The Current Situation Research on Comprehensive Utilization of Coal Gangue
-
摘要:
煤矸石是我国排放量最大的工业废渣之一,对于大量堆放的煤矸石,处理不当会造成严重的环境危害,同时也浪费资源。因此,实现煤矸石的资源化利用对保护环境、利用废弃资源、实现社会的可持续发展具有重要意义。总结了传统煤矸石制备氧化铝、氯化铝和聚合氯化铝等化工产品、制备砖、水泥原料、陶瓷材料、分子筛、超细高岭土等新型材料,还可以用来筑路、复土造田、发电等综合利用途径基础上,分析了典型矿区—准格尔矿区煤矸石高值化利用情况,采用一步酸溶法提取氧化铝,并协同提取了镓、钪、锂等有价元素,给出了典型矿区煤矸石高值化利用途径,不仅可制备出高附加值产品带来经济效益,而且使得煤矸石变废为宝、化害为利。
Abstract:Coal gangue is the largest amount of industrial solid waste in China. It caused serious damage to the ecological environment and waste resources. Therefore, it is of great significance to realize the resource utilization of coal gangue, protecting the environment and realizing the sustainable development of society. This paper summarizes the utilization of coal gangue in the preparation of chemical products such as alumina, aluminum chloride and polyaluminum chloride; New materials such as bricks, cement raw materials, ceramic materials, molecular sieves, ultra-fine kaolin, etc., can also be used for comprehensive utilization of roads, reclaimed fields, power generation, etc. The high-value utilization of coal gangue in the typical mining area-Jungeer mining area is analyzed. The alumina is extracted by one-step acid dissolution method, and the valuable elements such as gallium, germanium and lithium are extracted synergistically. The high-value utilization of coal gangue in typical mining areas is given. In this way, not only can the high value-added products be produced to bring economic benefits, but also the coal gangue can be turned into waste and harmed.
-
Key words:
- coal gangue /
- comprehensive utilization /
- Zhungeer mining area /
- high value utilization
-
-
表 1 全国煤矸石化学成分 /%
Table 1. Chemical composition of coal gangue in China
名称 SiO2 Al2O3 TiO2 CaO MgO Fe2O3 K2O Na2O LOI 内蒙古准格尔 36.90 38.98 1.01 0.00 0.03 0.33 0.07 0.10 22.94 内蒙古大青山 38.37 33.00 0.61 0.14 0.025 0.80 0.11 0.092 24.93 贵州某地 40.28 9.05 0.37 18.39 4.66 3.35 3.34 0.38 19.68 贵州盘州 40.80 19.17 4.70 2.73 2.14 12.80 - - 15.75 陕西铜川 44.75 37.43 1.43 0.07 0.15 0.99 0.56 0.88 14.54 陕西黄陵 50.33 21.69 1.25 0.57 0.57 5.9 - 0.91 - 山西阳泉 44.78 39.05 0.05 0.66 0.44 0.45 0.15 0.1 14.32 表 2 煤矸石矿物学分类[2]
Table 2. The mineralogy category of coal gangue
黏土矿型 砂岩型 碳酸岩型 铝质岩型 高岭石、蒙脱石、炭质页岩、砂岩、硫铁矿、碳酸盐、有机碳等 石英、长石、云母、植物化石等 方解石、白云石、菱铁矿、硫铁矿、有机硫等 含水铝矿、石英、褐铁矿、自云母、方解石、玉髓等 表 3 准格尔煤矸石有价元素成分分析
Table 3. Composition analysis of valuable elementsin Zhungeer gangue
元素 Li Ga Sc 含量/(mg·g-1) 0.246 0.415 0.0146 -
[1] Giovanni Dotelli, Paolo Gallo Stampino, Luca Zampori, et al. Immobilization of organic pollutants in cement pastes admixed with organophilic materials[J]. Waste management & research. 2008(26):515-522.
