煤矸石与无机混凝剂

以煤矸石为原料制备液体聚合氯化铝(LPAC)混凝剂研究的开题报告1.选题背景液体聚合氯化铝(LPAC)是目前水处理领域中应用最广泛的混凝剂之一。

其作用是使悬浮在水中的固体颗粒自聚形成较大的絮凝物，从而达到过滤除杂效果。

现在市场上的LPAC大多数是通过化学合成得到的，其主要原料是铝矾土、氢氧化铝等，成本相对较高。

因此，寻找一种成本低廉、可持续利用的原料来制备LPAC成为一种新的选择。

煤矸石是煤矿开采和加工产生的废弃物，主要组成为煤层、泥炭及富含矿物质的岩层和土石堆积，是一种资源丰富且容易获取的原料。

近年来，煤矸石被广泛用于深加工、建材等领域，但其应用在水处理领域仍较少研究。

因此，本次研究旨在利用煤矸石制备LPAC混凝剂，降低其制备成本，提高对产业废弃物的资源化利用。

2.研究内容和方法本次研究的主要内容是以煤矸石为原料，通过化学合成的方法制备LPAC混凝剂，研究其物化性质以及混凝效果，并将其与现有的混凝剂进行比较分析，探究其在水处理领域中的应用前景。

具体的研究方法如下：（1）选取煤矸石为原料，采用化学合成的方法进行制备；（2）通过SEM等表征方法，研究LPAC混凝剂的粒径分布、形态等物理性质；（3）采用浊度法、COD等理化指标对LPAC混凝剂的混凝作用进行评价，并比较不同混凝剂的混凝效果；（4）探究LPAC混凝剂在不同条件下的最佳用量，研究其最佳pH值、温度等因素对其混凝效果的影响；（5）对LPAC混凝剂的安全性和环境友好性进行评估。

3.研究意义和预期成果本研究旨在寻找一种低成本、可持续利用的原料制备LPAC混凝剂，提高对产业废弃物的资源化利用率，降低制备LPAC混凝剂的成本，并探究其在水处理领域中的应用前景。

其预期成果如下：（1）成功用煤矸石为原料制备出LPAC混凝剂；（2）对LPAC混凝剂的物化性质和混凝效果进行评价；（3）比较LPAC混凝剂和现有混凝剂在混凝效果和成本方面的优势；（4）研究LPAC混凝剂在不同条件下的最佳用量，探究其在不同pH值、温度等因素下的混凝效果；（5）进行LPAC混凝剂的安全性和环境友好性评估。

工业固体废物的资源化技术7.1 概述近年来，我国的工业固体废物的组成比例较为稳定，但是产量和贮存量逐年增加。

2013年，我国一般工业固体废物产量为32.77亿吨，约为2003年总产量的3倍，其中综合利用量为20.59亿吨。

目前，发达国家的循环利用率超过了80％，国内的利用率也在提升，不过和发达国家的差距还是较大的。

至2013年，我国的工业固体废物综合利用效率约为63%，但由于工业废物受工业生产过程等因素的影响，成分常有变化，仍有超过60亿吨的工业固体废物无法处置，并被丢弃，或者散乱堆存于荒地，浪费资源，侵占了土地，加大了环境治理负担，给处理和利用造成困难。

这些属于“二次资源”的工业固体废物，虽然不再具备直接使用的价值，但是通过回收、分选与加工，可以获得新的使用价值，因此，大力发展工业固体废物的资源化进程是至关重要的。

如果能提高固体废物的回收资源化利用率，能明显地增加经济效益和社会效益。

工业固体废物种类繁多，数量巨大，主要包括钢铁废渣、有色金属废渣、化工废渣、旧混凝土、碎砖瓦、废钢筋、废竹木、废玻璃、废弃土、废沥青等。

工业废物的资源化途径主要集中在直接回收循环利用，回收或利用其中的有用成分，用于筑路、筑坝等建筑工程，以及用于生产农肥和土壤改良等，如化工碱渣回收技术、磷石膏制硫酸联产水泥技术、煤矸石硬塑和半硬塑挤出成型转化技术、煤矸石和煤泥混烧发电、纯烧高炉煤气发电等。

