一种适用高铁含量高岭土原料的悬浮煅烧装置及工艺制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用高铁含量高岭土原料的悬浮煅烧装置及工艺，包括第一旋风分离器、氧化炉、第二旋风分离器和煅烧炉系统，煅烧炉系统包括预热炉和改性炉，第一旋风分离器出料口分别与预热炉生料喂料口和改性炉生料喂料口连接，预热炉底部为助燃风入口，预热炉顶部出口与改性炉底部入口连接，改性炉顶部出口与第二旋风分离器进口连接，改性炉内为还原区；氧化炉设置于第二旋风分离器出气口与第一旋风分离器进口之间，氧化炉上设置有燃料喂料口和助燃风入口，氧化炉内为氧化区；第二旋风分离器出料口连接冷却系统。本发明专利技术可生产出满足颜色控制要求的偏高岭土，解决了高铁含量高岭土原料煅烧能耗高、处理能力小、产品质量较难控制等问题。难控制等问题。难控制等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种适用高铁含量高岭土原料的悬浮煅烧装置及工艺


[0001]本专利技术涉及高岭土
，特别是涉及一种适用高铁含量高岭土原料的悬浮煅烧装置及工艺。

技术介绍

[0002]高岭土(Al2O3·
2SiO2·
2H2O，AS2H2)是天然粘土或粘土质尾矿中的常见矿物，其在适当的温度下(600～900℃)经脱水可生成偏高岭土(metakaolin，简称MK)。高岭土属于层状硅酸盐结构，层与层之间由范德华键结合，OH
‑
羟基在其中结合得较牢固。高岭土在空气中受热时，会发生几次结构变化，加热到大约600℃时，高岭土的层状结构因羟基脱去而破坏，形成非晶态的过渡相——偏高岭土。由于偏高岭土的分子排列是不规则的，呈现热力学介稳状态，在碱激发下具有胶凝性。偏高岭土是一种高活性的人工火山灰材料，可与氢氧化钙(Ca(OH)2，CH)和水发生火山灰反应，生成与水泥类似的水化产物。
[0003]利用这一特点，以含有高岭石及结构相近的铝硅质矿物的高岭土经煅烧制备混合材料，再与石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰石复合，制备煅烧高岭土基复合水泥，成为近年来国际水泥与混凝土行业的研究热点。该类型水泥因采用具有较高活性的偏高岭土替代熟料，可将水泥的熟料用量由75％降至45％～50％，而保持28天抗压强度不降低，抗折强度可提高20％以上，实现低熟料系数、低碳排放和高强度的技术目标。同时研究表明，基于水化反应产物的不同，该类型水泥较硅酸盐水泥和掺有粉煤灰或磨细矿粉的普通硅酸盐水泥相比，硬化水泥石孔隙率更低、密实度高，因此具有优异的抗硫酸盐侵蚀和氯离子渗透性能，特别适合在海工、盐碱等严苛环境使用。
[0004]由于煅烧高岭土的制备成本低于熟料的制备成本，煅烧高岭土制备过程中的CO2排放量也低于熟料制备过程中的CO2排放量，加上高岭土原材料来源非常广泛，在混凝土和水泥工业积极推进碳减排的背景下，在混凝土和水泥工业中使用偏高岭土大掺量代替熟料显得格外有吸引力。
[0005]目前，现有的偏高岭土制备方式主要包括固定床式、半固定床式和流化床式等。其中，采用回转窑煅烧制备偏高岭土是普遍采用的方法，但是采用回转窑煅烧时，往往存在系统热耗高、产品易过烧失活和质量较难控制等问题。高岭土原料中通常含有一定量的铁，主要以针铁矿、赤铁矿和菱铁矿等形式存在，铁相在高岭土煅烧过程中发生氧化反应最终以红色的赤铁矿形式存在。有研究表明，当高岭土原料中铁(主要以Fe2O3进行表征)含量超过一定范围时(比如，高岭土原料中Fe2O3质量分数≥2％)，高岭土原料煅烧所制备的偏高岭土产品会呈现明显的红色。直接使用红色的偏高岭土制备水泥会影响水泥成品颜色，容易被市场误认为是劣质水泥而影响销售。从原理上分析，赤铁矿(Fe2O3)呈红褐色，磁铁矿(Fe3O4)和方铁矿(FeO)呈灰黑色，因此含铁偏高岭土成品的颜色主要取决于成品中铁相的存在形式，降低偏高岭土成品中赤铁矿的含量可以有效改变偏高岭土成品的颜色。基于上述分析，在偏高岭土制备过程中创造还原气氛将Fe
3+
还原为Fe
2+
是降低偏高岭土成品中Fe
3+
的浓度进而制备满足混凝土和水泥工业所要求的偏高岭土的有效手段。采用合理的工艺技
术，以较低的能耗和较高的效率生产高活性且颜色与水泥熟料一致的偏高岭土，成为偏高岭土和偏高岭土
‑
石灰石复合水泥大规模生产和广泛应用的关键。
[0006]综上所述，基于市场需要和关键技术问题，提供一种适用高铁含量高岭土原料的悬浮煅烧工艺及装置具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种适用高铁含量高岭土原料的悬浮煅烧装置及工艺，该悬浮煅烧装置和工艺可充分考虑混凝土和水泥行业对偏高岭土成品颜色的控制要求，生产出满足颜色控制要求的偏高岭土，同时解决了高铁含量高岭土原料煅烧能耗高、处理能力小、产品质量较难控制等问题。
