一种活化煤矸石制备硅肥的方法专利检索-其他无机肥料专利检索查询-专利查询网

一种活化煤矸石制备硅肥的方法
申请号	CN202210746002.X	申请日	2022-06-28	公开(公告)号	CN114956872B	公开(公告)日	2023-05-09
申请人	舒新前;			发明人	舒新前; 舒元锋;
摘要	本发明涉及固体废物处理和资源化利用技术领域，具体涉及一种活化煤矸石制备硅肥的方法，包括以下步骤：将煤矸石和有机固体废弃物分别进行破碎，得到煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料；将煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料混合，得到混合料；将所述混合料依次进行热解处理、煅烧和稳定，得到活化物料；将所述活化物料依次进行淬冷和粉碎，得到所述的硅肥。本发明以煤矸石和有机固体废弃物为原料，可以在较低的温度下实施物料煅烧，促使煤矸石高效活化以制备硅肥。
权利要求	1.一种活化煤矸石制备硅肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：将煤矸石和有机固体废弃物分别进行破碎，得到煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料；将煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料混合，得到混合料；将所述混合料依次进行热解处理、煅烧和稳定，得到活化物料；将所述活化物料依次进行淬冷和粉碎，得到所述的硅肥；所述煅烧为依次进行的第一煅烧和第二煅烧；所述热解处理在室温至600℃的温度和隔绝空气的条件下进行；所述第一煅烧温度为710～725℃；所述第二煅烧温度为820～890℃；所述有机固体废弃物为农业秸秆、园林废弃物或生活垃圾。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述煤矸石的化学组成满足：SiO2≥40％，Al2O3≤40％，K2O≥1.25％，Fe2O3≤5％和Na2O≤1.00％的要求，所述煤矸石的灰分需要满足Ad≥85％。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述有机固体废弃物的灰成分组成满足：K2O＞1.50％和Na2O≤1.0％的要求。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤矸石粉料的粒径小于5mm。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机固体废弃物粉料的粒径小于6mm。 6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料的质量比为60～80：20～40。 7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一煅烧的时间为15～25min；所述第二煅烧的时间为60～90min。 8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稳定的温度为550～600℃，时间为20～35min。 9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淬冷的温度≤8℃，时间为1～10min。 10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅肥的粒径＜0.25mm。
说明书全文	一种活化煤矸石制备硅肥的方法技术领域 [0001] 本发明涉及固体废物处理和资源化利用技术领域，具体涉及一种活化煤矸石制备硅肥的方法。背景技术 [0002] 硅是国际土壤界公认的继N、P、K之后的第四大营养元素，硅营养元素部分可以通过施用硅肥得到补充。合理施用硅肥可使作物的表皮细胞硅质化、茎叶挺直、减少遮阴、促进叶片的光合作用，增强作物对病虫害的抵抗能力，最终可以提高作物抗倒伏能力80％左右。同时，硅可以使作物体内的通气性增强，促进作物根系生长，预防根系腐烂和早衰，这是因为作物在植物体内产生的硅化细胞，可以有效调节叶片气孔的开闭程度，影响水分的蒸腾作用，提高作物抗旱、抗干热风和抗低温的能力。而且，硅还能活化土壤中的磷，促进磷在作物体内合理迁移，从而提高作物的结实率。另外，硅还能调节土壤的酸碱度和盐分组成与含量，促进有机肥分解、抑制土壤病菌，从而改良土壤，提高作物的生长与生产能力。 [0003] 煤矸石中含有较高的SiO2和碳等有机质，但是，在自然条件下，煤矸石中的SiO2难以直接被植物吸收，而需要经过一定的物理化学转化，才能将煤矸石中的SiO2转化为能够被土壤和植物吸收的活性硅，这一转化过程即煤矸石的活化处理。 [0004] 目前，关于煤矸石中硅的活化处理，主要采用热化学活化的方法。例如，公开号为CN109928782A的中国专利公开了一种煤矸石制备硅肥的方法：是将煤矸石与石灰石(活化剂)和助剂混合，在800～1300℃的温度下进行煅烧，制备硅肥。然而，上述制备方法需要在较高的温度下，而且需要添加活化剂等条件，才能实现煤矸石的活化。发明内容 [0005] 有鉴于此，本发明提供了一种活化煤矸石制备硅肥的方法。本发明提供的方法以煤矸石和有机固体废弃物为原料，在较低的温度下进行煤矸石和有机固体废弃物共同煅烧，通过二者的协同作用，促进煤矸石活化制备硅肥。 [0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种活化煤矸石制备硅肥的方法，包括以下步骤： [0007] 将煤矸石和有机固体废弃物分别进行破碎，得到煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料； [0008] 将煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料混合，得到混合料； [0009] 将所述混合料依次进行热解处理、煅烧和稳定，得到活化物料； [0010] 将所述活化物料依次进行淬冷和粉碎，得到所述的硅肥； [0011] 所述煅烧为依次进行的第一煅烧和第二煅烧； [0012] 所述热解处理在室温至600℃的温度和隔绝空气的条件下进行； [0013] 所述第一煅烧温度为710～725℃；所述第二煅烧温度为820～890℃。 [0014] 优选地，以质量百分含量计，所述煤矸石的化学组成满足：SiO2≥40％，Al2O3≤40％，K2O≥1.25％，Fe2O3≤5％和Na2O≤1.00％的要求，所述煤矸石的灰分需要满足Ad≥ 85％。 [0015] 优选地，以质量百分含量计，所述有机固体废弃物的灰成分组成满足：K2O＞1.50％和Na2O≤1.0％的要求。 [0016] 优选地，所述煤矸石粉料的粒径小于5mm。 [0017] 优选地，所述有机固体废弃物粉料的粒径小于6mm。 [0018] 优选地，所述煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料的质量比为60～80：20～40。 [0019] 优选地，所述第一煅烧的时间为15～25min；所述第二煅烧的时间为60～90min； [0020] 优选地，所述稳定的温度为550～600℃，时间为20～35min。 [0021] 优选地，所述淬冷的温度≤8℃，时间为1～10min。 [0022] 优选地，所述硅肥的粒径＜0.25mm。 [0023] 本发明提供了一种活化煤矸石制备硅肥的方法，包括以下步骤：将煤矸石和有机固体废弃物分别进行破碎，得到煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料；将煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料混合，得到混合料；将所述混合料依次进行热解处理、煅烧和稳定，得到活化物料；将所述活化物料依次进行淬冷和粉碎，得到所述的硅肥；所述煅烧为依次进行的第一煅烧和第二煅烧；所述热解处理在室温至600℃的温度和隔绝空气的条件下进行；所述第一煅烧温度为710～725℃；所述第二煅烧温度为820～890℃。本发明首先通过破碎，使煤矸石和有机固体废弃物原料粉碎成具有新鲜断面的粉料，为后续充分热解处理和煅烧提供了基础，然后本发明将煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料混合后热解处理。热解过程中，有机固体废弃物热解形成富含H2、CO、CH4的燃气以及热解焦油和热解焦。后期通过通入空气转变气氛，燃气开始燃烧，并引燃热解焦油(有机固体废弃物燃烧产生的副产物)，使温度进一步升高，从而促使有机固体废弃物热解焦充分燃烧并燃尽。然后，随着温度继续升高，有机固废弃物完全燃烧，形成含有较高碱金属和碱土金属的炽热活性灰渣，进而与煤矸石发生协同作用，促使煤矸石活化。在此过程中，伴随着温度升高，煤矸石中的结晶水和层间水逐渐析出，出现孔隙、通道，为与炽热的活性灰渣反应，提供了反应场所。与此同时，随着温度继续升高，煤矸石中的高岭土发生相变，形成反应活性高的偏高岭土，稳定态的α‑SiO2也逐渐转化为β‑SiO2，偏高岭土和β‑SiO2会与炽热的活性灰渣反应，形成硅酸盐或偏硅酸盐类活性含硅化合物，从而实现煤矸石中含硅组分的活化，然后经过稳定化，使活化物料的活性结构和物相得以稳定，从而得到活化煤矸石。