一些工业废物已制成多种产品，如制成水泥、混凝土骨料、砖瓦、纤维、铸石等建筑材料；提取铁、铝、铜、铅、锌等金属和钒、铀、锗、钼、钪、钛等稀有金属；制造肥料、土壤改良剂等。

钢铁废渣可以回收利用铁、锰、钒、铬、铜等金属和非金属元素，用作建筑和道路材料、回填材料。

有色金属废渣中，除一种主要金属外，一般还伴有其他金属矿物或有用成分，可以回收利用这些金属矿物或有用成分，作为二次资源开发和利用。

化工废渣中，有相当一部分组分是未反应的原料和副产品，无害部分可以作为制砖、水泥的原料。

混凝土中添加煤矸石的标准化应用随着城市化的不断发展和建筑业的蓬勃发展，混凝土的用量和需求不断增加。

但是，由于混凝土中使用的原材料种类有限，难以满足建筑业的快速发展需求，因此需要寻找新的原材料来替代传统的混凝土原材料。

煤矸石是一种常见的废弃物，它具有良好的物理和力学性能，可以作为混凝土原材料的替代品。

本文旨在探讨混凝土中添加煤矸石的标准化应用。

一、煤矸石的特性煤矸石是指煤炭开采和加工过程中产生的废弃物，具有以下特性：1.化学成分：煤矸石主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等成分组成，其中SiO2和Al2O3是煤矸石中的主要成分。

2.物理性质：煤矸石的密度通常在2.0~2.8g/cm3之间，粒径分布范围广，一般为0.1~100mm。

3.力学性能：煤矸石具有较高的强度和硬度，可以作为混凝土中的骨料。

4.化学和物理稳定性：煤矸石在化学和物理环境下具有较好的稳定性，可以保证混凝土的耐久性。

二、混凝土中添加煤矸石的标准化应用1.煤矸石的选用在混凝土中加入煤矸石时，需要考虑以下因素：（1）煤矸石的物理和力学性质符合标准要求。

（2）煤矸石的粒径、分布范围和含量需要控制在合理范围内，以保证混凝土的强度和耐久性。

（3）煤矸石的含水率需要严格控制，以保证混凝土的性能稳定。

2.煤矸石的加工和质量控制在混凝土中添加煤矸石时，需要对煤矸石进行加工和质量控制，以保证混凝土的性能。

（1）加工：煤矸石需要经过破碎、筛分、洗涤等加工过程，以控制其粒径、含水率和杂质含量。

（2）质量控制：需要对煤矸石的物理、化学和力学性质进行测试，以保证其符合标准要求。

3.混凝土的配合比设计在混凝土中添加煤矸石时，需要根据煤矸石的物理和力学性质，设计合理的配合比，以保证混凝土的性能。

4.混凝土的试验和评价在混凝土中添加煤矸石后，需要进行试验和评价，以评估煤矸石对混凝土性能的影响，包括强度、耐久性、抗渗性等。

5.标准化应用在混凝土中添加煤矸石的标准化应用需要制定相关标准，包括煤矸石的选用、加工和质量控制、混凝土配合比设计、试验和评价等方面的标准。

用煤矸石制备三种凝聚剂矸石是目前中国排放量最大的工业固体废弃物之一，每年排放近1×108t，约占煤炭年产量的10%左右,目前已累计堆积30×1O8t以上。

由于煤矸石的主要成分是高岭石、蒙脱石、伊利石等矿物质，其主要化学成分为SiO2、AlO3、Fe2O3和MgO，因此，用煤矸石制备化学混凝剂也是一条经济有效的利用途径。

