引 言

各种煤矸石

煤矸石作为煤炭开采与洗选过程中产生的固体废弃物，长期以来因堆积占用土地、污染环境而备受诟病。然而，通过高温煅烧技术，部分煤矸石可转化为焦宝石——一种具有高耐火度、低气孔率的优质耐火材料原料，广泛应用于冶金、陶瓷、航天等领域。本文将从矿物组成、杂质含量、煅烧性能指标及工艺优化等维度，解析适合煅烧焦宝石的煤矸石特性，并探讨其资源化利用的创新路径。

煅烧后的焦宝石

矿物组成：高岭石含量决定焦宝石品质

焦宝石本质是硬质高岭土经高温煅烧后的产物，其核心矿物组成为高岭石（Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O），理想状态下Al₂O₃与SiO₂含量可达80%-90%。因此，适合煅烧的煤矸石需满足以下条件：

1. 高岭石主导：高岭石含量越高，煅烧后生成的莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）和方石英（SiO₂）越多，耐火性能越优。研究表明，高岭石含量超过60%的煤矸石，煅烧后莫来石相占比可达50%以上，体积密度提升至2.55g/cm³以上。

2. 铝硅比（A/S）：Al₂O₃含量宜在35%-40%，SiO₂含量45%-50%，铝硅比接近0.85（理论值）。例如，山西、内蒙古等地的煤矸石Al₂O₃含量普遍在36%-38%，SiO₂为42%-44%，经煅烧后Al₂O₃可提升至44%-46%，符合焦宝石行业标准。

通过成分检测，确定它的Al₂O₃和SiO₂的含量

3. 其他矿物限制：伊利石、蒙脱石等黏土矿物会降低烧结性能，需控制其含量；石英、长石等杂质应通过物理分选（如重选、磁选）去除。

杂质含量：铁钛钙镁是关键控制指标

煤矸石中的杂质会显著降低焦宝石的耐火度和高温稳定性，需严格控制以下成分：

1. 铁钛氧化物：Fe₂O₃和TiO₂是主要染色杂质，二者总和应低于2%。其中，Fe₂O₃含量需≤1%，否则煅烧后产品会出现红褐色斑点，耐火度下降至1650℃以下。例如，某矿区煤矸石Fe₂O₃含量从1.5%降至0.8%后，耐火度从1620℃提升至1730℃。

煤矸石Fe₂O₃含量大，煅烧前后对比

2. 碱性氧化物：CaO、MgO、Na₂O、K₂O等会降低烧结温度，导致产品软化。CaO含量应≤2%，Na₂O+K₂O≤1%。例如，CaO含量从3%降至1%时，荷重软化温度（RUL）从1300℃提升至1450℃。

3. 硫与碳：硫（以FeS₂形式存在）在煅烧过程中释放SO₂，腐蚀设备；碳含量过高会导致“黑心料”。预处理阶段需通过酸洗、脱碳工艺将硫含量降至0.5%以下，碳含量≤1%。

煤矸石含碳量大，煅烧后的黑心料

煅烧性能指标：高温淬炼后的“硬实力”

煅烧后的焦宝石需满足以下性能要求：

1. 体积密度与气孔率：优质焦宝石体积密度≥2.55g/cm³，显气孔率≤5%。例如，采用分段控温煅烧（1250-1350℃），将煤矸石体积密度从2.3g/cm³提升至2.6g/cm³，气孔率从8%降至3%。

2. 耐火度与荷重软化温度：耐火度≥1750℃，荷重软化开始温度（RUL）≥1450℃。例如，Al₂O₃含量44%的焦宝石，耐火度可达1780℃，RUL为1480℃，满足水泥窑、玻璃窑等高温设备需求。

3. 抗热震与抗侵蚀性：经1000℃水冷循环10次后，质量损失≤5%；在碱性渣（如CaO含量30%）中浸泡24小时，侵蚀深度≤2mm。

工艺优化：从原料到成品的“蜕变密码”

1. 预处理技术：

物理分选：通过颚式破碎机破碎至5-10mm，跳汰机重选去除低密度杂质，磁选机分离含铁矿物。

化学提纯：酸洗（HCl或H₂SO₄）去除Fe、Ti氧化物，超声预处理加速矿物溶解，提升反应活性。

2. 煅烧工艺：

分段控温：脱水段（室温-600℃）、脱碳段（600-900℃）、烧结段（900-1350℃），确保碳完全燃烧，避免“黑心料”。

避免黑心料

窑炉选择：竖窑煅烧，对料块的大小要求比较严格，烧窑水平的高；隧道窑能耗低（约227kg标煤/吨），适合大规模生产；梭式窑可精准控温，成本高，生产高端焦宝石。

3. 改性与应用：添加1%-3%的工业氧化铝或硅微粉，可提高莫来石相占比10%-15%，降低方石英含量，提升热稳定性。

环保与经济效益：固废资源化的“双赢之道”

1. 生态效益：每利用1万吨煤矸石，可减少土地占用约500平方米，降低SO₂排放20吨，CO₂减排1200吨。

2. 经济效益：焦宝石市场价格约800-1200元/吨，替代天然铝矾土可降低成本30%。例如，山西某企业年处理煤矸石50万吨，年产值达4亿元，同时节省土地复垦费用2000万元。

3. 政策支持：国家《耐火材料行业规范条件》明确鼓励煤矸石综合利用，符合条件的企业可享受税收减免和绿色信贷。

结 语

从“黑色矸石”到“白色宝石”，煤矸石的资源化利用不仅破解了固废难题，更开辟了耐火材料产业的新赛道。未来，随着超细粉碎、智能分选、低碳煅烧等技术的突破，煤矸石焦宝石有望在高端耐火材料、新能源电池等领域实现更大价值，为“无废城市”建设和“双碳”目标贡献力量。