合理处置将对环境尤其是水土带来恶劣的影响。同时，随着镁砂资源的不断减少，镁质原料价格不断攀升，如若这些用后水泥窑碱性砖能够循环再利用，不但可解决环境问题，而且将减少大量自然资源的消耗，降低耐火材料成本，带动整个产业链制造成本的下降。但用后水泥窑碱性砖的再生利用目前尚未有成熟的技术，随着我国对固体废弃物监管力度的加大，用后水泥窑砖的处理将是无法回避的问题。
用后水泥窑碱性砖不能够被直接再利用原因是水泥窑砖在使用过程中循环富集的大量的含碱、氯、硫等元素的杂质，沉积在用后水泥窑砖内部，其总量约占5～15％。这些杂质成分在常温下为可溶性盐，可从用后砖中溶出对其耐火材料的施工性能和环境造成极其不利影响，在高温下为低熔点或挥发性盐，能使耐火材料发生碱裂反应，造成结构破坏。因此，用后水泥窑碱性砖再生利用的前提是有效去除碱、氯、硫等有害杂质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用后水泥窑碱性砖制备再生原料的方法，解决了用后水泥窑碱性砖不能高效利用的问题。去除用后水泥窑砖中有害杂质的同时促进回收砖中均匀稳定的复合物相原料生成。
一种用后水泥窑碱性砖制备再生原料的方法，具体步骤及参数如下：
1)对用后水泥窑碱性砖强制预处理，去除碱性砖以外的其他物质，根据需要烘干至含水率≤0.8％；
2)将拣选后的用后水泥窑碱性砖破碎成≤3mm的颗粒；
3)将破碎后的颗粒通过三次的平铺直取和重力混合操作，完成均化处理；
4)将均化处理后的物料连续加入脱壳炉中，2000℃以上高温熔炼，去除有害杂质成分，使物料中的有用成分充分反应；
5)停炉后自然冷却120小时以上，脱壳，拆解开熔炼后的料坨至≤30cm；
6)对料坨按品级进行分选，破碎、按粒度分级，分类存放，按需使用。
用后水泥窑碱性砖为砌筑于水泥回转窑高温段内壁不同部位的碱性耐火砖经过使用后所残留的高温废弃物。用后水泥窑碱性砖包括方镁石尖晶石砖、镁复合尖晶石砖、镁铝尖晶石砖等的一种或几种。用后水泥窑碱性砖在使用中循环富集了质量分数为5～15％碱、氯、硫等有害成分，富存的有害成分常温下为可溶性盐，高温下为可挥发气体。
步骤1)的具体操作为：首先通过机械或人工分选将用后水泥窑碱性砖中的非碱性砖捡出，如遇用后砖头部粘有水泥熟料的需100％除去水泥熟料，如遇用后砖表面粘有铁板的需去除所附着的铁板，如用后砖潮湿需对其进行烘干至含水率≤0.8％。
步骤4)的详细操作为：用破碎后的颗粒铺底40cm高，电极下降，接触并稍稍探入铺底料，撒入碎的电极料连接三个电极，再加入30～40cm高的颗粒物料；然后，开炉起弧，电压在90～120V调整，调整电流配合提升电极，保持电极之间不灭弧，直至电流稳定；而后，转成自动模式，电极自动提升，如出现明火时自动布料，期间保持电压100～150V，电流8～10KA；至物料距离炉口部位30cm时切断电源，加料压住明火，缓慢提起电极，加满物料，完成高温熔炼。
产出的物料有回收物料和再生原料。再生原料包含优等品、皮砂。回收物料收集后等同于预处理后的用后水泥窑碱性砖，下一周期生产直接进入步骤2)中即可；皮砂中富集的可溶性有害成分质量分数降至0.20％以下，可作为镁砂皮砂的替代原料，也可下一周期重新进入步骤2)中；优等品主要矿相为均匀分布的方镁石和尖晶石相，可溶性有害成分质量分数小于0.10％、体积密度在3.40g/cm3以上、干燥无潮、圆整度好，可作为生产高档耐火材料用高纯镁砂的替代原料。
本发明的优点在于：
1、本方法可有效去除用后砖中有害的碱、氯、硫等杂质成分，为用后碱性砖的再生利用提供了基础；
2、本方法电熔过程中废弃物中的镁砂、尖晶石和/或氧化铝粉充分反映生成方镁石-尖晶石复相原料，提升了再生原料的品质，实现了变废为宝；
3、本方法成本低、资源利用率高，用后水泥窑碱性砖利用率可实现近100％利用，所生产优等品较替代产品成本降低20％以上；
4、本方法清洁环保，整个工序有害成分无外排，高温下脱出的有害杂质可通过对烟气温度的调整，在除尘中进行回收，进而资源化利用。
具体实施方式
实施例1
一种用后水泥窑碱性砖制备再生原料的工艺方法，具体步骤及参数如下：
1)对200吨回收的用后水泥窑碱性砖进行强制拣选，捡出非碱性砖，100％去除残砖头部的水泥熟料和铁皮，检测用后砖含水率为0.5％；
2)将拣选后的用后水泥窑碱性砖依次进入颚式破碎机、对辊破碎机，破碎成0～1mm的颗粒；
3)将破碎后的颗粒通过平铺直取、重力混合，重复三次完成均化处理；
4)用破碎后的颗粒铺底40cm高，电极下降，稍稍探入铺底料，撒入碎电极料，再加入30cm高的颗粒物料；然后，调整电压在90V，开炉起弧，调整电流配合提升电极，保持不灭弧，直至电流稳定；而后，转成自动模式，电极自动提升，出现明火时自动布料，期间保持电压150V、电流10KA；至物料距离炉口部位30cm时切断电源，加料压住明火，缓慢提起电极，加满物料；
5)自然冷却120小时，脱壳，拆解开熔炼后的料坨至0～30cm；
6)将料坨人工分类为优等品、皮砂和底部及周边的回收物料。回收物料回到用后水泥窑碱性砖料堆。优等品和皮砂分别依次破碎、筛分分级为0-1mm、1-3mm、3-5mm，使用包装密封保存。