制备聚合氯化铝1)粉碎焙烧:将煤矸石粉碎(8mm以下)后进行焙烧，温度控制在600~800℃,这样可以保证煤矸石中的Al2O3有较高的溶出率。

2）细碎酸溶:将焙烧后的煤矸石粉碎至60目左右，用质量浓度为20%的盐酸在100~110℃（常压）的条件下连续酸溶。

酸溶设备采用四釜，用蒸汽直接加热，酸溶过程中要用空压搅拌，溶出液用混凝剂沉淀法进行渣液分离。

沉淀时间3~4h。

3）浓缩结晶:将酸溶母液送入搪瓷釜内，在负压状态下用蒸汽加热进行浓缩，当母液浓缩蒸发掉45%~50%时，停止加热浓缩。

然后出料经滞流槽冷却过滤后可得结晶AlCl3，一般浓缩时间为10h。

4）沸腾热解:将结晶的AlCl3在170~180℃条件下进行热分解，使产品碱化度控制在70%~75%。

5）配水聚合:加水溶解热解后的AlCl3，溶解过程中要不断搅拌，溶液由稀变稠，到一定浓度后进行风干，最后便制得固体聚合氯化铝。

用煤矸石生产1t聚合氯化铝的成本约 750元，产品售价约为1500元/t。

制备聚硅酸铝1)AlCl3的制备：煤矸石经粉碎——焙烧——细碎——酸溶——沉降过滤工艺处理后，所得滤液就是AlCl3溶液。

各工艺过程的控制条件与前一款中的工艺相同。

2)Na2SiO3的制备：将生产AlCl3的滤渣(主要成分为SiO2)与NaOH按一定比例配成料装送入反应釜中进行反应，反应完毕后过滤并去除不溶物，所得滤液即为Na2SiO3水溶液。

3)聚硅酸制备：用一定浓度的工业盐酸对Na2SiO3进行酸化，便可得到硅酸，将硅酸在一定条件下聚合，即可得到聚硅酸水溶液。

无机高分子絮凝剂及其应用XXXXXXX 某某混凝剂是混凝技术之中最重要的关键之所在,主要分为无机混凝剂和有机混凝剂两大类。

而由于具有毒性较低,价格较为便宜,原料容易获取,容易贮存等很多优点无机混凝剂因而在混凝技术中占据着极其重要的位置。

无机混凝剂的种类较少,主要分为铝和铁的盐类及其水解聚合产物,已经发展很完善成熟并且已经具有公认的产品代表,其中传统的小分子混凝剂如硫酸铝、氯化铁等由于投量大、处理成本高已逐渐被新型的无机高分子混凝剂所代替[1]。

无机高分子混凝剂(Inorganic Polymer Flocculation,IPF)以其投药量少、无毒或低毒、价廉和处理效果好等优点,越来越受到人们的重视,逐渐成为给水、工业废水和城市污水处理的主流混凝剂,被称为第二代混凝剂。

目前应用比较多的还是聚铝、聚铁两大系列,如PAC、PFC等,但是新型的聚硅、聚磷和聚硫也不断面世,并显现出不凡的混凝效果,如聚硅酸铝、聚磷酸铁等。

因此,无机高分子混凝剂呈现多品种、多组份和多功能的发展趋势。

1.1 常规绿铁系类(1)聚合氯化铝(PAC)聚合氯化铝自60年代日本问世以来,发展迅速,成为国际公认的一种优良净水剂。

它具有混凝效果好、用量少、絮体沉降快、使用范围广等优点。

试验证明,用混凝法处理石油化工废水时,聚合氯化铝较之传统的混凝剂如硫酸铝、甚至聚铁其絮凝性能好,所需药剂投放量少,有利于后处理,而且去除率高,对原水pH值影响小,可作为石化污水回收处理的混凝剂。

潘碌亭[2]等人对PAC在印染废水中的应用进行了研究,当其投加量700-900mg/L时,pH控制在5.4-6.6时,脱色率可达93%,且较其它絮凝剂产生的矾花大,沉降速度快。

(2)聚合硫酸铝铁(PAFS)骆丽君[3]研究了PAFS和PAM 组合对造纸废水的混凝处理,表明在溶液pH 值为5,PAFS投加量为1000mg/L,PAM 的用量为2.5mg/L,温度为20℃,搅拌时间20min 时,COD的去除率可达80%左右。

实验四-无机混凝剂的制备实验目的本实验的目的是研究无机混凝剂的制备方法，探究其对废水的处理效果，并学习化学实验常见的化学计量学原理。

实验原理混凝是指在液体中加入化学混凝剂，使悬浮在水中的浑浊物质凝聚成大块，形成比较大的沉淀或浮渣，以便于后续的分离、过滤等处理过程。

混凝剂可分为有机混凝剂和无机混凝剂。

在本实验中，我们将制备一种无机混凝剂——聚氯铁。

聚氯化铁是以铁为主要成分的混凝剂，具有成本低、处理效果好等优点，广泛应用于废水处理行业。

其制备方法主要有两种：反应釜法和三一法。

本实验采用反应釜法制备聚氯铁。

实验材料•食盐(NaCl): 1kg•氢氧化钠(NaOH): 500g•氯化铁(FeCl3): 500g•醋酸: 250mL实验步骤1.原料预处理将食盐用温水反复洗净，去除杂质，晾干备用。

