一种粉煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用方法

摘要

本发明公开了一种粉煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用方法，其特征在于：将粉煤灰、钢渣和煤矸石分别磨粉、配浆，配浆以后进行过筛，过筛粒度为24-300目，再将浆料进行磁选，选出其中的铁矿，磁选后的浆料进行浮选，选出其中的有价矿物质，得到尾渣，再将尾渣制备人造浇注石。本发明的有益效果在于，针对煤矿以及矿冶地区地下矿洞多，地面洼地多，地质强度不够，以及工业废弃物粉煤灰、钢渣和煤矸石难以处理和堆放的问题，因地制宜，变废为宝，将粉煤灰、钢渣和煤矸石中的有价值成分先选取出来，再将粉煤灰、钢渣和煤矸石的残渣进行矿洞、洼地回填。

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用方法，属于粉 煤灰、钢渣和煤矸石等矿冶废弃物回收资源化利用技术领域。

背景技术

目前，随着工业和城市建设的发展，燃煤电厂的粉煤灰、采煤筛 选出来的煤矸石、城市扩展建设产生的垃圾和炼钢厂的钢渣排放量逐 年增加。不但占用了大量的农田和土地，还会造成环境污染。而采矿 留下的大量矿坑、巷道和采空区也会随着时间的推移发生严重的地质 灾害和环境污染，如滑坡、开裂、地表沉陷、水源流失，耕地、山林、 房屋毁损、地下水污染以及对人畜等生命财产的危害等。由此引发的 社会矛盾也比较突出，我们人类已从根本上改变和破坏了地球，而我 们的治理模式临时性、应急性特点明显，缺乏长效机制。治理措施更 不完善，“三多三少”现象严重，一是搬迁安置多，生态修复少；二 是地上治理多，地下治理少；三是保证金征收多，实际使用少。在采 矿区连续发生的那么多地质灾害面前，我们的治理显得那么苍白、那 么软弱无力。为了生存，我们必须采取有效措施，修复地球，把地球 改造成一个可持续发展的星球。而现在用于修复地球的方法一种是把 采矿和工业生产中产生的垃圾和废渣简单回填至矿坑、巷道和采空 区，这种方法只是找了一个地下垃圾场而已，同时还会造成地下水污 染。另一种方法是用水泥和采矿废渣混合灌注，而这种方法也不能保 证填充的饱满性，不能保证各接触面的紧密粘合，更不能保证顶部和 原来岩石的紧密结合，而达不到彻底恢复地质结构稳定的作用，同时 耗费的成本非常高。时间证明，这些修复方式在经济上不可行，在技 术上不可靠。

同时产煤以及钢铁冶炼工业矿冶又遗留下了大量的粉煤灰、煤矸 石和钢渣等尾矿和废弃物。当前粉煤灰、煤矸石以及钢渣大部分都是 堆积以及填埋处理，综合利用仅仅是做到简单的压砖等，有价成分利 用率极低，同时生产周期长，工艺复杂，成本高。

粉煤灰的主要成分组成为：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂、 MgO、K₂O、Na₂O、SO₃、MnO₂等，此外还有P₂O₅等。其中氧化硅、 氧化钛来自黏土，岩页；氧化铁主要来自黄铁矿；氧化镁和氧化钙来 自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。钢渣主要由钙、铁、硅、镁和少量 铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、 钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧 化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。 煤矸石的主要成分为Al₂O₃、SiO₂，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、 MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、S和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。煤 矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染 大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞 河流造成灾害。

针对以上原材料的分析可知，粉煤灰、钢渣和煤矸石其中仍有可 回收利用的成分，如果仅仅是简单的填埋或者压砖处理，这种处理方 式是一种极大的资源浪费。同时，简单填埋和压砖处理进行填充由于 缝隙大，结构不紧凑，强度低，并不能对原有破坏的地表结构有所修 复。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种粉煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用 方法。将粉煤灰、煤矸石和钢渣中有价矿物成分提取之后，其尾渣用 于填充采矿带来的地表结构强度修复，增加可利用地面积，提高粉煤 灰、钢渣和煤矸石的综合利用，并降低处理成本。

