第二章

工業(yè)固廢資源化生態(tài)建材（二）

煤矸石高值化利用生態(tài)建材技術(shù)目錄第1部分煤矸石現(xiàn)狀第2部分煤矸石基本特性第3部分煤矸石資源化利用技術(shù)目錄第1部分煤矸石分類第2部分煤矸石基本特性第3部分煤矸石資源化利用技術(shù)根據(jù)矸石的顆粒大小分：粗粒矸石(＞25mm)、中粒矸石(25~1mm)和細粒矸石(＜1mm)。根據(jù)發(fā)熱量高低分：低發(fā)熱量矸石(＜2092kJ/kg)、中發(fā)熱量矸石(2092~8338kJ/kg)、高發(fā)熱量矸石(＞8338kJ/kg)。低發(fā)熱量矸石作一般建材原料，中發(fā)熱量以上矸石作沸騰爐的燃料。根據(jù)熔融特性(灰熔點或軟化區(qū)范圍)為：難熔矸石(1400~1450℃)、中熔矸石(1250~1450℃)和低熔矸石(＜1250℃)。難熔矸石可作耐火材料原料。根據(jù)膨脹性(線膨脹系數(shù))為：微膨脹矸石(＜0.2％)、中等膨脹矸石(0.2~1.6％)和激烈膨脹矸石(＞1.6％)。有膨脹性的矸石可燒制輕骨料。根據(jù)矸石的可塑性為：低可塑性矸石(＜1)、中等可塑性矸石(7~15)和高可塑性矸石(＞15)。后兩種適合制矸石磚。1.1以煤矸石特性分類第1部分煤矸石分類泥質(zhì)頁巖煤矸石：常見的有深灰色，在大氣中經(jīng)日曬雨淋后易風(fēng)化，易崩解，加工時容易粉碎；炭質(zhì)頁巖煤矸石：呈黑色和黒灰色，大氣中風(fēng)化比較快，易粉碎；砂質(zhì)頁巖煤矸石：呈深灰色和灰白色，含泥質(zhì)、炭質(zhì)石灰粉砂巖，其結(jié)構(gòu)較泥質(zhì)頁巖沒發(fā)生和灰質(zhì)頁巖煤矸石粗糙而堅硬，在大氣中風(fēng)化較慢，加工時難以分解；砂巖煤矸石：呈黑色或深灰色，含沙質(zhì)、泥質(zhì)石灰粉砂巖，結(jié)構(gòu)粗糙，呈塊狀橢圓形，在大氣中基本不風(fēng)化，難以粉碎；石灰?guī)r煤矸石：灰色、結(jié)構(gòu)粗糙堅硬，較砂巖煤矸石性脆，在大氣中不易風(fēng)化，難以粉碎。1.2以煤矸石組成特點分類根據(jù)煤矸石中Al2O3含量的不同可以分為低鋁矸石(20％±5％)、中鋁矸石(30%±5％)和高鋁矸石(40%±5％)。按Fe2O3含量不同可把矸石分為五類：低鐵矸石（＜1.5%)、少鐵矸石（1.5%~5.0％）、中鐵矸石（5.0％~12％）、次高鐵矸石（12％~18％）、高鐵矸石（＞18%）。按有機質(zhì)碳含量可分為四類：低碳矸石（碳含量＜4%）、少碳矸石（4%~6%）、中碳矸石（6%~20%）、高碳矸石（＞20%）。

根據(jù)硫含量可將煤矸石分為四類：低硫(＜0.5%)、少硫(0.5%~3.0%)、中硫(3.0%~6.0%)、高硫(＞6.0%)矸石。按化學(xué)成分分類按巖石特性分類按元素分析特點分類

全巖掘進矸石：煤礦井下掘進巷道時產(chǎn)生的矸石。其巖種大多數(shù)是砂巖、礫巖、砂礫巖、頁巖、砂質(zhì)頁巖等。巖石硬度較大，無熱值，粒度為0~300mm。

半煤巖掘進矸石：掘進巷道工作面的巖種。除了有砂巖、頁巖等外還有部分碳質(zhì)頁巖和少量的煤炭、泥質(zhì)頁巖。此種煤矸石具有可燃物，其熱值為1256~5023kJ/kg不等，硬度較小，粒度在0~300mm左右。露天煤礦剝離矸石：在露天煤礦的采掘過程中，用電鏟所排出的煤矸石。該巖石種類以頁巖、砂巖、碳質(zhì)頁巖為主，另外，還夾雜少量的煤炭，粒度在0~1000mm左右。手選矸石：礦井所采出的毛煤，經(jīng)提升設(shè)備運送至選煤廠后，通過預(yù)先篩分，用人工檢除篩上物中的煤矸石，叫手選矸石。其主要的巖種為砂巖、砂礫巖、頁巖及碳質(zhì)巖等。粒度一般在80~200mm左右。洗選矸石：為了盡量除掉原煤中的灰分、硫等有害雜質(zhì)，一般均采用洗選加工，通過洗選所排出的混合物，稱為洗選矸石。該矸石以碳質(zhì)頁巖為主，其中還有頁巖、砂巖等，熱值為1256~4604kJ/kg。浮選矸石：經(jīng)洗選后的煤泥水，再通過浮游選煤處理，所排出的尾礦水，經(jīng)過沉淀后，所得到的泥狀礦物，粒度一般小于10mm，熱值在1256~4604kJ/kg之間。1.3以煤矸石排出地點分類目錄第1部分煤矸石分類第2部分煤矸石基本特性第3部分煤矸石資源化利用技術(shù)化學(xué)組成分析第2部分煤矸石基本特性煤

