煤矸石自热式高效脱碳生产工艺

煤矸石是煤炭开采和洗选过程中产出的主要固体废弃物，其年排放量约为原煤年产量的10%～15%。目前，我国煤矸石累积堆放量已达60亿t ，长期堆积造成占地和污染等问题，严重威胁周边生态环境。面对煤矸石总量的快速增长，高效利用煤矸石已成为我国处理大宗固体废弃物的当务之急。但现有煤矸石综合利用技术，如矿山回填、土地复垦、燃烧发电等，效率普遍较低，经济效益有限，难以满足煤矸石迫切的处理需求。

煤矸石中含有较多的Al2O3和SiO2，是潜在的胶凝活性物质，因此，制备水泥混合材等建筑材料是实现大规模消纳煤矸石并产生可观经济效益的有效途径。但煤矸石晶型结构稳定、反应活性较低，且煤矸石中的碳和有机杂质，会对材料的强度和耐久性等产生不利影响，因此，若利用煤矸石生产建筑材料，必须通过合适的脱碳生产工艺，减少残碳及有机质，提高其胶凝活性。

目前，国内主要采用火法脱碳工艺进行煤矸石脱碳，如沸腾炉、循环流化床、立窑、回转窑等工艺，但因其存在规模小、能耗高、碳排放量大、脱碳效果不稳定、产品活性偏低等问题，无法满足市场需求，限制了煤矸石工业化、规模化生产建筑材料。为了解决上述问题，真正意义上将煤矸石“变废为宝”，推动我国煤炭企业的可持续发展和实现固体废弃物的资源化综合利用，亟须开发新型煤矸石脱碳生产工艺。

基于以上背景，安徽淮海新材料有限责任公司将冶金行业的带式烧结机与煤矸石特性相结合，开发了年处理煤矸石达80万t 的自热式高效脱碳生产工艺，并投入实际生产。本文介绍了该工艺的主要内容及产品性能，以期为煤矸石在建筑材料领域工业化利用提供参考。

（1）安徽淮北地区普质化、劣质化煤矸石中SiO2的平均质量分数为56.38%、Al2O3的平均质量分数为20.63%，热值为390 kcal/kg，是利用自热式高效脱碳生产工艺生产脱碳煤矸石活性胶凝材料的理想原料。

（2）本工艺通过控制原料配比，可以对粒径为0~8 mm、不同热值的煤矸石进行脱碳处理。生产时利用高料层自动蓄热原理和煤矸石自身热值，无须外加燃料，即可为脱碳过程提供充足热量，能够有效降低能源消耗，减少碳排放。

（3）本工艺具有较高的生产稳定性，能够高效脱除煤矸石中的碳和有机杂质，显著提高其胶凝活性，且脱碳效果和产品活性波动较小。

（4）本工艺生产的脱碳煤矸石粉磨后，微粉烧失量和28 d 活性均远优于GB/T 2847—2022 标准要求，可作为掺合料或部分替代水泥熟料广泛应用于水泥生产。

（5）本工艺生产的脱碳煤矸石粉磨后，可与S95级粒化高炉矿渣粉、硅酸盐通用水泥熟料、激发剂按照8∶1.5∶0.5∶0.01 的质量比混合制备高活性微粉。高活性微粉各项技术指标均达到GB/T 18046—2017标准中S95 高炉矿渣粉的技术要求，可作为混凝土掺合料用于改善混凝土性能。此外，高活性微粉3 d强度及28 d 强度均符合GB/T 3183—2017 标准中M32.5 水泥的强度要求，可直接替代M32.5 水泥用于砌筑、抹面砂浆和垫层混凝土。

（6）本工艺将煤矸石制备活性胶凝材料从实验室条件下的科研成果转变为工业化生产的高性能产品，实现了技术突破，满足了煤矸石资源化、规模化、高值化综合利用需要，对推动我国煤炭企业的可持续发展和实现固体废弃物的资源化综合利用具有重要意义。