【技术实现步骤摘要】
本申请涉及土壤，具体而言，涉及一种改性煤矸石及其制备方法、改良土壤。
技术介绍
1、煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是采矿过程中不可避免的副产品，也是排放量最大的工业固体废物之一。煤矸石堆积所造成的环境污染也十分严重，在风力侵蚀下产生的粉尘颗粒会造成局部大气污染，煤矸石在自然降水的淋溶作用下使地下水发生酸化和重金属超标的现象，还会造成土壤中微生物环境失衡。煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，影响生态环境，煤矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响矿区居民的身体健康。
2、目前煤矸石的综合利用主要集中在发电、生产建材、生态填埋和提取化学产品等方面。煤矸石中的主要成分以al2o3和sio2为主，并含有大量农作物需要的微量元素，如cu、zn、k以及ca的化合物；对农作物有害的重金属元素，如cd、hg、cr、pb等均低于农用控制标准。
3、位于戈壁荒漠地带的新疆准东煤田是新疆煤炭资源最丰富的地区，生态环境脆弱，煤炭开采加重了西北地区土壤沙漠化和水土流失，造成当地的生态系统迅速退化。露天矿开采时要将煤层以上的土壤全部剥离，这使原本地层顺序和结构遭到破坏，引发一系列环境问题，比如对生态系统的稳定性造成了干扰，影响了微生物的正常繁殖，土壤肥力减退，进而使矿区植被破坏，动植物栖息环境发生变化。同时由于开采过程中需要将剥离物运输到排土场，在这个过程中表土和岩石松散破碎，便造成排土场土壤粒度、孔容和孔径较
技术实现思路
1、本申请的主要目的在于提供一种改性煤矸石及其制备方法、改良土壤，以解决现有技术中西北荒漠区土壤保水能力较差的问题。
2、为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种改性煤矸石的制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤s1，将包括煤矸石和煤制油残渣的原料混合后依次进行酸处理和焙烧处理，得到焙烧产物；步骤s2，将包括焙烧产物、聚丙烯酰胺、水、单体和引发剂的原料混合后依次进行聚合反应、静置处理、固液分离和干燥处理，得到聚合产物；步骤s3，将包括聚合产物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、碳酸氢铵溶液和交联剂的原料混合后依次进行交联反应、固液分离和干燥处理，得到改性煤矸石。
3、进一步地，上述步骤s1中，煤矸石和煤制油残渣的质量之比为1:0.5～1。
4、进一步地，上述步骤s2中，聚合反应的温度为100～120℃；和/或，聚合反应的时间为2～6h；和/或，聚丙烯酰胺和水的总体积与焙烧产物的质量之比为1～5：1ml/g；和/或，聚丙烯酰胺的摩尔数与水的体积之比为4～10：1mol/l；和/或，单体、引发剂和聚丙烯酰胺的质量之比为40～80：1～5：100。
5、进一步地，上述步骤s2中，静置处理的时间为1～2h；和/或，单体选自甲基丙烯酸磺基甜菜碱、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和甲基丙烯酸羧基甜菜碱中的任意一种或多种；和/或，引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的任意一种或多种。
6、进一步地，上述步骤s3中，交联反应的温度为80～100℃；和/或，交联反应的时间为1～4h；和/或，碳酸氢铵溶液的ph值为10～12；和/或，聚对苯二甲酸乙二醇酯的摩尔数与碳酸氢铵溶液的体积之比为1～5：1mol/l；和/或，聚合产物与聚对苯二甲酸乙二醇酯的质量之比为1:1～2。
7、进一步地，上述交联剂与聚丙烯酰胺的质量之比为0.1～0.3：100；和/或，交联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、三烯丙基(甲基)硅烷和三烯丙基(苯基)硅烷中的任意一种或多种。
8、进一步地，上述步骤s1中，焙烧处理的温度为600～1000℃；和/或，焙烧处理的时间为4～8h；和/或，酸处理的温度为20～30℃；和/或，酸处理的时间为30～60min；和/或，采用酸进行酸处理的过程，优选酸为有机酸；和/或，有机酸的浓度为10～20wt％；优选有机酸选自酒石酸、草酸、苹果酸、柠檬酸、乙酸和丁二酸中的任意一种或多种。
9、进一步地，上述步骤s1中还包括对焙烧处理后的产物进行研磨处理，得到焙烧产物，焙烧产物的粒度为100～500目；和/或，步骤s1中还包括对煤制油残渣的前处理，前处理包括：将煤制油残渣依次进行乙醛处理和硅烷化处理，得到硅烷化煤制油残渣，将硅烷化煤制油残渣作为酸处理的煤制油残渣来源；乙醛处理的温度为20～30℃；和/或，乙醛处理的时间为5～15min；和/或，硅烷化处理的温度为40～60℃；和/或，硅烷化处理的时间为10～30min。
10、根据本申请的另一个方面，提供了一种改性煤矸石，该改性煤矸石由前述的制备方法制备得到。
11、根据本申请的又一个方面，提供了一种改良土壤，以重量份数计，该改良土壤包括100份的土壤、1～10份的改性煤矸石、10～20份的砂土以及5～10份的草木灰；其中，改性煤矸石为前述的改性煤矸石。
