煤矸石（煤矿伴生废弃物，含 30%-60% 高岭土，杂质以碳、石英、铁钛氧化物为主）采用 “三级悬浮 + 回转窑” 煅烧高岭土，核心是先通过三级悬浮窑实现原料预热、脱杂（除碳 / 游离水）与初步煅烧，再通过回转窑完成深度煅烧与晶型优化，同时实现煤矸石 “固废资源化”。以下是详细工艺流程，按核心阶段拆解说明：

一、原料预处理：去除杂质，优化物料特性

煤矸石原矿杂质（碳、石英、铁矿物）含量高，需先预处理以保证后续煅烧效率与产品质量，此阶段是区别于 “纯高岭土煅烧” 的关键环节。

1. 粗破碎 - 中破碎 将大块煤矸石（直径 500-1000mm）破碎至 20-50mm，便于后续磨矿 颚式破碎机（粗破）+ 圆锥破碎机 / 反击式破碎机（中破） 破碎后粒度均匀，避免过碎（减少粉尘），中破后粒径≤30mm；

2. 洗选除碳 去除煤矸石中 5%-15% 的残留煤（碳会导致煅烧后产品发黑，降低白度），同时回收煤资源 跳汰机 / 重介质分选机（粗选）+ 浮选机（精选） 除碳率≥90%，洗选后煤矸石含碳量≤1%；废水循环利用（减少污染）；

3. 磨矿分级 将洗选后煤矸石磨至细粉，保证后续 “悬浮煅烧” 时物料能稳定悬浮，且粒径均匀（避免局部过热 / 煅烧不均） 球磨机（湿法 / 干法）+ 水力旋流器 / 旋风分级机（分级） 干法磨矿：成品细度控制在 -200 目占 90% 以上 （粒径≤74μm）；湿法磨矿：后续需脱水（压滤机）至水分 20%-25%；

4. 预干燥 若采用干法磨矿，需去除物料中游离水（水分过高会导致悬浮窑内结团，影响悬浮效果） 滚筒干燥机 / 闪蒸干燥机 干燥后物料水分≤2%，温度≤80℃（避免提前预热导致结块）；

5. 磁选预除铁 初步去除煤矸石中 Fe₂O₃、Fe₃O₄等铁矿物（铁会导致产品发黄，降低白度） 永磁筒式磁选机（粗选） 除铁率≥60%，铁含量降至 0.8% 以下（后续煅烧后需二次除铁）；

二、三级悬浮煅烧：预热 + 初步脱杂 + 浅度煅烧

三级悬浮窑是串联的 3 个立式悬浮煅烧室，利用热气流使物料呈 “悬浮态” 逆流接触，实现高效传热（传热效率是传统回转窑的 3-5 倍），主要完成 3 个核心任务：脱除游离水 / 结晶水、烧掉残余碳、初步转化高岭土晶型。

流程原理

物料从一级悬浮窑顶部进料，热烟气（来自回转窑尾气，温度 800-900℃）从三级悬浮窑底部进入，二者逆流接触，热量逐级传递，物料温度逐步升高，最终从三级悬浮窑底部排出（温度 700-800℃），烟气从一级悬浮窑顶部排出（温度 300-400℃，用于预热助燃空气或干燥原料）。

各悬浮室关键参数与功能

一级悬浮窑 300-400℃ 脱除物料中残留的游离水（水分从 2% 降至 0.5% 以下）；烧掉少量易挥发有机杂质 气流速度 10-12m/s（保证物料悬浮，不沉降）；停留时间 3-5s；

二级悬浮窑 500-600℃ 深度烧掉残余碳（含碳量从 1% 降至 0.2% 以下，避免后续回转窑结焦）；脱除部分结晶水 气流速度 12-14m/s；停留时间 5-8s；需监测尾气 CO 含量（≤500ppm，避免碳未燃尽）；

三级悬浮窑 700-800℃ 脱除高岭土大部分结晶水（高岭土：Al₂O₃・2SiO₂・2H₂O → 偏高岭土：Al₂O₃・2SiO₂ + 2H₂O↑）；初步软化硅质杂质 气流速度 14-15m/s；停留时间 8-10s；结晶水脱除率≥80%（避免回转窑负荷过大）；

关键设备与注意事项

设备：三级悬浮窑（材质为耐热钢，内衬耐火浇注料）、旋风分离器（回收悬浮窑排出的细粉，返回三级窑重新煅烧）；

风险控制：若气流速度过低，物料会沉降堵塞窑体；过高则物料停留时间不足，煅烧不充分，需通过流量计实时调节。

三、回转窑深度煅烧：晶型优化 + 杂质无害化

三级悬浮煅烧后的物料（偏高岭土，含少量未脱除结晶水及铁钛杂质）需进入回转窑，在高温（900-1050℃）、长停留时间（1-2h） 下完成深度煅烧，是决定产品白度、活性与纯度的核心环节。

