[发明专利]一种煤矸石综合利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及固态含碳物料的综合利用领域，具体为一种综合利用煤矸石燃烧供热和制备无机纤维的方法。

背景技术

煤炭是十八世纪工业革命以来人类世界使用的主要能源之一，在我国一次能源生产和消费结构中，煤炭比重更是多达70％左右。在未来相当长的时间内，以煤炭作为主要能源的战略地位不会改变。在煤炭的开采和利用过程中，产生废物是不可避免的。

煤矸石是煤炭伴生的废石，是矿业固体废弃物的一种。目前煤矸石的排矸量约占煤炭开采量的10％～25％，已成为我国累计堆存量和占用场地最多的废弃物。据统计，截至2009年，全国已有矸石山1500座，占地22万公顷。煤矸石的综合利用成为一个重要的课题。

煤矸石是采煤过程中和洗煤过程中排放的固体废弃物，是一种在成煤时与煤层伴生含碳量低，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、底板以及夹层里采出来的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。煤矸石发热量低(4.2～12.6MJ/kg)，含碳量低(20～30％)，硬度大，矿物含量高，有机质含量低。

煤矸石除了含碳外，其主要无机化学组成为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO等。煤矸石含碳量低，热能不易利用。但近年来利用沸腾炉，可以对相对低热值的煤矸石进行燃烧。实践中，利用含灰分高达75％，发热量仅7.50MJ/kg的煤矸石，锅炉运行正常。40％～50％的热可直接从床层接收。

煤矸石作为废弃物，还会对环境造成不良影响。具体有：一、影响土地资源的利用，煤矸石的大量堆放一方面占用大量土地资源，另一方面还使得周围土地贫瘠而难以利用，从而影响比堆放面积更大的土地资源。二、空气污染。长期堆放的煤矸石由于空气氧化，会释放出SO₂、H₂S等气体，对空气造成污染。三、水和土壤污染。煤矸石受到降雨的影响或长期处于浸渍状态，会使其中的有害成分进入周围水体或土壤中。最终通过食物链危害人类健康。四、滑坡和泥石流。煤矸石山如果堆积过高，坡度过大，很容易行程滑坡。当降雨等作用使煤矸石山的含水量达到饱和状态时，就可能发生泥石流。

目前国内对煤矸石的利用，多集中在建材、砖石等传统领域，产品附加值不高，且受到运输半径的影响颇大。煤矸石发电在山西等煤矸石资源丰富的省份，已经进行了实践探索，并取得了不错的效果。煤矸石燃烧之后产生白色的无机灰渣，这些灰渣也是工业废物，但尚未被有效利用。

发明内容

要解决的技术问题：

本发明目的是针对现有的煤矸石利用不充分、污染环境等问题，提出综合利用煤矸石的方法，对煤矸石高效全成分地利用。

为实现本发明目的的技术方案为：

一种煤矸石综合利用方法，是将煤矸石粉碎至粒度小于或等于10mm，在沸腾炉中进行燃烧，燃烧产生的热量用于生活或工业供热；燃烧后的白色无机灰渣加入添加剂，在1500～2100℃下熔化，熔化后的熔融混合物经喷吹或甩丝制得无机纤维。

其中，所述煤矸石热值为6270kJ/kg～1260kJ/kg。

其中，所述燃烧产生的热量是通过与沸腾炉连接的锅炉产生蒸汽，用于生活或工业。

其中，所述煤矸石燃烧产生的热量通过与沸腾炉连接的锅炉产生蒸汽，用于发电。

其中，所述的沸腾炉中，煤矸石颗粒在气流的作用下呈沸腾状态(流态化)燃烧，沸腾料层(流态化床层)的温度为800～1100℃。

其中，燃烧后的白色无机灰渣是在感应炉或电阻炉中熔化。

其中，熔化过程中加入的添加剂是铝矾土或高岭石，添加剂占煤矸石灰渣的重量百分比为铝矾土2～30％，高岭石2～35％。

其中，所述的铝矾土成分中Al₂O₃重量百分比大于40％，所述的高岭石中SiO₂重量百分比为20～60％，Al₂O₃重量百分比为30～50％。

其中，所述的喷吹是在加压下0.75～1.5MPa由多孔喷丝板将熔融液喷出成丝，喷出的丝冷却制得无机纤维；所述的甩丝，是将熔融得到的液体流入辊式或盘式甩丝机制得无机纤维，所述盘式甩丝机中离心盘的转速为2000r/min～10000r/min。

其中，所述无机纤维的直径为0.001mm～10mm，长径比为4～2000。

本发明的有益效果：