矸

石產(chǎn)地化學(xué)成分巖石類型SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO開灤唐山礦風(fēng)井洗矸51.9321.836.433.532.24SiO2含量40%~

70%，Al2O3含量15％~30％。屬黏土巖矸石峰峰碼頭選煤廠洗矸52.2630.095.082.580.62雞西滴到選煤廠洗矸54.6723.283.970.321.06阜新海州選煤廠洗矸61.1317.7110.325.024.38淄博洪山礦矸石山57.8718.906.714.178.27徐州大黃山礦矸石山65.8121.395.641.340.83淮南望峰崗選煤廠洗矸61.2929.754.350.760.63萍鄉(xiāng)高坑矸石山65.4221.873.950.701.60平頂山-礦主井矸石山63.3425.564.761.070.49甘肅山丹煤礦三槽底板89.201.541.597.230.01SiO2＞70％，屬砂巖矸石湖南漣邵金竹山一平峒90.450.362.590.140.00內(nèi)蒙海勃灣紅旗礦山一號50.4244.171.880.710.51Al2O3＞40％，屬鋁質(zhì)巖矸石山東兗州北宿礦18層底板51.0340.682.820.811.29南票礦務(wù)局選煤廠選矸49.1440.681.930.720.13兗州唐村礦16層底板1.691.132.6086.091.78GaO＞30％，屬鈣質(zhì)巖矸石云南小龍?zhí)兜V矸石14.282.984.9868.601.402.1基本性能礦物組成分析礦物種類礦物名稱化學(xué)式說明硅酸鹽類礦物石英SiO2礫石主要礦物長石類：正長石KAlSiO3閃石類：普通角閃石(Ca、Na)2(Mg、Fe2+、Al、Fe3+)5[(Al、Si)2O11]2(OH)2輝石類：普通輝石Ca(Mg、Fe、Al)[(Si、Al)2O6]黏土礦物高嶺土類：高嶺石Al4(Si4O10)(OH)2黏土巖主要礦物膨潤土類：蒙脫石(Al、Mg3)(Si4O10)(OH)2·nH2O水云母類：伊利石(K、Al2)(AlSi3O10)(OH)2·2H2O碳酸鹽礦物方解石CaCO3石灰石主要礦物白云石(Ca、Mg)(CO3)2菱鐵礦FeCO3硫化物黃鐵礦FeS2

白鐵礦FeS2鋁土礦一水硬鋁礦Al2O3·H2O鋁質(zhì)巖主要礦物一水鋁礦AlO(OH)三水鋁礦Al(OH)3其他礦物石膏CaSO4·2H2O

磷灰石Ca5(PO4)3(F、Cl)金紅石TiO22.1基本性能2.2顯微結(jié)構(gòu)分析石英晶體形貌及其對應(yīng)的能譜高嶺石晶體形貌及其對應(yīng)的能譜

伊利石晶體形貌、

黃鐵礦晶體形貌

目錄第1部分煤矸石分類第2部分煤矸石基本特性第3部分煤矸石資源化利用技術(shù)煤矸石顆粒具有棱角和粗糙表面，碾壓后可以互鎖嵌擠，適用于制備公路和鐵路路基材料。3.1煤矸石骨料篩分技術(shù)煤矸石破碎篩分工藝流程鐵路填料依七高速第3部分

煤矸石資源化利用技術(shù)我國年生產(chǎn)煤矸石磚約130億塊，生產(chǎn)廠家超過1000個。最適宜制備燒結(jié)磚/砌塊的煤矸石是粘土巖矸石，其次是粉砂巖矸石。主要產(chǎn)品有燒結(jié)保溫磚/砌塊、清水墻磚、燒結(jié)透水磚等。3.2煤矸石燒結(jié)制品全煤矸石燒結(jié)磚/砌塊應(yīng)用范圍：用于裝配式建筑承重墻體及外保溫圍護結(jié)構(gòu)。原

