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煤矸石綜合利用技術(shù)要求

更新時間:2008-12-26 10:21 來源: 作者: 閱讀:5675 網(wǎng)友評論0

一、煤矸石資源化利用的評價

煤矸石的性質(zhì)決定著煤矸石資源化的途徑,因此對煤矸石的組分及性質(zhì)進(jìn)行分析和評價,將有利于選擇最佳的資源化利用途徑,更好、更有效地利用煤矸石資源。

按照煤矸石的巖石特征分類,可以分成高嶺石泥巖(高嶺石含量>60%)、伊利石泥巖(伊利石含量>50%)、砂質(zhì)泥巖、砂巖及石灰?guī)r。主要利用途徑為:高嶺石泥巖、伊利石泥巖-生產(chǎn)多孔燒結(jié)料、煤矸石磚、建筑陶瓷、含鋁精礦、硅鋁合金、道路建筑材料;砂質(zhì)泥巖、砂巖-生產(chǎn)建筑工程用的碎石、混凝土密實骨料;石灰?guī)r-生產(chǎn)膠凝材料、建筑工程用的碎石、改良土壤用的石灰。

煤矸石中的鋁硅比(三氧化二鋁/二氧化硅)也是確定一般煤矸石綜合利用途徑的因素。鋁硅比大于05的煤矸石,鋁含量高,硅含量較低,其礦物成分以高嶺石為主,有少量伊利石、石英,質(zhì)點粒徑小,可塑性好,有膨脹現(xiàn)象,可作為制造高級陶瓷、煅燒高嶺土及分子篩的原料。

煤矸石中的碳含量是選擇其工業(yè)利用方向的依據(jù)。按煤矸石中碳的含量多少可分為四類:一類<4%,二類4~6%,三類6~20%,四類>20%。四類煤矸石發(fā)熱量較高(6270-12550千焦/千克),一般宜用作為燃料,三類煤矸石(2090-6270千焦/千克)可用作生產(chǎn)水泥、磚等建材制品,一類、二類煤矸石(2090千焦/千克以下)可作為水泥的混合材、混凝土骨料和其他建材制品的原料,也可用于復(fù)墾采煤塌陷區(qū)和回填礦井采空區(qū)。

在煤矸石的化學(xué)成分中,全硫含量一是決定了矸石中的硫是否具有回收價值,二是決定了煤矸石的工業(yè)利用范圍。按硫含量的多少也可將煤矸石分為四類:一類(05%,二類05~3%,三類3~6%,四類>6%。全硫量達(dá)6%的煤矸石即可回收其中的硫精礦,對于用煤矸石作燃料的要根據(jù)環(huán)保要求,采取相應(yīng)的除塵、脫硫措施,減少煙塵和二氧化硫的污染。

二、煤矸石發(fā)電

1煤矸石發(fā)電的技術(shù)要求

含碳量較高(發(fā)熱量大于4180千焦/千克)的煤矸石,一般為煤巷掘進(jìn)矸和洗矸,通過簡易洗選,利用跳汰或旋流器等設(shè)備可回收低熱值煤,供作鍋爐燃料。

發(fā)熱量大于6270千焦/千克的煤矸石可不經(jīng)洗選就近用作流化床鍋爐的燃料。煤矸石發(fā)電,其常用燃料熱值應(yīng)在12550千焦/千克以下,可采用循環(huán)流化床鍋爐,產(chǎn)生的熱量既可以發(fā)電,也可以用作采暖供熱。這部分煤矸石以選煤廠排出的洗矸為主。

煤矸石發(fā)電以循環(huán)流化床鍋爐為主要爐型。加入石灰石或白云石等脫硫劑,可降低煙氣中硫氧化物和氮氧化物的產(chǎn)生量。燃燒后的灰渣具有較高的活性,是生產(chǎn)建材的良好原料。今后發(fā)展以循環(huán)流化床鍋爐為主,重點推廣75噸/小時及以上循環(huán)流化床鍋爐,并完善、開發(fā)大型化的循環(huán)流化床鍋爐。

2煤矸石、煤泥混燒發(fā)電的技術(shù)要求

煤矸石發(fā)熱量4500一12550千焦/千克,煤泥發(fā)熱量8360一16720千焦/千克,煤泥的水分25-70%。混燒方式有煤矸石和煤泥漿、煤矸石和煤泥餅混燒,煤泥加入可以采用機械方式輸送、擠壓泵與管道混合輸送及泵送方式,鍋爐采用流化床和循環(huán)流化床。