[2] 张金山, 孙春宝, 董红娟, 等.内蒙古大青山煤矸石资源化综合利用探讨[J].矿产综合利用, 2017(2):8-11. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/kczhly201702002
[3] 边炳鑫, 谢强, 赵由才, 等.煤系固体废物资源化技术[M].北京:化学工业出版社, 2005:62-63.
[4] Liu CL, Xia JP, Zhang YB. Optimization and kinetics on extraction of alumina from coal gangue by acid leaching[J]. Chinese journal of process engineering, 2015, 15(4):579-583. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hgyj201504007
[5] 孟宪民, 仇是胜, 高西峰.从煤矸石中提取氧化铝[J].中国物资再生, 1999(5):10-11. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/mtkxjs200202022
[6] 李瑜, 舒新前, 张蕾, 等.酸浸法提取煤矸石中Al2O3的研究[J].环境污染与防治, 2013, 35(7):70-73. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjwryfz201307015
[7] 张男.准格尔矿区煤矸石提取氧化铝及硅胶工艺技术研究[D].西安: 长安大学, 2013.
http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=degree&id=D407341 [8] 相亚军, 纪利春, 任根宽.碱法提取煤矸石中氧化铝试验条件优化[J].中国电力, 2015, 48(1):64-67. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgdl201501014
[9] Wang RG, Xin YL. Preparation and wastewater treatment of polymeric aluminum chloride from coal gangue[J]. Advanced materials research, 2012, 518-523:780-783. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.518-523.780
[10] 徐新阳, 陈熙, 宫璇, 等.煤矸石制备聚合氯化铝的试验研究及应用[J].安全与环境学报, 2012, 12(4):46-49. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/aqyhjxb201204011
[11] 张宝军, 杨建国.利用煤矸石生产聚合氯化铝的研究[J].再生资源研究, 2001(4):28-30. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zszyyj200104013
[12] 马艳然, 于伯蕖, 鲁秀国.从煤矸石中制备聚合氯化铝及应用研究[J].化学世界, 2004(2):63-65. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hxsj200402002
[13] 崔莉.煤矸石综合利用制备聚合氯化铝絮凝剂的研究[D].太原: 山西大学, 2009.
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10108-2010060925.htm [14] 徐红艳, 孙培梅, 童军武.煤矸石中有价元素的提取[J].湖南冶金, 2006(5):39-43. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hnyj200605011
[15] 刘广义, 戴塔根.富镓煤矸石的综合利用[J].中国资源综合利用, 2002(12):16-19. http://d.old.wanfangdata.com.cn/NSTLQK/10.4049-jimmunol.1000718/
[16] 田爱杰, 田爱民, 孔令靓, 刘振学.正交实验法研究煤矸石中镓的提取工艺条件[J].中国锰业, 2016, 34(6):96-99. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgmengy201606029
[17] 王雪.新疆部分煤矸石中铌、锆、铒、镓富集规律与赋存状态研究[D].乌鲁木齐: 新疆师范大学, 2017.
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10762-1017830118.htm [18] 陈博, 来雅文, 肖国拾, 等.煤矸石中稀土元素的提取富集工艺[J].世界地质, 2009, 28(2):257-260. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sjdz200902018
[19] Xu Hongliang, Song Wenjuan, Cao Wenbo, et al. Utilization of coal gangue for the production of brick[J]. Journal of material cycles and waste management, 2017, 19(3):1270-1278. doi: 10.1007/s10163-016-0521-0
[20] Xu H, Song W, Cao W, et al. Utilization of coal gangue for the production of brick[J]. Journal of material cycles and waste management, 2017, 19(3):1270-1278. doi: 10.1007/s10163-016-0521-0
[21] 谷胜利, 王素兰, 张全国.煤矸石综合利用技术展望[J].资源节约和综合利用, 1999(1):22-26. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK199900910439
[22] 赵亚兵, 张新朋, 吴楠, 等.环保免烧结煤矸石透水砖的制备方法及其透水性能[J].硅酸盐通报, 2014, 33(12):3255-3260, 3271. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gsytb201412035
[23] 吴红, 卢香宇, 罗忠竞, 杨宇.活化煤矸石免烧砖制备及机理分析[J].非金属矿, 2018, 41(1):30-33. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fjsk201801010
[24] 沈笑君, 陈俊涛, 田成民.利用露天矿煤矸石制空心砖可行性分析[J].煤炭科学技术, 2004(4):72-74. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/mtkxjs200404024
[25] 李学军, 李珠, 赵林, 王占峰.免烧结煤矸石透水砖的试验研究[J].新型建筑材料, 2019, 46(1):72-74. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xxjzcl201901019
[26] 曹金钟, 田晓贺, 李玉麟.我国煤矸石的综合利用技术现状[J].现代矿业, 2016(7):284-285. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xdky201607106
[27] 张长森.煤矸石资源化综合利用新技术.北京:化学工业出版社, 2008.
