油頁巖廢渣陶粒的生產應用范文

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《煉油技術與工程》2017年第12期

摘要：我國油頁巖遠景儲量巨大，隨著石油和燃料價格的不斷上漲，利用油頁巖提取頁巖油和發電效益可觀。但在這一利用過程中會產生大量廢渣，廢渣不僅占用大量土地，同時也污染周邊環境，這制約了油頁巖的開發和利用。本項目利用油頁巖發電及提取頁巖油廢渣生產新型建筑材料，所研制的輕質和超輕人造輕骨料———陶粒，質量達到國家標準要求，既利廢又環保，同時為油頁巖的開發和循環利用提供了有利條件，且具有填充、承重功能。利用油頁巖廢渣陶粒生產的新型建筑材料節能保溫效果良好，對當前我國大力推進的節能減排意義重大。

關鍵詞：油頁巖；廢渣；陶粒；輕骨料

0引言

根據吉林省的《能源“十三五”規劃》，吉林省油頁巖已探明儲量為1086億t，占全國探明資源量的80%以上，位列全國第一[1]。截至2014年，吉林省在松遼盆地已經發現了4處超百億噸的大型油頁巖礦床。其中，扶余—長春嶺擁有油頁巖資源達453億t的大型礦床，是目前最有開發前景的礦床之一[2]。油頁巖的主要用途是提煉頁巖油和做燃料。用油頁巖提煉頁巖油附加值較高，但產生的半焦量極大，提煉1t頁巖油要產生20t～30t半焦（發熱量在4000kJ/kg左右），生產占地很大，同時也對環境造成很大的污染。因此，利用油頁巖發電，既節煤又可緩解鐵路運輸壓力，效益明顯。但是，利用油頁巖發電也存在著排渣量大的問題。油頁巖發熱量低，灰分含量高，是煤的3倍～5倍，每萬千瓦裝機容量年排渣量10萬t左右。因此，廢渣及廢渣的綜合利用是制約油頁巖開發與應用的關鍵問題之一。本文利用油頁巖廢渣生產新型建筑材料，既利廢環保，又有利于油頁巖的開發和利用，經濟效益和社會效益顯著。

1油頁巖廢渣陶粒的生產

1.1原材料的選擇

油頁巖廢渣陶粒由4種原材料組成：油頁巖廢渣、發氣材料、塑化材料、外加劑。

1.1.1油頁巖廢渣

油頁巖綜合利用過程中，產生兩種廢渣，一種是提油后產生的半焦，另一種是油頁巖或半焦做燃料發電后產生的油頁巖廢渣。本項目試驗室小試研究利用東北電力大學提油半焦做燃料后所產生的油頁巖廢渣。

1.1.2發氣材料

發氣材料選擇代號為A，B，C的三種材料。A選自吉林省長春市農安區；B選自吉林省蛟河市；C選自吉林省樺甸市和東北電力大學。

1.1.3塑化材料

塑化材料來自吉林省樺甸市西臺子鄉和樂屯的塑化材料。1.2生產性試驗在對小試工作經驗、數據分析與總結的基礎上，利用試驗室最佳配合比及熱工參數，對油頁巖廢渣陶粒進行生產性試驗，整個生產性試驗分為物料粉磨、選粒、焙燒等幾個階段。

1.2.1配合比

通過試驗，我們確定A，B，C這3種發氣材料的最佳配比、溫度波動范圍。A材料配比：A料:粘土:油頁巖廢渣=13:15:72；A料的波動范圍10%～16%；預熱溫度范圍：650℃～710℃；焙燒溫度1100℃～1140℃；B料的配比：B料:粘土:油頁巖廢渣=15:15:70；B料波動范圍：13%～21%；預熱溫度范圍：700℃～750℃；焙燒溫度范圍：1120℃～1140℃；C材料配比：C料:粘土:油頁巖廢渣=10:15:75；C料的波動范圍：7%～13%；預熱溫度范圍：750℃～800℃；焙燒溫度范圍：1120℃～1140℃。

