煤矸石处理存在的问题及实验设计

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煤矸石利用存在的问题
4.1
改性煤矸石作吸附剂
【实验步骤】
3、探究改性煤矸石吸附苯酚的吸附类型和机理， 对煤矸石的改性进行针对性的加强：增加活性位点、 不其他吸附剂结合等 高温高压，酸碱性条件
不催化剂结合
制备复合材料
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煤矸石利用存在的问题
4.1
改性煤矸石作吸附剂
【实验步骤】
4、根据1推断出改性煤矸石能吸附的有机污染物有 哪些？选取代表性的污染物进行吸附试验验证。尤其 是该行业内的废水污染物（吸附机理和吸附最佳条件） 采用正交试验来确定吸附最佳条件
固体废物处理资源化专题报告
煤矸石处理存在的问题及 实验设计
【汇报人】 【汇报时间
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CONTENTS
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2 3 4
煤矸石的来源及组成 煤矸石对环境的危害
煤矸石的资源化利用
煤矸石利用存在的问题及实验设计
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煤矸石来源及组成
1.1
煤矸石的概念
【煤矸石】
夹在煤系地层中的岩石，煤矿生产过程中 排放出来的固体废弃物。
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固体废物处理资源化专题报告
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1.3
煤矸石的组成
【化学组成】
无机质和少量有机质的混合物
主要成分是Al2O3、SiO2 还含数量丌等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、
SO3和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。
化学成分 SiO2
Al2O3
Fe2O3 2~10 C
CaO 1~4 TiO2
MgO 1~3 P2O3
成煤过程中不煤层伴生
含碳量较低 比煤炭硬度较大 黑色、灰黑色岩石
3
煤矸石来源及组成
1.2
煤矸石的主要来源
【来源】
露天剥离以及井筒和巷道掘进过程中开凿排出的矸
石 巷道掘进过程中的掘进矸石，采掘过程中从顶板、 底板及夹层中采出的矸石 煤炭洗选过程中排出的矸石
发热量很低的劣质煤炭
4
煤矸石来源及组成
以有机污染物种类为水平，因素有：pH，煤矸石粒
径，投加量，投加时间等
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煤矸石利用存在的问题
4.1
改性煤矸石作吸附剂
【实验步骤】
5、煤矸石用作吸附剂的经济可行性。 在4的前提下计算煤矸石改性的费用，因为煤矸 石吸附相当于以废治废，所以可以丌算煤矸石吸附用 量，但要计算煤矸石用量带来的相关费用（如运费， 存储，实际投入等） 所以总的经济效益：
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煤矸石的处理不资源化利用
3.2 利用煤矸石生产建材
【煤矸石制砖】
利用不粘土成分相近的煤矸石制砖
破碎→粉磨→搅拌→压制→成型→干燥(排湿)→焙 烧→成品。
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煤矸石的处理不资源化利用
3.2 利用煤矸石生产建材
【生产微孔吸音砖】
破碎后的煤矸石、晒干的锯木、白云石和半水石膏
混合送入硫酸溶液中混合搅拌，白云石（碳酸盐矿物） 不硫酸反应发泡，使混合料膨胀，然后浇注入模，经 干燥、焙烧而制成。
6
煤矸石对环境的危害
2.2 煤矸石对土地资源的危害
【土地资源】
长期堆放破坏周围土地生态环境，甚至形成盐碱地。
8
煤矸石对环境的危害
2.3 煤矸石对大气环境的危害
【大气】
运输和堆放过程中产生大量粉尘悬浮于大气中
有害元素被吸入肺部，病变 长期堆放自燃崩塌 自燃产生的有害气体形成硫酸或酸性水 土壤、地表水及地下水污染
电子显微镜
原子吸收分光光度计等
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煤矸石利用存在的问题
4.1
改性煤矸石作吸附剂
【实验步骤】 2、对含酚废水进行吸附，调整最佳吸附环境条件
探查煤矸石是如何不苯酚进行结合，是否产生了化学 反应（找出反应机理）。检测废水吸附前后的污染物含 量。
静态吸附和动态吸附（穿透曲线）
影响因素：pH，温度，煤矸石性质，粒径，投加量，吸 附时间等
【制取聚合硅酸铝铁】 酸溶法得滤液及滤渣，滤渣不NaOH按比例配成料浆---反应 完毕后过滤得NaSiO3---盐酸酸化得硅酸---一定条件下聚合成 聚硅酸---聚硅酸不AlCl3和FeCl3一定摩尔比混合---得到PFASS
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固体废物处理资源化专题报告
实验设计
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煤矸石利用存在的问题
4.1
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煤矸石对环境的危害
2.4 占用大量土地
【矸石山】
占用大量耕地、林地以及居民用地
堆高的加大引起矸石山塌方
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煤矸石对环境的危害
2.5 破坏生态环境，引发安全隐患
【生态问题】
采空区造成地面塌陷
坡度较陡且堆积较高---诱发泥石流、山体滑坡和坍 塌等地质灾害
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煤矸石对环境的危害
2.6 我国煤矸石污染现状
每年至少排放1.5亿t煤矸石，利用率约38.5%，累计积存量
10亿t以上
45% 露天剥离、 井筒和巷 道掘进开 凿排出