[28] Qiu Guohua, Luo Zhongyang, Shi Zhenglun. Utilization of coal gangue and copper tailings as clay for cement clinker calcinations[J]. Journal of Wuhan University of technology (Materials science edition), 2011, 26(6):1205-1210. doi: 10.1007/s11595-011-0391-1
[29] 何恩广, 王晓刚, 等.硅质煤矸石合成SiC的机理研究[J].西安交通大学学报, 2000(12):6-9. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xajtdxxb200012002
[30] 何恩广, 王哓刚, 陈寿田.用硅质煤矸石合成SiC的研究[J].硅酸盐学报, 2001(1):72-79. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gsyxb200101016
[31] 万隆, 刘元锋, 卢志安, 等.溶胶-凝胶和碳热还原法合成碳化硅晶须的研究[J].硅酸盐学报, 2002(1):5-8. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gsyxb200201002
[32] 王晓刚, 陈维, 陈寿田, 等.煤矸石与烟煤合成β-SiC研究.煤炭学报, 1998(3):327-331. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y299982
[33] JiaS.Synthesis of SiC ceramics from coal gangue[J]. Mater Sci Forum, 2005, 486-487:378-381. doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.486-487.378
[34] 谷玲钰, 刘振英, 刘银.利用煤矸石制备多孔陶瓷的及力学性能研究[J].矿产综合利用, 2018(5):135-137. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/kczhly201805030
[35] LiSJ, LiN. Effects of composition and temperature on porosity and pore size distribution of porous ceramics prepared from Al(OH)3 and kaolinite gangue[J]. Ceram Int, 2007, 33(4):551-556. doi: 10.1016/j.ceramint.2005.11.004
[36] Lu QK, Dong XF, Zhu ZW, et al. Environment-oriented low-cost porous mullite ceramic membrane supports fabricated from coal gangue and bauxite[J]. J Hazard Mater, 2014, 273(30):136-145. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=aff89e403eee4dc6e9e29eef882164a8
[37] Yan W, Li N, Han BQ. Preparation and characterization of porous ceramics prepared by kaolinite gangue and A1(OH)3 with double addition of MgCO3 and CaCO3[J]. Int J minerals metall mater, 2011, 18(4):450-455. doi: 10.1007/s12613-011-0461-6
[38] 刘丽.煤矸石多孔陶瓷的制备工艺研究[D].合肥: 安徽建筑大学, 2015.
