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煤炭加工废渣处理与利用方法

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:可经过处理后再送到焦油蒸馏工段进行循环利用。④根据煤种、生产焦炭质量要求,焦粉可适量回配。煤矸石的综合利用有以下方面。由于煤层的异地沉积作用,煤层底板的岩性有时为砂岩或粉砂岩。分类命名煤矸石是为加强煤矸石的研究工作,并且还能够探索利用煤矸石资源的途径。煤矸石以颜色分类命名实在不可取,因为这并不能完全反映煤矸石的成分特征,而煤矸石的资源化利用则主要是以其化学成分与矿物成分为依据的;以煤矸石

煤炭加工废渣处理与利用方法

(一)酚渣的利用

在粗酚精制过程中,间歇釜排放的酚渣温度高(190℃),污染严重。可经过处理后再送到焦油蒸馏工段进行循环利用。

(二)焦粉的利用

焦粉在焦化企业的生产过程中会产生按焦炭成品计约4%的焦粉,其利用价值很高。

①焦粉可制备炭分子筛

②以焦粉为主要原料可制型焦。

③煤焦粉可应用于纳米碳材料的合成。

④根据煤种、生产焦炭质量要求,焦粉可适量回配。

⑤煤基焦粉是制备锂离子电池阳极材料的理想碳源之一。

⑥焦粉可适用于焦炉气制甲醇的气体预处理中过滤吸附焦炉气中的有害杂质,用于预处理焦炉气冷凝液和水煤气电除尘的含焦油等有机杂质的废水,失效后的焦粉送锅炉配煤燃烧产生蒸汽供生产使用。

⑦改性焦粉具有多孔结构、吸附容量大和吸附速度快的特点,价格低廉、污染小。可用硝酸和一些硫酸混合进行氧化处理,从而使得熄焦粉表面的酸性基团含量明显提高,同时促进熄焦粉表面亲水性的提高,降低pH值。改性的熄焦粉同时具有活性炭和阳离子交换树脂双重功能,可为水处理提供了新的经济实用方法。

(三)煤矸石的利用

所谓煤矸石,即在煤形成的过程中与煤一起进行沉积的有机化合物和无机化合物混合在一起岩石,是在煤矿建设煤炭采掘和洗选加工过程中产生的固体排弃物,还有煤的开采过程中不可避免混入的夹石。

煤矸石的综合利用有以下方面。

①煤矸石具有一定的热值,处理之后,可作为发电厂、供热用流化床锅炉的燃料

②煤矸石中含有SiO2、Al2O3、Fe2O3,组成上与黏土相近,可代替黏土配料生产煤矸石砖瓦、煤矸石水泥建筑陶瓷,节省了耕地,减少了污染。

③从煤矸石中可回收多种矿物质和化工产品,如硫铁矿、结晶氯化铝、水玻璃、硫酸铝、硫酸镁、氯化钛、二氧化硅等。

④有的煤矸石含有植物生长所需要的Cu、B、Mo、Mn等微量元素,可生产有机、无机复合肥料。

⑤煤矸石可作为充填材料及做建设道路的基材。

1.煤矸石的地质成因

煤矸石主要来源于开采煤层内部结核、夹石层以及煤层的顶底板地层,因此煤矸石的性质与煤矸石形成的地质环境有很大的关系,而煤矸石形成的地质环境对煤系地层起到了完全的依赖作用,尤其在一定程度上受到了煤层与顶、底板岩层的影响。

煤层内部结核、夹石层及其顶底板岩层的形成主要受沉积环境动荡、成煤变质作用和后期构造活动影响,这些活动使它们的性质复杂多变。一般来说,煤层越厚,煤层之间的石质夹层就会越多,同时导致煤层具有越来越复杂的结构,煤层和夹石层之间的关系反映了成煤过程中环境的变化。对于煤层中的夹石层可以受到沉积间断,或沉积环境发生突变,或由于煤层受到挤压发生流变,周围岩石挤入煤层,也有可能由于岩浆岩的侵入等原因的影响在煤层中形成。

所谓土岩,也就是在古代的煤层底板上能够生长出植物根的土壤。因此往往存在一些化石在煤层的底板上,对于土岩来说,它的组成部分可以是一些不具备根化石的碎屑岩,一方面,由于异地或微异地的原因导致煤层的形成;另一方面,有可能是后期腐烂分解的结果。一般情况下,在煤层和底板间存在明显的界面,与此同时,虽然煤层是层状的,但底板根土岩却是块状的,并且煤层分层、底板根部大量土石、垂根与煤层也不相依赖。

