煤矸石懸浮煅燒制備膠凝材料的核心是利用懸浮煅燒的高效傳熱傳質(zhì)特性，激活煤矸石的潛在膠凝活性，并通過(guò)合理配料、煅燒改性、粉磨適配等環(huán)節(jié)，生產(chǎn)出性能穩(wěn)定的膠凝材料（可單獨(dú)作為膠凝材料或替代部分水泥熟料）。以下是詳細(xì)工藝流程、關(guān)鍵環(huán)節(jié)及技術(shù)要點(diǎn)：

一、工藝流程總覽

煤矸石懸浮煅燒膠凝材料的生產(chǎn)遵循 “原料預(yù)處理→配料均化→懸浮煅燒活化→冷卻收集→粉磨改性→成品儲(chǔ)存” 的主線。

二、各環(huán)節(jié)詳細(xì)說(shuō)明

1. 原料準(zhǔn)備與預(yù)處理

核心目標(biāo)：去除原料雜質(zhì)、調(diào)整粒徑，為后續(xù)配料和懸浮煅燒奠定基礎(chǔ)。

主要原料：

煤矸石（核心原料）：選擇含 Al?O? 15%~30%、SiO? 45%~60%、燒失量（有機(jī)質(zhì) + 水分）≤15% 的煤矸石（優(yōu)先選用洗選煤矸石，減少黏土類雜質(zhì)）；

輔助原料（按需添加）：石灰石（補(bǔ)充 CaO，調(diào)節(jié)鈣硅比 Ca/Si=1.0~1.5）、石膏（緩凝劑，后期添加）、工業(yè)廢渣（如礦渣、粉煤灰，優(yōu)化膠凝性能）。

預(yù)處理步驟：

破碎：煤矸石經(jīng)顎式破碎機(jī)→反擊式破碎機(jī)破碎至粒徑≤20mm，去除大塊矸石、金屬雜質(zhì)（如廢鐵）；

干燥：采用回轉(zhuǎn)烘干機(jī)或氣流干燥機(jī)，將煤矸石水分降至≤5%（避免煅燒時(shí)結(jié)露、影響懸浮穩(wěn)定性）；

預(yù)粉磨：干燥后的煤矸石經(jīng)雷蒙磨或立式磨粉磨至 80μm 篩余≤15%（細(xì)粉更易懸浮，提升煅燒效率）。

2. 配料均化

核心目標(biāo)：精準(zhǔn)控制原料化學(xué)組成，保證煅燒后產(chǎn)物活性均勻。

配料原則：根據(jù)膠凝材料性能要求，通過(guò)配料計(jì)算確定煤矸石與輔助原料（如石灰石）的比例，核心控制指標(biāo)：

有效成分：SiO?+Al?O?+Fe?O?≥70%（保證膠凝活性）；

鈣硅比（CaO/SiO?）：1.0~1.5（CaO 不足則活性低，過(guò)量易生成游離 CaO 導(dǎo)致體積安定性不良）；

均化方式：

采用 “配料倉(cāng) + 螺旋輸送機(jī) + 混合機(jī)” 系統(tǒng)，按比例連續(xù)配料；

料漿法（可選）：將原料加水制成料漿，通過(guò)攪拌均化后噴霧干燥，獲得粒徑均勻的干粉（更利于懸浮煅燒）。

3. 懸浮煅燒活化（核心環(huán)節(jié)）

核心目標(biāo)：在高溫下使煤矸石的無(wú)定形 SiO?、Al?O?轉(zhuǎn)化為具有膠凝活性的晶體結(jié)構(gòu)（如偏高嶺石、莫來(lái)石前驅(qū)體），同時(shí)去除殘留有機(jī)質(zhì)和結(jié)晶水。

核心設(shè)備：循環(huán)流化床煅燒爐（CFB）或氣流懸浮煅燒爐（主流選擇，傳熱效率是傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯的 3~5 倍）。

煅燒工藝參數(shù)：

煅燒溫度：850~1050℃（關(guān)鍵區(qū)間：900~950℃，溫度過(guò)低則活性未激活，過(guò)高易生成惰性莫來(lái)石導(dǎo)致活性下降）；

