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1、山西聚义实业集团股份有限公司煤矸石综合利用试验报告沈阳有色金属研究院二 0 一一年九月目 录1. 前言 .12.试验目的 .23.试验内容 .24.试验及结果 .24.1 原料准备 .24.2 制纤试验 .64.3 冶炼生铁试验 .124.4 造纸试验.5.试验结论 .11.前言受山西聚义实业集团股份有限公司的委托，沈阳有色金属研究院于 2011 年 9 月 218 日，开展了煤矸石综合利用中试试验。本次试验目的是验证煤矸石的物料特性，找出冶炼工艺条件，为工业设计和生产提供依据。试验样品为两种，分别为未经破碎及筛分处理的原始型煤矸石和经过破碎及筛分处理的均匀块煤矸石。原始型煤矸石主要指标为：固
2、定碳 9.59%，灰分 79.17%；灰分主要成分：Fe 2O3 9.11%、Al 2O320.29%、 SiO2 61.84%。均匀块煤矸石主要指标为：固定碳 10.24%，灰分 78.89%；灰分主要成分：Fe 2O3 3.96%、Al 2O322.24%、 SiO2 64.70%。两种煤矸石含氧化硅和氧化铝均较高，二者之和为 80%以上，但含铁低，致使炉渣熔点高，粘度大，流动性较差，因此渣型调整及温度控制是整个工艺的重点；另外，煤矸石中含有 10%左右的固定碳，因此，碳的综合利用也是本次试验的重点工作之一。试验期间分别以原始型煤矸石和均匀块煤矸石为研究对象进行系统试验,考察在不同原料条件
3、下合适的添加剂、合适的冶炼渣型、合适的冶炼温度、固定碳利用率等，提出合理的生产工艺条件、技术参数等。试验证明：使用两种类型的煤矸石在自然渣型条件下因炉渣粘度大均不能成纤。在配加一定量的石灰及铁精矿，或者配加一定量的镍红土矿及石灰后均可制成矿物无机纤维，所制成的纤维均可用2于制造瓦楞纸、箱板纸及保温材料。2.试验目的（1）试验研究两种煤矸石原料制取无机纤维的实用技术，为项目实施提供设计依据。 （2）试验研究煤矸石中固定碳综合利用技术。3.试验内容（1） 测定煤矸石的成份、熔点、粒度组成，熔炼过程电耗、烟气 SO2浓度等测试； （2）试验确定成纤温度、成纤流速、合适的添加剂、合适的冶炼渣型、合适的
4、冶炼温度等技术参数； （3）试验确定利用煤矸石中的固定炭还原金属铁及其它有价金属元素的技术。 （4）利用制成的无机纤维进行造纸及保温材料试验。 4.试验及结果山西聚义实业有限公司煤矸石综合利用中试试验计划用料 100吨，根据现场发生的实际情况，实际用矿约 47 吨左右。试验时间为2011 年 9 月 218 日。4.1 原料准备（1）筛分破碎试验用原始型煤矸石经过 50mm 的格筛筛分，以保证试验用料粒度。筛上部分经颚式破碎机破碎至粒度小于 50mm，与筛下煤矸石合并，进入干燥作业。3（2）矿样分析1）煤矸石成分分析试验开始之前对两种煤矸石分别取样进行成分分析，成分分析结果见表 1 及表 2。
5、表 1.均匀块煤矸石成分表化验编号：2011-1369 原编号（样品名称）：1号序号 检验项目 检验标准 检验值1 空气干燥基水分 M.ad（%） GB/T212-2008 1.132 干燥基灰分 V.d（%） GB/T212-2008 78.893 干燥无灰基挥发分V.daf（% ）GB/T212-2008 50.934 空气干燥基固定碳FC.ad（%）GB/T212-2008 10.245 焦渣特性 CB GB/T212-2008 2二氧化硅 SiO2（%） GB/T1574-2007 64.70三氧化二铝 Al2O3（%） GB/T1574-2007 22.24三氧化二铁 Fe2O3（%
6、） GB/T1574-2007 3.69氧化钙 CaO（%） GB/T1574-2007 0.27氧化镁 MgO（%） GB/T1574-2007 0.52煤灰 成分 三氧化硫 SO3（%） GB/T1574-2007 0.60煤灰 变形温度 DT（） GB/T219-2008 15004软化温度 ST（） GB/T219-2008 1500半球温度 HT（） GB/T219-2008 1500熔融性流动温度 FT（） GB/T219-2008 1500表 2.原始型煤矸石成分表化验编号：2011-1369 原编号（样品名称）：2号序号 检验项目 检验标准 检验值1 空气干燥基水分 M.ad（
7、%） GB/T212-2008 1.092 干燥基灰分 V.d（%） GB/T212-2008 79.173 干燥无灰基挥发分V.daf（% ）GB/T212-2008 53.454 空气干燥基固定碳FC.ad（%）GB/T212-2008 9.595 焦渣特性 CB GB/T212-2008 2二氧化硅 SiO2（%） GB/T1574-2007 61.84三氧化二铝 Al2O3（%） GB/T1574-2007 20.29三氧化二铁 Fe2O3（%） GB/T1574-2007 9.11氧化钙 CaO（%） GB/T1574-2007 0.95氧化镁 MgO（%） GB/T1574-200
