油頁巖廢渣陶粒的生產(chǎn)應(yīng)用范文

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《煉油技術(shù)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(fā)電效益可觀。但在這一利用過程中會產(chǎn)生大量廢渣，廢渣不僅占用大量土地，同時也污染周邊環(huán)境，這制約了油頁巖的開發(fā)和利用。本項目利用油頁巖發(fā)電及提取頁巖油廢渣生產(chǎn)新型建筑材料，所研制的輕質(zhì)和超輕人造輕骨料———陶粒，質(zhì)量達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，既利廢又環(huán)保，同時為油頁巖的開發(fā)和循環(huán)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(chǎn)的新型建筑材料節(jié)能保溫效果良好，對當(dāng)前我國大力推進的節(jié)能減排意義重大。

關(guān)鍵詞：油頁巖；廢渣；陶粒；輕骨料

0引言

根據(jù)吉林省的《能源“十三五”規(guī)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(jīng)發(fā)現(xiàn)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(fā)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(chǎn)生的半焦量極大，提煉1t頁巖油要產(chǎn)生20t～30t半焦（發(fā)熱量在4000kJ/kg左右），生產(chǎn)占地很大，同時也對環(huán)境造成很大的污染。因此，利用油頁巖發(fā)電，既節(jié)煤又可緩解鐵路運輸壓力，效益明顯。但是，利用油頁巖發(fā)電也存在著排渣量大的問題。油頁巖發(fā)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(fā)與應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。本文利用油頁巖廢渣生產(chǎn)新型建筑材料，既利廢環(huán)保，又有利于油頁巖的開發(fā)和利用，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

1油頁巖廢渣陶粒的生產(chǎn)

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(fā)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(chǎn)生兩種廢渣，一種是提油后產(chǎn)生的半焦，另一種是油頁巖或半焦做燃料發(fā)電后產(chǎn)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(xué)提油半焦做燃料后所產(chǎn)生的油頁巖廢渣。

1.1.2發(fā)氣材料

發(fā)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(nóng)安區(qū)；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(xué)。

1.1.3塑化材料

塑化材料來自吉林省樺甸市西臺子鄉(xiāng)和樂屯的塑化材料。1.2生產(chǎn)性試驗在對小試工作經(jīng)驗、數(shù)據(jù)分析與總結(jié)的基礎(chǔ)上，利用試驗室最佳配合比及熱工參數(shù)，對油頁巖廢渣陶粒進行生產(chǎn)性試驗，整個生產(chǎn)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(fā)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(yù)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(yù)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(yù)熱溫度范圍：750℃～800℃；焙燒溫度范圍：1120℃～1140℃。

1.2.2生產(chǎn)工藝

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

1.2.3原材料準(zhǔn)備

生產(chǎn)性試驗廢渣選用東北電力大學(xué)提油半焦做燃料后所產(chǎn)生的油頁巖廢渣；發(fā)氣材料選用吉林省樺甸市和東北電力大學(xué)；塑化材料選用吉林省樺甸市西臺子鄉(xiāng)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(chǎn)試驗