三、煤矸石生產(chǎn)建筑材料及制品

1煤矸石制磚的技術(shù)要求

(1)煤矸石制燒結(jié)磚

利用煤矸石全部或部分代替粘土,采用適當(dāng)燒制工藝生產(chǎn)燒結(jié)磚的技術(shù)在我國已經(jīng)成熟,這是大宗利用煤矸石的主要途徑。生產(chǎn)燒結(jié)磚對煤矸石原料的化學(xué)組成要求:二氧化硅為55~70%,三氧化二鋁為15~25%,三氧化二鐵為2~8%,氧化鈣≤2%,氧化鎂≤3%,二氧化硫≤1%。可塑性指教 7~15,熱值為2090~4180千焦/千克,煤矸石的放射性符合GB9196一88標(biāo)準(zhǔn)。

煤矸石制燒結(jié)磚的工藝比粘土制磚工藝增加了一道粉碎工序。根據(jù)煤矸石的硬度和粒徑,可選用顎式或錘式破碎機、球磨機等分別進(jìn)行粗、中、細(xì)碎,并對原料進(jìn)行陳化,以增加塑性。

煤矸石燒結(jié)磚采用內(nèi)燃型,盡量避免超內(nèi)燃。煤矸石燒結(jié)磚多采用一次碼燒隧道窯,也可以來用輪窯等窯爐,并利用窯爐的余熱設(shè)立干燥室。其產(chǎn)品符合GB5101-93、GB6763-86標(biāo)準(zhǔn)。

(2)煤矸石制燒結(jié)空心磚

以煤矸石為主要原料,煤矸石化學(xué)成分同煤矸石制燒結(jié)磚,但對粉碎要求較高,水分一般在13-17%,利用高壓擠出機成型,隧道窯一次碼燒即成,產(chǎn)品質(zhì)量參照GB13544-92、GB13545一92和GB6763-86標(biāo)準(zhǔn)。

2煤矸石生產(chǎn)水泥的技術(shù)要求

(1)煤矸石代粘土燒制硅酸鹽水泥熟料

在燒制硅酸鹽水泥熟料時,摻入一定比例的煤矸石,部分或全部代替粘土配制生料。煤矸石主要選用洗矸,巖石類型以泥質(zhì)巖石為主,砂巖含量盡量少。所配生料的化學(xué)成分要滿足生產(chǎn)高質(zhì)量水泥熟料的要求,一些有害成分的含量必須控制在一定范圍內(nèi),產(chǎn)品應(yīng)符合GB175-92標(biāo)準(zhǔn)。

(2)以煤矸石作混合材磨制各種水泥

我國大多數(shù)過火矸以及經(jīng)中溫活性區(qū)煅燒后的煤矸石均屬于優(yōu)質(zhì)火山灰活性混合材,可摻入5%-50%的作混合材,以生產(chǎn)不同種類的水泥制品。用作水泥混合材的煤矸石要求是炭質(zhì)泥巖和泥巖、砂巖、石灰?guī)r(氧化鈣含量>70%),通常選用過火或煅燒過的煤矸石。煤矸石的活性應(yīng)符合 GBl2957-92標(biāo)準(zhǔn),放射性應(yīng)符合GB9196-88標(biāo)準(zhǔn),火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥應(yīng)符合GB1344-92標(biāo)準(zhǔn)。

3煤矸石制輕集料的技術(shù)要求

我國積存的煤矸石中有40%左右適合于燒制輕集料(稱為煅燒煤矸石輕集料),有10%左右的過火煤矸石經(jīng)破碎篩分即可制得輕集料(稱為自燃煤矸石輕集料)。

(1)煅燒煤矸石輕集料:由炭質(zhì)泥巖或泥巖類煤矸石經(jīng)破碎、粉磨、成球、燒脹、篩分而成。在燒制輕集料時,煤矸石中的二氧化硅在含量55 一65%、三氧化二鋁含量在13~23%為佳。對于易熔組分,氧化鈣加上氧化鎂的含量宜在1~8%,氧化鈉加上氧化鉀宜在25~5%,三氧化二鐵和碳是煤矸石中的主要膨脹劑,前者含量宜在4~9%,后者含量宜在2%左右。含碳量過高時,可采用洗選的方法脫碳,或采用配入不含或少含碳的矸石降低碳含量,也可采用在顆粉膨脹前進(jìn)行脫碳,燒掉多余的碳。

(2)自燃煤矸石輕集料

過火的煤矸石經(jīng)篩分得到輕集料。自燃煤矸石輕集料的生產(chǎn)可按JC/T541-94標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求進(jìn)行。自燃煤矸石輕集料的放射性要符合GB6763-86標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

