【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無機非金屬材料熱工，具體為一種高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法。
技術介紹
1、在當今全球大力倡導碳減排、碳中和的背景下，水泥行業作為高能耗、高二氧化碳排放大戶，其減少二氧化碳排放的技術蓬勃發展。其中采用煅燒粘土作為輔助性膠凝材料用于生產低碳水泥是降低水泥行業二氧化碳排放的重要減碳技術之一。該項技術的基本原理如下：將粘土經過破碎、烘干、粉磨成微米級粉狀材料以后，通過合適的溫度進行煅燒，煅燒過程中，粘土中的高嶺石礦物發生脫羥反應（工業生產過程中，為保證脫羥反應完全，反應溫度窗口控制在750~850℃），晶體結構遭到破壞，生成具有無定形結構的活性偏高領石。因此煅燒后得到活化的粘土（以下簡稱煅燒粘土）可以大量替代水泥熟料，生產低碳水泥。
2、煅燒粘土工業化生產主要有回轉窯煅燒與懸浮煅燒兩種方法。回轉窯煅燒的產品活性較低，能耗較高。而懸浮煅燒主要換熱機制為對流換熱，換熱效率高，同時溫度場均勻可控，因此懸浮煅燒技術用于生產煅燒粘土，在產品活性與能耗方面均具有顯著優勢。
3、粘土懸浮煅燒技術主要包括“粘土原料懸浮預熱、粘土原料懸浮煅燒、煅燒粘土懸浮冷卻”三個階段。三個階段分別描述如下。
4、“粘土原料懸浮預熱段”由多級旋風筒串聯組成。經過預處理制備成微米級的粉狀粘土原料喂入預熱階段的第一級旋風筒，隨后經過多級旋風筒在懸浮態下預熱。各級旋風筒內預熱粘土原料的高溫煙氣來自分解爐。
5、“粘土原料懸浮煅燒段”主要由分解爐組成。完成預熱后進入分解爐內的粘土粉狀原料在喂入分解爐內的燃料燃燒產
6、“煅燒粘土冷卻段”由多級旋風筒串聯組成。冷卻過程中的冷卻介質使用環境空氣，空氣將高溫煅燒粘土冷卻后，空氣本身得到加熱，隨后進入分解爐，作為喂入分解爐內的燃料燃燒所需的助燃風。冷卻完成后的粘土被冷卻旋風筒收集后作為產品。
7、但上述所述技術只能適用于含鐵量較低的粘土（一般＜5%），若大于＞5%，則采用上述方案生產的煅燒粘土則為紅色，摻入水泥中雖對產品質量沒有影響，但易被市場誤認為劣質產品，因此接受度不高。這限制了懸浮煅燒技術的應用場景（尤其是用于高鐵含量粘土）。這也是懸浮煅燒技術大規模工業化應用的技術瓶頸。
8、高鐵含量煅燒粘土顏色轉變為紅色的機理如下：
9、粘土經過預熱、煅燒活化后，在650~300℃冷卻階段，若冷卻介質中存在氧氣，則煅燒粘土中的含鐵礦物將以赤鐵礦形式存在，保持紅色。為此若要避免煅燒粘土為紅色，則在650~300℃冷卻階段，煅燒粘土不能直接接觸氧氣，只能通過間接冷卻，或不含氧氣的惰性氣體冷卻等方式來使煅燒粘土保持灰色。
10、目前技術方向主要有低氧煙氣再循環還原冷卻、間接水冷、間接油冷等技術。這些技術本質上均為控制煅燒粘土在650~300℃這一冷卻階段的冷卻氣氛，即避免該冷卻階段煅燒粘土不與氧氣接觸。但這些技術均存在著氣氛控制、調節復雜（需要氧化、還原氣氛交替控制）、無法以空氣作為冷卻介質直接與高溫煅燒粘土接觸，以對流換熱的形式高效回收高溫煅燒粘土余熱作為分解爐內的高溫助燃風，極大地影響了喂入分解爐內的煤粉高效完全穩定燃燒。導致懸浮煅燒系統能耗高、操作復雜、難以大規模工業化應用等問題，很大程度上抵消了懸浮煅燒技術本身所具有的傳熱效率高、余熱回收效率高、能耗低、工藝流程簡單、可大型化工業化生產等優勢。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于針對現有技術中存在的問題，提供一種高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法。該方法為一種高效簡潔的粘土懸浮煅燒技術，該技術適應性強，即既可適用于粘土含鐵量低于5wt%的原料，更可使用于含鐵量5wt%以上的粘土原料，且不需要對煅燒氣氛、冷卻氣氛進行復雜控制就可以實現煅燒粘土顏色保持灰色的目的。本專利技術直接以環境空氣作為冷卻介質，與高溫煅燒粘土在懸浮態下直接接觸，實現控制煅燒粘土顏色可控的目的（即保持灰色，不變為紅色），同時由于空氣與高溫煅燒粘土在懸浮態下直接接觸，可最大程度回收高溫煅燒粘土的余熱，回收余熱后的高溫空氣進入分解爐作為燃料燃燒的助燃空氣。從根本上實現對高鐵含量粘土大規模工業化應用，同時控制顏色、節約熱耗、簡化工藝設計、降低建設投資的目的。
