CN115028383A - 一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法 - Google Patents

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Abstract

本公开属于煤物质清洁利用技术领域，具体涉及一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，包括：对煤矸石进行破碎；对破碎后的煤矸石产物进行梯度分级；测试分级后的煤矸石产物的压碎值；将压碎值小于预设值的煤矸石碎石进行二次处理，再次测量压碎值，循环处理，直到所测量的压碎值不小于预设值为止；将压碎值不小于预设值的煤矸石碎石进行筛分；收集并粉磨所过筛的煤矸石碎石，制备胶凝材料或掺合料；冲洗并干燥所筛余的煤矸石碎石，用作粗细骨料。

Description

一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法
技术领域
本公开属于煤物质清洁利用技术领域，具体涉及一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
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。我国每年的煤矸石产量以亿吨记，产量大、堆存量大，且煤矸石发热值低、对环境有污染，大量堆放不仅占地费用高，且可能发生自燃，安全、环保、经济等各方面都危害极大。
据发明人了解，目前对煤矸石的再利用效率不高，且多用作回填矿山等低效益利用，目前亟需一种高效、大量、高效益的回收利用煤矸石的方法；把煤矸石用作建筑材料，就很好地契合这几点，我国是基础建设大国，各类建设的建筑材料用量巨大，且由于近些年的建筑材料价格大幅上升，建设成本也显著上升，目前基建行业需要大量的价低、质优的建筑材料。使用煤矸石制造建筑材料，不仅可以解决煤矸石的污染、堆存、安全问题，也为基建提供了大量的质优价低的材料，变废为宝，一举多得。
发明内容
为了解决上述问题，本公开提出了一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，通过分级利用使用煤矸石制备建筑用粗细骨料、胶凝材料和掺合料，依据各种组分质量和特性分别加工利用，使用风力分选、针片状组分分离、骨料强化技术、热活化处理等手段，梯度、高效、高附加值地将煤矸石用于建筑中，工艺简单成本低廉、利用效率高效果好，所得产品需求量大，可以有效利用煤矸石。
根据一些实施例，本公开的方案提供了一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，采用如下技术方案：
一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，包括：
对煤矸石进行破碎；
对破碎后的煤矸石产物进行梯度分级；
测试分级后的煤矸石产物的压碎值；
将压碎值小于预设值的煤矸石碎石进行二次处理，再次测量压碎值，循环处理，直到所测量的压碎值不小于预设值为止；
将压碎值不小于预设值的煤矸石碎石进行筛分；
收集并粉磨所过筛的煤矸石碎石，制备胶凝材料或掺合料；冲洗并干燥所筛余的煤矸石碎石，用作粗细骨料。
作为进一步的技术限定，在对煤矸石进行破碎的过程中，采用锤式破碎机，破碎后煤矸石的出料粒径不超过25mm。
作为进一步的技术限定，在梯度分级的过程中，使用风力分选机对破碎后的煤矸石产物进行密度上的分级，基于隔膜跳汰机将破碎后的煤矸石分为若干组。
作为进一步的技术限定，按照标准GB/T 14685-2022和GB/T 14684-2022测试分级后的煤矸石产物的压碎值。
作为进一步的技术限定，将压碎值小于预设值的煤矸石碎石放入颗粒整形机中，进行骨料自击处理，完成二次处理后再次测量压碎值，循环处理，直到所测量的压碎值不小于预设值为止。
作为进一步的技术限定，将压碎值不小于预设值的煤矸石碎石进行筛分的过程中，将压碎值不小于预设值的煤矸石碎石过第一方孔筛，所筛余的煤矸石碎石用作粗骨料，所过筛的煤矸石碎石再过第二方孔筛，所筛余的煤矸石碎石用作细骨料，所过筛的煤矸石碎石制备胶凝材料或掺合料。
进一步的，所述第一方孔筛的筛孔尺寸大于所述第二方孔筛的筛孔尺寸。
进一步的，对用作粗骨料或细骨料的煤矸石碎石进行针片状组分含量测试，当针片状组分含量超过预设值时，使用针片状骨料筛分装置分离针片状组分。
作为进一步的技术限定，对制备胶凝材料或掺合料的煤矸石碎石进行热活化处理，消除煤矸石碎石中的煤渣煤粉。
作为进一步的技术限定，冲洗用于粗细骨料的煤矸石碎石，将冲洗后的煤矸石碎石的含泥量和含水率控制在预设范围内。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开基于梯度利用理念，实现了煤矸石高效、高价值的大宗利用；使用了骨料的强化工艺，实现了低质量煤矸石的高附加值利用；利用煤矸石上煤粉的热焓值，进行煤矸石掺合料或胶凝材料的热活化，实现了对煤矸石价值尽可能高的利用。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本公开实施例一中的基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本公开实施例一介绍了一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法。