2.制备纯碱溶液取20g氢氧化钠粒子放入250mL烧杯中，加入175mL蒸馏水。

用玻璃棒慢慢搅拌至溶解。

将溶液分装到150mL烧杯中，备用。

3.溶解氯化铁取100g氯化铁加入800mL蒸馏水，加热搅拌溶解，加快溶解速度。

待溶液冷却至室温后，用滤纸过滤掉杂质，得到无杂质的氯化铁溶液。

4.制备聚氯铁取10g纯碱溶液，加入100g食盐，搅拌至食盐完全溶解。

将溶液倒入聚氯铁反应釜中，加入20g氯化铁溶液，调节反应釜内化学计量比例至Fe/Cl=1:3。

将反应釜密封，加热搅拌，控制反应温度在60-70℃之间。

在反应过程中，观察溶液颜色由浅黄色逐渐转变为暗褐色（大约需要1个小时左右）。

待反应完成后，关闭釜内火源，放气排压。

釜内会出现一层红褐色的聚氯铁胶状物。

5.洗涤将釜内的混凝胶状物用蒸馏水洗涤2-3次，每次洗涤后用滤纸将废液过滤掉。

6.二次加工将洗涤后的聚氯铁混凝剂均匀地放置在通风良好的地方，晾干即可。

实验结果分析将实验得到的聚氯铁混凝剂添加入废水中，搅拌后静置2小时，经过滤液处理后可得到清澈透明的水。

说明聚氯铁混凝剂可以有效地处理废水，净化水质。

第三章混凝剂的种类1.混凝剂的分类若要取得好的混凝效果，应选择适宜的混凝剂与助凝剂。

混凝剂、助凝剂应具有使用方便、价格低廉、货源充足等优点。

混凝剂的种类很多，按其化学成分可分为无机混凝剂、有机混凝剂两大类。

（1）无机混凝剂①铝盐混凝剂如硫酸铝、明矾、聚合氯化铝等。

铝盐混凝剂具有腐蚀性小、净化效果、使用方法等优点。

但水温低时，硫酸铝水解困难，形成的絮凝体较松散。

效果不如铁盐。

值得注意的是聚合氯化铝为一种无机高分子混凝剂，又称碱式氯化铝，简称为PAC，这种聚合铝的优点是矾花形成块，粒重易沉淀，投量比硫酸铝低。

②铁盐混凝剂如三氧化铁、硫酸亚铁、聚合铁等。

铁盐混凝剂所形成的矾花较重，易沉淀，处理低温浊水的效果比铝盐好。

但三氧化铁的腐蚀性较大，出水含铁量较高。

硫酸亚铁又称绿矾，价廉，货源充分，但混凝效果不如三价铁盐。

因此，在使用硫酸亚铁是把二价铁氧化为三价铁，以增强混凝效果。

聚合铁是一种无机高分子混凝剂，其净化效果比三氧化铁、硫酸亚铁的效果好。

铁盐混凝剂的PH使用范围较宽，在5~11之间。

③镁盐混凝剂如硫酸镁、碳酸镁等。

镁盐等混凝剂的特点是形成的絮凝体比铝盐的还重，容易沉淀，而且可以重复利用。

但因镁盐的价格较贵，国内很少采用。

目前应用最广的是铝盐混凝剂和铁盐混凝剂。

（2）有机混凝剂可分为有机合成高分子混凝剂和天然高分子絮凝剂两大类。

①有机合成高分子混凝剂一般都是水溶性的线型高分子聚合物，它呈链状，并由很多链节组成，每一链节为一化和单体，各单体以共价键结合。

聚合体的分子量是各单体的分子量的总和，单体的总数称聚合度。

高分子混凝剂的聚合度即指链节数，高聚合物的相对分子质量高达150万~160万。

按照高分子聚合物在水中离解的情况，可分为阳离子型、阴离子型、非离子型。

在我国使用最多的高分子混凝剂是聚丙烯酰胺（PAM），它是非离子型聚合物，相对分子量在15万以上。

商品浓度一般为8%，使用时，一般控制水浓度在30%~40%较好。

高效无机絮凝剂
高效无机絮凝剂通常是指在水处理中用于去除悬浮物、浊度和其他杂质的化学物质。

这些剂通常包括多种无机化合物，如铝盐、铁盐等。

它们的作用是将水中的微小颗粒聚集成较大的团块，便于过滤或沉淀，从而使水变得清澈透明。

常见的高效无机絮凝剂包括：
1. 氢氧化铝（Al(OH)3）：常用于处理含有碱性污染物的水，如含有碱性沉积物的废水。

2. 硫酸铝（Al2(SO4)3）：适用于处理含有浮游悬浊物的水，如河水或湖水。

3. 氢氧化铁（Fe(OH)3）：对于含有重金属离子的水具有较好的去除效果。

4. 氯化铁（FeCl3）：常用于处理含有有机污染物的水，如工业废水。