8、7 0.45煤灰 成分 三氧化硫 SO3（%） GB/T1574-2007 0.70煤灰熔变形温度 DT（） GB/T219-2008 15005软化温度 ST（） GB/T219-2008 1500半球温度 HT（） GB/T219-2008 1500融性流动温度 FT（） GB/T219-2008 15002）煤矸石粒度分析原料到院后取样对原始型煤矸石进行粒度分布情况分析，分析结果见表 3。表 3.煤矸石粒度分析结果（%）粒级（mm） 1 2 350 27.73 32.76 25.6425-50 14.55 12.61 17.331-25 21.71 17.98 22.090.5-1 13
9、.19 15.31 12.710.25-0.5 6.22 7.06 9.260.125-0.25 5.25 3.51 6.150.0750-0.125 3.67 4.80 2.910.075 7,37 5.87 3.66合计 99.69 99.90 99.753）铁精矿成分分析试验用铁精矿到院后取样进行成分分析，分析结果见表 4.6表 4.铁精矿分析结果元素 TFe S SiO2 Al2O3 CaO含量（%） 60.68 0.07 14.70 0.22 1.304）石灰成分分析试验用石灰为块状石灰，主要成分分析见表 5。表 5.石灰主要成分分析表成分 CaO SiO2 MgO FeO P含量%
10、 83.80 4.77 2.16 1.57 0.024.2 制纤试验9 月 2-18 日进行了两种煤矸石制造无机纤维试验，同时分别进行了添加镍红土矿冶炼镍铁合金和添加铁精粉冶炼生铁试验，因炉渣熔点高及粘度大，冶炼渣型调整及熔炼过程比较困难，致使试验时间长，各种消耗较大。4.2.1 制纤条件（1）电炉供电制度二次电压（171.6V） ，电流 3300（A） ；（2）成纤设备1）渣包渣包规格：850mm1000mm7渣包内衬：粘土砖保温材料底部放渣口孔径：55mm、35mm2）二流槽二流槽出渣口孔径：55mm、35mm3）成纤系统制纤高速离心机型号：JLX2.5-300变频频率：0-50Hz对应转
11、数：0-5000 转/分负压风机型号：JLX180-1204）工艺过程启动制纤系统设备，调试油路、冷却水及高压风，把成纤高速离心机调至使用转速，开启负压风机，待一切运转正常后开始放渣。高温炉渣由流渣口流出进入制纤渣包内，然后用行车把渣包迅速吊到成纤机工作台上面，放渣口对准二流槽。打开出渣口，炉渣由二流槽流到四辊成纤高速离心机上制成无机纤维。4.2.2 原始型煤矸石制纤试验（1）煤矸石熔炼炉渣情况分析 1）炉渣的熔点本次试验所用煤矸石冶炼渣的主要成分为二氧化硅和三氧化二铝。根据煤矸石化验分析成分计算，SiO 2-Al2O3 二元系炉渣中 SiO2的含量高达 75%左右，酸性比较大，此时炉渣的熔点
12、在 1750以上，8熔点也比较高。添加碱性造渣剂可以有效地降低炉渣的熔点，本次试验我们选用石灰（CaO）作为造渣剂。一方面 CaO 起造渣剂作用，另一方面添加 CaO 后的炉渣制成的无机纤维在造纸及保温材料上的应用效果比较好。2）炉渣的粘度由炉渣粘度相图可以得出，当 Al2O3 的含量达到 25%左右时，SiO2-Al2O3 二元系炉渣的粘度在 200-300Pa.s 之间,炉渣粘度很大。添加 CaO 和 FeO 可以有效降低炉渣的粘度。（2）渣型调整试验根据煤矸石冶炼炉渣的熔点及粘度分析结果，于 9 月 2 日7日进行了添加石灰及铁精粉调整渣型试验，试验过程情况分析及结果见表 6。表 6.渣
13、型调整试验情况炉号 时间 石灰%铁精粉%现象、原因 结果1 2 日 15:10-3 日 16:006 炉渣粘，流动性差，可以拔丝，凝固后形态类似玻璃不能成纤2 3 日 16:10-4 日 15:1010 25 流动性有所改善，但仍较粘，因渣包问题未进行制纤试验。二次电流低，给不上负荷，熔炼时间长。未制纤3 4 日 16:00- 10 25 因上一炉渣粘，炉眼没堵 未制纤95 日 9:07 好，早 9 点多跑眼，未能制纤。4 5 日 9:20-5 日 21:08-15 25 炉渣仍较粘，未出多少炉渣未制纤5 5 日 21:08-6 日 10:0020 炉渣粘，未出多少炉渣 未制纤6 6 日 10:00-7 日 9:5025 炉渣仍很黏，不能制纤 未制纤7 7 日 10:00-8 日 9:3020 25 炉渣流动性可以，