1.2.2生產工藝

通過選擇確定在長春市某陶粒廠用二階式回轉窯進行油頁巖廢渣陶粒焙燒的生產性試驗。

1.2.3原材料準備

生產性試驗廢渣選用東北電力大學提油半焦做燃料后所產生的油頁巖廢渣；發氣材料選用吉林省樺甸市和東北電力大學；塑化材料選用吉林省樺甸市西臺子鄉和樂屯的塑化材料。

1.2.4原料處理與加工原料

入球磨機粉磨，需控制入磨原材料的水分，要求原材料的含水量在3%~5%，對不符合要求的原料需進行加工處理除。

1.2.5陶粒生產試驗

本項目陶粒燒制試驗在長春某陶粒廠進行。該生產線為粘土陶粒生產線，陶粒焙燒窯為2段式，預熱段和焙燒段均由調速電機驅動。造粒采用對輥式擠出造粒，造粒機直徑φ0.5m，造粒粒度φ10mm左右,含水率22%，呈圓柱狀。焙燒以煤粉為燃料，通過可調速電機帶動的螺旋輸送機和風機將煤粉按照一定的速度噴入陶粒窯中,以控制焙燒溫度。煤粉對陶粒焙燒影響主要表現在熱值水分和細度上,其中含水率的影響往往受到忽視。在生產時,煤粉含水率應控制在2%以內,否則潮濕的煤粉會對陶粒質量和焙燒制度的穩定造成影響。該窯生產能力為40m3/班（12h）。生產試驗時，以原生產單位的工藝參數為基礎，根據試驗室經驗結合生產實踐經驗，進行適當調整，最終總結出的工藝參數及生產控制方法如下。（1）輕質陶粒預熱窯轉速較原中試廠工藝參數減慢，窯溫控制在700℃左右；燒成窯轉速較中試廠原工藝參數加快，窯溫控制在1100℃左右；加煤器轉速較中試廠原工藝參數減慢，煤的加量較中試廠原加量降低20%左右。所燒輕質陶粒為深褐色類球狀顆粒，堆積密度為600級～800級；（2）超輕陶粒預熱窯轉速維持中試廠工藝參數或加快，窯溫控制在750℃左右；燒成窯轉速較原工藝參數減慢，窯溫控制在1150℃左右，加煤器轉數維持中試廠原參數不變或略快，使加煤量與中試廠原工藝參數相同或略多。燒制出超輕陶粒外觀為棕色類球狀顆粒，堆積密度達到400，500級。試驗中主要調節和控制的工藝參數包括：兩節窯的各自轉速、加煤器的轉速（調整加煤量）、送料量；在生產性試驗中，有輕質和超輕陶粒的生產配比，也有相同配比不同細度的對比焙燒試驗。生產性試驗結果是令人滿意的。成功地燒制了400（已接近300級上限）級，500級超輕油頁巖廢渣陶粒和600級～800級輕質陶粒。

1.2.6陶粒性能檢測

生產性試驗結束后，對試生產樣品進行了檢測。

1.3陶粒制品的試制

利用前面所述生產試驗所生產出的輕質陶粒與超輕陶粒，在進行了幾個單項的性能檢測之后，我們在長春市某新型墻體材料有限公司進行輕質陶?；炷列⌒涂招钠鰤K與承重陶?；炷列⌒涂招钠鰤K的生產性試驗。試驗中所采用原材料除輕質與超輕陶粒外，其它原材料都采用該廠原材料。各種原材料的主要技術指標如下。爐渣：燒失量10%，松散密度600kg/m3，筒壓強度1.5MPa；水泥：鼎鹿復合32.5級，細度1.8%（0.08mm方孔篩篩余），28d抗壓強度43.5MPa；粉煤灰：熱電二廠磨細灰，比表面積360m2/kg；篩分碎石：粒徑0.1mm~10mm；輕陶粒500級：堆積密度412kg/m3，筒壓強度2.61MPa；混重陶粒800級：堆積密度736kg/m3，筒壓強度8.96MPa；砌塊生產時，首先進行爐渣與石粉的篩分，篩除大顆粒爐渣，選用小顆粒爐渣與爐灰，剔除小顆粒石子及石粉，保留大粒瓜子石，同時對陶粒進行淋濕、浸泡以待生產；其次進行生產配料，把重量配比轉換成體積配比，用小車進行人工配料，每斗配料在0.5m3左右；然后進行攪拌，混合料在攪拌機中干拌2min左右，然后加水、加外加劑進行拌合，最后壓制成型。試生產樣品成型后1d脫模。自然養護28d后進行性能檢測。利用試生產出的超輕和輕質陶粒樣品試制了兩個配方共10m3砌塊。所生產的非承重與承重陶粒砌塊的部分性能為：輕集料混凝土陶粒砌塊的抗壓強度為5.9MPa，密度730kg/m3，熱阻0.47m2•K/W(200mm厚,其中包括10mm砂漿厚度)；承重陶粒砌塊的抗壓強度為10.6MPa，密度1230/m3，熱阻0.60m2•K/W(200mm厚,其中包括10mm砂漿厚度)，全部達到國家標準要求。

2存在的問題及今后改進意見

本項目工業化生產時，要適當調整原料配比，爭取在發氣材料加量的下限時能穩定生產出合格產品，以降低生產成本。同時，要在生產中逐步確定并完善輕質、超輕陶粒，尤其是300級陶粒的熱工制度與生產工藝參數，300級超輕陶粒的生產是今后要深入研究的問題。在油頁巖廢渣陶粒制品方面還要進行深入研究，提高制品強度與節能保溫性能，降低制品成本。

3結語

通過對小試、生產性試驗和陶粒及其制品試驗所取得的試驗數據進行全面分析，筆者認為本項目的研究工作已全部達到了立項研究目標，各項指標已達到或超過了合同指標，完全達到并超過了國家相關標準要求。通過項目研究，可以得出如下結論：（1）利用油頁巖廢渣且摻加量在70%左右時，完全可以生產出輕質和超輕陶粒，這在研究與生產方面是一個創新；（2）在兩階式回轉窯中，在適當的熱工制度下，可以生產出300級超輕陶粒；（3）輕質陶粒的生產成本和超輕陶粒的生產成本雖略高于粘土陶粒，但社會效益顯著；（4）利用油頁巖廢渣陶粒生產非承重油頁巖廢渣陶粒小型空心砌塊的熱阻為0.60m2•K/W,是混凝土小型空心砌塊的1.8倍左右,保溫隔熱性能良好。

參考文獻

[1]吉林省能源局.吉林省能源局發展“十三五”規劃[Z].2017-05-10.

[2]財經頭條網.中國最隱秘石油大省浮現:坐擁140億噸石油正蓄勢崛起[EB/OL].

作者：付強1；杜全勝2；杜穎1；劉巖1；于國強3 單位：1：吉林省建筑材料工業設計研究院，1：吉林省達興工程檢測有限公司，3：白山市科學技術研究所