这些无机絮凝剂通常以液体或粉末形式提供，根据水质特性和处理需求，可以选择合适的剂型和用量。

在使用时，需要根据具体情况调整剂量和操作条件，以达到最佳的絮凝效果。

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第49卷第10期2021年5月广㊀州㊀化㊀工Guangzhou Chemical IndustryVol.49No.10May.2021煤矸石精细化利用的研究李朋辉,任㊀辉(陕西煤田地质化验测试有限公司,陕西㊀西安㊀710054)摘㊀要:煤矸石是采煤及洗煤过程中排放的固废物,随着煤炭入洗率的提高,产量大幅增加㊂大量矸石堆积不仅危害环境,而且浪费资源,如何精细化利用煤矸石迫在眉睫㊂通过对煤矸石性质的分析,探讨煤矸石的综合利用方式,综述了我国煤矸石利用的研究现状,提出了煤矸石综合㊁高效㊁精细化利用的途径㊂此外,由于不同矿区煤矸石的性质差异,难以实现工业化利用,为了解决这一瓶颈,本文提出了一种不同矿区矸石混合精细化利用的研究思路㊂关键词:煤矸石;综合利用;精细化;利用现状㊀中图分类号:TQ53㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-9677(2021)010-0027-03㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第一作者:李朋辉(1992-),男,助理工程师,主要从事煤炭检测工作㊂Study on Fine Utilization of Coal GangueLI Peng -hui ,REN Hui(Shaanxi Coalfield Geological Laboratory Test Co.,Ltd.,Shaanxi Xi an 710054,China)Abstract :Coal gangue is the solid waste discharged during coal mining and coal washing.With the increase of coal washing rate,the output increases greatly.A large amount of waste is not only harmful to the environment,but also a waste of resources.How to refine the use of coal gangue is imminent.Based on the analysis of the properties of coal gangue,the comprehensive utilization mode of coal gangue was discussed,the research status of coal gangue utilization in China was summarized,and the ways of comprehensive,efficient and fine utilization of coal gangue were put forward.In addition,due to the different nature of coal gangue in different mining areas,it was difficult to realize industrial utilization.In order to solve this bottleneck,a research idea of fine utilization of mixed gangue in different mining areas was put forward.Key words :coal gangue;comprehensive