[0008]本专利技术是这样实现的，一种适用高铁含量高岭土原料的悬浮煅烧装置，包括第一旋风分离器、氧化炉、第二旋风分离器和煅烧炉系统，所述煅烧炉系统包括预热炉和改性炉，所述预热炉和改性炉上分别设置有燃料喂料口和生料喂料口，所述第一旋风分离器出料口分别与预热炉的生料喂料口和改性炉的生料喂料口连接，所述预热炉的底部为助燃风入口，所述预热炉的顶部出口与改性炉底部入口连接，所述改性炉顶部出口与第二旋风分离器进口连接，所述改性炉内为还原区；
[0009]所述氧化炉设置于第二旋风分离器出气口与第一旋风分离器进口之间，所述氧化炉的底部入口与第二旋风分离器出气口连接，所述氧化炉的顶部出口与第一旋风分离器进口连接，所述氧化炉上设置有燃料喂料口和助燃风入口，所述氧化炉内为氧化区；
[0010]所述第二旋风分离器出料口连接冷却系统。
[0011]优选的，所述第二旋风分离器为高分离效率型旋风分离器，高分离效率型旋风分离器的分离效率大于等于96％。
[0012]优选的，所述预热炉从下往上依次由预热炉锥体、预热炉柱体和预热炉缩口组成，所述预热炉的燃料喂料口位于预热炉锥体上，预热炉的生料喂料口位于预热炉柱体上；
[0013]所述改性炉从下往上依次由改性炉锥体和改性炉柱体组成，所述改性炉的燃料喂料口位于改性炉锥体和改性炉柱体中部上，所述改性炉的生料喂料口分别位于改性炉柱体的底部和中部；
[0014]所述氧化炉从下往上依次由氧化炉锥体和氧化炉柱体组成，所述氧化炉的燃料喂料口位于氧化炉锥体和氧化炉柱体中部上，所述氧化炉的助燃风入口位于氧化炉柱体上。
[0015]采用上述装置进行适用高铁含量高岭土原料的悬浮煅烧工艺，该工艺为原料经氧化炉出口高温烟气充分换热后经第一旋风分离器气固分离后进入煅烧炉系统，在煅烧炉系统内形成还原气氛的燃烧环境，并在氧化炉内形成氧化气氛的燃烧环境；所述煅烧炉系统内的煅烧温度为650～1000℃，煅烧炉系统内燃料不完全燃烧和高岭土分解形成的烟气携带分解完成的物料离开煅烧炉系统进入第二旋风分离器，在第二旋风分离器内气固分离后，烟气随后进入氧化炉，在氧化炉内将烟气中的未燃尽燃料充分燃尽，同时，与CO充分反应，分离的物料进入冷却系统。
[0016]优选的，所述煅烧炉系统内过量空气系数＜1.0，优选为0.5～1.0。
[0017]优选的，所述氧化炉内过量空气系数＞1.0，优选为1.0～1.2。
[0018]优选的，所述煅烧炉系统内气体的停留时间为2～10s。
[0019]本专利技术的具体原理为：
[0020]偏高岭土成品颜色控制的关键为还原煅烧和冷却控制。在所述煅烧炉系统的优选煅烧温度内，可实现高岭土充分分解形成偏高岭土，同时可避免偏高岭土结晶析出失去活性。为控制偏高岭土成品颜色，在高岭土分解形成偏高岭土的过程中，本专利技术对入煅烧炉系统的助燃风量和燃料用量进行合理设计，使得煅烧炉系统内燃料不完全燃烧形成还原气氛，从而使得煅烧炉系统内整体为贫氧燃烧区(煅烧炉系统内过量空气系数优选控制为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用高铁含量高岭土原料的悬浮煅烧装置，其特征在于，包括第一旋风分离器、氧化炉、第二旋风分离器和煅烧炉系统，所述煅烧炉系统包括预热炉和改性炉，所述预热炉和改性炉上分别设置有燃料喂料口和生料喂料口，所述第一旋风分离器出料口分别与预热炉的生料喂料口和改性炉的生料喂料口连接，所述预热炉的底部为助燃风入口，所述预热炉的顶部出口与改性炉底部入口连接，所述改性炉顶部出口与第二旋风分离器进口连接，所述改性炉内为还原区；所述氧化炉设置于第二旋风分离器出气口与第一旋风分离器进口之间，所述氧化炉的底部入口与第二旋风分离器出气口连接，所述氧化炉的顶部出口与第一旋风分离器进口连接，所述氧化炉上设置有燃料喂料口和助燃风入口，所述氧化炉内为氧化区；所述第二旋风分离器出料口连接冷却系统。2.根据权利要求1所述的适用高铁含量高岭土原料的悬浮煅烧装置，其特征在于，所述第二旋风分离器为高分离效率型旋风分离器，高分离效率型旋风分离器的分离效率大于等于96％。3.根据权利要求1所述的适用高铁含量高岭土原料的悬浮煅烧装置，其特征在于，所述预热炉从下往上依次由预热炉锥体、预热炉柱体和预热炉缩口组成，所述预热炉的燃料喂料口位于预热炉锥体上，预热炉的生料喂料口位于预热炉柱体上；所述改性炉从下往上依次由改性炉锥体和改性炉柱体组成，所述改性炉的燃料喂料口位于改性炉锥体和改...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬，隋同波，彭学平，代中元，武晓萍，陈昌华，
申请(专利权)人：天津水泥工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：