我單位綜合開發利用煤矸石生產優質高嶺土系列產品技術研究成果
發布時間：
2014-10-17 15:45
按國家有關產品的質量標準，利用陜西煤矸石，完成了造紙涂料4A沸石的試驗研究工作，取得了理想的試驗指標。
主要技術指標如下：
1、造紙涂料產品：SiO2 55%、Al2O3 38%、Fe2O3 0.7%，白度85%，粒度：涂料級－2μ占80%，填料級－500目占100%。
2、4A沸石產品：鈣交換能力300mgCaCO3/g無水4A，白度91%，PH值10.6，粒度＜4μ占81%。
一、煤矸石性質
煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。
煤矸石是由碳質頁巖、碳質砂巖、砂巖、頁巖、粘土等巖石組成的混合物，具有低發熱值，發熱量一般為4.18～12.56MJ/kg。煤矸石的礦物成分主要是高嶺土、石英、蒙脫石、長石、伊利石、石灰、硫化鐵、氧化鋁等。
煤矸石的無機成分主要是硅、鋁、鈣、鎂、鐵的氧化物和某些稀有金屬。其化學成分組成的百分率：SiO2為52～65；Al2O3為16～36；Fe2O3為2.28～14.63;CaO為0.42～2.32;MgO為0.44～2.41;TiO2為0.90～4;P2O5為0.007～0.24;K2O+Na2O為1.45～3.9；V2O5為0.008～0.03。現今許多國內外研究單位和礦山試驗表明，煤矸石的綜合利用大有前途，用途越來越廣。
二、煤矸石用途
①煤矸石發電
煤矸石發電是綜合利用煤矸石的重要途徑。煤矸石電廠主要利用熱值在6.53～8.37MJ/kg之間的洗矸和掘進矸石。我國利用煤矸石發電已經形成一定的規模，全國矸石電廠裝機容量已發展到500萬kW，每年利用矸石發電消耗的煤矸石總量約為4500萬t，占到煤矸石綜合利用量的60%左右。可見，煤矸石發電不僅消耗大量的煤矸石，使之變廢為寶，而且可以節約大量的煤炭資源，緩解煤電日益緊張的局面，其經濟效益、社會效益和環境效益都十分顯著。
②利用煤矸石生產建筑材料
利用煤矸石可生產的建筑材料及其制品主要有：煤矸石磚、煤矸石砌塊、煤矸石通用水泥、煤矸石特殊水泥、輕集料、馬賽克及釉面磚等等。這是煤矸石綜合利用的又一重要方向，可以消耗大量的煤矸石。
③煤矸石生產肥料
利用煤矸石為原料生產農用肥料。煤矸石中約含有15%～20%的有機質，并含有豐富的植物生長所必須的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數倍，經過加工可以生產有機肥和微生物肥料。
④煤矸石制備化工原料
煤矸石的主要化工用途就是通過各種不同的方法提取煤矸石中的某一種元素或生產硅鋁材料。對于含鋁量較高的煤矸石，其開發的化工產品主要有結晶氯化鋁、聚合氯化鋁、硫酸鋁、4?沸石等等。
⑤煤矸石制取新型材料
煤矸石合成碳化硅(SiC)、煤矸石制備4?分子篩。
⑥煤矸石制取造紙涂料
三、我省煤矸石利用現狀
煤矸石在大小煤礦都有存放，特別是我省一些大中型煤礦，堆積的煤矸石已成小山，有的已存久自燃，溢出的濃濃的煙霧和硫酸氣污染空氣及水體，占用了大量的土地。據山東、山西、河北、甘肅四省統計，煤矸石的存放量已達72735.22萬噸。我省煤矸石的存放量也約在15000萬噸左右，全國的總量將更為可觀。
陜北地區的煤矸石也屬此類型。煤矸石中高嶺土含量在90%以上，礦石質地好、結晶好、熱穩定性好、有序度較高。由于此類型礦石中往往含有氧化鐵、硫化鐵、氧化鈦、有機質等色雜質，使之礦石呈灰色或黑色，自然白度低，而降低了它的使用價值。為了除去這些雜質，除用重選、磁選、浮選等常規選礦方法外，還必須用超細磨，化學漂白除鐵，高溫燒燒等工藝，才能大幅度地提高產品的白度、細度和質量。當前我們的主要工作是依靠科技進步，擴大應用領域，把我省的資源優勢盡快變為經濟優勢。根據當前的形勢，我們必須加快步伐，重視煤矸石的深加工研究及工業應用試驗，這也是世界各國十分重視的課題。
四、我單位開發利用煤矸石研究成果
我單位已完成了陜北府谷煤系煤矸石、韓城煤系煤矸石、銅川煤系煤矸石開發利用試驗研究工作，取得了理想的成果。
（1）府谷煤系煤矸石開發利用試驗
對煤矸石通過磨礦－化學漂白－煅燒－超細磨分級的選礦工藝流程試驗，獲得產率為60%的合格造紙涂料產品，剩余40%的沉砂可作為造紙、橡膠等填料使用，實現了無尾礦生產工藝。
造紙涂料產品經輕工部北京造紙工業科學研究所刮刀涂布性能試驗認為，其粒度優于美國ALPHATEX，具有良好的分散性，與其它顏料，膠劑和各種助劑都有優良的相容性能，可以配制60%以上的高固含量涂料，成紙性能好，符合刮刀涂布的質量要求。
對煅燒煤矸石通過化學合成工藝制的4A沸石產品，純度＞96%，呈立方形結晶體，單晶度高，白度＞91%，鈣交換能力209CaCO3mg?g-1(干基)，pH＝10.6，粒度≤10μ達100%，≤4μ占85%，平均粒徑2.82μ，符合洗滌劑助質量要求。
（2）韓城煤系煤矸石開發利用試驗
對煤矸石通過破碎－磨礦－氧化焙燒－化學漂白－過濾洗滌－烘干－煅燒－超細磨的選礦工藝流程試驗，獲得了合格造紙涂料級煅燒高嶺土產品。其技術指標為：Fe2O3和FeO含量分別降為0.21%和0.03%，白度由原礦的29%提高到86.40%，粒度-2μ達到82.13%。
涂布級煅燒高嶺土產品經紙廠氣刀涂布試驗，試產了100g/㎡和120g/㎡兩種單面銅版紙，共1噸，并與蘇州瓷土（機選特號）進行了涂布對比試驗，該中試產品具有白度高，粒度合格，易分散，不沉淀等特性，是一種良好的造紙涂料產品。生產的兩種銅版紙紙和性能檢測，各項指標均達到輕工部頌標準，而且全部優于蘇州土生產的同規格銅版紙。
（3）銅川煤系煤矸石開發利用試驗
①對煤矸石通過破碎－磨礦－化學漂白－煅燒脫炭－超細磨－分級選礦工藝流程試驗。溢流產品達到了一級氣刀涂料級的標準，且符合合成4A沸石所需材料指標。沉砂產品達到了機選二號高嶺土的標準，可作為橡膠，造紙等填料使用，使礦石得到了全部利用。
造紙涂料產品經西安感光復印紙廠檢測認為其含砂量小，粒度分布均，2μ以下粒徑含量高，配成的造紙涂料產品流動性能好，不沉降，符合氣刀機選一級土的質量標準生產的80g/㎡銅板紙涂層細膩，具有較好的平滑度和光澤性，成品紙經陜西省紙張產品質量監督檢驗站抽樣檢測，各項指標均達到部頒標準。
合成的洗滌劑用4A沸石石產品，經輕工部洗滌用品質量監督檢測中心檢測，質量屬上乘產品，已達到國內同類產品的先進水平。