utilization;refinement;utilization status‘煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)“提出,推进煤炭洗选和分质利用㊁煤矿废弃物资源化利用等示范,达到煤炭的清洁高效利用㊂到2020年,原煤入选率达到80%以上,煤矸石综合利用率不低于80%,推进废弃物资源化利用,减少污染物排放,加大煤矸石㊁煤泥㊁煤矿瓦斯㊁矿井水等资源化利用的力度㊂我国煤矸石产生量约占煤炭开采量的10%~15%,目前已形成1500座矸石山,贮存煤矸石超过30亿吨㊁占地近30万亩,煤矸石一般露天堆放,风化分解产生大量酸性或重金属水,下渗污染地下水,外流导致地表水污染,近1/3的煤矸石含有硫铁矿和含碳物,易发生自燃产生有毒有害气体,严重污染环境,煤矸石堆放不仅对煤矿自然景观造成一定的影响,有时还会产生滑坡和泥石流等自然灾害,因此煤矸石资源精细化利用问题迫在眉睫[1-4]㊂1㊀物化性质及化学成分煤矸石是在掘进㊁开采和洗煤过程中排出的固废物,与煤系地层共生,主要是碳质㊁泥质和砂质页岩组成的混合物,具有低发热值㊂由于所处地质的年代及层位不同,导致不同矿区的煤矸石的矿物组成及化学成分等性质差异较大㊂煤矸石的化学成分比较复杂,主要含有Si 和Al 等,此外还有少量的Ni㊁B㊁Be 等稀有元素,这些元素主要以氧化物的形式存在,例如SiO 2㊁Al 2O 3㊁Fe 2O 3㊁CaO㊁MgO㊁Na 2O㊁K 2O 等㊂煤矸石的化学组成差异,决定了其工业综合利用价值㊂表1㊀煤矸石主要化学成分含量表Table 1㊀Content of main chemical components of coalgangue (wt%)矿区SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO澄合矿区59.0527.247.84 1.50.26黄陵矿区48.5718.02 5.99 5.5 1.75陕北矿区40~6416~353~91~71~42㊀煤矸石利用现状2.1㊀煤矸石制备吸附材料近年来在煤矿㊁化工厂及大中城市都存在严重的水体和大气环境污染问题,对社会和经济发展造成重大影响,因此以廉价煤矸石为原料制备的分子筛及其它复合吸附材料,用于处理废水及废气等污染物尤为重要,不仅可以缓解煤矸石的大量堆28㊀广㊀州㊀化㊀工2021年5月积,还可解决环境污染等问题,对循环经济和环境保护都具有重大的意义㊂崔明日等[5]以攀枝花煤矸石为主要原料,经NaOH碱熔活化㊁水热反应合成出13X型分子筛-活性炭复合材料用于SO2的吸附,结果表明其对SO2吸附量为50.3mg/g㊂孙鸿等[6]利用煤矸石制备A型X型沸石-活性炭复合材料,结果表明该复合材料具有中孔和微孔双重孔结构特征,对水和正己烷有高的吸附容量并可一次性脱除废水中的重金属Cr3+和有机酚等有毒污染物㊂尚瑞瑞等[7]采用发泡法制备煤矸石基多孔材料用于对废水中Pb2+的吸附,结果表明煤矸石基多孔材料对Pb2+的最佳吸附率为99.92%,吸附量为12.48mg/L㊂王庆刚等[8]利用喷雾干燥法制备了煤矸石/膨润土复合球坯体,再煅烧得到煤矸石/膨润土复合空心微珠,结果表明,复合微珠对Cu2+吸附效果明显,对亚甲基蓝也有一定的去除效果㊂Zhou 