CN106045564B - 一种利用煤矸石制备保温材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用煤矸石制备保温材料的方法，本发明的材料通过加入造孔剂烧结，可以在材料的内部形成大量的彼此连通或闭合的孔洞，由于其较高的孔隙率，因而具有较低的导热系数，而利用煤矸石处理后的粉料具有很好的抗热震稳定性，本发明的煤矸石利用率高，环保性好。

Description

一种利用煤矸石制备保温材料的方法

技术领域

本发明主要涉及保温材料领域，尤其涉及一种利用煤矸石制备保温材料的方法。

背景技术

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。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素；煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。为了消除污染，自60年代起，很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。

煤矸石代替燃料：化铁；烧锅炉；烧石灰；回收煤炭。生产水泥：生产普通硅酸盐水泥；生产特种水泥；生产无熟料水泥。生产建筑材料：煤矸石烧结砖，质量较好，颜色均匀；煤矸石生产轻骨料，轻骨料是为了较少混凝土的相对密度，而选用的一类多孔骨料；生产煤矸石棉，以煤矸石和石灰为原料，经高温融化，喷吹而成的一种建筑材料。生产化工产品：制结晶三氯化铝，以煤矸石和化工工业副产盐酸为主要原料，经过破碎、培烧、磨碎、酸浸、沉淀、浓缩结晶和脱水等生产工艺而制成，是一种新型的净水剂；制水玻璃；生产硫酸铵，煤矸石内的硫化铁在高温下生产SO2，再氧化而生产SO3，遇水生产硫酸，并与氨的化合物生产硫酸铵。

利用途径有以下几种：

①回收煤炭和黄铁矿：通过简易工艺，从煤矸石中洗选出好煤，通过筛选从中选出劣质煤，同时拣出黄铁矿。或从选煤用的跳汰机──平面摇床流程中回收黄铁矿、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作动力锅炉的燃料，洗矸可作建筑材料，黄铁矿可作化工原料。

② 用于发电：主要用洗中煤和洗矸混烧发电。中国已用沸腾炉燃烧洗中煤和洗矸的混合物（发热量每公斤约2000大卡）发电。炉渣可生产炉渣砖和炉渣水泥。日本有10多座这种电厂；所用中煤和矸石的混合物，一般每公斤发热量为3500大卡；火力不足时,用重油助燃。德意志联邦共和国和荷兰把煤矿自用电厂和选煤厂建在一起，以利用中煤、煤泥和煤矸石发电。

测试煤矸石的发热量应使用专门的仪器进行，微机量热仪可以满足发热量的测试。

③ 制造建筑材料：代替粘土作为制砖原料，可以少挖良田。烧砖时，利用煤矸石本身的可燃物，可以节约煤炭。

煤矸石烧结空心砖，是指以页岩，煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的具有竖向孔洞（孔洞率不小于25%,孔的尺寸小而数量多）的砖。其外形尺寸，长度为290,240,190mm,宽度为240,190,180,175,140,115mm,高度为90mm.由两两相对的顶面、大面及条面组成直角六面体，在中部开设有至少两个均匀排列的条孔，条孔之间由肋相隔，条孔与大面、条面平行，其间为外壁，条孔的两开口分别位于两顶面上，在所述的条孔与条面之间分别开设有若干孔径较小的边排孔，边排孔与其相邻的边排孔或相邻的条孔之间为肋。

煤矸石可以部分或全部代替粘土组分生产普通水泥。自燃或人工燃烧过的煤矸石，具有一定活性,可作为水泥的活性混合材料，生产普通硅酸盐水泥(掺量小于20%)、火山灰质水泥（掺量20～50%）和少熟料水泥（掺量大于50%）。还可直接与石灰、石膏以适当的配比，磨成无熟料水泥，可作为胶结料，以沸腾炉渣作骨料或以石子、沸腾炉渣作粗细骨料制成混凝土砌块或混凝土空心砌块等建筑材料。英国、比利时等国有专用煤矸石代替硅质原料生产水泥的工厂。

煤矸石可用来烧结轻骨料。日本于1964年用煤矸石作主要原料制造轻骨料，用于建造高层楼房，建筑物重量减轻20%。

用盐酸浸取可得结晶氯化铝。浸取后的残渣，主要为二氧化硅，可作生产橡胶填充料和湿法生产水玻璃的原料。剩余母液内所含的稀有元素（如锗、镓、钒、铀等），视含量决定其提取价值。

