CN113441533A - 一种利用煤矸石加速废石成土方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用煤矸石加速废石成土方法，包括以下步骤：S1、在通风支撑底座上按从下到上的顺序依次铺设生物质、煤矸石以及废石，形成堆体；S2、将最底层生物质点燃；S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。煤矸石燃烧过程中释放大量的热量，废石焙烧时显晶岩和页岩类废石碎裂，隐晶岩类废石在焙烧后加水冷淬碎裂，从而达到加速废石风化成土的效果，生物质在热解后形成的生物炭可改良废石成土，为后续植物创造良好的生长环境。
Description
技术领域
本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种利用煤矸石加速废石成土方法。
背景技术
伴随着社会经济的迅速发展，我国对矿产资源的开发需求急剧增加，年开采矿石量超过数百亿吨，采矿废石每年累计压占毁损的土地超过数百万公顷，其释放的酸及重金属等对生态环境带来了极大的压力。露天采场因缺乏土壤导致植被难以生长，因地质地形环境中易发生地质灾害、水土流失，对周边环境造成严重威胁，对露天采场以及废石堆场进行生态修复迫在眉睫。
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。煤矸石中的硫化物氧化或自然会逸出二氧化硫等污染大气环境，其氧化浸出会酸化农田和水体，并带来重金属释放风险；大量煤矸石堆在雨季易发生崩塌，淤塞河流造成灾害，现有方法对煤矸石整体利用率不高，煤矸石的处置与治理问题急需解决。
现在对于矿区采场的修复方面研究较少，主要的技术为覆盖种植土后，进行乔灌草绿化。但这种方法对于应用的局限性也比较大，对于生态环境脆弱区的土壤的资源匮乏，异地取土不仅造成生态环境的二次破坏，还因取土的开采、装卸及运输造成矿区修复成本居高不下。
申请号CN112371090A公开了一种铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法，利用农作物秸秆热解产生热量和铅铜尾矿热解制备人工土壤，该方法使用局限性较强，对于较大的尾矿石，秸秆产生的热量和持续的时间难以取得良好的效果。为此，十分有必要研发一种利用煤矸石加速废石成土方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用煤矸石加速废石成土方法。
本发明的目的是这样实现的，包括以下步骤：
S1、在通风支撑底座上按从下到上的顺序依次铺设生物质、煤矸石以及废石，形成堆体；
S2、将最底层生物质点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明利用煤矸石在燃烧过程中产生的热量可以将废石升温，致使隐晶岩和页岩类废石受热碎裂，显晶岩类废石在高温下再加水冷淬碎裂，经过煤矸石燃烧的热物理风化作用，达到加速废石风化成土的效果，解决废石堆积对生态环境造成的破坏，并且实现煤矸石的资源化利用，有效解决了煤矸石的处置问题，减少了生态破环；
2、可控制焙烧进程，避免烧尽最上层生物质热解产生的生物炭，残留的生物炭可一定程度上改良初级风化土，为后续植物生长提供透气保墒蓄肥的良好生长条件；
3、本发明成本低、材料简单易得、操作简单；
4、本发明在煤矸石层中设置中空笼体，中空笼体一方面起承载作用，不影响其他层铺设，另一方面最底层生物质产生的烟气在堆体内的缝隙上行过程中，上大下小的中空笼体结构利于烟气通过并向煤矸石层之上的废石层均匀扩散，并且也利于热量在纵向以及横向方向上扩散，使得堆层的煤矸石层和废石层快速均匀预热；堆层的煤矸石层燃烧时，将竹质的中空笼体逐渐燃烧成灰烬，而废石层的部分废石滚落入煤矸石层的孔洞中，同时上一堆层的生物质层的部分生物质混入堆层的废石层中，组成废石-煤矸石层与废石-生物质层，利于废石加速热物理风化；每一废石层均由筛上料以及筛下料组成，筛上料与筛下料的铺设结构利于通过中空笼体的烟气均匀在废石层内扩散。
附图说明
图1为本发明堆体的结构示意图；
图2为堆体内中空笼体、承载网以及废石层筛上料、筛下料的结构示意图；
图中：1-底座；2-生物质；3-煤矸石；4-废石，5-送风口，6-中空笼体，7-承载网。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
如附图1~图2所示本发明包括以下步骤：
S1、在通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，形成堆体；
S2、将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
所述生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层至少有二个，且均是从下到上依次堆设，形成堆体。
所述堆体为棱台或圆台形堆体，堆积角控制在35~40°，以获得良好的稳定性。
所述通风支撑底座1为圆形或方形结构，对应棱台或圆台形堆体，底部设有送风口5，底座支架高度可根据堆体高度灵活选择，送风口5便于风机通风和起始点火引燃，控制焙烧进程。
所述煤矸石和废石的质量比为1:3~8，生物质和废石的质量比为1:10~20。
所述煤矸石为煤巷矸，岩巷矸、自燃矸、洗矸、手选矸以及剥离矸中的一种或多种，含碳量5~30%，热量1000~6000KJ/kg，所述废石为地下矿山探矿、开采、开拓和切割过程中产生的废石、露天开采过程中的剥离废石中的一种或多种。