等[9]以煤矸石为原料,采用喷雾干燥和烧结法制备了低成本的陶瓷微球吸附剂,并应用于水溶液中的阳离子红X-5GN和阳离子蓝X-GRRL的去除,结果表明,陶瓷吸附剂对阳离子红和阳离子蓝的吸附量分别为1.044mg/g和2.170mg/g,利用煤矸石陶瓷吸附剂处理有色废水,可以达到用废物处理有色废水的目的㊂Gao等[10]制备了煤矸石多孔硅酸盐材料(PSM),采用氮气吸附-解吸等温线㊁热重分析㊁傅立叶变换红外光谱㊁扫描电子显微镜㊁透射电子显微镜和X射线衍射等方法进行表征,结果表明,在293.15K和环境压力下,在90min内,纯CO2流速为120mL/min时,PSM上的CO2吸附量为36.69mg/g㊂Liu等[11]以煤矸石为原料制备了矿用废弃物SiO2-Al2O3气凝胶,结果表明,比表面积可与Al(NO3)3㊃9H2O或Al异丙醇㊁四乙氧基硅烷为原料,制备的SiO2-Al2O3气凝胶比表面积相当,SiO2-Al2O3气凝胶具有良好的吸附性能㊂2.2㊀煤矸石制备建筑材料煤矸石也可用于建筑材料的制备,如烧结砖及水泥㊂煤矸石的化学成分与黏土类矿物成分相似,且有一定热值,完全可代替黏土与石灰石㊁铁粉和硅质胶等原料一起配料进行水泥的生产;同时煤矸石代替黏土生产砖瓦可做到烧砖不用土或少用土,烧砖不用煤或少用煤,大量节省耕地和能源,减少污染㊂王占锋等[12]以煤矸石㊁粉煤灰和膨润土为原料制备烧结保温砖并对其性质进行表征,结果表明,煤矸石掺量60%㊁粒径小于60目,烧成温度为950ħ,成型压力为8MPa,可制备出综合性能优良的保温砖,其抗压强度为5.69MPa,导热系数为0.23W/(m㊃K)㊂李珠等[13]以煤矸石㊁黏土为主要原料,以膨胀珍珠岩为造孔剂,制备陶瓷透水砖,并对其性质进行研究,结果表明,当煤矸石与黏土的质量比为7 3时,所得透水砖性能最优,其劈裂抗拉强度为3.75MPa,透水系数为0.355ˑ10-2cm/s㊂高建荣等[14]采用CaO㊁Na2SO4和废渣磷石膏作复合激发剂,生产少熟料煤矸石水泥,通过对其强度和水化体系进行研究,结果表明以5%磷石膏+3%CaO+2%Na2SO4的配比最好,煤矸石的掺入量可以达到50%,水泥净浆小试体28d,强度可达48.1MPa㊂Xu等[15]将煤矸石破碎㊁均化㊁碾磨后压制成块,不同温度下烧结2h,利用X射线衍射㊁扫描电镜及物理力学性能对所得砖样品进行了表征,结果表明,砖由玻璃相㊁石英晶体㊁莫来石㊁堇青石晶体和气孔组成,1200ħ烧结的砖具有最佳性能,吸水率和抗压强度分别为3.65%和45.61MPa㊂Li等[16]利用煤矸石制备β-Sialon复合材料,并将β-Sialon 复合材料应用于铁水包砖的制备,结果表明,铁水包砖的抗压强度㊁荷重耐火度和高温抗弯强度分别由(44.5ʃ6.7)MPa㊁(1618ʃ2)1ħ和(5.4ʃ1.2)MPa提高到(64.1ʃ2.5)MPa,(700ʃ28)ħ和(7.1ʃ1.6)MPa㊂Xu等[17]以粉煤灰和煤矸石为主要原料烧制实心保温砖,耐酸㊁碱㊁冻试验及强度试验结果表明,粉煤灰与煤矸石之比为60 35,B7掺合膨胀珍珠岩抗压强度为30.25MPa,强度达到一般粘土砖MU30的高级水平,导热系数为0.4W/(m㊃K),低于普通粘土砖导热系数0.78W/(m㊃K),实心保温砖的耐久性最好㊂Zhou等[18]利用邯郸市峰峰矿区煤矸石制备陶瓷砖,通过对砖的含水量㊁吸水率㊁力学强度和收缩率进行了综合测定和分析,结果表明铁含量低的砂质泥岩煤矸石可作为生产红褐色陶瓷砖的原料,砖体吸水率小于0.5%,断裂模量大于35m,煤矸石含量可达80%㊂Wang等[19]利用黄石市富铁砂岩煤矸石用于生产陶瓷砖,并对陶瓷坯体的吸水率和断裂模量进行了测定,结果表明煤矸石可用于生产陶瓷砖,陶瓷砖中煤矸石含量可达80%,陶瓷体的吸水率小于0.3%,断裂模量大于35MPa,符合相应的国家陶瓷砖质量标准㊂Wu等[20]以煤矸石和氢氧化铝为原料制备了霞石基透水砖,利用X射线衍射㊁扫描电镜和压汞法对样品的矿物相㊁多孔结构和力学性能进行了表征,结果表明样品的抗压强度在30.6~34.3MPa之间,渗透系数在1.37ˑ10-2~1.55ˑ10-2cm㊃s-1之间,均符合国家行业标准㊂Qiu等[21]利用煤矸石生产硅酸盐水泥,对水泥生料的煅烧和性能等进行了研究,结果表明,煤矸石可以替代粘土制备硅酸盐水泥,熟料日平均产量提高8.23%,标准煤用量降低3.94%㊂2.3㊀煤矸石制备化工产品及肥料煤矸石中主要含有Si和Al等,此外还有少量的Ni㊁B㊁Be㊁Ti㊁Ga等稀有元素,这些元素均可用于制备化工产品㊂此外煤矸石中有机质含量在15%~20%,并含有丰富的B㊁Zn㊁Cu㊁Co㊁Mo㊁Mn等微量元素,可用于生产肥料㊂Xiao等[22]利用高温酸浸分离煤矸石中的铝和二氧化硅制备氧化铝和SiC,结果表明,铝和铁的萃取效率随液固比㊁温度和浸出时间的增加而提高,最佳液固比(3 