[发明专利]一种煤矸石山覆盖处置用密封材料及施工方法

说明书

本发明公开了一种煤矸石山覆盖处置用密封材料及施工方法。该密封材料由固体废弃物、外加剂和水组成，所述外加剂包括离子固化剂和激发剂，其中离子固化剂占固体废弃物质量的0.25％～0.5％，激发剂占固体废弃物质量的0.5％～0.75％；水占固体废弃物质量的27.5％～29.3％；所述固体废弃物由质量百分比为50％～60％的赤泥、22.5～35％的粉煤灰、2.5～7.5％的脱硫石膏及5％～10％的石灰组成；所述激发剂由30％～35％的聚合活性铝，10％～20％的氢氧化钠，10～20％的硅酸钠及35～40％的水泥组成；所述离子固化剂由质量百分比为50％～60％的层状双金属氢氧化物和质量百分比为40％～50％的氯化铵组成。本发明满足煤矸石山处理所需要的力学性能、密封性能、及环保性能指标，在消纳大量固体废弃物如赤泥、粉煤灰、脱硫石膏的同时，降低煤矸石山自燃风险。

技术领域

本发明涉及煤矸石山覆盖与固体废弃物处理技术领域，具体来说是一种煤矸石山覆盖处置用密封材料及施工方法。

背景技术

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、含有硫化物且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、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。我国每平均生产1亿吨煤炭，排放矸石1400万吨左右；从煤炭洗选加工来看，每洗选1亿吨炼焦煤排放矸石量2000万吨，每洗1亿吨煤，排放矸石量1500万吨。因而，全国煤矿现有煤矸石山1500余座，堆积量30亿吨以上(占中国工业固体废物排放总量的40％以上)。占地1.3万公顷，且以每年约1亿吨的速度递增，形成新增占地400多公顷。已成为我国累计存量和占地最多的工业废物。全国目前煤矸石的处置方式只有堆存处置的方式。

煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，更为严重的是严重影响生态环境。煤矸石中的硫化物含量的多少和其原煤质量密切相关，煤分为褐煤、烟煤和无烟煤，因此煤矸石中的硫化物含量的多少是因地因煤而异。煤矸石中的硫化物逸出或经雨水浸出会产生酸性水，污染地下水；煤矸石山还会发生自燃并有可能引发火灾，一座煤矸石山自燃可长达几年或几十年，目前虽有多种灭火方法，不仅耗资大而且难以排除复燃的可能性，并且排放出二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境。

赤泥亦称红泥，是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物。赤泥因生产工艺的不同分为拜尔法赤泥、烧结法赤泥或联合法赤泥。一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥保守估计在3500万吨以上，据中国有色金属工业协会最新统计，截止2015年底全国赤泥累计存量达到3.5亿吨，预计2020年将达到5.5亿吨。

赤泥是多孔结构，具有较大的比表面积，较强的吸附性。密度为2700～2900g/cm³，颗粒直径0.088～0.25mm，熔点1200～1250℃，塑性指数17.0～30.0，孔隙比2.53～2.95，比表面积64.09～186.9m²/g。由于赤泥中含有大量的强碱性化学物质，稀释10倍后其pH值仍为11.25-11.50，其原土pH为12以上，超过了中国国家规定的排放标准GB5058-85《有色金属工业固体废物污染控制标准》。极高的pH值决定了赤泥对生物和金属、硅质材料的强烈腐蚀性。高碱度的污水渗入地下或进入地表水，使水体pH值升高，以致超出国家规定的相应标准，同时由于pH值的高低常常影响水中化合物的毒性，因此还会造成更为严重的水污染。

由于赤泥的化学碱难以脱除且含量大，又含重金属离子及其他多种杂质，对于赤泥的无害化利用一直难以进行，因此，赤泥废渣的处理和综合利用成为一个世界性的大难题。中国目前多采用堆存处置、填充洼地、排入海中的方式处理。其中以堆存处置、填充洼地的方式为主。然而，这些处置方式不仅占用大量土地，且赤泥中的化学成分入渗土地易造成土地碱化、地下水污染，人们长期摄取这些物质，必然会影响身体健康。所以最大限度的减少赤泥的危害，已成为一项急需解决、迫在眉睫的难题。