材

料：頁巖+煤矸石。3.2煤矸石燒結(jié)制品節(jié)能燒結(jié)自保溫砌塊砌塊類別尺寸（mm*mm*mm）孔洞率傳熱系數(shù)[W/(m2?K)]抗壓強度嚴寒地區(qū)（29排孔）365*248*24954%0.384MU10.0夏熱冬冷（9排孔）240*240*19046%0.896MU5.0夏熱冬暖（5排孔）180*240*9029%1.352MU3.5導(dǎo)熱系數(shù)0.10W/m.K左右抗壓強度10MPa以上表面極致平滑，灰縫厚度2mm左右導(dǎo)熱系數(shù)0.07W/m.K左右抗壓強度5-10MPa內(nèi)部填充珍珠巖、巖棉等保溫材料表面極致平滑，灰縫厚度2mm左右3.2煤矸石燒結(jié)制品節(jié)能燒結(jié)復(fù)合保溫砌塊煤矸石墻板以煤矸石為主要原料，添加外加劑高溫?zé)贫桑哂芯G色環(huán)保、無輻射、色澤溫和、不會帶來光污染等特點，顏色豐富有利于城市的美化和建筑的生活化。3.2煤矸石燒結(jié)制品燒結(jié)墻板法國研究開發(fā)的“卡羅”（Caroo）條板（主要用于隔墻，非承重），其厚度為100mm左右。法國Guiron-Toulouse公司生產(chǎn)的條板：寬度為600-700mm，高度為2600-3600m，厚度為300mm。西安墻材院在1978-1980年用擠出法試制出長1800mm，寬600mm，厚120mm空心條板。3.2煤矸石燒結(jié)制品燒結(jié)墻板長度L寬度B厚度H按需定制，一般在3000mm左右300mm、600mm120mm、240mm、300mm、370mm裝配式燒結(jié)墻板主要規(guī)格尺寸復(fù)合保溫墻板燒結(jié)墻板陶土頁巖煤矸石計量計量計量原料處理陳化處理真空擠出成型自動上架系統(tǒng)輥棒式窯車穿流式碼垛靜停自然干燥預(yù)干室干燥干燥窯干燥焙燒窯焙燒天然氣熱工系統(tǒng)煙氣處理系統(tǒng)自動下架系統(tǒng)自動分選系統(tǒng)切割打包系統(tǒng)成品堆場不合格品堆場銷售手動切割分選余熱利用煙氣排放煤矸石墻板生產(chǎn)工藝流程3.2煤矸石燒結(jié)制品陶粒是采用回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)發(fā)泡生產(chǎn)的輕骨料。它具有球狀的外形，表面光滑而堅硬，內(nèi)部呈蜂窩狀，有密度小、熱導(dǎo)率低、強度高的特點。又稱為人造輕集料。全煤矸石陶粒僅以煤矸石為主要原料；部分煤矸石輕質(zhì)陶粒主要以煤矸石、城市污泥（或粘土）為主要原料。3.3煤矸石陶粒及制品陶粒輕粗集料種類密度等級筒壓強度/MPa強度標(biāo)號人造輕集料6004.0257005.0308006.0359006.540高強輕粗集料的筒壓強度與強度標(biāo)號陶粒符合燒脹要求的煤矸石破碎預(yù)熱燒脹冷卻分級入庫粉磨成球工藝流程：煤矸石干燥預(yù)熱燒成冷卻分級入庫污泥干燥干燥破碎、粉磨破碎、粉磨成球混料直接燒脹工藝流程：3.3煤矸石陶粒及制品粉磨成球工藝原料制備成型制粒燒成冷卻成品處理煙氣處理原料預(yù)處理計量配料粉磨儲存計量給料預(yù)加水?dāng)嚢璩汕虮P成球輸送入窯燒成冷卻成品分級成品包裝燃料制備煙氣脫硫脫銷煙囪排放除塵冷煙室沉降陶粒3.3煤矸石陶粒及制品3.3煤矸石陶粒及制品輕骨料混凝土砌塊吸聲制品的原材料生產(chǎn)吸音磚以及高速公路的聲屏障輕骨料混凝土外墻掛板鋼筋混凝土輕質(zhì)陶粒隔墻板陶粒板材房屋陶?；炷翗翘莶科份p骨料混凝土墻板陶粒制品及應(yīng)用陶粒制品及應(yīng)用3.3煤矸石陶粒及制品輕骨料混凝土砌塊應(yīng)用高層建筑：武漢世貿(mào)錦繡長江橋梁工程：上海盧浦大橋、南京長江大橋結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土上海世博會中國館屋面保溫聲屏障彩色陶粒吸聲混凝土板微晶玻璃又稱玻璃陶瓷，是將特定組成的基礎(chǔ)玻璃，在加熱過程中通過控制晶化而制得的一類含有大量微晶相及玻璃相的多晶固體材料。具有熱膨脹系數(shù)小、耐高溫、耐磨和高強度等特性，是一種優(yōu)良的高檔建筑裝飾材料。3.4煤矸石制備微晶玻璃采用“連續(xù)對輥壓延整體晶化法”工藝生產(chǎn)微晶玻璃。3.4煤矸石制備微晶玻璃微晶玻璃生產(chǎn)工藝流程圖3.5煤矸石煅燒高嶺土煅燒高嶺土理化性能要求項目造紙行業(yè)陶瓷橡膠涂料SiO2≤54—≤55≤55Al2O3≥42≥42≥42≥42Fe2O3≤1.0≤0.8——TiO2—≤.1.5——白度%≥88—≥75≥86PH≥5.0—5.0~8.05.0-8.0外觀白色，無可見雜質(zhì)，色澤均勻白色