所述生物质为农业废弃物和/或林业废弃物。
在铺设每一堆层的煤矸石层时，煤矸石层表面均留有若干个等间距的孔洞，孔洞呈上大下小的漏斗状结构，且孔洞底部与煤矸石层之下的生物质不接触，孔洞内嵌入设置有与孔洞形状相同的中空笼体6，中空笼体6侧面、顶部以及底部均为竹编织的网孔结构，中空笼体6顶部与煤矸石层表面齐平，堆体从下到上自第二堆层开始，每一堆层的生物质层与煤矸石层之间铺设有承载网7，承载网7为竹编制的网状结构。
每一废石层均由筛上料以及筛下料组成，在铺设废石层过程中，中空笼体6之上的区域从下到上依次为筛上料层、筛下料层，其余区域从下到上依次为筛下料层、筛上料层。
所述堆体是堆设在反应器内，反应器顶部设有出风口，底部设有进风口，反应器便于控制焙烧进程，反应器顶部出风口可安装烟气处理装置，对排出的烟气集中处理。
下面结合实施例1~实施例13对本发明作进一步说明。
实施例1
S1、在通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有二个，形成堆体；
S2、将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
实施例2
S1、在通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有三个，且均是从下到上依次堆设，形成堆体；煤矸石为煤巷矸，废石为采矿废石，生物质为农业废弃物；
S2、将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
实施例3
S1、在通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有三个，且均是从下到上依次堆设，形成棱台形堆体，堆积角控制在35°；
S2、将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
实施例4
S1、在通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有二个，且均是从下到上依次堆设，形成圆台形堆体，堆积角控制在40°；
S2、将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
实施例5
S1、在圆形通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有三个，且均是从下到上依次堆设，形成圆台形堆体，堆积角控制在37.5°，通风支撑底座1底部设有送风口5；
S2、在送风口5处通过引燃物将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
实施例6
S1、在方形通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有二个，且均是从下到上依次堆设，形成棱台形堆体，堆积角控制在37°，通风支撑底座1底部设有送风口5，其中煤矸石和废石的质量比为1:3，生物质和废石的质量比为1:10；
S2、将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
实施例7
S1、在方形通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有三个，且均是从下到上依次堆设，形成棱台形堆体，堆积角控制在36°，通风支撑底座1底部设有送风口5，其中煤矸石和废石的质量比为1: 8，生物质和废石的质量比为1:20；
S2、在送风口5处通过引燃物将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
实施例8
S1、在圆形通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有三个，且均是从下到上依次堆设，形成圆台形堆体，堆积角控制在38°，通风支撑底座1底部设有送风口5，其中煤矸石和废石的质量比为1:5.5，生物质和废石的质量比为1:15；
S2、在送风口5处通过引燃物将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
实施例9
S1、在反应器内设置圆形通风支撑底座1，反应器顶部设有出风口，底部设有进风口，在圆形通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有二个，且均是从下到上依次堆设，形成圆台形堆体，堆积角控制在36°，通风支撑底座1底部设有送风口5，其中煤矸石和废石的质量比为1:5，生物质和废石的质量比为1:14；
S2、在送风口5处通过引燃物将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
实施例10
S1、在圆形通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有二个，且均是从下到上依次堆设，形成圆台形堆体，堆积角控制在38°，通风支撑底座1底部设有送风口5，其中生物质选用干燥树木枝叶，煤矸石和废石的质量比为1:6，生物质和废石的质量比为1:12，煤矸石热量在4000KJ/kg左右；
S2、在送风口5处通过引燃物将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬；