12、应用本申请的技术方案，步骤s1中，通过酸处理和焙烧处理将煤矸石和煤制油残渣中的有机杂质去除，步骤s2中通过聚合反应在焙烧产物的表面包覆一层聚合物，步骤s3中通过交联反应将步骤s2中形成的聚合物交联形成三维网络结构的聚合物，交联反应是在碳酸氢铵溶液中进行，因此交联反应时产生的气体可为改性煤矸石提供多孔结构，从而有助于提高改性煤矸石的比表面积。同时交联反应还引入了羟基和醛基等亲水基团，提高了改性煤矸石的亲水性，进而有助于进一步提高改性煤矸石的保水性能。通过在煤矸石和煤制油残渣的表面覆盖三维网络结构的聚合物，有助于降低煤矸石和煤制油残渣中所含的重金属离子渗出的风险。此外，本申请通过以煤矸石和煤制油残渣为原料，通过合理的处理方式，用于土壤改良方面，不仅能够对土壤进行改良，提高土壤的质量，还能对煤矸石和煤制油残渣进行资源化回收利用，从而有助于降低煤矸石和煤制油残渣对环境的污染。
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1.一种改性煤矸石的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述煤矸石和所述煤制油残渣的质量之比为1:0.5～1。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述聚合反应的温度为100～120℃；和/或，所述聚合反应的时间为2～6h；和/或，所述聚丙烯酰胺和所述水的总体积与所述焙烧产物的质量之比为1～5：1mL/g；和/或，所述聚丙烯酰胺的摩尔数与所述水的体积之比为4～10：1mol/L；和/或，所述单体、所述引发剂和所述聚丙烯酰胺的质量之比为40～80：1～5：100。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述静置处理的时间为1～2h；和/或，所述单体选自甲基丙烯酸磺基甜菜碱、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和甲基丙烯酸羧基甜菜碱中的任意一种或多种；和/或，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的任意一种或多种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂与所述聚丙烯酰胺的质量之比为0.1～0.3：100；和/或，所述交联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、三烯丙基(甲基)硅烷和三烯丙基(苯基)硅烷中的任意一种或多种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述焙烧处理的温度为600～1000℃；和/或，所述焙烧处理的时间为4～8h；和/或，所述酸处理的温度为20～30℃；和/或，所述酸处理的时间为30～60min；和/或，采用酸进行所述酸处理的过程，优选所述酸为有机酸；和/或，所述有机酸的浓度为10～20wt％；优选所述有机酸选自酒石酸、草酸、苹果酸、柠檬酸、乙酸和丁二酸中的任意一种或多种。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括对焙烧处理后的产物进行研磨处理，得到所述焙烧产物，所述焙烧产物的粒度为100～500目；
9.一种改性煤矸石，其特征在于，所述改性煤矸石由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种改良土壤，其特征在于，以重量份数计，所述改良土壤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种改性煤矸石的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述煤矸石和所述煤制油残渣的质量之比为1:0.5～1。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述聚合反应的温度为100～120℃；和/或，所述聚合反应的时间为2～6h；和/或，所述聚丙烯酰胺和所述水的总体积与所述焙烧产物的质量之比为1～5：1ml/g；和/或，所述聚丙烯酰胺的摩尔数与所述水的体积之比为4～10：1mol/l；和/或，所述单体、所述引发剂和所述聚丙烯酰胺的质量之比为40～80：1～5：100。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述静置处理的时间为1～2h；和/或，所述单体选自甲基丙烯酸磺基甜菜碱、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和甲基丙烯酸羧基甜菜碱中的任意一种或多种；和/或，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的任意一种或多种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述交联反应的温度为80～100℃；和/或，所述交联反应的时间为1～4h；和/或，所述碳酸氢铵溶液的ph值为10～12；和/或，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的摩尔数...
【专利技术属性】
技术研发人员：李海潮，韩勇，李思维，冉丛江，姜凯升，张凯，
申请(专利权)人：国家能源集团新疆能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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