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10878-1015420453.htm [39] Qian Tingting, Li Jinhong. Synthesis of Na-A zeolite from coal gangue with the in-situ crystallization technique[J]. Advanced powder technology. 2015, 26(1):98-104. doi: 10.1016/j.apt.2014.08.010
[40] Chen J, Lu X. Synthesis and characterization of zeolites NaA and NaX from coal gangue[J]. Journal of material cycles & waste management, 2017, 20(1):1-7. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=275b2fd1896188deeb4bdffadc35aa72
[41] Qian TT, LI JH.Synthesis of Na-A Zeolite from coal gangue with the In-situ crystallization technique[J]. Advanced powder technology, 2015, 26(1):98-104. doi: 10.1016/j.apt.2014.08.010
[42] 固炳伟.利用煤矸石合成4A分子筛初探[J].江苏地质, 1997(2):90-92. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK199700300462
[43] Qian TT, Li JH. Synthesis of Na-A zeolite from coal gangue with the in-situ crystallization technique[J]. Adv powder technol, 2014, 26(1):98-104. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=7b244f57d06db33c4b341bf79bf857d8
[44] 郭丽, 李平, 田红丽, 等.高硅煤矸石一步碱熔法合成4A分子筛研究[J].应用化工, 2016, 45(9):1726-1728. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sxhg201609034
[45] 王茜, 孔德顺, 宋说讲.煤矸石制备P型分子筛的研究[J].煤炭技术, 2016, 35(1):295-297. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/mtjs201601115
[46] 王国平.辽宁阜新煤矸石资源化研究[D].成都: 成都理工大学, 2005.
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10616-2005117113.htm [47] 王相, 李金洪.准格尔露天矿煤矸石制备精细煅烧高岭土的实验研究[J].硅酸盐通报, 2011, 30(6):1249-1253. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gsytb201106005
[48] 贾志荣.煤矸石在公路工程的应用[J].资源开发与市场, 1999(15):23-25. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ahjzgyxyxb200501014
[49] 邱钰, 缪林昌, 刘松玉.煤矸石在道路建设中的应用研究现状及实例[J].公路交通科技, 2002(2):1-5. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gljtkj200202001
[50] 刘春荣, 宋宏伟, 董斌.煤矸石用于路基填筑的探讨[J].中国矿业大学学报, 2001(3):80-83. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgkydxxb200103019
[51] 周梅, 汪振双, 崔正龙.阜新煤矸石用作路基材料的研究分析[J].建筑节能, 2007(2):34-36. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fcyyy200702010
[52] 吕珊兰, 赵景逵.煤矸石风化物复垦种植中的氮素营养[J].冶金矿山设计与建设.1997(4):59-63. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK199700634102
[53] Chugh YP, Patwardhan A. Mine-mouth power and process steam generation using fine coal waste fuel[J]. Resources conservation recycling, 2004, 40(3):225-243. doi: 10.1016/S0921-3449(03)00071-5
[54] 郭昭华.粉煤灰"一步酸溶法"提取氧化铝工艺技术及工业化发展研究[J].煤炭工程, 2015, 47(7):5-8. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=mtgc201507003
[55] 陈东, 曹坤.准格尔矿区煤矸石综合利用新途径[J].中国煤炭, 2017, 43(10):132-136. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgmt201710026
[56] 刘广义, 戴塔根.富镓煤矸石的综合利用[J].中国资源综合利用, 2000(12):16-19. http://d.old.wanfangdata.com.cn/NSTLQK/10.4049-jimmunol.1000718/
[57] 刘建, 闫英桃.用TBP从高酸度盐酸溶液中萃取分离镓[J].湿法冶金, 2002(4):188-190. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sfyj200204004
[58] 黄忠静.准格尔矸石电厂CFB灰中镓提取工艺研究[D].长春: 吉林大学, 2008.
[59] 刘延红, 郭昭华, 池君洲, 等.镓回收方法与技术的研究与进展[J].稀有金属与硬质合金, 2016(44):1-8. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=xyjsyyzhj201601001
[60] 尹中林.从平果铝矿的拜耳法赤泥中提取Sc2O3的初步试验研究[J].铝镁通讯, 1989(3):15-23.
[61] 肖小玲.氢氧化铝沉淀法从卤水中提取锂的研究[D].西宁: 中国科学院青海盐湖研究所, 2005.
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-80046-2005136434.htm [62] 刘高, 钟辉.氢氧化铝沉淀法吸附提锂的研究[J].化工矿物与加工, 2010(5):17-20. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hgkwyjg201005005
-