流程与设备

进料与布料：三级悬浮窑排出的物料（700-800℃）从回转窑窑尾（高端） 进入，通过窑尾布料器均匀分布在窑内（避免局部堆积）；

窑体结构：回转窑为倾斜式（倾斜角度 3-5°）、圆筒形（直径 2.5-4m，长度 20-30m），内衬高铝耐火砖（耐高温、耐磨）；

加热方式：窑头（低端）设燃煤 / 燃气燃烧器，热烟气从窑头向窑尾流动（与物料逆流），窑内温度从窑尾（700℃）逐步升至窑头（1050℃）；

物料运动：窑体以 0.5-2r/min 的速度回转，物料在重力与窑壁摩擦力作用下向窑头缓慢移动，实现 “边滚动边煅烧”。

核心功能与参数控制

完全脱除结晶水 窑尾段（700-850℃） 延长停留时间（15-20min） 结晶水脱除率 100%，物料变为 “无水高岭土”

晶型优化 窑中段（850-950℃） 控制升温速率（5-10℃/min） 偏高岭土转化为稳定的 “煅烧高岭土”，活性提升（适合涂料、造纸应用）

杂质无害化 窑头段（950-1050℃） 通入少量煤粉（还原气氛） - 铁杂质：Fe₂O₃ → FeO（易后续磁选去除）；

尾气处理

回转窑排出的热烟气（800-900℃）先进入三级悬浮窑作为热源（节能），再经布袋除尘器（除尘效率≥99.9%）去除粉尘，最后经脱硫塔（若煤矸石含硫）脱除 SO₂，达标排放（粉尘浓度≤10mg/m³）。

四、冷却：控温防炸裂，回收热量

煅烧后物料从回转窑窑头排出时温度高达 800-1000℃，若直接冷却会因热胀冷缩导致颗粒炸裂（影响细度），需通过梯度冷却控制降温速率，同时回收热量。

设备：与回转窑配套的多筒冷却机（6-8 个冷却筒围绕中心轴，物料在筒内滚动冷却）；

流程：高温物料（800-1000℃）进入冷却机，与鼓入的冷空气逆流接触，冷却至 100℃以下；

热量回收：加热后的空气（300-400℃）作为回转窑燃烧器的助燃空气，降低燃料消耗（节能 15%-20%）；

控制要点：冷却速率≤50℃/min，避免急冷导致物料活性下降（若用于陶瓷领域，可适当急冷；用于涂料则需缓冷）。

五、研磨分级与提纯：优化粒度 + 去除杂质

冷却后的物料可能存在少量结块，需研磨至目标细度，同时进一步去除铁、硅等杂质，保证产品质量。

1. 粗碎解团 破碎冷却后的结块（粒径≤50mm） 锤式破碎机（内衬橡胶，避免铁污染） 破碎后粒径≤5mm；

2. 超细研磨 研磨至应用所需细度（不同领域要求不同） 气流磨（无介质研磨，避免污染）/ 陶瓷球磨机（研磨介质为氧化铝球） - 造纸填料：-325 目占 95% 以上（粒径≤44μm）；

3. 精细分级 去除研磨后的粗颗粒（避免影响产品均匀性） 气流分级机（精度高，分级效率≥90%） 粗颗粒（>325 目）返回研磨工序重新处理；

4. 二次除铁 深度去除研磨中带入的铁杂质（设备磨损） 高梯度磁选机（磁场强度 1.2-1.5T） 铁含量≤0.3%（白度≥85%；高白产品需≤0.1%，白度≥90%）；

5. 浮选提纯 去除石英、长石等硅质杂质（提升 Al₂O₃含量） 浮选机（捕收剂：脂肪酸类；调整剂：NaOH，pH=8-9） Al₂O₃含量从 30%-35% 提升至 35%-40%（达标高岭土标准）；

六、成品处理：脱水 + 干燥 + 包装

若浮选后物料水分较高（20%-30%），需脱水干燥至水分≤1%，避免储存时吸潮结块。

脱水：用厢式压滤机脱水，滤饼水分降至 15%-20%；

干燥：用喷雾干燥机（适合超细粉）或滚筒干燥机，干燥温度 150-200℃，水分控制在 0.5%-1%；

质量检测：检测白度（分光光度计）、Al₂O₃含量（X 射线荧光光谱）、粒度分布（激光粒度仪）、水分（烘干法）；

包装：用阀口袋（内衬 PE 膜，防吸潮）包装，每袋 25kg 或吨袋，储存于干燥通风仓库。

七、核心优势与关键控制点

1. 流程优势

固废资源化：将煤矸石（工业固废）转化为高价值煅烧高岭土（用于造纸、涂料、陶瓷），减少堆存污染；

节能高效：三级悬浮窑利用回转窑尾气预热，冷却机回收热量助燃，综合能耗比纯回转窑流程降低 25%-30%；

产品质量稳定：悬浮煅烧传热均匀，回转窑深度煅烧保证晶型，产品白度、活性优于传统单一设备煅烧。

2. 关键控制点

原料除碳率：需≥90%，否则会导致产品发黑；

悬浮窑气流速度：10-15m/s，保证物料悬浮不沉降；

回转窑温度：窑头≤1050℃（过高会导致高岭土过烧，失去活性）；

除铁效果：铁含量≤0.3%，直接影响产品白度（铁含量每降低 0.1%，白度提升 1%-2%）。

通过以上流程，煤矸石可转化为合格的煅烧高岭土产品，实现 “环保 + 经济” 双重效益，是当前煤矸石高值化利用的主流技术之一。