本发明的技术方案。煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用方法，包括 下述步骤：

a、将粉煤灰配浆，配浆以后进行过筛，过筛粒度为24-300目， 再将浆料进行磁选，选出粉煤灰中的铁矿，磁选后的粉煤灰浆料进行 浮选，选出粉煤灰中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿和锡矿，得到以硅、 钙为主体的粉煤灰尾渣；

b、将钢渣磨粉，进行配浆，过24-300目筛，进行磁选，选出钢 渣中的铁矿，得到钢渣尾渣；

c、将煤矸石磨粉，过24-300目筛，进行配浆，进行磁选，选出 煤矸石中的铁矿，然后将浆料进行浮选，选出煤矸石中的铝土矿、锌 矿、铜矿、钼矿、锡矿和碳，得到以硅、钙为主体的煤矸石尾渣。

所述粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾渣，分别进行压滤烘干， 再按重量组分计，将粉煤灰尾渣30-70份、钢渣尾渣10-50份、煤矸 石粉尾渣10-20份、石灰1-10份、石膏粉1-10份和发泡剂 0.0001-0.0003份兑水调匀，注入矿洞、涵洞内，凝结1-24个月， 制备得到矿洞回填浇注石。

所述矿洞回填浇注石，按重量组分计，由粉煤灰尾渣40-60份、 钢渣尾渣22-40份、煤矸石粉尾渣12-18份、石灰2-6份、石膏粉 2-6份、发泡剂0.0001-0.0003份制备而成。

所述发泡剂为铝粉、碳酸氢无机盐、茶皂素或松香皂。

所述发泡剂为铝粉。

所述粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾渣，分别进行压滤烘干， 再按重量组分计，将粉煤灰尾渣30-70份、钢渣尾渣10-50份、煤矸 石粉尾渣10-20份、石灰1-10份和石膏粉1-10份兑水调匀，注入洼 地内，凝结1-24个月，制备得到洼地用浇注石。

所述洼地用浇注石，按重量组分计，由粉煤灰尾渣40-60份、钢 渣尾渣22-40份、煤矸石粉尾渣12-18份、石灰2-6份和石膏粉2-6 份制备而成。

所述浇注石，还加入5-15份的建筑垃圾残渣。

本发明的有益效果在于，针对煤矿以及矿冶地区地下矿洞多，地 面洼地多，地质强度不够，以及工业废弃物粉煤灰、钢渣和煤矸石难 以处理和堆放的问题，因地制宜，变废为宝，将粉煤灰、钢渣和煤矸 石中的有价值成分先选取出来，再将粉煤灰、钢渣和煤矸石的残渣进 行矿洞、洼地回填。本发明涉及的发泡人造浇注石原料取材丰富，制 造工艺简单。粉煤灰、钢渣和煤矸石的残渣均为粉料，还可以制作成 浆料后，直接用管道送入需回填的矿坑、巷道、洼地和采空区，发泡 后凝结成人造浇注石，降低运输成本。而其中的发泡技术可以使矿坑、 巷道和采空区各个接触面紧密结合，特别消除了顶部因为重力作用而 无法与接触面紧密结合的弊端，彻底固化后的终极强度相当于50— 200标号水泥混凝土强度，从而彻底恢复地质结构的稳定性。而且整 个工艺过程中没有可溶于水的可溶性物质污染地下水体。另外，这种 发泡人造浇注石中有大量的孔隙，具有透水性，不会改变地下水走向， 不会因为地下水的走向改变而造成人为的新的地质灾害。最重要的是 本发明中所涉及的粉煤灰、煤矸石、建筑垃圾和钢渣可以得到全部有 效利用，做到物尽其用，没有一点废弃物，给社会带来极大的社会效 益和经济效益。能有效地恢复原有地质结构的稳定性。

本发明的浇注石配比方案，将各原料制粉、兑成浆料之后，注入 矿洞、涵洞中凝结，可以缓慢生成水硬性胶凝材料，其主要成分为硅 酸钙，铝酸盐和铁铝酸盐。对于配方中各成分的比例，申请人研究发 现，钢渣添加越多，凝结的浇注石强度越大，但钢渣过多，会造成浇 注石开裂。通过发泡剂，使得浇注石能够膨胀，将未灌入浇注石的空 间填充满，同时不会污染地下水层和土质。该粉煤灰、钢渣和煤矸石 综合利用的浇注石能够减少原石开采，并大大提高粉煤灰、钢渣和煤 矸石的利用面和利用率，带动粉煤灰的资源化利用。本发明配方中的 发泡剂选用铝粉和碳酸氢钠等混凝土发泡剂，优选是铝粉，铝粉发泡 过程稳定、发泡时间方便控制，浇注石凝结的时间通常在一个月至两 年，通过原料中钢渣和石膏含量的配比来进行调控。对于洼地，由于 不需要发泡膨胀，不使用发泡剂即可。

