一种利用中低温余热强化煤矸石风化成土的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用中低温余热强化煤矸石风化成土的方法，属于固废处理技术领域。本方法通过以下步骤实现：（1）向煤矸石堆内通入热水或自然水温淋溶后用烟气烘烤，煤矸石矿物颗粒吸水受热膨胀，硅酸盐矿物发生溶出与重构；（2）经热水处理后煤矸石静置，排出水分、冷却，氧气进入矿物缝隙，矿物颗粒失水冷却收缩，硫化矿物发生氧化，颗粒破碎露出活化晶面；（3）重复步骤1、2至矿物颗粒粉化弱化，煤矸石粒径重构；（4）煤矸石细砂含量提升，保墒蓄肥能力增强，处理完成。本方法利用煤炭生产企业难以利用的中低温余热促进煤矸石粉化弱化，加速煤矸石风化成土，实现煤矸石的资源化回收。实现煤矸石的资源化回收。实现煤矸石的资源化回收。

【技术实现步骤摘要】
一种利用中低温余热强化煤矸石风化成土的方法


[0001]本专利技术属于固废处理
，具体涉及一种利用中低温余热强化煤矸石风化成土的方法。

技术介绍

[0002]煤炭生产过程中排出大量煤矸石，其传统处理方法为堆存、建材生产，存在侵占土地和消纳能力小的问题，急需拓展煤矸石回收利用新途径。硅酸盐矿物、粘土矿物、硫化矿物及其风化产物是煤矸石主要成分，也是土壤主要组成，因此煤矸石具备风化成土的矿物学基础，强化环境对煤矸石的扰动，加速其风化进程有利于大规模消纳煤矸石堆存量，降低企业生产成本。
[0003]煤炭生产企业存在大量中低温余热（50～300℃）难以利用，将其用于矿物风化有利于强化煤矸石干湿和冷热交替循环，促使煤矸石粉化弱化，形成中细砂，以增强处理产物的保墒蓄肥能力，使其适于植物定居。
[0004]申请号为CN202110340511.8的专利公开了一种干湿循环土样崩解演变规律测试仪及测试方法，该方法属于土壤检测领域，且消纳能力小，处理对象为土样，与本方法有显著区别。
[0005]申请号为CN201911180273.8的专利公开了一种干湿交替条件下硫化矿物风化氧化的模拟装置，该方法为消纳能力小且只适用于含硫量高的矿物混合物。
[0006]申请号为CN201310631993.8的专利公开了一种适合高风蚀、水蚀地区的沙地改良方法，该方法工艺复杂，需要较多的外源物质添加，实际操作难度较大。
[0007]申请号为CN202210718617.1的专利公开了模拟自然环境下岩土试样干湿循环过程的试验装置及方法，该方法为实验装置，难以用于固废处理领域。

