薛彥輝,薛大兵,崔濤(山東科技大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,山東青島266510)
第一作者簡介:薛彥輝(1963-),山東臨沂人,畢業(yè)于成都理工大學(xué),本科,副教授,主要從事環(huán)境工程與環(huán)境科學(xué)教學(xué)與研究。
煤矸石是煤炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢物。我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國,矸石排放量很大,約為原煤產(chǎn)量的15%~20%,是我國目前排放量最大的工業(yè)固體廢物之一,被視為氣、液、固三害俱全的“工業(yè)廢料”。目前全國煤矸石的總積存量己達(dá)40億t以上,形成矸石山1 500多座,而且排放量仍在逐年增長幾乎成為我國煤礦的“標(biāo)志”。給我國環(huán)境造成很大壓力[1,2]。
矸石組成變化范圍大,成分復(fù)雜,主要由頁巖、泥巖類、砂巖、灰?guī)r及煤粉組成,礦物成分主要由粘土礦物、石英、方解石、硫及鐵礦碳質(zhì)等組成。煤矸石的化學(xué)組成除含有碳外,一般以氧化物為主,如SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、K2O等,其中SiO2和Al2O3占較大比例,此外還有常量組分C、Si、Na、K、Ca、Pb、Be、Cu、Mn、As、Zn、Cr、Cd、Ni、Mg、S、Fe等以及Ba、Se、Hg、F等。其主要化學(xué)成分[3]見表1。
產(chǎn)品白炭黑是白色粉末狀,化學(xué)名稱為水合無定形二氧化硅,是一種重要的精細(xì)無機(jī)化工產(chǎn)品,為高度分散的無定形粉末,在橡膠、乳膠、塑料、農(nóng)藥、化妝品、油漆油墨、造紙、飼料、肥料等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。氫氧化鋁是一種理想的塑料阻燃劑填充料,具有填充、阻燃、消煙三大功能,也是化工工業(yè)的重要填料及鋁鹽的重要原料。
1試驗部分
煤矸石與酸浸液按比例在一定條件下反應(yīng)一段時間后會在吸收液中產(chǎn)生白色不溶物,將其分離,清洗至中性,干燥后即得白炭黑,吸收液可重復(fù)利用。殘渣分離后,液體部分經(jīng)過中和、過濾、烘干即可得到副產(chǎn)物氫氧化鋁;固體部分加堿反應(yīng)可得到偏硅酸鈉[4]。工藝流程圖如圖1。
1.1條件試驗
試驗除了研制一種可以分解煤矸石的催化劑以外,試驗的主要內(nèi)容是如何獲得硅系產(chǎn)品和鋁系產(chǎn)品。實驗選用固液比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等因素作為操作參數(shù),重點考察了它們對煤矸石分解率的影響,以得出最佳酸浸反應(yīng)條件。
(1)不同配比下溫度對分解率的影響見圖2所示。
(2)不同溫度下液固比對分解率的影響見圖3所示。
(3)反應(yīng)時間對分解率的影響見圖4所示:
1.2應(yīng)用試驗
取兗州礦區(qū)、新汶礦區(qū)、魯?shù)V集團(tuán)礦區(qū)、草埠煤礦礦區(qū)、阜新礦區(qū)五個地方煤矸石樣品用本方法做應(yīng)用試驗,驗證本方法在具體應(yīng)用時的效果。測定其組成含量如表2,測定結(jié)果如表3。
2試驗結(jié)果與討論通過對以上數(shù)據(jù)分析得到:當(dāng)酸浸反應(yīng)溫度在130℃時,分解率最高,反應(yīng)效果最好。當(dāng)所加酸量越大,最后所剩殘渣量越少,分解率越高,但當(dāng)配比增加到2∶14以上時,再增加酸浸液氟硅酸的量對分解率的影響不大。反應(yīng)時間在90 min內(nèi)即可達(dá)到良好的反應(yīng)效果。酸溶時加鹽酸調(diào)pH< 1時可去除幾乎所有的硫酸鈣。
從以上數(shù)據(jù)可看出:各礦區(qū)煤矸石的硅和鋁的浸出率和提取率均較高,說明本方法具有普遍適用性,是我國煤矸石處理十分有效的資源化利用方法。
3結(jié)論
本工藝與傳統(tǒng)工藝相比具有以下優(yōu)點:
(1)無需焙燒,煤矸石在低溫下(130℃)即可反應(yīng),能耗低。
(2)投入產(chǎn)出比高,產(chǎn)品附加值高,性能好,市場前景好。
(3)酸浸液作為催化劑可以回收,循環(huán)使用降低了生產(chǎn)成本。
(4)吸收法中煤矸石的浸出率高達(dá)95%99%,提高了煤矸石資源的利用率。
(5)本工藝產(chǎn)品全部回收,沒有廢渣,酸浸應(yīng)后的固體殘渣含碳量大于80%,可直接作為煤本廠利用或高價出售。
本文研究對擴(kuò)大煤矸石的綜合利用有很大指導(dǎo)意義,如果能夠工業(yè)投產(chǎn),將消耗掉大量煤石,減輕煤矸石對環(huán)境的壓力,具有很大的市場展?jié)摿Α?/p>
參考文獻(xiàn):
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[2]姜軍,程建光.新汶礦區(qū)煤矸石的環(huán)境效應(yīng)及源頭綜合治[J].煤礦環(huán)境保護(hù),2001,(04):32~34.
[3]賀永德.現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社2004:15~30.
[4]邊炳鑫,解強,趙由才.煤系固體廢物資源化技術(shù)[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社.2004:30~45.