因为底板是古植物生长的土壤,所以一般情况下,底板是没有层理、团块状的泥岩,在大多数情况下,煤层底板在古生代的时候大多都是灰黑色的,等到了中、新生代时期,不难发现煤层底板的颜色变得稍浅,由此可以找到根化石。由于煤层的异地沉积作用,煤层底板的岩性有时为砂岩或粉砂岩。

煤层顶板和煤层的关系对沉积环境的变化和煤层堆积的终止进行了反映。一方面,煤层顶板和煤层的接触关系不仅可以是明显的,而且还可以是渐进的。一般而言,这种接触关系是十分明显的,同时对沉积环境的突变进行了反映。

一般情况下,煤层顶板的岩性是泥岩、粉砂岩、砂岩,除此之外,还可以是石灰岩、油页岩硅藻土等。可以将煤层顶板划分为伪顶和老顶。所谓伪顶,即有一薄层炭质泥岩或泥岩存在于煤层上方,再往上为硬灰岩、砂岩、粉砂岩等老顶。由于存在的伪顶,我们不难发现在煤层与顶板之间有过渡层的存在。在开采露天煤矿的过程中,我们可以看见煤层与泥灰岩等顶板岩石间存在不均匀的界面,产生这一现象的原因很有可能是由于冲刷、岩相变化等因素。

对于那些十分常见的煤层结核和矿物包裹体来说,既可能是自生的,又可能是后生的。煤形成时的环境直接对自生结核和矿物包裹体产生了影响,其中黄铁矿是最常见的。在不同类型的煤中,都可能存在黄铁矿结核或包裹体的身影,与此同时,它还密切关系到形成煤时的还原程度。

所谓黄铁矿,即植物在沉积环境中分解产生的H2S与水溶液中铁的化合物相互作用的产物。后生作用形成的黄铁矿可填充裂缝和层间接触,黄铁矿在接近地表时,经过氧化后变成氢氧化铁和硫酸。在煤层中的任一部位都能找到黄铁矿结核,然而,在煤层和石层附近,常与碳、黄铁矿、黄铁矿等伴生。与此同时,还存在方解石、黏土质结核、硅质结核、砂质岩石、砾石火山质岩石等包裹体。

对于那些后生的矿物包裹体来说,它们可能产生在煤的变质过程中。直到煤变质程度发展到无烟煤阶段,将逐渐会有新生矿物的出现。与此同时,将会逐渐减少或消失低煤化阶段的矿物质。

煤矸石虽然属于传统意义的固体废渣,但在现代科学技术条件下可以作为资源使用,具有明显的资源性特征,比如煤矸石作为重要的低热值能源,煤矸石是某些非金属或金属矿产资源的重要来源,利用煤矸石可以提取某些高价值稀有分散元素,利用煤矸石生产建筑材料以及作为重要化工原料等。(www.xing528.com)

2.煤矸石的分类

关于煤矸石的分类与命名,一些国内外研究者提出了各种各样的方案,然而,它们的提出大多是基于某一特定地区的煤矸石研究结果而进行的,因此存在着不可避免的缺陷。

目前,我国煤矿现场人员一般情况下喜欢凭借颜色来对煤矸石进行分类命名;除此之外,还有的人凭借产出的层位来对煤矸石进行分类命名;在一些文献中,对煤矸石进行分类命名通过岩石的名称。分类命名煤矸石是为加强煤矸石的研究工作,并且还能够探索利用煤矸石资源的途径。

煤矸石以颜色分类命名实在不可取,因为这并不能完全反映煤矸石的成分特征,而煤矸石的资源化利用则主要是以其化学成分与矿物成分为依据的;以煤矸石的产出层位来分类,仅适用于井下情况,矸石一旦排出矿井即不能说明任何问题;以岩石名称作为煤矸石的分类命名基础,也有不当之处,因为煤矸石的资源化利用尚难完全按岩类进行。基于这种情况,原焦作矿业学院提出了河南平顶山矿区煤矸石研究二级分类方案。这是在全面、系统研究平顶山矿区煤矸石的特点的基础上,对该方案进行的提出。以煤矸石的资源化利用为前提,吸收、借鉴了其他分类方案的优点后提出的。这一分类法,首先按煤矸石的产出方式分6个矸石类型;其次,选择对煤矸石利用有重要影响的7个质量指标划分出21个亚类。