1)㊁温度(180ħ)㊁浸出时间(4h),得到纯度98.70%的煅烧氧化铝,浸出渣采用碳热还原法制备出SiC产品,产品收率72.72%,纯度76.01%㊂Zhang 等[23]采用酸浸法提取煤矸石中的铝,碱浸法提取煤矸石中的硅,制备聚合硅酸铁铝硫酸盐(PFASS)用于废水处理,结果表明,煤矸石化学成分符合制备无机高分子水处理混凝剂的要求㊂Kong等[24]以高铁煤矸石为原料,采用硫酸浸出法获得含铝离子的硫酸铁溶液,将其完全转化为Fe(OH)3凝胶,通过分级沉淀法从Al3+中分离Fe3+,然后在HI上煅烧Fe(OH)3凝胶,结果符合氧化铁颜料的要求㊂Luo等[25]以煤矸石为原料制备高效聚硅酸铝(PSA)絮凝剂用工业废水处理,并与硫酸聚铁进行了比较,结果表明混凝剂对工业废水的去除效果良好, COD和色度的去除率分别提高了20%和25%左右,SS的去除率提高了10%左右㊂Xie等[26]以硅酸盐细菌(GY03)和巨芽孢杆菌(ACCC10011)共同作用于高硫煤矸石生产新型肥料,结果表明当巨芽孢杆菌与硅酸盐菌的混合比例为4 1,60目煤粒径,系统的酸碱度为7时,煤矸石肥料具有最佳的肥效㊂2.4㊀煤矸石用于发电及填充材料煤矸石发电一般利用热值在1000大卡左右的煤矸石做燃料,辅以适量的煤或煤泥,通过沸腾炉或循环流化床带动发电机组发电㊂煤矸石硬度很大,可以用来填充采煤塌陷区及露天矿坑,同时还可以充当复垦造地和造田的填充材料,一般选择煤矸石不出井的方式来填充,将煤矸石用于复垦造田的过程中,矸石充填层需要下部较密实而上部较疏松,这样可以有效地保水保肥㊂第49卷第10期李朋辉,等:煤矸石精细化利用的研究29㊀3㊀煤矸石精细化利用的研究方向从20世纪80年代,人们对煤矸石利用主要集中在发电㊁井下充填㊁制备建筑材料及吸附材料等领域㊂目前随着煤炭入洗率的提高,矸石产量大幅增加,但我国煤矸石所处地质的年代及层位不同,导致不同区域煤矸石的化学组成及应用前景也存在差异,因此我国煤矸石实现工业利用就颇为困难,为了解决这一瓶颈,煤矸石的精细化利用显得尤为重要,通过对煤矸石的综合利用,可以有效地推动传统建筑材料朝着复合材料㊁协同提取及控制污染和精细化利用等方向发展,对其含的Si㊁Al等物质进行分级提取和高值利用,从而促进废物的多产业循环利用,形成 资源ң产品ң废弃物ң再生资源ң再利用 的循环经济模式,积极探索煤矸石的高效㊁无废㊁利用的新途径,并且再此基础上进行不同区域煤矸石混合研究方法,探索一条适合工业化利用的途径㊂图1为煤矸石精细化利用途径㊂图1㊀煤矸石精细化利用Fig.1㊀Fine utilization of coal gangue4㊀结㊀语煤矸石的精细化利用,对煤炭工业的健康发展以及国民经济的可持续发展具有积极的促进作用㊂煤矸石精细化利用具有广阔的市场前景,需要相关人员加强对煤矸石资源化综合利用技术的研究㊁开发和应用㊂为了实现矸石的精细化利用势必需要探索出一条适合工业化利用的产业链,不仅需要形成 资源ң产品ң废弃物ң再生资源ң再利用 的循环经济模式,而且积极探索煤矸石的高效㊁无废㊁适合工业化利用的新途径㊂参考文献[1]㊀Feng J G,Li G H,Zhang L P.Progress of coal Gangue research[J].Informatics in Control,Automation and Robotics,2011:431-437. 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