此外，煤矸石还可用于生产低热值煤气，制造陶瓷，制作土壤改良剂，或用于铺路、井下充填、地面充填造地。在自燃后的矸石山上也可种草造林，美化环境。

到目前为止.煤矸石的利用力度还不够大。技术不完善，地区发展不平衡，对环境的影响依然很严重，主要表现在下述几个方面。

1、影响土地资源的利用 煤矸石堆场多位于井口附近，大多紧邻居民区，煤矸石的大量堆放一方面占用大量的土地面积，另一方面还在影响着比堆放面积更大的土地资源，使得周围的耕地变得贫瘠，不能被利用。

2、污染大气 煤矸石露天堆放会产生大量扬尘，这主要是由于在地面堆放的煤矸石受到长时间的日晒雨淋后，将会风化粉碎;另外，煤矸石吸水后会崩解，从而很容易产生粉尘。在风力的作用下，将会恶化矿区大气的质量。 此外，煤矸石中含有残煤、碳质泥岩和废木材等可燃物，其中C,S可构成煤矸石自燃的物质基础。煤矸石业务露天堆放，日积月累，矸石山内部的热量逐渐积累。当温度达到可燃物的燃烧点时，矸石堆中的残煤便可自燃。自燃后，矸石山内部温度为800~1 000oC，使矸石融结并放出大量的CO,CO2,SO2,H2S , NOx等有害气体，其中以SO2为主。一座矸石山自燃可长达十余年至几十年。这些有害气体的排放，不仅降低矸石山周围的环境空气质量，影响矿区居民的身体健康，还常常影响周围的生态环境，使树木生长缓慢、病虫害增多，农作物减产，至死亡。

3、危害水土 煤矸石除含有粉尘、SiO2，A12O3以及Fe，Mn等常量元素外，还有其他微量重金属元素，如Pb，Sn，As，Cr等，这些元素为有毒重金属元素。当露天堆放的煤矸石山经雨水淋蚀后，产生酸性水，污染周围的上地和水体。 当矸石堆场的矸石堆放不合理时，矸石堆易发生边坡失稳，从而导致矸石堆的崩塌、滑移，特别在暴雨季节，这种现象在山区尤为常见，易发生泥石流，从而殃及下游的农田、河流及人员安全。

因此为了更进一步提高煤矸石的资源利用率，就需要研究其在不同领域的适用性。

发明内容

本发明目的就是为了充分利用废弃的煤矸石资源，提供一种利用煤矸石制备保温材料的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用煤矸石制备保温材料的方法，包括以下步骤：

（1）取固体废弃物煤矸石在常温下晾干，研磨成粉，过100-160目筛，送入500-560℃的加热炉中，煅烧50-60分钟，冷却出料，加入到3-5mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌浸泡1-2小时，过滤除去滤液；

（2）将滤渣水洗3-5次，干燥，与其重量4-5%的硫酸铝铵混合，加入到混合料重量20-30倍的去离子水中，在80-90℃下保温搅拌至水干，然后加入到上述滤渣重量30-34%的5-10mol/L的硫酸溶液中，搅拌浸泡30-40分钟，过滤，得滤液和二次滤渣；

（3）将上述二次滤渣与其重量2-3%的碳酸钠混合，送入到马弗炉中，300-400℃下焙烧20-30分钟，出料冷却，得预处理渣粉；

（4）将步骤2得到的滤液与其重量4-6%的结合剂混合，搅拌均匀，加入到混合料重量0.1-0.15%的乳化剂，60-100转/分搅拌10-20分钟，得乳化液；

（5）将上述预处理渣粉与乳化液混合，加入混合料重量3-4%的空心玻璃微珠、10-14%的铝矾土，搅拌混合6-10分钟，过滤除去滤液，将滤渣水洗，干燥，与其重量1-2%的造孔剂混合，送入到球磨机中，400-500转/分球磨10-12小时，出料，加入适量的水，雾化成球，送入烘箱中，110-120℃下恒温干燥10-13小时，送入烧结炉中，1000-1100℃下烧结40-50分钟，冷却至常温，即得所述保温材料。

一种利用煤矸石制备保温材料的方法，所述的结合剂为质量比为10-13：1：0.2-0.3的羧甲基纤维素、环糊精、葡萄糖混合组成。

一种利用煤矸石制备保温材料的方法，所述的乳化剂为羧甲基纤维素钠、卵磷脂中的一种或两种。

一种利用煤矸石制备保温材料的方法，所述的造孔剂的制备方法包括以下步骤：

将干燥的稻壳加入到其重量20-30倍的、浓度为5-7mol/L的氯化钠溶液中，升高温度至70-80℃，保温搅拌至水干，研磨成细粉，过70-100目筛，即得。

本发明的优点是：

本发明的材料通过加入造孔剂烧结，可以在材料的内部形成大量的彼此连通或闭合的孔洞，由于其较高的孔隙率，因而具有较低的导热系数，而利用煤矸石处理后的粉料具有很好的抗热震稳定性，本发明的煤矸石利用率高，环保性好。