具体实施方式 [0024] 本发明提供了一种活化煤矸石制备硅肥的方法，包括以下步骤： [0025] 将煤矸石和有机固体废弃物分别进行破碎，得到煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料； [0026] 将煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料混合，得到混合料； [0027] 将所述混合料依次进行热解处理、煅烧和稳定，得到活化物料； [0028] 将所述活化物料依次进行淬冷和粉碎，得到所述的硅肥； [0029] 所述煅烧为依次进行的第一煅烧和第二煅烧； [0030] 所述热解处理在室温至600℃的温度和隔绝空气的条件下进行； [0031] 所述第一煅烧温度为710～725℃；所述第二煅烧温度为820～890℃。 [0032] 在本发明中，如无特殊说明，本发明所用的原料均优选为市售产品。 [0033] 本发明将煤矸石和有机固体废弃物分别进行破碎，得到煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料。 [0034] 在本发明中，以质量百分含量计，所述煤矸石化学组成优选满足：SiO2≥40％，Al2O3≤40％，K2O≥1.25％和Na2O≤2.00％，更优选满足40％≤SiO2≤65％，25％≤Al2O3≤40％，3％≤Fe2O3≤5％，1.0％≤K2O≤3.0％，0.5％≤Na2O≤1.80％。在本发明中，所述煤矸石的灰分优选满足Ad≥85％。在本发明中，所述煤矸石的粒径优选＜5mm。 [0035] 在本发明中，以质量百分含量计，所述有机固体废弃物的灰成分优选满足：K2O＞1.50％和Na2O≤1.0％，所述有机固体废弃物的水分＜30％；若所述有机固体废弃物的水分高于30％，优选将所述有机固体废弃物进行干燥至水分＜30％后进行破碎。本发明的实施例中，所述有机固体废弃物优选包括农业秸秆、园林废弃物或城市有机固体废弃物；所述农业秸秆优选包括玉米秸秆、小麦秸秆；所述园林废弃物优选包括园林树枝；所述城市有机固体废弃物优选包括生活垃圾。 [0036] 在本发明中，所述有机固体废弃物的破碎优选包括依次进行的剪切破碎和旋切破碎，所述剪切破碎至物料粒径优选小于30mm，更优选为小于25mm；所述的旋切破碎至物料粒径优选小于6mm，更优选为小于5mm。在本发明中，所述破碎可以使煤矸石和有机固体废弃物原料中形成许多具有新鲜断面的细粒物料。 [0037] 得到煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料后，本发明将煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料混合，得到混合料。 [0038] 在本发明中，所述煤矸石粉料和有机固体废弃物粉料的质量比优选为60～80：20～40，更优选为60～75：25～40。在本发明中，所述混合优选为在螺旋混料机中进行。 [0039] 得到混合料后，本发明将所述混合料依次进行热解处理、煅烧和稳定，得到活化物料。 [0040] 在本发明中，所述热解处理优选为将混合料在隔绝空气的条件下进行热解处理，在本发明中，所述热解处理优选为将混合料由室温升温至600℃，然后在600℃的温度下保温15～25min。在本发明中，从室温升温至600℃所需的时间优选为60～90min，更优选为65～90min。在本发明中，所述热解处理，可使有机固体废弃物热裂解形成富含H2、CO、CH4等可燃气体的小分子有机化合物，焦油等中度分子的油类以及大分子类多孔活性热解焦。 [0041] 在本发明中，所述煅烧优选为依次进行的第一煅烧和第二煅烧，所述第一煅烧的温度为710℃～725℃，更优选710℃～720℃，时间优选为15～25min，更优选为20～25min。在本发明中，所述第一煅烧的空气过剩系数优选为1.0～1.05，更优选为1.01～1.03。在本发明中，所述的第一煅烧是将隔绝空气状态转化为通入空气，然后从热解处理的温度升温至所述的第一煅烧温度，所需要的时间优选为20～30min，更优选为25～30min。在本发明中，所述第一煅烧使热解形成的小分子可燃气体首先燃烧，接着依次促使焦油和热解焦充分燃烧。 [0042] 在本发明中，所述的第二煅烧温度为820～890℃，优选为825～890℃；时间优选为60～90min，更优选为60～85min；所述第二煅烧的过剩空气系数优选为1.10～1.25，更优选为1.15～1.25。