技术实现思路

[0008]针对煤矸石处理处置及煤炭生产企业中低温余热难以回收利用，本专利技术提出了一种利用中低温余热余热强化煤矸石风化成土的方法。
[0009]专利技术原理：煤矸石属于沉积岩，主要矿物为硅酸盐矿物、粘土矿物、硫化矿物及其风化产物，与土壤主要组成类似，具备风化成土矿物学基础，其生态化利用主要难点在于粒径过大、难以保墒蓄肥，因此强化煤矸石矿物溶出与重构，提升其中细砂含量是其土壤化的先决条件。
[0010]步骤1：硅酸盐矿物（长石、云母）在淋溶条件下，其层间所含的K
+
、Ca
2+
等金属阳离子溶出，向粘土矿物进行转变，粒径下降；粘土矿物（伊利石、蛭石、高岭石等）吸水受热发生膨胀，矿物颗粒产生裂隙，不仅产生新鲜晶面使反应持续，还导致颗粒强度下降，易于粉化；步骤2：随着水分沥干，氧气通过矿物缝隙或裂隙与硫化矿物接触，形成硫酸根，体积变大，促进矿物颗粒裂隙发育，同时，硫酸根有助于聚合硫酸铁、铝等次生矿物凝胶形成，以增强微粒团聚性和透气性；随着水分减少和温度下降，矿物颗粒发生收缩；
步骤3：干湿和冷热循环处理煤矸石，微裂隙逐渐发育成大裂隙或断面，矿物持续溶出与重构，并且发生破碎，黏粒细砂含量上升，煤矸石保墒蓄肥能力增强。
[0011]步骤4：黏粒细砂显著影响煤矸石持水率，持水率在10％以上即初步具备植物生长条件。
[0012]本专利技术通过以下技术方案实现：（1）向煤矸石堆内通入热水或自然水温淋溶后用烟气烘烤，煤矸石矿物颗粒吸水吸热膨胀，硅酸盐矿物发生溶出与重构；（2）经热水处理后煤矸石静置，排出水分、冷却，氧气进入矿物缝隙，矿物颗粒失水冷却收缩，硫化矿物发生氧化，颗粒破碎露出活化晶面；（3）重复步骤1、2至矿物颗粒粉化弱化，矿物颗粒在干湿和冷热交替处理下强度下降，矿物发生溶出与重构，形成粘土矿物和铁、硫的絮凝物；（4）煤矸石细砂含量增加5
‑
20%，保墒蓄肥能力增强，处理完成。
[0013]优选的，步骤（1）中利用50～300℃的中低温烟气对煤矸石堆进行烟气烘烤。
[0014]优选的，本专利技术对煤矸石堆发生干湿和冷热交替循环，其中冷热交替时，煤矸石温差在30～270℃，更进一步煤矸石温差在20～300℃；煤矸石加水淋溶时间在4～72h，更进一步的加水淋溶时间在12～72h；静置沥水时间在24～48h，循环次数在10～100次，更进一步的循环次数在30～50次。
[0015]优选的，煤矸石堆干湿和冷热交替循环为热水淋溶后沥干冷却。
[0016]优选的，煤矸石堆干湿和冷热交替循环为自然环境水淋溶后利用高温烟气对煤矸石进行加热，若利用烟气加热，则烟气温度在100～300℃，烟气加热时间为12～36h。
[0017]优选的，所述煤矸石主要矿物为硅酸盐矿物、粘土矿物、碳酸盐矿物，三者含量之和在60％以上，石英含量低于35％。
[0018]优选的，煤矸石堆铺设厚度为5～50cm，更进一步的，铺设厚度为5～30cm；煤矸石粒径小于40mm，更进一步的，煤矸石粒径小于30mm。
[0019]优选的，步骤（1）中加水量为使得淋溶水与煤矸石的固液比为0.1～5：1，更进一步的，淋溶水与煤矸石的固液比为0.5～2：1。
[0020]优选的，所述细砂是指粒径≤2mm的煤矸石颗粒。
[0021]优选的，细砂含量增加10％以上即认为处理完成。
[0022]本专利技术与相关技术相比，具有以下优势：（1）本专利技术可大批量、可持续、低成本的处理煤矸石。
[0023]（2）本专利技术有效利用煤炭生产企业难以利用的中低温余热。
附图说明
[0024]图1为本专利技术煤矸石强化风化机理流程图
具体实施方式
[0025]下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变换或替换，均属于本专利技术的保护范围。
[0026]实施例1：
（1）向煤矸石堆内通入热水，所述热水为沸水，煤矸石矿物颗粒吸水吸热膨胀，硅酸盐矿物发生溶出与重构；所述煤矸石主要矿物为硅酸盐矿物、粘土矿物、碳酸盐矿物，三者含量之和在65%，石英含量低于35％。煤矸石堆铺设厚度为5cm；煤矸石粒径小于40mm。加水量为使得淋溶水与煤矸石的固液比为5：1。
[0027]（2）经热水处理后煤矸石静置，排出水分、冷却，氧气进入矿物缝隙，矿物颗粒失水冷却收缩，硫化矿物发生氧化，颗粒破碎露出活化晶面；对煤矸石堆发生干湿和冷热交替循环，煤矸石堆干湿和冷热交替循环为热水淋溶后沥干冷却，冷热交替的煤矸石温差在80℃左右；煤矸石加水淋溶时间在24h；静置沥水时间在24h，循环次数在20次。
[0028]（3）重复步骤1、2至矿物颗粒粉化弱化，矿物颗粒在干湿和冷热交替处理下强度下降，矿物发生溶出与重构，形成粘土矿物和铁、硫的絮凝物。
[0029]（4）煤矸石细砂含量提升，保墒蓄肥能力增强，处理完成。
[0030]实施例2：（1）向煤矸石堆内通入热水，所述热水为沸水，煤矸石矿物颗粒吸水吸热膨胀，硅酸盐矿物发生溶出与重构；优选的，所述煤矸石主要矿物为硅酸盐矿物、粘土矿物、碳酸盐矿物，三者含量之和在70%，石英含量低于35％。煤矸石堆铺设厚度为30cm；煤矸石粒径小于30mm。加水量为使得淋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用中低温余热强化煤矸石风化成土的方法，其特征在于以下步骤：（1）煤矸石堆加水和加热，使煤矸石矿物颗粒吸水吸热膨胀，硅酸盐矿物发生溶出；（2）将经过步骤（1）处理后的煤矸石静置、排水、冷却，矿物颗粒失水冷却收缩，氧气进入矿物缝隙，硫化矿物发生氧化；（3）重复步骤（1）、（2），矿物颗粒在干湿和冷热交替处理下强度下降，矿物发生溶出与重构，形成粘土矿物和铁、硫的絮凝物；至煤矸石中细砂含量增加5
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20%，处理完成。2.根据权利要求1所述的利用中低温余热强化煤矸石风化成土的方法，其特征在于步骤（1）所述的加热为利用50～300℃的中低温烟气对煤矸石堆进行加热。3.根据权利要求1所述的利用中低温余热强化煤矸石风化成土的方法，其特征在于对煤矸石堆发生干湿和冷热交替循环，其中冷热交替时，煤矸石温差在20～300℃；煤矸石加水淋溶时间在4～72h，静置沥水时间在12～48h，循环次数在10～100次。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡学伟，胡寒，田森林，赵群，黄建洪，刘树根，史建武，宁平，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：