煤矸石类型是煤矸石总的分类,以煤矸石的产生方式为划分依据,并根据煤矿生产的习惯划分成以下6类煤矸石。

①煤巷矸。所谓煤巷矸,即煤巷掘进过程中沿煤层排出的矸石。煤矸石排矸量大,它的组成部分主要有煤层、部分顶板底板岩石等,一般情况下,它们的热值与含碳量都是比较高的。

②井岩巷矸。即在煤矿竖井施工和岩巷开挖过程中,不沿煤层推进的工程排出的矸石。煤矸石具有岩石不均匀、集中排放、低含碳量或无碳的特点。

③自燃矸。自燃后堆积在煤矸石上的煤矸石。具体而言,煤矸石呈现出了灰白色、灰黄色、红褐色,原岩主要为粉质泥岩、泥岩和碳质泥岩,并且都具有较小的燃烧损失,火山灰活动性较强。

④洗选矸。即在洗选原煤的过程中不断排出的尾矿。它具有集中排量的特点,相比于其他各类矸石,粒度一般较细,除此之外,含碳、硫、铁的量较高,产生的热值也较高一些。

⑤手选矸。即产生于原煤中,由人工在矿井口或选煤厂拣出。手选矸的特点一般有低排量、粒度高,一般来讲,岩石的类型大多是煤矸石夹层,同时产生的热值也较高。

除此之外,在对矸石进行选择的时候,一般情况下也将一起选择那些对煤有益的矿产。

⑥剥离矸。在露天矿开采的过程中,煤系上覆岩层剥离排出的矸石称为剥离矸石。如今目的是为了采空区充填或沟充填。在一些剥离的脉石也含有普通矿物和伴生矿物。剥离矸不仅具有十分复杂的岩石种类,而且大都没有热值。

(四)焦油废渣的利用

焦油废渣的来源主要来自回收与精制车间,其成分中含有挥发性物质,不但会造成地表水体污染,还会造成空气污染

①焦油废渣可回配到炼焦用煤中。焦油渣中含有丰富的大密度烃类物质,是一种很好的炼焦添加剂,可提高焦炭的抗碎强度、耐磨强度。

②可作为煤料成型的黏结剂,也可在电池的电极生产中当胶黏剂使用。

③可作为炭黑原料、生产焦油树脂、橡胶混合体的转化剂等。

④还可与煤焦油混合制备燃料。

(五)气化炉渣的利用

煤浆颗粒在气化炉雾化燃烧的过程中发生碰撞烧结后,通过空气夹带的方式进入冷冻水浴,冷却破碎形成直径0.5~5mm的渣粒为灰渣。

在气化炉内当温度低时,沿炉壁下流的熔渣会在炉壁积累厚厚的渣层,温度升高时,熔渣被烧下来,进入激冷室时未被完全激冷破碎,形成直径在5mm以上的块渣。还有会生产过程中会形成难以被激冷破碎,成熔融玻璃状的炉渣和一些损失剥落的耐火砖而形成的砖渣。

①用炉渣灰与适量的石灰混合,可作为道路建设的底料。

②利用气化炉的炉渣中含有的大量残碳,可用于循环液化床的燃烧。

③灰渣可用于制空心砖,也可作为水泥混合材料,制成建筑材料。

④灰渣中含有60%左右的二氧化硅,可用于塑料、橡胶、涂料及黏合剂的填料。

⑤灰渣中含有氧化铝(通常在20%左右)、氧化钛(1%左右),可进一步加入适量的氧化铝粉进行混合电解生产硅钛铝合金

(六)生化污泥的利用

煤炭加工业每年生产大量的生化污泥。污泥可经过浓缩、初步脱水,返回到备煤生产环节,配入煤中炼焦,重复利用,减小污染;污泥中含有植物所需要的营养成分,可通过堆化处理,使其转化为农用肥;污泥经过处理可制成建筑材料,如活性污泥树脂、纤维板,也可做建筑地基的固化材料;还可利用多效蒸发法制污泥燃料,充分利用其中的有效成分。

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