在本发明中，从第一煅烧温度升温至第二煅烧温度所需时间优选为20～ 30min，更优选为25～30min。在本发明中，所述第二煅烧是使有机固废完全燃烧，形成炽热的活性灰渣，进而与煤矸石发生协同作用，促使煤矸石活化。 [0043] 在本发明中，所述稳定的温度优选为550～600℃，更优选为555～600℃；时间优选为20～35min，更优选为25～35min；所述稳定过程的过剩空气系数为1.15～1.35，更优选为1.15～1.30。在本发明中，从第二煅烧温度降温至稳定的温度所需时间优选为15～25min，更优选为20～25min。在本发明中，所述稳定能够使煅烧物料的活性结构和物相得以稳定。 [0044] 得到活化物料后，本发明将所述活化物料依次进行淬冷和粉碎，得到所述的硅肥。 [0045] 在本发明中，所述淬冷的温度优选≤8℃，更优选为7℃；时间优选为1～10min，更优选为1～9min。 [0046] 本发明中，所述粉碎优选在滚筒破碎机中进行，所述硅肥的粒径优选为＜0.25mm，更优选为0.245mm。 [0047] 下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。 [0048] 实施例1 [0049] 选用陕西某矿井的煤矸石，煤矸石的性质和组成如表1所示。 [0050] 表1陕西某矿井煤矸石的工业分析和灰成分组成 [0051] [0052] 将上述煤矸石破碎至粒径小于5mm后，得到煤矸石粉料。 [0053] 将玉米秸秆干燥至水分含量低于30％后，进行剪切破碎至粒径小于30mm，然后将剪切破碎所得物料进行旋切破碎，至物料粒径小于6mm，得到玉米秸秆粉料。 [0054] 将煤矸石粉料和玉米秸秆粉料按照质量比70:30的比例加入螺旋混料机混合后，得到混合料。 [0055] 将所述混合料在隔绝空气的条件下，于75min内，从室温升至600℃，600℃下恒温20min，进行热解处理；然后接入空气，在空气过剩系数为1.0的条件下，于25min内升至710℃，进行第一煅烧，恒温20min；然后调节空气过剩系数至1.19，在25min时间内升温至855℃，进行第二煅烧，恒温75min。接着将空气过剩系数调为1.25，进行缓慢降温，在20min内将温度降至575℃，恒温稳定30min，得到活化物料。 [0056] 将所得的活化物料在5℃的条件下淬冷10min后进行粉碎，至粒径小于0.25mm，得到所述的硅肥。 [0057] 经测试，该硅肥的有效硅(以SiO2计)含量为37.48％，水分含量为1.55％，细度(通过250μm标准筛)≥95％，符合NY/T797‑2004《硅肥》中的指标要求。 [0058] 实施例2 [0059] 将上述表1的煤矸石破碎至粒径小于5mm后，得到煤矸石粉料。 [0060] 将园林树枝干燥至水分含量低于30％，然后进行剪切破碎至粒径小于30mm，然后将剪切破碎所得物料进行旋切破碎，至物料粒径小于6mm，得到园林树枝粉料。 [0061] 将煤矸石粉料和园林树枝粉料按照质量比60:40的比例加入螺旋混料机混合后，得到混合料。 [0062] 将所述混合料在隔绝空气的条件下，在65min内，从室温升至600℃，600℃下恒温25min，进行热解处理；然后接入空气，在空气过剩系数为1.05的条件下，在20min内升至715℃，进行第一煅烧，恒温25min；然后调节空气过剩系数至1.15，在20min时间内升温至875℃，进行第二煅烧，恒温85min。接着将空气过剩系数调为1.20，在15min内将温度降至585℃，稳定25min。 [0063] 将所得活化物料在温度为6℃的条件下进行淬冷8min，然后将物料粉碎至粒度小于0.25mm，得到所述的硅肥。 [0064] 经检测，有效硅(以SiO2计)的质量百分含量为34.77％，水分含量1.20％，细度(通过250μm标准筛)≥90％，符合NY/T797‑2004《硅肥》中的指标要求。 [0065] 实施例3 [0066] 将上述表1所述的煤矸石粉碎至粒径小于5mm后，得到煤矸石粉料。 [0067] 将生活垃圾干燥至水分含量低于30％后，进行剪切破碎至粒径小于30mm，然后将剪切破碎所得物料进行旋切破碎，至物料粒径小于6mm，得到城市有机固体废弃物粉料。 [0068] 将煤矸石粉料和生活垃圾粉料按照质量比65：35的比例加入螺旋混料机混合后，得到混合料。 [0069] 将所述混合料在隔绝空气的条件下，在70min内，从室温升至600℃，600℃下恒温20min，进行热解处理；然后接入空气，在空气过剩系数为1.0的条件下，在15min内升至710℃，进行第一煅烧，恒温20min；然后调节空气过剩系数至1.15，在25min的时间内升温至880℃，进行第二煅烧，恒温80min。