[发明专利]一种煤矸石的超(亚)临界活化方法及其应用

说明书

本发明涉及一种煤矸石的亚临界或超临界活化方法，其中通过向煤矸石中添加助剂碱并在亚临界或超临界水条件下进行活化反应，可以得到活化煤矸石样品；本发明还涉及一种煤矸石的综合利用方法，即将经亚临界或超临界活化得到的活化煤矸石样品与酸接触反应，通过酸浸不仅取得到氧化铝产品和白炭黑产品，而且还可以对煤矸石中富集的锂、镓进行提取，最后的过滤残渣用作制备水泥的原料，真正实现了一种零污染、零排放的煤矸石废物利用的途径。本发明的优点在于可在400℃左右的低温条件下可实现煤矸石的活化，并且操作步骤少，反应温度低，反应时间短，而且全程无二次污染，是一种环境友好型的新的煤矸石活化方法和煤矸石废物利用的途径。

技术领域

本发明涉及煤矸石的活化方法及其综合利用方法，具体涉及一种超临界活化煤矸石的方法，以及涉及一种煤矸石的综合利用途径。

背景技术

煤矸石是与煤伴生的一种含煤高岭土，煤矸石综合排放量占原煤产量的10％～15％。煤矸石作为固、液、气三害俱全的“工业废料”，它的长期堆放占压了大量的土地，而且污染了矿区周边的水源、土壤和周围的空气，严重破坏矿区的生态环境和生态景观。

煤矸石中一般以硅铝为主要成分，另外含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、P₂O₃等无机物。另外，山西省平朔煤矿的煤矸石中锂、镓的含量比较高，尤其是镓的含量。经检测，本发明中所涉及的原料中镓的含量可达38μg/g，超出煤中镓的工业品位(30μg/g)。从煤矸石中提取硅铝的同时，回收锂镓，值得重视。目前煤矸石高附加值利用的主要方式是利用其无机组分进行有价元素提取。但由于煤矸石含有高岭石，结构晶相稳定，需要将煤矸石原料进行活化后才可利用。

煤矸石的活化主要有机械活化和热活化。与机械活化相比，热活化操作简单，活化效果好而成为常用的一种方法。赵振新等在《煤炭工程》(2014年第47卷第7期)发表的“微波法提取煤矸石中氧化铝的试验研究”(文献1)，将破碎至80目的煤矸石在微波功率500W，700℃下煅烧90min，然后用浓度为20％的盐酸在65℃下浸取40min，氧化铝的浸出率达到了86％。纪利春等在《非金属矿》(2014年第37卷第3期)发表的“酸碱联合法从低温活化煤矸石提取硅铝铁”(文献2)，将煤矸石与Na₂CO₃按质量比为0.9进行配料，在750℃下煅烧60min，然后将冷却后的熟料与5mol/L的盐酸在90℃下恒温水浴中反应85min，铝的溶解率达到82.7％。滤渣溶解于4.5mol/L的NaOH溶液中，置于95℃恒温水浴反应90min，在该条件下硅的溶出率达到62.5％。从文献1可以看出，是煤矸石的直接加热活化，但是此过程需要微波辅助加热，而文献2中是添加碱来与煤矸石共同煅烧。

虽然与机械活化相比，我们可以看到热活化具有比较好的活化效果。但是目前所使用的热活化方法均是将煤矸石与一定量的添加剂混合在高温下煅烧。可看出热活化方法最大缺点是需700℃以上的高温，因此耗能高，反应时间较长，而且后续酸处理过程中需使用浓度较大的酸，酸试剂使用量大。在提倡环保节能及绿色化学的今天，这种方法很显然也是不适宜的。