如图1所示的一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，通过依据煤矸石密度、压碎值、破碎后粒径、胶凝活性对煤矸石进行分级利用，包括：
对煤矸石进行破碎；
对破碎后的煤矸石产物进行梯度分级；
测试分级后的煤矸石产物的压碎值；
将压碎值小于预设值的煤矸石碎石进行二次处理，再次测量压碎值，循环处理，直到所测量的压碎值不小于预设值为止；可以理解的，为提高煤矸石的利用率，在测量过程中，需进行循环处理；
将压碎值不小于预设值的煤矸石碎石进行筛分；
收集并粉磨所过筛的煤矸石碎石，制备胶凝材料或掺合料；冲洗并干燥所筛余的煤矸石碎石，用作粗细骨料。
作为一种或多种实施方式，使用锤式破碎机对煤矸石进行破碎，破碎后煤矸石的出料粒径不超过25mm。
作为一种或多种实施方式，破碎后收集破碎产物并使用风力分选机对破碎好的煤矸石依据密度进行分选，上(旁)动型隔膜跳汰机将破碎后的煤矸石分为若干组，并测试各个级配煤矸石骨料的压碎值。
作为一种或多种实施方式，按照标准GB/T 14685-2022和GB/T 14684-2022测试分级后的煤矸石产物的压碎值，将压碎值小于预设值(在本实施例中，预设值设置为25％)的煤矸石碎石分别放入颗粒整形机，进行“骨料自击法”处理，以提高强度。处理完后，再次测试其压碎值。
将压碎值不小于预设值(在本实施例中，预设值设置为25％)组别的破碎产物过4.75mm方孔筛(即第一方孔筛)，筛余用作粗骨料，过筛部分继续过0.075mm方孔筛(即第二方孔筛)，筛余作为细骨料，过筛部分用作胶凝材料或掺合料。
作为一种或多种实施方式，对筛分中的每组用作骨料的煤矸石进行针片状组分含量测试，若针片状组分含量超过15％，则使用针片状骨料筛分装置分离针片状组分，使其满足要求。
筛分并测定用作粗细骨料的煤矸石的级配情况，若不满足级配要求则添加需求粒径范围的碎石，使其满足混凝土使用要求，具体要求分别如表1和表2所示。
表1粗骨料级配要求表
Figure BDA0003682164500000061
Figure BDA0003682164500000071
表2细骨料级配要求表
Figure BDA0003682164500000072
作为一种或多种实施方式，对煤矸石骨料使用压力水进行冲洗，并自然晾干，使骨料含泥量≤1％，晾干后碎石含水率小于6％。
作为一种或多种实施方式，对用作胶凝材料、掺合料的组分进行热活化，热活化温度500～800℃。热活化处理的目的在于消除粉料中残余的煤渣煤粉等碳质、充分利用煤矸石中煤渣煤粉等热焓值并提高煤矸石粉料的胶凝活性。热活化后满足7d活性指数≥80％，28d活性指数大于等于90％，且含水量小于等于1％；
用作掺合料时，掺量控制在20％～40％，且可以满足C40混凝土需求。45μm方孔筛筛余量小于等于12％，胶砂抗压强度增长比≥0.95，流动度比≥105，氯离子含量小于等于0.06％；
煤矸石基胶凝材料由煤矸石、协同固废组分、活性激发剂组成，其中煤矸石占50-70％，协同固废组分占20-40％，活性激发剂占10-30％。3d抗压强度≥15MPa，28d抗压强度≥32.5MPa，3d抗折强度≥3.5MPa，28d抗折强度≥5.5MPa；
协同固废组分为高炉矿渣、粉煤灰、钢渣、尾矿等中的一种或几种；
活性激发剂由熟石灰、硅酸盐水泥、固废石膏、碱金属硅酸盐组成，其中熟石灰占30-50％、硅酸盐水泥0-8％、固废石膏2-10％、碱金属硅酸盐5-15％；
固废石膏为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等固废石膏中的一种或两种。
实施例二
在实施例一的基础上，本公开实施例二选用某煤矿生产线的煤矸石，并按照以下步骤制作建筑材料：
使用锤式破碎机破碎后进行风力分选，分选后按照吹出距离分为五组，分别测试五组材料压碎值并将压碎值＜25％的部分整形后再次测试压碎值。整形后有一组不满足压碎值＜25％，四组满足压碎值≥25％。
将压碎值≥25％组别的破碎产物过4.75mm方孔筛，筛余用作粗骨料，过筛部分继续过0.075mm方孔筛，筛余作为细骨料，过筛部分用作胶凝材料或掺合料。将压碎值＜25％的组别破碎至可过0.075mm筛，与上述过0.075mm筛部分共同用作胶凝材料或掺合料。
完成筛分后，对粗细骨料充分进行冲洗并干燥，取样测试骨料含泥量为0.42％，晾干后碎石含水率为2.7％。
对胶凝材料或掺合料进行温度为600℃的热活化处理，共进行6h。热活化后满足7d活性指数为89％，28d活性指数为93％且含水量为0.13％。
产品即为煤矸石为原料制作的建筑用混凝土骨料、胶凝材料、掺合料。
应用实例1
以所得的煤矸石粗细骨料取代普通混凝土所用的粗细骨料，加入32.5MPa等级的硅酸盐水泥和水，按照水泥：水：细骨料：粗骨料＝30:18:69:126，制C30强度等级的混凝土。
将煤矸石骨料分别置于9个相同的150mm*150mm*150mm模具内，浇入硅酸盐水泥和水制成的净浆，制件后24h脱模，并于标准状况下养护。取3个样检测3d平均抗压强度7.3MPa；剩余6个试块继续在标准状况下养护，取3个样检测7d平均抗压强度10.2MPa；剩余3个试块继续于标准状况下养护，测试28d抗压强度37.8MPa。