接着将空气过剩系数调为1.20，进行缓慢降温，在20min内将温度降至565℃，稳定20min，得到活化物料。 [0070] 将所得的活化物料在温度为5℃的条件下进行淬冷8min后，进行粉碎至粒径小于0.25mm，得到所述的硅肥。 [0071] 经检测，有效硅(以SiO2计)的质量百分含量为35.75％，水分含量1.15％，细度(通过250μm标准筛)≥90％，符合NY/T797‑2004《硅肥》中的指标要求。 [0072] 实施例4 [0073] 选用内蒙某矿井的煤矸石，煤矸石的性质和组成如表2所示。 [0074] 表2内蒙某矿井煤矸石的工业分析和灰成分组成 [0075] [0076] 将上述表2所述的煤矸石，破碎得到粒径小于5mm的煤矸石粉料。 [0077] 将麦秸秆干燥至水分含量低于30％，进行剪切破碎至粒径小于30mm，然后将剪切破碎所得物料进行旋切破碎，至物料粒径小于6mm，得到麦秸秆粉料。 [0078] 将煤矸石粉料和麦秸秆粉料按照质量比70：30的比例加入螺旋混料机混合后，得到混合料。 [0079] 将所述混合料在隔绝空气的条件下，在80min内，从室温升至600℃，600℃下恒温18min进行热解处理；然后接入空气，在空气过剩系数为1.05的条件下，在20min内升至710℃，进行第一煅烧，恒温25min；然后调节空气过剩系数至1.19，在20min时间内升温至885℃，进行第二煅烧，恒温85min。接着将空气过剩系数调为1.25，在15min内将温度降至570℃，稳定25min，得到活化物料。 [0080] 将所得的活化物料在温度为6℃的条件下淬冷9min后进行粉碎，至粒径小于0.25mm，得到所述的硅肥。 [0081] 经检测，有效硅(以SiO2计)的质量百分含量为29.10％，水分含量1.25％，细度(通过250μm标准筛)≥95％，符合NY/T797‑2004《硅肥》中的指标要求。 [0082] 实施例5 [0083] 将上述表2所述的煤矸石破碎至粒径小于5mm，得到煤矸石粉料。 [0084] 将园林树枝干燥至水分含量低于30％后，进行剪切破碎至粒径小于30mm，然后将剪切破碎所得物料进行旋切破碎，至物料粒径小于6mm。 [0085] 将质量百分含量为65％的煤矸石粉料和质量百分含量为35％的园林树枝粉料加入螺旋混料机进行混合后，得到混合料。 [0086] 将所述混合料在隔绝空气的条件下，在90min内，从室温升至600℃，600℃下恒温20min进行热解处理；然后接入空气，在空气过剩系数为1.05的条件下，于25min内升至710℃，进行第一煅烧，恒温20min；然后调节空气过剩系数至1.20，在25min时间内升温至890℃，进行第二煅烧，恒温80min。第二煅烧后，将空气过剩系数调为1.25，在20min内将温度降至570℃，稳定30min，得到活化物料。 [0087] 将所得活化物料在温度为7℃的条件下淬冷6min后进行粉碎，至粒径小于0.25mm，得到所述的硅肥。 [0088] 经测试，有效硅(以SiO2计)含量为30.47％，水分含量1.25％，细度(通过250μm标准筛)≥90％，符合NY/T797‑2004《硅肥》中的指标要求。 [0089] 实施例6 [0090] 将上述表2所述的煤矸石破碎至粒径小于5mm，得到煤矸石粉料。 [0091] 将生活垃圾干燥至水分含量低于30％，进行剪切破碎至粒径小于30mm，然后将剪切破碎所得物料进行旋切破碎，至物料粒径小于6mm，得到生活垃圾粉料。 [0092] 将质量百分含量为65％的煤矸石粉料和质量百分含量为35％的生活垃圾粉料加入螺旋混料机进行混合后，得到混合料。 [0093] 将所述混合料在隔绝空气的条件下，在85min内，从室温升至600℃，600℃下恒温25min进行热解处理；然后接入空气，在空气过剩系数为1.05的条件下，于25min内升至710℃，进行第一煅烧，恒温20min；然后调节空气过剩系数至1.25，在15min时间内升温至890℃，进行第二煅烧，恒温80min。然后将空气过剩系数调为1.29，在20min内将温度降至590℃，稳定20min，得到活化物料。 [0094] 将所得活化物料在温度为5℃的条件下淬冷8min后粉碎，至粒径小于0.25mm，得到所述硅肥。 [0095] 经检测，有效硅(以SiO2计)的质量百分含量为31.88％，水分含量1.20％，细度(通过250μm标准筛)≥95％，符合NY/T797‑2004《硅肥》中的指标要求。 [0096] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应为本发明的保护范围。

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