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我单位综合开发利用煤矸石生产优质高岭土系列产品技术研究成果

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我单位综合开发利用煤矸石生产优质高岭土系列产品技术研究成果

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【摘要】:
按国家有关产品的质量标准,利用陕西煤矸石,完成了造纸涂料4A沸石的试验研究工作,取得了理想的试验指标。 
  按国家有关产品的质量标准,利用陕西煤矸石,完成了造纸涂料4A沸石的试验研究工作,取得了理想的试验指标。
 
  主要技术指标如下:
  1、造纸涂料产品:SiO2 55%、Al2O3 38%、Fe2O3 0.7%,白度85%,粒度:涂料级-2μ占80%,填料级-500目占100%。
  2、4A沸石产品:钙交换能力300mgCaCO3/g无水4A,白度91%,PH值10.6,粒度<4μ占81%。
  一、煤矸石性质
  煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物,是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。
  煤矸石是由碳质页岩、碳质砂岩、砂岩、页岩、粘土等岩石组成的混合物,具有低发热值,发热量一般为4.18~12.56MJ/kg。煤矸石的矿物成分主要是高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰、硫化铁、氧化铝等。
  煤矸石的无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。其化学成分组成的百分率:SiO2为52~65;Al2O3为16~36;Fe2O3为2.28~14.63;CaO为0.42~2.32;MgO为0.44~2.41;TiO2为0.90~4;P2O5为0.007~0.24;K2O+Na2O为1.45~3.9;V2O5为0.008~0.03。现今许多国内外研究单位和矿山试验表明,煤矸石的综合利用大有前途,用途越来越广。
  二、煤矸石用途
  ①煤矸石发电
  煤矸石发电是综合利用煤矸石的重要途径。煤矸石电厂主要利用热值在6.53~8.37MJ/kg之间的洗矸和掘进矸石。我国利用煤矸石发电已经形成一定的规模,全国矸石电厂装机容量已发展到500万kW,每年利用矸石发电消耗的煤矸石总量约为4500万t,占到煤矸石综合利用量的60%左右。可见,煤矸石发电不仅消耗大量的煤矸石,使之变废为宝,而且可以节约大量的煤炭资源,缓解煤电日益紧张的局面,其经济效益、社会效益和环境效益都十分显著。
  ②利用煤矸石生产建筑材料
  利用煤矸石可生产的建筑材料及其制品主要有:煤矸石砖、煤矸石砌块、煤矸石通用水泥、煤矸石特殊水泥、轻集料、马赛克及釉面砖等等。这是煤矸石综合利用的又一重要方向,可以消耗大量的煤矸石。
  ③煤矸石生产肥料
  利用煤矸石为原料生产农用肥料。煤矸石中约含有15%~20%的有机质,并含有丰富的植物生长所必须的B、Zn、Cu、Co、Mn、Mo等微量元素。某些煤矸石中的N、P、K及微量元素的含量是普通土壤的数倍,经过加工可以生产有机肥和微生物肥料。
  ④煤矸石制备化工原料
  煤矸石的主要化工用途就是通过各种不同的方法提取煤矸石中的某一种元素或生产硅铝材料。对于含铝量较高的煤矸石,其开发的化工产品主要有结晶氯化铝、聚合氯化铝、硫酸铝、4Å沸石等等。