所得优等品主要矿相为均匀分布的方镁石和尖晶石相，可溶性有害成分质量分数0.08％、体积密度在3.42g/cm3；皮砂可溶性有害成分质量分数0.16％，皮砂可在低档耐火材料中使用，优等品可替代高纯镁砂在高档耐火材料中使用。
实施例2
一种用后水泥窑碱性砖制备再生原料的工艺方法，具体步骤及参数如下：
1)对100吨回收的用后水泥窑碱性砖进行强制拣选，捡出非碱性砖，100％去除残砖头部的水泥熟料和铁皮，检测用后砖含水率为1.5％，而后采用暴晒方式晾干至含水率0.8％；
2)将拣选后的用后水泥窑碱性砖依次进入颚式破碎机、对辊破碎机，破碎成0～3mm的颗粒；
3)将破碎后的颗粒通过平铺直取、重力混合，重复三次完成均化处理；
4)用破碎后的颗粒铺底40cm高，电极下降，稍稍探入铺底料，撒入碎电极料，再加入30cm高的颗粒物料；然后，调整电压在90V，开炉起弧，调整电流配合提升电极，保持不灭弧，直至电流稳定；而后，转成自动模式，电极自动提升，出现明火时自动布料，期间保持电压100V、电流10KA；至物料距离炉口部位30cm时切断电源，加料压住明火，缓慢提起电极，加满物料；
5)自然冷却120小时，脱壳，拆解开熔炼后的料坨至0～20cm；
6)将料坨人工分类为优等品、皮砂和底部及周边的回收物料。回收物料和皮砂回到用后水泥窑碱性砖料堆。将优等品破碎、筛分分级为0-1mm、1-3mm、3-5mm，使用包装密封保存。
所得优等品矿相为均匀分布的方镁石和尖晶石相，可溶性有害成分质量分数0.07％、体积密度在3.45g/cm3，在方镁石尖晶石砖生产中替代部分高纯镁使用。
实施例3
一种用后水泥窑碱性砖制备再生原料的工艺方法，具体步骤及参数如下：
1)对100吨回收的用后水泥窑镁复合尖晶石砖进行强制拣选，捡出其他砖，100％去除残砖头部的水泥熟料和铁皮，检测用后砖含水率为0.8％；
2)将拣选后的用后水泥窑碱性砖依次进入颚式破碎机、对辊破碎机，破碎成0～3mm的颗粒；
3)将破碎后的颗粒通过平铺直取、重力混合，重复三次完成均化处理；
4)用破碎后的颗粒铺底40cm高，电极下降，稍稍探入铺底料，撒入碎电极料，再加入30cm高的颗粒物料；然后，调整电压在90V，开炉起弧，调整电流配合提升电极，保持不灭弧，直至电流稳定；而后，转成自动模式，电极自动提升，出现明火时自动布料，期间保持电压100V、电流10KA；至物料距离炉口部位30cm时切断电源，加料压住明火，缓慢提起电极，加满物料；
5)自然冷却120小时，脱壳，拆解开熔炼后的料坨至0～30cm；
6)将料坨人工分类为优等品、皮砂和底部及周边的回收物料。回收物料回到用后水泥窑碱性砖料堆。优等品和皮砂分别依次破碎、筛分分级为0-1mm、1-3mm、3-5mm，使用包装密封保存。
所得优等品主要矿相为均匀分布的方镁石和尖晶石相，可溶性有害成分质量分数0.06％、体积密度3.40g/cm3；皮砂可溶性有害成分质量分数0.14％，皮砂可用于生产新型蓄热砖镁砂原料的替代原料，优等品可替代高纯镁砂在高档耐火材料中使用。
Claims (3)
1.一种用后水泥窑碱性砖制备再生原料的方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：
1)对用后水泥窑碱性砖强制预处理，去除碱性砖以外的其他物质，根据需要烘干至含水率≤0.8％；
2)将拣选后的用后水泥窑碱性砖破碎成≤3mm的颗粒；
3)将破碎后的颗粒通过三次的平铺直取和重力混合操作，完成均化处理；
4)将均化处理后的物料连续加入脱壳炉中，2000℃以上高温熔炼，去除有害杂质成分，使物料中的有用成分充分反应；
5)停炉后自然冷却120小时以上，脱壳，拆解开熔炼后的料坨至≤30cm；
6)对料坨按品级进行分选，破碎、按粒度分级，分类存放，按需使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述的强制预处理为：通过机械或人工分选将用后水泥窑碱性砖中的非碱性砖捡出，用后砖头部粘有水泥熟料的需100％除去水泥熟料，用后砖表面粘有铁板的需去除所附着的铁板。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)所述的高温熔炼为：用破碎后的颗粒铺底40cm高，电极下降，接触并稍稍探入铺底料，撒入碎的电极料连接三个电极，再加入30～40cm高的颗粒物料；然后，开炉起弧，电压在90～120V调整，调整电流配合提升电极，保持电极之间不灭弧，直至电流稳定；而后，转成自动模式，电极自动提升，出现明火时自动布料，期间保持电压100～150V，电流8～10KA；至物料距离炉口部位30cm时切断电源，加料压住明火，缓慢提起电极，加满物料，完成高温熔炼。
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2021
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