按照实施例10的方法，取焙烧过后的废石经孔径为2目筛进行筛选，测得通过网筛的废石占所取废石总质量的73%，达成加速风化成土的效果。
实施例11
S1、在圆形通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有二个，且均是从下到上依次堆设，形成圆台形堆体，堆积角控制在38°，通风支撑底座1底部设有送风口5，其中生物质选用干燥秸秆，煤矸石和废石的质量比为1:7，生物质和废石的质量比为1:18，煤矸石热量在5000KJ/kg左右；
S2、在送风口5处通过引燃物将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬；
按照实施例11的方法，取焙烧过后的废石经孔径为2目筛进行筛选，测得通过网筛的废石占所取废石总质量的77%，达成加速风化成土的效果。
实施例12
S1、在圆形通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有二个，且均是从下到上依次堆设，形成圆台形堆体，堆积角控制在38°，通风支撑底座1底部设有送风口5，铺设每一堆层的煤矸石层时，煤矸石层表面均留有若干个等间距的孔洞，孔洞呈上大下小的漏斗状结构，且孔洞底部与煤矸石层之下的生物质不接触，孔洞内嵌入设置有与孔洞形状相同的中空笼体6，中空笼体6侧面、顶部以及底部均为竹编织的网孔结构，中空笼体6顶部与煤矸石层表面齐平，堆体从下到上自第二堆层开始，每一堆层的生物质层与煤矸石层之间铺设有承载网7，承载网7为竹编制的网状结构，其中煤矸石和废石的质量比为1:3，生物质和废石的质量比为1:10；
S2、在送风口5处通过引燃物将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
实施例13
S1、在圆形通风支撑底座1上按从下到上的顺序依次铺设生物质2、煤矸石3以及废石4，生物质2、煤矸石3以及废石4组成一堆层，堆层有三个，且均是从下到上依次堆设，形成圆台形堆体，堆积角控制在38°，通风支撑底座1底部设有送风口5，铺设每一堆层的煤矸石层时，煤矸石层表面均留有若干个等间距的孔洞，孔洞呈上大下小的漏斗状结构，且孔洞底部与煤矸石层之下的生物质不接触，孔洞内嵌入设置有与孔洞形状相同的中空笼体6，中空笼体6侧面、顶部以及底部均为竹编织的网孔结构，中空笼体6顶部与煤矸石层表面齐平，堆体从下到上自第二堆层开始，每一堆层的生物质层与煤矸石层之间铺设有承载网7，承载网7为竹编制的网状结构，每一废石层均由筛上料以及筛下料组成，在铺设废石层过程中，中空笼体6之上的区域从下到上依次为筛上料层、筛下料层，其余区域从下到上依次为筛下料层、筛上料层，其中煤矸石和废石的质量比为1:5，生物质和废石的质量比为1:13；
S2、在送风口5处通过引燃物将最底层生物质2点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
Claims (10)
1.一种利用煤矸石加速废石成土方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、在通风支撑底座（1）上按从下到上的顺序依次铺设生物质（2）、煤矸石（3）以及废石（4），形成堆体；
S2、将最底层生物质（2）点燃；
S3、焙烧结束后，倾倒堆体，向堆体喷淋水进行冷淬。
2.根据权利要求1所述利用煤矸石加速废石成土方法，其特征在于所述生物质（2）、煤矸石（3）以及废石（4）组成一堆层，堆层至少有二个，且均是从下到上依次堆设，形成堆体。
3.根据权利要求1或2所述利用煤矸石加速废石成土方法，其特征在于所述堆体为棱台或圆台形堆体，堆积角控制在35~40°。
4.根据权利要求1所述利用煤矸石加速废石成土方法，其特征在于所述通风支撑底座（1）为圆形或方形结构，底部设有送风口（5）。
5.根据权利要求1所述利用煤矸石加速废石成土方法，其特征在于所述煤矸石和废石的质量比为1:3~8，生物质和废石的质量比为1:10~20。
6.根据权利要求1、2或5所述利用煤矸石加速废石成土方法，其特征在于所述煤矸石为煤巷矸，岩巷矸、自燃矸、洗矸、手选矸以及剥离矸中的一种或多种，含碳量5~30%，热量1000~6000KJ/kg，所述废石为地下矿山探矿、开采、开拓和切割过程中产生的废石、露天开采过程中的剥离废石中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述利用煤矸石加速废石成土方法，其特征在于所述生物质为农业废弃物和/或林业废弃物。
8.根据权利要求1或2所述利用煤矸石加速废石成土方法，其特征在于在铺设每一堆层的煤矸石层时，煤矸石层表面均留有若干个等间距的孔洞，孔洞呈上大下小的漏斗状结构，且孔洞底部与煤矸石层之下的生物质不接触，孔洞内嵌入设置有与孔洞形状相同的中空笼体（6），中空笼体（6）侧面、顶部以及底部均为竹编织的网孔结构，中空笼体（6）顶部与煤矸石层表面齐平，堆体从下到上自第二堆层开始，每一堆层的生物质层与煤矸石层之间铺设有承载网（7），承载网（7）为竹编制的网状结构。
9.根据权利要求8所述利用煤矸石加速废石成土方法，其特征在于每一废石层均由筛上料以及筛下料组成，在铺设废石层过程中，中空笼体（6）之上的区域从下到上依次为筛上料层、筛下料层，其余区域从下到上依次为筛下料层、筛上料层。
10.根据权利要求1或2所述利用煤矸石加速废石成土方法，其特征在于所述堆体是堆设在反应器内，反应器顶部设有出风口，底部设有进风口。
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