应用实例2
以所得的煤矸石细骨料取代水泥砂浆所用的标准砂，加入P.O42.5的水泥，按照水泥：砂：水＝1:2.5:0.65，制试件。
使用尺寸为40mm*40mm*160mm的模具，制作3个煤矸石细骨料砂浆试件，制件后24h脱模，于标准状况下养护28d，测试28d平均抗压强度为54.7MPa。
应用实例3
以所得的煤矸石掺合料取代混凝土中水泥的30％，加入42.5MPa等级的硅酸盐水泥和水，按照水泥：煤矸石煤矸石掺合料：水：细骨料：粗骨料＝7:3：10:24:4制C40混凝土。
使用尺寸为150mm*150mm*150mm模具，制作9个煤矸石掺合料混凝土试件，制件后24h脱模，并于标准状况下养护。取3个样检测3d平均抗压强度9.7MPa；剩余6个试块继续在标准状况下养护，取3个样检测7d平均抗压强度14.6MPa；剩余3个试块继续于标准状况下养护，测试28d抗压强度51.2MPa。
应用实例4
以所得的煤矸石胶凝材料分别和矿粉以1:1比例共用，取代混凝土中的水泥，并加入Na2SiO3，以煤矸石胶凝材料：矿粉：Na2SiO3：水：细骨料：粗骨料＝15:15:1：18:69:126，制备C30混凝土。
按照1：1取适量煤矸石胶凝材料和对应的共用胶凝材料，加入Na2SiO3，充分拌合均匀，加入骨料和水，使用尺寸为150mm*150mm*150mm模具，制作共9个混凝土试件，制件后24h脱模，并于标准状况下养护。取3个样检测3d平均抗压强度6.2MPa；剩余6个试块继续在标准状况下养护，取3个样检测7d平均抗压强度8.9MPa；剩余3个试块继续于标准状况下养护，测试28d抗压强度32.4MPa。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，其特征在于，包括：
对煤矸石进行破碎；
对破碎后的煤矸石产物进行梯度分级；
测试分级后的煤矸石产物的压碎值；
将压碎值小于预设值的煤矸石碎石进行二次处理，再次测量压碎值，循环处理，直到所测量的压碎值不小于预设值为止；
将压碎值不小于预设值的煤矸石碎石进行筛分；
收集并粉磨所过筛的煤矸石碎石，制备胶凝材料或掺合料；冲洗并干燥所筛余的煤矸石碎石，用作粗细骨料。
2.如权利要求1中所述的一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，其特征在于，在对煤矸石进行破碎的过程中，采用锤式破碎机，破碎后煤矸石的出料粒径不超过25mm。
3.如权利要求1中所述的一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，其特征在于，在梯度分级的过程中，使用风力分选机对破碎后的煤矸石产物进行密度上的分级，基于隔膜跳汰机将破碎后的煤矸石分为若干组。
4.如权利要求1中所述的一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，其特征在于，按照标准GB/T 14685-2022和GB/T 14684-2022测试分级后的煤矸石产物的压碎值。
5.如权利要求1中所述的一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，其特征在于，将压碎值小于预设值的煤矸石碎石放入颗粒整形机中，进行骨料自击处理，完成二次处理后再次测量压碎值，循环处理，直到所测量的压碎值不小于预设值为止。
6.如权利要求1中所述的一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，其特征在于，将压碎值不小于预设值的煤矸石碎石进行筛分的过程中，将压碎值不小于预设值的煤矸石碎石过第一方孔筛，所筛余的煤矸石碎石用作粗骨料，所过筛的煤矸石碎石再过第二方孔筛，所筛余的煤矸石碎石用作细骨料，所过筛的煤矸石碎石制备胶凝材料或掺合料。
7.如权利要求6中所述的一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，其特征在于，所述第一方孔筛的筛孔尺寸大于所述第二方孔筛的筛孔尺寸。
8.如权利要求6中所述的一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，其特征在于，对用作粗骨料或细骨料的煤矸石碎石进行针片状组分含量测试，当针片状组分含量超过预设值时，使用针片状骨料筛分装置分离针片状组分。
9.如权利要求1中所述的一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，其特征在于，对制备胶凝材料或掺合料的煤矸石碎石进行热活化处理，消除煤矸石碎石中的煤渣煤粉。
10.如权利要求1中所述的一种基于梯度利用理念的煤基矸石资源化利用方法，其特征在于，冲洗用于粗细骨料的煤矸石碎石，将冲洗后的煤矸石碎石的含泥量和含水率控制在预设范围内。
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CN117282536A (zh) * 2023-11-14 2023-12-26 海南星界和光科技有限公司 一种煤矸石综合利用方法
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