煤矸石是什么(煤矸石高值化利用的6个重点方向)

Posted 2023-06-02

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煤矸石是什么(煤矸石高值化利用的6个重点方向)

　　煤矸石是在煤矿开采中产生的一种固体废弃物，是在成煤过程中，伴随煤炭而生的一种废弃岩石。中国的煤炭开采量位于全球之首，固体废弃物煤矸石随着我国煤炭行业的发展而产生，如建井时、改扩建矿井和原料煤洗煤时都会产生煤矸石。在地下，沉积岩层所含的煤矸石量最多。我国煤矸石的开采率约为5%～10%，洗煤厂洗原煤的煤矸石产率为18%～20%，产生的煤矸石对环境危害严重。
　　
　　煤矸石作为一种大宗工业固体废弃物严重危害自然环境，但其也是富含硅、铝的二次资源，应使其得到高效利用。未来煤炭工业生产必将朝着低成本、低能耗和低污染的方向发展。煤矸石的有效处理与利用，既可以实现煤炭工业的绿色发展，也能实现二次资源的循环利用，符合现代工业发展理念。采用煤矸石制备煅烧高岭土、铝基化工原料、建筑材料、多孔陶瓷、环境材料等高值材料，不仅可有效实现固体废物煤矸石的减量化、无害化，还可缓解我国相关能源和资源的不足，对于我国建成资源节约型社会意义深远。
　　
　　1、煤矸石制备煅烧高岭土
　　
　　高岭土是煤矸石的重要组分，煤矸石通过提纯、超细粉碎、煅烧和表面改性等精细加工技术，可生产超细煅烧高岭土，既可在造纸中用作涂布颜料和填料，又可在塑料、橡胶、航天、电线电缆、涂料、油墨、食品添加剂、化妆品、杀虫剂等领域中作为填充剂和延展剂，同时也可作为陶瓷工业及耐热高温陶器的一种生产原料。目前，全国各地煤矸石制备煅烧高岭土项目遍地开花，已成为煤矸石高附加值利用的重要方向之一。
　　
　　2、煤矸石制备铝基化工原料
　　
　　煤矸石中含有硅、铝、铁等多种有价元素，是制备铝基化工原料的廉价易得资源。目前，常用的方法是酸法和碱法，通过高温焙烧，使煤矸石中矿物的晶相结构发生改变，进而使煤矸石中的硅铝化合物等有价元素溶出。以煤矸石为原料可制备以下铝基化工原料。
　　（1）制备氢氧化铝
　　煤矸石制备氢氧化铝的方法是将煤矸石破碎、磨粉，经高温煅烧后用酸浸取，再用碱使生成的溶液中和，以形成氢氧化铝沉淀，再经过滤、提纯、干燥，即可得到氢氧化铝原料。
　　（2）制备氧化铝
　　目前，利用煤矸石制备氧化铝，最常用的方法是酸法和碱法。酸法提取氧化铝的原理在于煤矸石中的氧化铝易溶于盐酸或硫酸中，而其中的硅杂质等不溶于酸。碱法主要分为苛性钠碱法和烧结法两种，烧结法又分为碱石灰烧结法和石灰石烧结法。根据我国的煤矸石类型，通常采用烧结法。
　　
　　3、煤矸石制备建筑用砖
　　煤矸石本身具有一定的可塑性和烧结性，再经过均化、破碎、净化和陈化等工艺处理后可用于生产砖料。目前，煤矸石利用最为普及的就是生产建筑用砖，应用地区广，生产工艺成熟。用煤矸石可制得烧结实心砖、透水砖、多孔砖、免烧砖、空心砖、内燃砖、釉面砖、高档瓷砖等。
　　
　　4、煤矸石制备水泥
　　
　　用煤矸石制备水泥，主要根据煤矸石化学成分与黏土接近的特点，代替黏土提供铝硅酸盐原料。煤矸石作水泥原料使用时，可改善水泥生料的易烧性，有利于热工制度的稳定，提高水泥熟料的质量，也可改善水泥的干缩性和安定性，降低水化热，提高抗耐硫酸盐性能。用煤矸石为原料可以制得烧制水泥熟料、烧制早强水泥，生产煤矸石少熟料水泥和煤矸石无熟料水泥，磨制各种通用水泥等。
　　
　　5、煤矸石制备多孔陶瓷
　　由于煤矸石中含有大量的Al2O3和SiO2，这也是制备陶瓷的原料，并且，煤矸石中含有的CaO和MgO等会在陶瓷的烧结过程中在低温下产生液相，进而促进烧结，降低烧结温度。多孔陶瓷具有均匀分布的微孔或孔洞，孔隙率较高，体积密度低，且具有较高的比表面积和独特的物理表面特性，对液体和气体介质有选择的透过性、能量吸收等特性；同时陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、化学稳定性和尺寸稳定性好等性能使多孔陶瓷在熔融金属过滤、化工催化载体、吸声减震、高级保温材料、生物植入材料、传感器材料等得以广泛应用。
　　
　　多孔堇青石陶瓷不仅具有很好的耐高温和耐酸碱性能，而且其抗热震性好、具有极低的热膨胀系数和较高的抗压强度，在陶瓷、玻璃等行业的窑炉材料和催化剂载体中得到了广泛的利用，这也是煤矸石资源化利用的新途径。
　　
　　莫来石多孔陶瓷是一种优质的耐火材料，具有诸多优点，备受关注。利用煤矸石和氢氧化镁为原料，采用原位分解技术，可制备出显气孔率超过50%的多孔莫来石陶瓷。
　　
　　6、煤矸石制备环境材料
　　
　　煤矸石的矿物相组成以石英、蒙脱石、高岭石、伊利石为主，其表面的SiO2、Al2O3等金属氧化物对磷酸盐均有一定的吸附能力。预处理之后可以作为一种廉价的吸附剂。目前，国内众多研究发现，煤矸石对于部分常规污染物、重金属和有机物均具有一定的去除效果，提出煤矸石可作为吸附剂用于水处理中。
　　
　　资料来源：《曹雨桐,马北越,付高峰.煤矸石高值化利用研究进展[J].耐火与石灰,2021,46(02):35-39》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！
　　