经申请人试验，将粉煤灰、钢渣和煤矸石中的铁矿选出后，不仅 是回收了其有价值的成本，还降低了浇注石内的铁含量，能提高浇注 石的强度，得到了意想不到的效果。

经申请人试验，本发明配方的试验结果如下表：

本发明在经济上可行：回填原料成本低廉，还能对原料中的有价 值资源进行回收，通过发泡工艺增大浇注石的体积，能进一步减少原 料的用量。原料在有价值成分回收的时候要加工成粉料，原料可以通 过管道运输到浇注回填地点，进一步降低了运输成本。能够以低廉的 成本实现对煤矿以及矿冶地区地下矿洞的回填。同时，回填后的地质 稳定，避免了当地居民的搬迁安置，还能对土地进行再利用，进一步 提高了土地使用价值。

技术上可靠：固化后的浇注石强度相当于100—200标号水泥混 凝土强度，发泡技术可以使矿坑、巷道和采空区各个接触面紧密结合， 能够彻底恢复地质结构的稳定性。全部原料没有可溶于水的有毒可溶 性物质污染地下水体。另外，发泡人造浇注石中有大量的孔隙，具有 透水性，不会改变地下水走向。

环保性能优良：回填后的矿洞地质稳定，不会污染地下水，不会 改变地下水走向，引发新的地质问题。

综上所述，本发明是一种从经济、技术上均可以实施的无机类工 业垃圾的终极处理方案。

具体实施方式

本发明的实施例1。粉煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用方法，包 括下述步骤：

a、将粉煤灰配浆，配浆以后进行过筛，过筛粒度为24-300目， 再将浆料进行磁选，选出粉煤灰中的铁矿，磁选后的粉煤灰浆料进行 浮选，选出粉煤灰中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿、锡矿以及其他有 价值的矿资源，具体的矿物质根据各地的矿产含量来确定，浮选方式 采用现有的浮选方式，得到以硅、钙为主体的粉煤灰尾渣；粉煤灰主 要成分是硅、铝、铁和其它少量金属的氧化物，根据各个产地的地质 情况不同，粉煤灰内所含的矿物质也不同，通过现有的浮选工艺，能 够将粉煤灰内有价值矿物质选出，包括但不限于锌矿、铜矿、钼矿、 锡矿等。

b、将钢渣磨粉，进行配浆，过24-300目筛，进行磁选，选出钢 渣中的铁矿，得到钢渣尾渣；

c、将煤矸石磨粉，过24-300目筛，进行配浆，进行磁选，选出 煤矸石中的铁矿，然后将浆料进行浮选，选出煤矸石中的铝土矿、锌 矿、铜矿、钼矿、锡矿和碳，得到以硅、钙为主体的煤矸石尾渣；煤 矸石内除了碳之外，主要成分是硅、铝、铁和其它少量金属的氧化物， 根据各个产地的地质情况不同，煤矸石内所含的矿物质也不同，通过 现有的浮选工艺，能够将煤矸石内有价值矿物质选出，包括但不限于 锌矿、铜矿、钼矿、锡矿等。

所述粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾渣，分别进行压滤烘干， 再按重量组分计，将粉煤灰尾渣30-70份、钢渣尾渣10-50份、煤矸 石粉尾渣10-20份、石灰1-10份、石膏粉1-10份和发泡剂 0.0001-0.0003份兑水调匀，注入矿洞、涵洞内，凝结1-24个月， 制备得到矿洞回填浇注石。所述发泡剂为铝粉、碳酸氢无机盐、茶皂 素或松香皂。碳酸氢无机盐包括碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢镁等金 属盐。