本項目陶粒燒制試驗在長春某陶粒廠進行。該生產(chǎn)線為粘土陶粒生產(chǎn)線，陶粒焙燒窯為2段式，預(yù)熱段和焙燒段均由調(diào)速電機驅(qū)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(diào)速電機帶動的螺旋輸送機和風(fēng)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(xiàn)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(chǎn)時,煤粉含水率應(yīng)控制在2%以內(nèi),否則潮濕的煤粉會對陶粒質(zhì)量和焙燒制度的穩(wěn)定造成影響。該窯生產(chǎn)能力為40m3/班（12h）。生產(chǎn)試驗時，以原生產(chǎn)單位的工藝參數(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)試驗室經(jīng)驗結(jié)合生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，進行適當(dāng)調(diào)整，最終總結(jié)出的工藝參數(shù)及生產(chǎn)控制方法如下。（1）輕質(zhì)陶粒預(yù)熱窯轉(zhuǎn)速較原中試廠工藝參數(shù)減慢，窯溫控制在700℃左右；燒成窯轉(zhuǎn)速較中試廠原工藝參數(shù)加快，窯溫控制在1100℃左右；加煤器轉(zhuǎn)速較中試廠原工藝參數(shù)減慢，煤的加量較中試廠原加量降低20%左右。所燒輕質(zhì)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(yù)熱窯轉(zhuǎn)速維持中試廠工藝參數(shù)或加快，窯溫控制在750℃左右；燒成窯轉(zhuǎn)速較原工藝參數(shù)減慢，窯溫控制在1150℃左右，加煤器轉(zhuǎn)數(shù)維持中試廠原參數(shù)不變或略快，使加煤量與中試廠原工藝參數(shù)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(diào)節(jié)和控制的工藝參數(shù)包括：兩節(jié)窯的各自轉(zhuǎn)速、加煤器的轉(zhuǎn)速（調(diào)整加煤量）、送料量；在生產(chǎn)性試驗中，有輕質(zhì)和超輕陶粒的生產(chǎn)配比，也有相同配比不同細度的對比焙燒試驗。生產(chǎn)性試驗結(jié)果是令人滿意的。成功地?zé)屏?00（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(zhì)陶粒。

1.2.6陶粒性能檢測

生產(chǎn)性試驗結(jié)束后，對試生產(chǎn)樣品進行了檢測。

1.3陶粒制品的試制

利用前面所述生產(chǎn)試驗所生產(chǎn)出的輕質(zhì)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(zhì)陶粒混凝土小型空心砌塊與承重陶粒混凝土小型空心砌塊的生產(chǎn)性試驗。試驗中所采用原材料除輕質(zhì)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(shù)指標(biāo)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(fù)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(chǎn)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(chǎn)；其次進行生產(chǎn)配料，把重量配比轉(zhuǎn)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(chǎn)樣品成型后1d脫模。自然養(yǎng)護28d后進行性能檢測。利用試生產(chǎn)出的超輕和輕質(zhì)陶粒樣品試制了兩個配方共10m3砌塊。所生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)要求。

2存在的問題及今后改進意見

本項目工業(yè)化生產(chǎn)時，要適當(dāng)調(diào)整原料配比，爭取在發(fā)氣材料加量的下限時能穩(wěn)定生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，以降低生產(chǎn)成本。同時，要在生產(chǎn)中逐步確定并完善輕質(zhì)、超輕陶粒，尤其是300級陶粒的熱工制度與生產(chǎn)工藝參數(shù)，300級超輕陶粒的生產(chǎn)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(jié)能保溫性能，降低制品成本。

3結(jié)語

通過對小試、生產(chǎn)性試驗和陶粒及其制品試驗所取得的試驗數(shù)據(jù)進行全面分析，筆者認(rèn)為本項目的研究工作已全部達到了立項研究目標(biāo)，各項指標(biāo)已達到或超過了合同指標(biāo)，完全達到并超過了國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。通過項目研究，可以得出如下結(jié)論：（1）利用油頁巖廢渣且摻加量在70%左右時，完全可以生產(chǎn)出輕質(zhì)和超輕陶粒，這在研究與生產(chǎn)方面是一個創(chuàng)新；（2）在兩階式回轉(zhuǎn)窯中，在適當(dāng)?shù)臒峁ぶ贫认拢梢陨a(chǎn)出300級超輕陶粒；（3）輕質(zhì)陶粒的生產(chǎn)成本和超輕陶粒的生產(chǎn)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(chǎn)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(fā)展“十三五”規(guī)劃[Z].2017-05-10.

[2]財經(jīng)頭條網(wǎng).中國最隱秘石油大省浮現(xiàn):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(yè)設(shè)計研究院，1：吉林省達興工程檢測有限公司，3：白山市科學(xué)技術(shù)研究所