4煤矸石輕集料混凝土小型空心砌塊的技術(shù)要求

以煤矸石輕集料(粗料25~30%,細(xì)料40~45%)為骨料,水泥(8~16%)為膠結(jié)料,加水(10~15%),并可加入少量外加劑,攪拌均勻后,經(jīng)振動成型、自然養(yǎng)護后即可制成煤矸石輕集料混凝土小型空心砌塊。這種砌塊的密度、強度、相對含水率、抗凍性、碳化系數(shù)、軟化系數(shù)等技術(shù)要求應(yīng)符合GB15229-94標(biāo)準(zhǔn)的要求;其放射性應(yīng)符合GB6763一86標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

5煤矸石加氣混凝土的技術(shù)要求

煤矸石加氣混凝土主要是以過火煤矸石等為硅鋁質(zhì)材料、水泥和石灰等鈣質(zhì)材料以及石膏為原料,按一定配比后,加水研磨攪拌成糊狀物,再加入鋁粉發(fā)泡劑,然后注入坯模,待坯體硬化后切割加工成型,再用飽和蒸汽蒸養(yǎng)而成。其產(chǎn)品主要有砌塊或板材兩種。對過火煤矸石的化學(xué)成分要求:二氧化硅 ≥50%;三氧化二鋁≥20%;三氧化二鐵≤15%,三氧化硫≤2%,燒失率小于10%。煤矸石加氣混凝土砌塊及板材的規(guī)格、質(zhì)量和技術(shù)要求要分別符合 GB11968-89標(biāo)準(zhǔn)和JC351-62標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

四、煤矸石復(fù)墾及回填礦井采空區(qū)

利用煤矸石作為復(fù)墾采煤塌陷區(qū)的充填材料,即可使采煤破壞的土地得到恢復(fù),又可減少煤矸石占地,減少煤矸石對環(huán)境的污染。一般用于復(fù)墾的煤矸石以砂巖、石灰?guī)r為主,采用推土機回填、壓實,根據(jù)不同的用途進(jìn)行處理,如作為耕種則進(jìn)行表面復(fù)土,作為建筑用地則要采取分層碾壓。

1復(fù)墾種植的技術(shù)要求

對停用多年并已逐漸風(fēng)化的煤矸石,進(jìn)行復(fù)墾后,可針對具體情況進(jìn)行綠化種植。先以草灌植物為主,然后再種喬木樹種,一般選擇抗旱、耐鹽堿、耐瘠薄的樹種。對表層已風(fēng)化成土的煤矸石復(fù)墾后,不需復(fù)土,可直接進(jìn)行植樹造林或開墾為農(nóng)田。但在種植農(nóng)作物前必須查明矸石中的有害元素含量。

2煤矸石作工程填筑材料的技術(shù)要求

煤矸石作填筑材料主要是指充填溝谷、采煤塌陷區(qū)等低洼區(qū)的建筑工程用地,或用于填筑鐵路、公路路基等,或用于回填煤礦采空區(qū)及廢棄礦井。

煤矸石工程填筑是以獲得高的充填密實度,使煤矸石地基有效高的承載力,并有足夠的穩(wěn)定性。要求煤矸石是砂巖、石灰?guī)r或未經(jīng)風(fēng)化的新矸石,施工通常采用分層填筑法,邊回填、邊壓實,并按照《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)施工規(guī)范》對填筑工程進(jìn)行質(zhì)量評價。

煤矸石用于礦井回填,通常采用水力和風(fēng)力充填兩種方法。水力充填(也稱水沙充填)是利用煤矸石進(jìn)行礦井回填的常用方法。如果煤矸石的巖石組成以砂巖和石灰?guī)r為主,在進(jìn)行回填時,需加入適量的粘土、粉煤灰或水泥等膠結(jié)材料,以增加充填料的粘結(jié)性和惰性;當(dāng)煤矸石的巖石組成以泥巖和炭質(zhì)泥巖為主時,則需加入適量的砂子,以增加充填料的骨架結(jié)構(gòu)和惰性。水力充填所需用的水,可采用廢礦井中或采煤過程中排出的廢水。填先后固液分離滲出的水還可以復(fù)用。

在“三下采煤”、煤柱回采時均可采用煤矸石回填技術(shù)。

五、回收有益礦產(chǎn)及制取化工產(chǎn)品

1從煤矸石中回收硫鐵礦的技術(shù)要求

對于含硫量大于6%的煤矸石(尤其是洗矸),如果其中的硫是以黃鐵礦的形式存在,且呈結(jié)核狀或團塊狀,則可采用洗選的方法回收其中的硫精礦。粗選設(shè)備主要是跳汰機、旋流器等,精選設(shè)備有淘汰盤、搖床等。選出硫精礦后的尾礦可用作制磚和水泥的原料。對于煤矸石中的大塊硫鐵礦石,也可采用手揀回收。對于煤矸石中含硫量較高的礦區(qū),在開采煤炭時,應(yīng)在可能的條件下,將高硫煤矸石與煤及其他矸石進(jìn)行分采、分運、分貯。