物料停留時(shí)間：10~30 秒（懸浮狀態(tài)下，物料與熱氣流充分接觸，快速完成活化反應(yīng)）；

熱氣流來(lái)源：采用煤粉燃燒或余熱鍋爐供熱，熱氣流速度 10~20m/s（保證物料懸浮不沉降）；

氣氛控制：氧化性氣氛（避免有機(jī)質(zhì)不完全燃燒產(chǎn)生炭黑，影響膠凝材料強(qiáng)度）。

反應(yīng)機(jī)理：

煤矸石中的高嶺石（Al?O??2SiO??2H?O）在高溫下發(fā)生脫水、脫碳反應(yīng)：

若添加石灰石，會(huì)同步發(fā)生 CaO 與 SiO?、Al?O?的固相反應(yīng)，生成硅酸鈣、鋁酸鈣等活性礦物。

4. 急速冷卻與收塵收集

核心目標(biāo)：抑制活性礦物的晶化老化，快速收集煅燒產(chǎn)物。

急速冷卻：

煅燒后的高溫物料（800~950℃）進(jìn)入冷卻器（空氣淬冷或水冷），在 1~3 秒內(nèi)冷卻至 150℃以下，避免偏高嶺石等活性相轉(zhuǎn)化為惰性晶體（如石英、莫來(lái)石），鎖住活性。

收塵收集：

冷卻后的物料隨氣流進(jìn)入旋風(fēng)收塵器 + 布袋除塵器（二級(jí)收塵），收集得到 “活化煤矸石熟料”（粒徑多為 10~100μm），收塵效率≥99.9%（避免粉塵污染）。

5. 粉磨改性（適配膠凝性能）

核心目標(biāo)：調(diào)整熟料粒徑，優(yōu)化顆粒級(jí)配，提升膠凝材料的水化活性和強(qiáng)度。

粉磨設(shè)備：立式磨、球磨機(jī)或超細(xì)粉磨機(jī)（根據(jù)成品細(xì)度要求選擇）；

粉磨參數(shù)：

成品細(xì)度：比表面積 350~500m2/kg（80μm 篩余≤5%，細(xì)度不足則水化速度慢，強(qiáng)度低；過(guò)細(xì)則需水量大，易開(kāi)裂）；

改性添加劑（可選）：

緩凝劑：添加 3%~5% 石膏（二水石膏或無(wú)水石膏），調(diào)節(jié)水化速度，避免急凝；

增強(qiáng)劑：添加 0.5%~1% 三聚氰胺甲醛樹(shù)脂、聚羧酸系減水劑，提升強(qiáng)度和工作性；

復(fù)合改性：與礦渣粉、粉煤灰按比例混合粉磨，優(yōu)化顆粒級(jí)配，降低水化熱。

6. 成品檢驗(yàn)與儲(chǔ)存

檢驗(yàn)指標(biāo)：

物理性能：初凝時(shí)間≥45min，終凝時(shí)間≤10h；抗壓強(qiáng)度（3d≥15MPa，28d≥30MPa，具體按應(yīng)用場(chǎng)景調(diào)整）；

化學(xué)性能：游離 CaO≤3%，燒失量≤5%，放射性符合 GB 6566《建筑材料放射性核素限量》；

儲(chǔ)存：成品存入密閉料倉(cāng)，防止吸潮結(jié)塊（吸潮會(huì)降低活性），采用螺旋輸送機(jī)或空氣輸送斜槽輸送至應(yīng)用環(huán)節(jié)。

三、關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)與優(yōu)化方向

原料選擇：優(yōu)先選用低硫、低炭、高鋁硅比的煤矸石，減少煅燒時(shí)的污染物排放和活性損失；

煅燒溫度控制：通過(guò)在線測(cè)溫系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)燃料供給，避免溫度波動(dòng)（±50℃以內(nèi)）；

懸浮穩(wěn)定性：控制預(yù)粉磨后原料的粒徑分布（10~80μm 占比≥80%），避免大顆粒沉降導(dǎo)致煅燒不均；

能耗優(yōu)化：利用煅燒尾氣余熱預(yù)熱原料或干燥系統(tǒng)，降低單位產(chǎn)品能耗（懸浮煅燒能耗約為傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯的 60%~70%）；

環(huán)保控制：煅燒尾氣經(jīng)脫硫（石灰石 - 石膏法）、脫硝（SNCR 法）處理后排放，粉塵排放濃度≤10mg/m3，滿足環(huán)保要求。

四、應(yīng)用場(chǎng)景

替代水泥熟料：用于煤礦巷道噴漿；

制備專用膠凝材料：用于道路基層、砂漿、混凝土摻合料、免燒磚膠結(jié)料等；

固廢協(xié)同處置：可協(xié)同處理煤泥、污泥等有機(jī)廢物（利用煅燒高溫?zé)o害化處理），同時(shí)提升燃料利用率。

該工藝的核心優(yōu)勢(shì)是高效活化、能耗低、環(huán)保性好，既實(shí)現(xiàn)了煤矸石的資源化利用，又降低了膠凝材料對(duì)水泥熟料的依賴，符合 “雙碳” 目標(biāo)和固廢資源化政策導(dǎo)向。