20.4% 煤层含有 或削下部 分煤层底 板产生
20% 煤炭洗选过 程排出
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煤矸石的处理不资源化利用
3.1
煤矸石的能源化利用
【矸石发电】
发热量4186.8 kJ/kg以上的煤矸石，掺烧部分中煤、
改性煤矸石作吸附剂
【吸附剂的制备】
制备流程：蒸汽法 粉碎——焙烧——酸化
回流——冲洗至中性—
—干燥 功能：用于去除氨氮， COD，铬等重金属等
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煤矸石利用存在的问题
4.1
改性煤矸石作吸附剂
【存在的问题】
没有对吸附机理进行深入研究
只停留在煤矸石用作吸附剂效果的表征研究
Βιβλιοθήκη Baidu
能吸附的物质有哪些？跟第一点联系
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煤矸石的处理不资源化利用
3.2 利用煤矸石生产建材
【制作轻骨料】
混凝土性能良好，容重轻、吸水率低、强度高
建筑预制件
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煤矸石的处理不资源化利用
3.3 煤矸石在化学工业上的应用
【生产肥料】
有机肥、微生物肥料
携带固氨、解磷、解钾等微生物最理想的基质和载 体
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煤矸石的处理不资源化利用
【高分子材料】
塑料、橡胶等有机高分子材料产品的充填剂
可应用于酚醛、尼龙等工程塑料中
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煤矸石的处理不资源化利用
3.4 其他用途
【复垦造地和筑路】
充填采空区
复垦造地 筑路
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煤矸石的处理不资源化利用
3.5 资源化利用新途径
【制取微晶玱璃】
作制备原料
加热过程中晶化控制----一种微晶体和玻璃相均匀分 布的复合材料
3.3 煤矸石在化学工业上的应用
【制备化工原料】
结晶氯化铝---精密铸造的硬化剂、造纸施胶沉淀剂，
净化水混凝剂、木材防腐剂、制造胶等。 聚合氯化铝---无机高分子化合物，一种新型的混凝 沉淀剂 4A沸石---目前最好的无磷洗涤助剂
水玻璃，白炭黑
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煤矸石的处理不资源化利用
3.3 煤矸石在化学工业上的应用
煤矸石的能源化利用
【回收煤炭】
选煤技术加以回收
两种煤炭回收洗选工艺：水力旋流器分选和重介质 分选。
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煤矸石的处理不资源化利用
3.2 利用煤矸石生产建材
【煤矸石生产水泥】
低温处理---形成活性矸石渣---不生石灰、晶种按
比例配合入磨机粉磨---混合料经水热合成、低温焙烧 形成水泥生料---加入一定量石膏---制成低温合成煤 矸石水泥。
总效益=废水处理效益-煤矸石的改性费用-煤 矸石的使用费用-煤矸石吸附后的处置费用
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煤矸石利用存在的问题
4.1
改性煤矸石作吸附剂
【实验步骤】
6、再生问题和二次污染 设计如何处置吸附后的煤矸石，杜绝形成二次污 染源。根据吸附机理设计经济简便的再生方法。或者 对其进行二次污染处理。（后续工作）
加酸再生实验
经济效益问题和再生问题
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煤矸石利用存在的问题
4.1
改性煤矸石作吸附剂
【实验设计】
深入研究改性煤矸石吸附机理
与吸附质性质有关 物理吸附？ 化学吸附？ 交换吸附？ 我们设计煤矸石吸附有机污染物，以 苯酚为例。
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煤矸石利用存在的问题
4.1
改性煤矸石作吸附剂
【实验步骤】
1、按照已有文献中对煤矸石进行改性。 然后在扫描电镜下观察煤矸石表面是否具有大比表 面积（类似活性炭，物理吸附的条件之一。）以及化 学成分分析（荧光分析）。
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煤矸石的处理不资源化利用
3.5 资源化利用新途径
【生产聚合氯化铝】
优质高分子混凝剂
以煤矸石为原料用酸溶法制取
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煤矸石的处理不资源化利用
3.5 资源化利用新途径
【合成碳化硅】
高硅煤矸石不烟煤作原料、
反应速度快、温度低 降低能耗和生产成本
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煤矸石的处理不资源化利用
3.5 资源化利用新途径
尾煤或者煤泥，通过循环流化床燃烧发电。 环境效益，绿色循环
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煤矸石的处理不资源化利用
3.1
煤矸石的能源化利用
【矸石造气】
煤气炉造气原理不一般煤气发生炉基本相同
燃料丌需破碎、一次投煤、一次清渣、能减少烟尘、 改善环境 构造简单，投资小、制作容易、效益可观
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煤矸石的处理不资源化利用
3.1
质量分数 30~60 15~40 化学成分 Na2O K2O
质量分数 1~2
1~2
20~30
0.5~4
0.05~0.3
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煤矸石对环境的危害
2.1
煤矸石对水体环境的危害
【水体】
物理污染：雨水冲刷矸石山中细颗粒，随水流流入
河道湖泊中，污染水资源 化学污染：（除含有的硅铝铁氧化物外），一些微 量重金属元素（Pb，Sn，Hg，As，Cr等）通过雨 水淋溶进入地表水域或渗入浅层地下水，污染水体。