2制取鋁鹽的技術(shù)要求

利用煤矸石中含有的大量煤系高嶺巖,可制取氯化鋁。聚合氯化鋁、氫氧化鋁及硫酸鋁。對煤矸石原料的一般要求是:高嶺石含量在80%以上,二氧化硅在30~50%,三氧化二鋁在25%以上,鋁硅比大于068,三氧化二鋁浸出率大于75%,三氧化二鐵小于15%、氧化鈣及氧化鎂的含量均小于05%。應(yīng)創(chuàng)造條件對這類煤系高嶺巖與煤層進(jìn)行分采、分運,或從煤矸石中分選出來。

生產(chǎn)鋁鹽的工藝有酸溶-鹽基度調(diào)整法、酸溶-結(jié)晶氯化鋁法,可制得聚合氯化鋁、氯化鋁、氫氧化鋁以及副產(chǎn)品白炭黑、水玻璃等。

利用上述工藝中的酸渣(其主要成分是二氧化硅)與氫氧化鈉反應(yīng)即可生產(chǎn)水玻璃。以水玻璃和鹽酸等無機酸為原料,采用沉淀法,在一定溫度下完全反應(yīng)即可制得白炭黑。白炭黑主要用作工業(yè)填料。

六、煤矸石生產(chǎn)農(nóng)肥或改良土壤

1煤矸石制微生物肥料的技術(shù)要求

以煤矸石和廉價的磷礦粉為原料基質(zhì),外加添加劑等,可制成煤矸石微生物肥料,這種肥料可作為主施肥應(yīng)用于種植業(yè)。作為微生物肥料載體的煤矸石,其要求是:灰分≤85%,水分<2%,全汞3≤毫克/千克,全砷≤30毫克/千克,全鉛≤100毫克/千克,全鎘≤3毫克/千克,全鉻≤150毫克 /千克;煤矸石中的有機質(zhì)含量越高越好,磷礦粉的全磷含量應(yīng)>25%。

2煤矸石制備有機復(fù)合肥料的技術(shù)要求

有機質(zhì)含量在20%以上、PH值在6左右(微酸性)的碳質(zhì)泥巖或粉砂巖,經(jīng)粉碎并磨細(xì)后,按一定比例與過磷酸鈣混合,同時加入適量添加劑,攪拌均勻并加入適量水,經(jīng)充分反應(yīng)活化并堆漚后,即成為一種新型實用肥料。這種肥料中氮、磷、鉀元素含量不高,但有機質(zhì)和微量元素硼、鋅、鈷、錳等含量豐富,大量的磷酸鹽、銨鹽被煤矸石保持在分子吸附狀態(tài),營養(yǎng)元素更易被農(nóng)作物吸收,在2~3年內(nèi)均有一定的肥效。

3利用煤矸石改良土壤的技術(shù)要求

利用煤矸石的酸堿性及其中含有的多種微量元素和營養(yǎng)成分,可將其用于改良土壤,調(diào)節(jié)土壤的酸堿度和疏松度,并可增加土壤的肥效。具體實施時,要查明土壤的化學(xué)成分和性質(zhì),并在其中摻入一些有機肥料。在未制定污染控制標(biāo)準(zhǔn)前,應(yīng)參照GB8193-89標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

七、其他利用途徑

1生產(chǎn)鑄造型砂的技術(shù)要求

高嶺石含量在40%以上的泥質(zhì)巖石類煤矸石可作為生產(chǎn)鑄造型砂的原料。煅燒是生產(chǎn)鑄造型砂的技術(shù)關(guān)鍵。煅燒窯爐常采用立窯或倒焰窯。泥巖類煤矸石主要從泥巖含量相對較多的洗煤矸石、煤巷矸石和手選矸石中采用人工手揀的方法獲得。

2冶煉硅鋁鐵合金的技術(shù)要求

對于三氧化二鐵含量較高的煤矸石,可采用直流礦熱爐冶煉硅鋁鐵合金。所用煤矸石的化學(xué)成分:二氧化硅在20~35%,三氧化二鋁在 35~55%,三氧化二鐵在15~30%。入爐粒度在20~60毫米。為降低電耗,提高經(jīng)濟效益,煤矸石和鋁礬土應(yīng)以熟料的粉料與煙煤粉制成球團后再入爐冶煉。硅鋁鐵合金在煉鋼生產(chǎn)中主要用作脫氧劑。

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