在浇注石原料中，还可以加入5-15份的建筑垃圾残渣，进一步 回收利用建筑废料。建筑垃圾残渣包括建筑拆除后剩余的混凝土、砖、 陶瓷、玻璃等无机建筑垃圾，将建筑垃圾残渣磨成粉或粒状，即可加 入到浇注石内。

本发明的实施例2。粉煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用方法，包 括下述步骤：

a、将粉煤灰配浆，配浆以后进行过筛，过筛粒度为200目，再 将浆料进行磁选，选出粉煤灰中的铁矿，磁选后的粉煤灰浆料进行浮 选，选出粉煤灰中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿、锡矿以及其他有价 值的矿资源，得到以硅、钙为主体的粉煤灰尾渣；

b、将钢渣磨粉，进行配浆，过200目筛，进行磁选，选出钢渣 中的铁矿，得到钢渣尾渣；

c、将煤矸石磨粉，过200目筛，进行配浆，浆料进行浮选，选 出煤矸石中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿、锡矿和碳以及其他有价值 的矿资源，得到以硅、钙为主体的煤矸石尾渣。

所述矿洞回填浇注石，更好的配比是，按重量组分计，由粉煤灰 尾渣40-60份、钢渣尾渣22-40份、煤矸石粉尾渣12-18份、石灰 2-6份、石膏粉2-6份、发泡剂0.0001-0.0003份制备而成。所述发 泡剂为铝粉，铝粉粒度与各原料粉料的粒度相当。

本发明的实施例3。粉煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用方法，按 照上述实施例制备得到粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾渣，分别进 行压滤烘干，再按重量组分计，将粉煤灰尾渣30-70份、钢渣尾渣 10-50份、煤矸石粉尾渣10-20份、石灰1-10份和石膏粉1-10份兑 水调匀，注入洼地内，凝结1-24个月，制备得到洼地用浇注石。

本发明的实施例4。粉煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用方法，按 照上述实施例制备得到粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾渣，分别进 行压滤烘干，按重量组分计，由粉煤灰尾渣40-60份、钢渣尾渣22-40 份、煤矸石粉尾渣12-18份、石灰2-6份和石膏粉2-6份制备得到洼 地用浇注石。

本发明的实施例5。粉煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用方法，按 照上述实施例制备得到粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾渣，按重量 组分计，由粉煤灰尾渣40份、钢渣尾渣30份、煤矸石粉尾渣15份、 石灰2份、石膏粉2份、发泡剂0.0002份制备而成，各原材料粉的 粒度为200目，发泡剂为铝粉。将各原材料粉兑水调匀后，注入矿洞、 涵洞，通过长时间凝结，强度可以达到150-180kg/cm²。

本发明的实施例6。粉煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用方法，按 照上述实施例制备得到粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾渣，按重量 组分计，由粉煤灰尾渣35份、钢渣尾渣23份、煤矸石粉尾渣18份、 石灰5份、石膏粉5份、建筑垃圾10份、发泡剂0.0002份制备而成， 各原材料粉的粒度为240目，发泡剂为铝粉。将各原材料粉兑水调匀 后，注入矿洞，通过长时间凝结，得到的矿渣型浇注石，强度可以达 到120-150kg/cm²。

本发明的实施例7。粉煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用方法，按 照上述实施例制备得到粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾渣，按重量 组分计，由粉煤灰尾渣55份、钢渣尾渣27份、煤矸石粉尾渣14份、 石灰8份、石膏粉7份、发泡剂0.0003份制备而成，各原材料粉的 粒度为180目，发泡剂为铝粉。将各原材料粉兑水调匀后，注入矿洞、 涵洞，通过长时间凝结，得到的矿渣型浇注石，强度可以达到 110-150kg/cm²，该强度相当于一般地表结构强度。

本发明的实施例8。粉煤灰、钢渣和煤矸石资源化利用方法，按 照上述实施例制备得到粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾渣，按重量 组分计，由粉煤灰尾渣45份、钢渣尾渣25份、煤矸石粉尾渣15份、 石灰10份、石膏粉10份制备而成，各原材料粉的粒度为200目。将 各原材料粉兑水调匀后，注入洼地，通过长时间凝结，得到的矿渣型 浇注石，强度可以达到150-180kg/cm²，该强度强于一般山体地表 结构强度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式 上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质 对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发 明技术方案的范围内。