煤矸石高值化利用的6個重點方向

山東埃爾派 | 點擊量:0次 | 2021-05-17

摘要
煤矸石作為一種大宗工業固體廢棄物嚴重危害自然環境,但其也是富含矽、鋁的二次資源,應使其得到高效利用。未來煤炭工業生産必将朝着低成本、低能耗和低污染的方向發展。煤矸石的有效處理與利用,既可以實現煤炭工業的綠色發展,也能實現二次資源的循環利用,符合現代工業發展理念。采用煤矸石制備煅燒高嶺土、鋁基化工原料、建築材料、多孔陶瓷、環境材料等高值材料,不僅可有效實現固體廢物煤矸石的減量化、無害化,還可緩解我國相關能源和資源的不足,對于我國建成資源節約型社會意義深遠。

煤矸石作為一種大宗工業固體廢棄物嚴重危害自然環境,但其也是富含矽、鋁的二次資源,應使其得到高效利用。未來煤炭工業生産必将朝着低成本、低能耗和低污染的方向發展。煤矸石的有效處理與利用,既可以實現煤炭工業的綠色發展,也能實現二次資源的循環利用,符合現代工業發展理念。采用煤矸石制備煅燒高嶺土、鋁基化工原料、建築材料、多孔陶瓷、環境材料等高值材料,不僅可有效實現固體廢物煤矸石的減量化、無害化,還可緩解我國相關能源和資源的不足,對于我國建成資源節約型社會意義深遠。

1、煤矸石制備煅燒高嶺土

高嶺土是煤矸石的重要組分,煤矸石通過提純、超細粉碎、煅燒和表面改性等精細加工技術,可生産超細煅燒高嶺土,既可在造紙中用作塗布顔料和填料,又可在塑料、橡膠、航天、電線電纜、塗料、油墨、食品添加劑、化妝品、殺蟲劑等領域中作為填充劑和延展劑,同時也可作為陶瓷工業及耐熱高溫陶器的一種生産原料。目前,全國各地煤矸石制備煅燒高嶺土項目遍地開花,已成為煤矸石高附加值利用的重要方向之一。

2、煤矸石制備鋁基化工原料

煤矸石中含有矽、鋁、鐵等多種有價元素,是制備鋁基化工原料的廉價易得資源。目前,常用的方法是酸法和堿法,通過高溫焙燒,使煤矸石中礦物的晶相結構發生改變,進而使煤矸石中的矽鋁化合物等有價元素溶出。以煤矸石為原料可制備以下鋁基化工原料。

(1)制備氫氧化鋁

煤矸石制備氫氧化鋁的方法是将煤矸石破碎、磨粉,經高溫煅燒後用酸浸取,再用堿使生成的溶液中和,以形成氫氧化鋁沉澱,再經過濾、提純、幹燥,即可得到氫氧化鋁原料。

(2)制備氧化鋁

目前,利用煤矸石制備氧化鋁,最常用的方法是酸法和堿法。酸法提取氧化鋁的原理在于煤矸石中的氧化鋁易溶于鹽酸或硫酸中,而其中的矽雜質等不溶于酸。堿法主要分為苛性鈉堿法和燒結法兩種,燒結法又分為堿石灰燒結法和石灰石燒結法。根據我國的煤矸石類型,通常采用燒結法。

3、煤矸石制備建築用磚

煤矸石本身具有一定的可塑性和燒結性,再經過均化、破碎、淨化和陳化等工藝處理後可用于生産磚料。目前,煤矸石利用最為普及的就是生産建築用磚,應用地區廣,生産工藝成熟。用煤矸石可制得燒結實心磚、透水磚、多孔磚、免燒磚、空心磚、内燃磚、釉面磚、高檔瓷磚等。

4、煤矸石制備水泥

用煤矸石制備水泥,主要根據煤矸石化學成分與黏土接近的特點,代替黏土提供鋁矽酸鹽原料。煤矸石作水泥原料使用時,可改善水泥生料的易燒性,有利于熱工制度的穩定,提高水泥熟料的質量,也可改善水泥的幹縮性和安定性,降低水化熱,提高抗耐硫酸鹽性能。用煤矸石為原料可以制得燒制水泥熟料、燒制早強水泥,生産煤矸石少熟料水泥和煤矸石無熟料水泥,磨制各種通用水泥等。

5、煤矸石制備多孔陶瓷

由于煤矸石中含有大量的Al2O3和SiO2,這也是制備陶瓷的原料,并且,煤矸石中含有的CaO和MgO等會在陶瓷的燒結過程中在低溫下産生液相,進而促進燒結,降低燒結溫度。多孔陶瓷具有均勻分布的微孔或孔洞,孔隙率較高,體積密度低,且具有較高的比表面積和獨特的物理表面特性,對液體和氣體介質有選擇的透過性、能量吸收等特性;同時陶瓷材料特有的耐高溫、耐腐蝕、化學穩定性和尺寸穩定性好等性能使多孔陶瓷在熔融金屬過濾、化工催化載體、吸聲減震、高級保溫材料、生物植入材料、傳感器材料等得以廣泛應用。

多孔堇青石陶瓷不僅具有很好的耐高溫和耐酸堿性能,而且其抗熱震性好、具有極低的熱膨脹系數和較高的抗壓強度,在陶瓷、玻璃等行業的窯爐材料和催化劑載體中得到了廣泛的利用,這也是煤矸石資源化利用的新途徑。

莫來石多孔陶瓷是一種優質的耐火材料,具有諸多優點,備受關注。利用煤矸石和氫氧化鎂為原料,采用原位分解技術,可制備出顯氣孔率超過50%的多孔莫來石陶瓷。

6、煤矸石制備環境材料

煤矸石的礦物相組成以石英、蒙脫石、高嶺石、伊利石為主,預處理之後可以作為一種廉價的吸附劑。目前,國内衆多研究發現,煤矸石對于部分常規污染物、重金屬和有機物均具有一定的去除效果,提出煤矸石可作為吸附劑用于水處理中。

資料來源:《曹雨桐,馬北越,付高峰.煤矸石高值化利用研究進展[J].耐火與石灰,2021,46(02):35-39》

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