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特性，激活煤矸石的潛在膠凝活性，并通過合理配料、煅燒改性、粉磨適配等環節，生產出性能穩定的膠凝材料（可單獨作為膠凝材料或替代部分水泥熟料）。以下是詳細工藝流程、關鍵環節及技術要點：

一、工藝流程總覽

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

二、各環節詳細說明

1. 原料準備與預處理

核心目標：去除原料雜質、調整粒徑，為后續配料和懸浮煅燒奠定基礎。

主要原料：

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

輔助原料（按需添加）：石灰石（補充 CaO，調節鈣硅比 Ca/Si=1.0~1.5）、石膏（緩凝劑，后期添加）、工業廢渣（如礦渣、粉煤灰，優化膠凝性能）。

預處理步驟：

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

干燥：采用回轉烘干機或氣流干燥機，將煤矸石水分降至≤5%（避免煅燒時結露、影響懸浮穩定性）；

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

2. 配料均化

核心目標：精準控制原料化學組成，保證煅燒后產物活性均勻。

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

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，過量易生成游離 CaO 導致體積安定性不良）；

均化方式：

采用 “配料倉 + 螺旋輸送機 + 混合機” 系統，按比例連續配料；

料漿法（可選）：將原料加水制成料漿，通過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（核心環節）

核心目標：在高溫下使煤矸石的無定形 SiO?、Al?O?轉化為具有膠凝活性的晶體結構（如偏高嶺石、莫來石前驅體），同時去除殘留有機質和結晶水。

核心設備：循環流化床煅燒爐（CFB）或氣流懸浮煅燒爐（主流選擇，傳熱效率是傳統回轉窯的 3~5 倍）。

煅燒工藝參數：

煅燒溫度：850~1050℃（關鍵區間：900~950℃，溫度過低則活性未激活，過高易生成惰性莫來石導致活性下降）；

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

熱氣流來源：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（避免有機質不完全燃燒產生炭黑，影響膠凝材料強度）。

反應機理：

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

若添加石灰石，會同步發生 CaO 與 SiO?、Al?O?的固相反應，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：抑制活性礦物的晶化老化，快速收集煅燒產物。

急速冷卻：

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

收塵收集：

冷卻后的物料隨氣流進入旋風收塵器 + 布袋除塵器（二級收塵），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：調整熟料粒徑，優化顆粒級配，提升膠凝材料的水化活性和強度。

粉磨設備：立式磨、球磨機或超細粉磨機（根據成品細度要求選擇）；

粉磨參數：

成品細度：比表面積 350~500m2/kg（80μm 篩余≤5%，細度不足則水化速度慢，強度低；過細則需水量大，易開裂）；

改性添加劑（可選）：

緩凝劑：添加 3%~5% 石膏（二水石膏或無水石膏），調節水化速度，避免急凝；

增強劑：添加 0.5%~1% 三聚氰胺甲醛樹脂、聚羧酸系減水劑，提升強度和工作性；

復合改性：與礦渣粉、粉煤灰按比例混合粉磨，優化顆粒級配，降低水化熱。

6. 成品檢驗與儲存

檢驗指標：

物理性能：初凝時間≥45min，終凝時間≤10h；抗壓強度（3d≥15MPa，28d≥30MPa，具體按應用場景調整）；

化學性能：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》；

儲存：成品存入密閉料倉，防止吸潮結塊（吸潮會降低活性），采用螺旋輸送機或空氣輸送斜槽輸送至應用環節。

三、關鍵技術要點與優化方向

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

煅燒溫度控制：通過在線測溫系統實時調節燃料供給，避免溫度波動（±50℃以內）；

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

能耗優化：利用煅燒尾氣余熱預熱原料或干燥系統，降低單位產品能耗（懸浮煅燒能耗約為傳統回轉窯的 60%~70%）；

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

四、應用場景

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、免燒磚膠結料等；

固廢協同處置：可協同處理煤泥、污泥等有機廢物（利用煅燒高溫無害化處理），同時提升燃料利用率。

該工藝的核心優勢是高效活化、能耗低、環保性好，既實現了煤矸石的資源化利用，又降低了膠凝材料對水泥熟料的依賴，符合 “雙碳” 目標和固廢資源化政策導向。