2、為了實現以上專利技術目的之一，本專利技術的技術方案如下：
3、一種高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法，其包括以下主要步驟：向粘土粉狀原料中加入一定比例的cao粉狀材料（cao粉，石灰石粉或能提供cao的粉狀物，或在高溫下能生成cao的其它粉狀材料），并混合均勻。經過懸浮預熱、懸浮煅燒、懸浮冷卻后成為顏色可控的煅燒粘土，加入的cao在懸浮煅燒高溫階段（850±50℃）將與粘土中的fe2o3發生固相反應：2cao?+?fe2o3=(cao)2?fe2o3，該反應吉布斯自由能為：-8716.15kcal/mol，顯著小于0，說明該反應在高溫階段具有自發性，可生成穩定的鐵酸二鈣。鐵酸二鈣的生成使得煅燒粘土中的含鐵礦物在懸浮冷卻階段不再被氧化轉變為磁鐵礦，從根本上避免了煅燒粘土轉變為紅色的可能性。
4、cao的加入量取決于粘土中的含鐵量（以fe2o3）。例如，若粘土中的含鐵量為10%，則1kg粘土粉狀原料中含有的fe2o3含量為100g，通過固相反應2cao?+?fe2o3=(cao)2?fe2o3可知，1kg粘土粉狀原料中需要加入的cao粉狀材料理論含量為100×(56×2/160)=70g，56為cao的分子量，160為fe2o3的分子量，2表示cao與fe2o3的摩爾質量比。
5、本專利技術應用于工業生產過程中，為保證fe2o3的被cao完全反應，在理論添加含量基礎上適當過量（過量比為1.05~1.15），比如1kg粘土粉狀原料中加入的cao粉狀材料為80g。cao來源廣泛，廉價易得，且摻入量少，可通過單獨粉磨工序制備成cao粉料，或與粘土原料一起粉磨制備成粉狀材料。
6、該方法具體包括以下步驟：
7、1）將粘土原料經破碎、烘干、粉磨工序制備成微米級粉狀原料以后，根據粘土中含鐵量的多少，加入cao粉狀材料并均勻混合后得混合粉狀原料；
8、2）將步驟1）中的混合粉狀原料喂入懸浮預熱系統中第一級旋風筒和第二級旋風筒之間的連接管道；并通過在連接管道內該處設置的撒料裝置分散于第二級旋風筒出口的高溫煙氣中，使其發生對流換熱，高溫煙氣中的余熱被用于預熱粘土粉狀原料；高溫煙氣攜帶粉狀原料進入第一級旋風筒,?經第一級旋風筒氣固分離后，高溫煙氣排出，經過第一次預熱后的粉狀原料被收集，隨后逐次進入下游各級旋風筒，與各級旋風筒出口的高溫煙氣通過對流換熱，達到預熱粉狀原料的目的；
9、3）出懸浮預熱系統中最后一級旋風筒的預熱本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法，其特征在于包括以下步驟：
2.根據權利要求1中所述的高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法，其特征在于：CaO粉狀材料為CaO粉和石灰石粉或能提供CaO的粉狀物，或在高溫下能生成CaO的其它粉狀材料。
3.根據權利要求1或2中所述的高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法，其特征在于：CaO粉狀材料的添加量以CaO質量計，為理論添加量的1.05~1.15倍。