具体实施方式

实施例1

一种利用煤矸石制备保温材料的方法，包括以下步骤：

（1）取固体废弃物煤矸石在常温下晾干，研磨成粉，过160目筛，送入560℃的加热炉中，煅烧50分钟，冷却出料，加入到5mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌浸泡1小时，过滤除去滤液；

（2）将滤渣水洗3次，干燥，与其重量5%的硫酸铝铵混合，加入到混合料重量20倍的去离子水中，在90℃下保温搅拌至水干，然后加入到上述滤渣重量34%的10mol/L的硫酸溶液中，搅拌浸泡40分钟，过滤，得滤液和二次滤渣；

（3）将上述二次滤渣与其重量3%的碳酸钠混合，送入到马弗炉中，400℃下焙烧30分钟，出料冷却，得预处理渣粉；

（4）将步骤2得到的滤液与其重量6%的结合剂混合，搅拌均匀，加入到混合料重量0.15%的乳化剂，100转/分搅拌20分钟，得乳化液；

（5）将上述预处理渣粉与乳化液混合，加入混合料重量3%的空心玻璃微珠、14%的铝矾土，搅拌混合10分钟，过滤除去滤液，将滤渣水洗，干燥，与其重量1-2%的造孔剂混合，送入到球磨机中，500转/分球磨12小时，出料，加入适量的水，雾化成球，送入烘箱中，120℃下恒温干燥13小时，送入烧结炉中，1000-1100℃下烧结40-50分钟，冷却至常温，即得所述保温材料。

一种利用煤矸石制备保温材料的方法，所述的结合剂为质量比为13：1：0.2的羧甲基纤维素、环糊精、葡萄糖混合组成。

一种利用煤矸石制备保温材料的方法，所述的乳化剂为羧甲基纤维素钠、卵磷脂中的一种或两种。

一种利用煤矸石制备保温材料的方法，所述的造孔剂的制备方法包括以下步骤：

将干燥的稻壳加入到其重量30倍的、浓度为7mol/L的氯化钠溶液中，升高温度至80℃，保温搅拌至水干，研磨成细粉，过100目筛，即得。

Claims (4)

1.一种利用煤矸石制备保温材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）取固体废弃物煤矸石在常温下晾干，研磨成粉，过100-160目筛，送入500-560℃的加热炉中，煅烧50-60分钟，冷却出料，加入到3-5mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌浸泡1-2小时，过滤除去滤液；

（2）将滤渣水洗3-5次，干燥，与其重量4-5%的硫酸铝铵混合，加入到混合料重量20-30倍的去离子水中，在80-90℃下保温搅拌至水干，然后加入到上述滤渣重量30-34%的5-10mol/L的硫酸溶液中，搅拌浸泡30-40分钟，过滤，得滤液和二次滤渣；

（3）将上述二次滤渣与其重量2-3%的碳酸钠混合，送入到马弗炉中，300-400℃下焙烧20-30分钟，出料冷却，得预处理渣粉；

（4）将步骤2得到的滤液与其重量4-6%的结合剂混合，搅拌均匀，加入到混合料重量0.1-0.15%的乳化剂，60-100转/分搅拌10-20分钟，得乳化液；

（5）将上述预处理渣粉与乳化液混合，加入混合料重量3-4%的空心玻璃微珠、10-14%的铝矾土，搅拌混合6-10分钟，过滤除去滤液，将滤渣水洗，干燥，与其重量1-2%的造孔剂混合，送入到球磨机中，400-500转/分球磨10-12小时，出料，加入适量的水，雾化成球，送入烘箱中，110-120℃下恒温干燥10-13小时，送入烧结炉中，1000-1100℃下烧结40-50分钟，冷却至常温，即得所述保温材料。

2.根据权利要求1所述的一种利用煤矸石制备保温材料的方法，其特征在于，所述的结合剂为质量比为10-13：1：0.2-0.3的羧甲基纤维素、环糊精、葡萄糖混合组成。

3.根据权利要求1所述的一种利用煤矸石制备保温材料的方法，其特征在于，所述的乳化剂为羧甲基纤维素钠、卵磷脂中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种利用煤矸石制备保温材料的方法，其特征在于，所述的造孔剂的制备方法包括以下步骤：

将干燥的稻壳加入到其重量20-30倍的、浓度为5-7mol/L的氯化钠溶液中，升高温度至70-80℃，保温搅拌至水干，研磨成细粉，过70-100目筛，即得。