[發明專利]一種從煤矸石中提取硫酸稀土用于混凝土添加劑的方法

有效

• 申請號: 201510255794.0
• 申請日: 2015-05-19
• 公開（公告）號: CN104891855B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 孫玉壯;張海島;王金喜;高康;林明月;孟志強
• 申請（專利權）人: 河北工程大學
• 主分類號: C04B24/42
• 分類號: C04B24/42;C04B22/14;C01F17/00
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技術領域

本發明主要涉及煤矸石提取利用領域，尤其涉及一種從煤矸石中提取硫酸稀土用于混凝土添加劑的方法。

背景技術

煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。其主要成分是AL₂O₃、SiO₂，另外還含有數量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素(鎵、釩、鈦、鈷)；煤矸石是在成煤過程中與煤共同沉積的有機化合物和無機化合物混合在一起的巖石，通常呈薄層和在煤層中或煤層頂、煤層底，是在煤礦建設和煤炭采掘、洗選加工過程中產生的數量較大的礦山固態排棄物。煤矸石按主要礦物含量分為黏土巖類、砂石巖類、碳酸鹽類、鋁質巖類。按來源及最終狀態，煤矸石可分為掘進矸石、選煤矸石和自然矸石三大類。煤矸石排放量根據煤層條件、開采條件和洗選工藝的不同有較大差異，一般掘進矸石占原煤產量的10％左右，選煤矸石占入選原煤量的12％～18％。

煤矸石的無機成分主要是硅、鋁、鈣、鎂、鐵的氧化物和某些稀有金屬。其化學成分組成的百分率：SiO₂為52～65；AL₂O₃為16～36；Fe₂O₃為2.28～14.63；CaO為0.42～2.32；MgO為0.44～2.41；TiO₂為0.90～4；P₂O₅為0.007～0.24；K₂O+Na₂O為1.45～3.9；V₂O₅為0.008～0.03。

高硫煤矸石中含有的主要有用礦物為硫鐵礦和煤。純硫鐵礦相對密度高達5，與脈石相對密度差為2-2.3，而共生硫鐵礦與脈石相對密度差為0.5-1。因此，使硫鐵礦盡可能從共生體中解離出來，利用相對密度差即可將硫鐵礦分選出來。

煤矸石的原礦粒度較大，其中黃鐵礦的組成形態以包括結核體、粒狀、塊狀等宏觀形態為主，經顯微鏡和電鏡鑒定，煤中黃鐵礦以莓球狀、微粒狀分布在鏡煤體中，而在細胞腔中亦充填有黃鐵礦，個別為小透鏡狀、細粒浸染狀。礦物之間緊密共生，呈細粒浸染狀，所以在分選前必須進行破碎、磨礦，煤矸石的解離度越高，選別效果越理想。

賦存在煤中的黃鐵礦經過洗選后大部分富集于洗矸中。洗矸中黃鐵礦以塊狀、脈狀、結核狀及星散狀四種形態存在。前三種以2-50mm大小不等、形態各異的結核體最常見，矸石破碎至3mm以下，黃鐵礦能解離80％左右，破碎至1mm以下幾乎全部解離。星散狀分布的黃鐵礦很少，多呈0.02mm立方體單晶，嵌布于網狀脈巖中很難與脈石分開。黃鐵礦的回收方法和工藝流程原則上是從粗到細把黃鐵礦破碎成單體解離，先解離、先回收，分選解離、分段回收；

煤矸石棄置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出會污染大氣、農田和水體。矸石山還會自燃發生火災，或在雨季崩塌，淤塞河流造成災害。中國積存煤矸石達10億噸以上，每年還將排出煤矸石1億噸。為了消除污染，自60年代起，很多國家開始重視煤矸石的處理和利用。

煤矸石代替燃料：化鐵；燒鍋爐；燒石灰；回收煤炭。生產水泥：生產普通硅酸鹽水泥；生產特種水泥；生產無熟料水泥。生產建筑材料：煤矸石燒結磚，質量較好，顏色均勻；煤矸石生產輕骨料，輕骨料是為了較少混凝土的相對密度，而選用的一類多孔骨料；生產煤矸石棉，以煤矸石和石灰為原料，經高溫融化，噴吹而成的一種建筑材料。生產化工產品：制結晶三氯化鋁，以煤矸石和化工工業副產鹽酸為主要原料，經過破碎、培燒、磨碎、酸浸、沉淀、濃縮結晶和脫水等生產工藝而制成，是一種新型的凈水劑；制水玻璃；生產硫酸銨，煤矸石內的硫化鐵在高溫下生產SO₂，再氧化而生產SO₃，遇水生產硫酸，并與氨的化合物生產硫酸銨。

利用途徑有以下幾種：