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利用高碳高硫煤矸石制备高强陶粒研究

李晓兵,  马雯卓,  杨肖飞,  梁杰,  潘建,  朱德庆,  杨晓曼,  刘天文,  兰锦辉,  刘家军

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李晓兵, 马雯卓, 杨肖飞, 梁杰, 潘建, 朱德庆, 杨晓曼, 刘天文, 兰锦辉, 刘家军. 利用高碳高硫煤矸石制备高强陶粒研究[J]. 环境工程, 2025, 43(11): 187-195. doi: 10.13205/j.hjgc.202511021
引用本文: 李晓兵, 马雯卓, 杨肖飞, 梁杰, 潘建, 朱德庆, 杨晓曼, 刘天文, 兰锦辉, 刘家军. 利用高碳高硫煤矸石制备高强陶粒研究[J]. 环境工程, 2025, 43(11): 187-195. doi: 10.13205/j.hjgc.202511021
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LI Xiaobing, MA Wenzhuo, YANG Xiaofei, LIANG Jie, PAN Jian, ZHU Deqing, YANG Xiaoman, LIU Tianwen, LAN Jinhui, LIU Jiajun. Preparation of high-strength ceramsites from coal gangue with high carbon and sulfur content[J]. ENVIRONMENTAL ENGINEERING , 2025, 43(11): 187-195. doi: 10.13205/j.hjgc.202511021
Citation: LI Xiaobing, MA Wenzhuo, YANG Xiaofei, LIANG Jie, PAN Jian, ZHU Deqing, YANG Xiaoman, LIU Tianwen, LAN Jinhui, LIU Jiajun. Preparation of high-strength ceramsites from coal gangue with high carbon and sulfur content[J]. ENVIRONMENTAL ENGINEERING , 2025, 43(11): 187-195. doi: 10.13205/j.hjgc.202511021
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利用高碳高硫煤矸石制备高强陶粒研究

doi: 10.13205/j.hjgc.202511021

  • 1. 华电煤业集团有限公司, 北京 100035;

  • 2. 中南大学 资源加工与生物工程学院, 长沙 410083;

  • 3. 中南大学 低碳与氢冶金研究中心, 长沙 410083;

  • 4. 华电煤业集团数智技术有限公司, 北京 102400;

  • 5. 北京中宏联工程技术有限公司, 北京 100080

基金项目: 

广西重点研发计划（AA24206042）；中南大学研究生科研创新项目（自主探索类）（2024ZZTS0380）

详细信息
    作者简介:

    李晓兵，男，高级工程师，主要研究方向为煤炭及其固废利用。1034119555@qq.com

    通讯作者:

    马雯卓，女，博士生，主要研究方向为固废资源化利用。wenzhuoma@csu.edu.cn

    潘建，男，教授，主要研究方向为固废资源化利用。pjcsu@csu.edu.cn

Preparation of high-strength ceramsites from coal gangue with high carbon and sulfur content

  • 1. Huadian Coal Industry Group Co., Ltd., Beijing 100035, China;

  • 2. School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China;

  • 3. Low carbon and hydrogen Metallurgy Research Center, Central South University, Changsha 410083, China;

  • 4. Huadian Coal Industry Group Intelligence Technology Co., Ltd., Beijing 102400, China;

  • 5. Beijing Zhonghonglian Engineering Technology Co., Ltd., Beijing 100080, China

    摘要
  • 摘要: 煤矸石是我国堆存量最大的固体废弃物，未经处理大量堆放会带来诸多环境问题。大宗化、高值化处理煤矸石刻不容缓。研究以高碳高硫煤矸石为原料，采用火法自热脱碳、反浮选脱碳工艺对其进行脱碳、脱硫，并采用煤矸石原矸和两种脱碳煤矸石制备陶粒，通过调整原料配比、生坯制备参数和陶粒烧制参数，系统研究高强建筑陶粒的制备工艺及性能特点。研究表明：与煤矸石原矸和火法自热脱碳煤矸石相比，反浮选脱碳煤矸石更适合制备陶粒。最佳造球参数为造球时间8 min、生坯水分14.0%、原料粒径<0.074 mm的颗粒占比为70%，此时生坯的落下强度、抗压强度、爆裂温度分别为>20次/0.5 m、20 N/个、335 ℃，干坯抗压强度为68 N/个。干坯在1125 ℃下焙烧25 min得到高强陶粒，其堆积密度、表观密度、吸水率、筒压强度和抗压强度分别为884 kg/m3、1667 kg/m3、8.24%、7.49 MPa和2541 N/个，符合GB/T 17431.1—2010 《轻集料及其试验 方法 第1部分：轻集料》中900级高强陶粒的要求。该研究可为高硫高碳煤矸石的资源化利用提供理论支持和实践依据，有助于推动固体废弃物的高值化利用。
    Abstract: Coal gangue is the largest solid waste in China. A large amount of untreated coal gangue will bring about many environmental problems. So it is urgent to deal with coal gangue in bulk and at high value. In this study， high-carbon and high-sulfur coal gangue was used as raw material to decarbonize and desulfurize， and raw coal gangue and two kinds of decarbonized coal gangues were used to prepare ceramsite， namely. By adjusting the raw material ratio， preparation parameters of green pellets， and firing parameters of ceramsite， the preparation process and performance characteristics of high-strength ceramsite were systematically studied. The research showed that the reverse flotation decarbonized coal gangue was more suitable for preparing ceramsite than raw coal gangue and self-heating decarbonized coal gangue. The optimal pelleting parameters were as follows： pelleting time of 8 minutes， green moisture of 14.0%， and the proportion of raw material -0.074 mm particles of 70%. Under this condition， the falling strength， compressive strength， and bursting temperature of green pellets were more than 20 times/0.5 m， 20 N/pellet， 335 ℃， and the compressive strength of dry pellets was 68 N/pellet. The high-strength ceramsites were obtained by roasting at 1125 ℃ for 25 min. The bulk density， apparent density， water absorption， cylinder compressive strength， and cold compressive strength were 884 kg/m3， 1667 kg/m3， 8.24%， 7.49 MPa， and 2541 N/pellet， respectively， meet the requirements of 900 grade high-strength ceramsites. The research provides theoretical support and a practical basis for the resource utilization of high-sulfur and high-carbon coal gangue， which is helpful in promoting the high-value utilization of solid waste.
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-01-08
  • 录用日期:  2025-03-15
  • 修回日期:  2025-02-24
  • 网络出版日期:  2026-01-09

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