  ⑤煤矸石制取新型材料
  煤矸石合成碳化硅(SiC)、煤矸石制备4Å分子筛。
  ⑥煤矸石制取造纸涂料
  三、我省煤矸石利用现状
  煤矸石在大小煤矿都有存放,特别是我省一些大中型煤矿,堆积的煤矸石已成小山,有的已存久自燃,溢出的浓浓的烟雾和硫酸气污染空气及水体,占用了大量的土地。据山东、山西、河北、甘肃四省统计,煤矸石的存放量已达72735.22万吨。我省煤矸石的存放量也约在15000万吨左右,全国的总量将更为可观。
  陕北地区的煤矸石也属此类型。煤矸石中高岭土含量在90%以上,矿石质地好、结晶好、热稳定性好、有序度较高。由于此类型矿石中往往含有氧化铁、硫化铁、氧化钛、有机质等色杂质,使之矿石呈灰色或黑色,自然白度低,而降低了它的使用价值。为了除去这些杂质,除用重选、磁选、浮选等常规选矿方法外,还必须用超细磨,化学漂白除铁,高温烧烧等工艺,才能大幅度地提高产品的白度、细度和质量。当前我们的主要工作是依靠科技进步,扩大应用领域,把我省的资源优势尽快变为经济优势。根据当前的形势,我们必须加快步伐,重视煤矸石的深加工研究及工业应用试验,这也是世界各国十分重视的课题。
  四、我单位开发利用煤矸石研究成果
  我单位已完成了陕北府谷煤系煤矸石、韩城煤系煤矸石、铜川煤系煤矸石开发利用试验研究工作,取得了理想的成果。
  (1)府谷煤系煤矸石开发利用试验
  对煤矸石通过磨矿-化学漂白-煅烧-超细磨分级的选矿工艺流程试验,获得产率为60%的合格造纸涂料产品,剩余40%的沉砂可作为造纸、橡胶等填料使用,实现了无尾矿生产工艺。
  造纸涂料产品经轻工部北京造纸工业科学研究所刮刀涂布性能试验认为,其粒度优于美国ALPHATEX,具有良好的分散性,与其它颜料,胶剂和各种助剂都有优良的相容性能,可以配制60%以上的高固含量涂料,成纸性能好,符合刮刀涂布的质量要求。
  对煅烧煤矸石通过化学合成工艺制的4A沸石产品,纯度>96%,呈立方形结晶体,单晶度高,白度>91%,钙交换能力209CaCO3mg•g-1(干基),pH=10.6,粒度≤10μ达100%,≤4μ占85%,平均粒径2.82μ,符合洗涤剂助质量要求。
  (2)韩城煤系煤矸石开发利用试验
  对煤矸石通过破碎-磨矿-氧化焙烧-化学漂白-过滤洗涤-烘干-煅烧-超细磨的选矿工艺流程试验,获得了合格造纸涂料级煅烧高岭土产品。其技术指标为:Fe2O3和FeO含量分别降为0.21%和0.03%,白度由原矿的29%提高到86.40%,粒度-2μ达到82.13%。
  涂布级煅烧高岭土产品经纸厂气刀涂布试验,试产了100g/㎡和120g/㎡两种单面铜版纸,共1吨,并与苏州瓷土(机选特号)进行了涂布对比试验,该中试产品具有白度高,粒度合格,易分散,不沉淀等特性,是一种良好的造纸涂料产品。生产的两种铜版纸纸和性能检测,各项指标均达到轻工部颂标准,而且全部优于苏州土生产的同规格铜版纸。
  (3)铜川煤系煤矸石开发利用试验
  ①对煤矸石通过破碎-磨矿-化学漂白-煅烧脱炭-超细磨-分级选矿工艺流程试验。溢流产品达到了一级气刀涂料级的标准,且符合合成4A沸石所需材料指标。沉砂产品达到了机选二号高岭土的标准,可作为橡胶,造纸等填料使用,使矿石得到了全部利用。
  造纸涂料产品经西安感光复印纸厂检测认为其含砂量小,粒度分布均,2μ以下粒径含量高,配成的造纸涂料产品流动性能好,不沉降,符合气刀机选一级土的质量标准生产的80g/㎡铜板纸涂层细腻,具有较好的平滑度和光泽性,成品纸经陕西省纸张产品质量监督检验站抽样检测,各项指标均达到部颁标准。
  合成的洗涤剂用4A沸石石产品,经轻工部洗涤用品质量监督检测中心检测,质量属上乘产品,已达到国内同类产品的先进水平。