[发明专利]一种煤矸石综合利用的绿色方法

说明书

本发明公开了一种煤矸石综合利用的绿色方法，属于煤矸石开发利用技术领域；本发明方法中包括C/SiO_x复合锂电池负极材料的制备工艺，包括二氧化硅微球的制备工艺，包括浸泡煤矸石后的酸液逐步添加碱溶液分离金属氢氧化物沉淀的工艺，还包括氮磷钾复合肥的制备工艺；通过各种工艺的相互耦合形成一套完整的、零排放、零污染的煤矸石综合利用的绿色方法。

技术领域

本发明涉及一种煤矸石综合利用的绿色方法，属于煤矸石开发利用技术领域。

背景技术

煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中产生的固体废弃物，其产量约占每年煤炭产量的18%。我国是煤炭生产大国，煤炭产量逐年增加，煤矸石的年排放量也随之不断增长。2005年，国内煤矸石的产生量为3.47亿吨；2010年，国内煤矸石的产生量为5.94亿吨；到2015年，国内煤矸石的产生量达到7.76亿吨。另外，在2010年，我国煤矸石的综合利用率约61.4%，年利用煤矸石近3.65亿吨。目前，煤矸石的主要利用方式有：煤矸石发电、生产建材产品、筑基铺路、土地复垦、塌陷区治理和井下充填换煤等。煤矸石井下充填置换煤技术实现了煤矸石不升井、不占地。然而，受运输、市场环境、发电装机容量限制等因素影响，部分地区煤矸石综合利用率不高，大量的煤矸石露天堆放。据有关部门统计，我国已累计堆存45亿吨煤矸石，占用土地约为1.5公顷。煤矸石主要由C（28.92%）、H、O、N、S等元素和无机矿物组成，无机组分主要是Al₂O₃（22.76%）和SiO₂（34.16%）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全新的煤矸石综合利用的绿色方法，解决煤矸石再利用的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种煤矸石综合利用的绿色方法，包括C/SiO_x复合锂电池负极材料的制备工艺，包括如下操作步骤：

步骤1，将煤矸石粉碎后经酸液浸泡后过滤、洗涤至中性、干燥；

步骤2，将步骤1制得的煤矸石用热碱溶液浸泡去除煤矸石中的部分二氧化硅，之后过滤得到除硅煤矸石；

步骤3，将步骤2制得的除硅煤矸石干燥后在氮气作为保护气的条件下活化，然后用蒸馏水和磷酸洗涤，除去活化剂，得到C/SiO_x复合锂电池负极材料。

上述步骤更加具体的操作方法如下：

步骤1中，煤矸石粉碎过60～100目筛网；酸液采用2-5mol/L的硝酸溶液，用量为固液1:1-4(g:mL)；浸泡时间12～24h,之后过滤分离出煤矸石与酸液；用蒸馏水洗涤酸浸后的煤矸石至中性，得到纯净的去除金属杂质的煤矸石与含酸洗涤废液；

步骤2中，采用的热碱溶液为3-5mol/L的KOH溶液，用量为固液比1:4-10(g:mL)，在20-60℃温度条件下浸泡2-10h后过滤分离得到含硅提取液和除硅煤矸石；

步骤3中，在600-1000℃温度条件下进行活化2-6h；然后，用蒸馏水和2-5mol/L的磷酸洗涤，除去活化剂，得到C/SiO_x复合锂电池负极材料和洗涤废液。

一种优选方案：

步骤1中，酸液采用3mol/L的硝酸溶液，用量为固液1:2(g:mL)；

步骤2中，采用的热碱溶液为3mol/L的KOH溶液，用量为固液比1:5(g:mL)，在40℃温度条件下浸泡4-8h后过滤分离得到含硅提取液和除硅煤矸石；

步骤3中，在700℃温度条件下进行活化3h。

进一步，本发明方法还包括二氧化硅微球的制备工艺，如下步骤4：