4.根據權利要求3中所述的高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法，其特征在于：分解爐內的燃料為化石燃料或生物質替代燃料；燃料燃燒的高溫助燃空氣來自下游冷卻系統。
5.根據權利要4中所述的高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法，其特征在于：分解爐內溫度控制在850℃±50℃。
6.一種高鐵含量煅燒粘土顏色可控的裝置，用于如權利要求1、4或5所述的控制高鐵含量粘土顏色的方法中，其特征在于：所述裝置包括粘土原料懸浮預熱系統（1）、粘土原料懸浮煅燒段系統（2）和煅燒粘土懸浮冷卻系統（3）；其中所述粘土原料懸浮預熱系統（1）與粘土原料懸浮煅燒段系統（2）相連；所述粘土原
7.如權利要求6所述的高鐵含量煅燒粘土顏色可控的裝置，其特征在于：粘土原料懸浮預熱系統（1）中旋風筒為四級旋風筒，所述的四級旋風筒分別為第一級旋風筒、第二級旋風筒、第三級旋風筒和第四級旋風筒。
8.如權利要求6或7所述的高鐵含量煅燒粘土顏色可控的裝置，其特征在于：所述的煅燒粘土懸浮冷卻系統（3）由多級旋風筒串聯組成，也可根據生產線規模設置為多串并聯。
9.如權利要求8所述的高鐵含量煅燒粘土顏色可控的裝置，其特征在于：所述的煅燒粘土懸浮冷卻系統（3）中多級旋風筒為2-6級。
10.如權利要求6或8所述的高鐵含量煅燒粘土顏色可控的裝置，其特征在于：煅燒粘土懸浮冷卻系統（3）分為兩段，第一段由兩個旋風筒串聯組成，進行煅燒粘土的高溫段冷卻，冷卻介質為環境空氣，空氣的使用量即為分解爐內燃料燃燒需要的空氣量；第二段由兩個旋風筒串聯組成，進行煅燒粘土的中低溫段冷卻，冷卻介質為環境空氣，空氣的使用量根據最終產品需要的冷卻溫度進行調節；煅燒粘土則最終通過最后一級旋風筒經氣固分離后收集得到。
...【技術特征摘要】
1.一種高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法，其特征在于包括以下步驟：
2.根據權利要求1中所述的高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法，其特征在于：cao粉狀材料為cao粉和石灰石粉或能提供cao的粉狀物，或在高溫下能生成cao的其它粉狀材料。
3.根據權利要求1或2中所述的高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法，其特征在于：cao粉狀材料的添加量以cao質量計，為理論添加量的1.05~1.15倍。
4.根據權利要求3中所述的高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法，其特征在于：分解爐內的燃料為化石燃料或生物質替代燃料；燃料燃燒的高溫助燃空氣來自下游冷卻系統。
5.根據權利要4中所述的高鐵含量煅燒粘土顏色可控的方法，其特征在于：分解爐內溫度控制在850℃±50℃。
6.一種高鐵含量煅燒粘土顏色可控的裝置，用于如權利要求1、4或5所述的控制高鐵含量粘土顏色的方法中，其特征在于：所述裝置包括粘土原料懸浮預熱系統（1）、粘土原料懸浮煅燒段系統（2）和煅燒粘土懸浮冷卻系統（3）；其中所述粘土原料懸浮預熱系統（1）與粘土原料懸浮煅燒段系統（2）相連；所述粘土原料懸浮煅燒段系統（2）與煅燒粘土懸浮冷卻系統（3）相連；所述的粘土原料懸浮預熱系統（1）由旋風筒串聯組成，串聯級數為2~6...
【專利技術屬性】
技術研發人員：湯躍，劉建，陳孝靈，李勇，徐雙影，
申請(專利權)人：成都建筑材料工業設計研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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