[發(fā)明專利]一種煤矸石山覆蓋處置用密封材料及施工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810090272.3
• 申請(qǐng)日: 2018-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN108275957B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳瀟;楊騰飛;陳偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B28/14
• 分類號(hào): C04B28/14;B09B1/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鄔麗明

本發(fā)明公開了一種煤矸石山覆蓋處置用密封材料及施工方法。該密封材料由固體廢棄物、外加劑和水組成，所述外加劑包括離子固化劑和激發(fā)劑，其中離子固化劑占固體廢棄物質(zhì)量的0.25％～0.5％，激發(fā)劑占固體廢棄物質(zhì)量的0.5％～0.75％；水占固體廢棄物質(zhì)量的27.5％～29.3％；所述固體廢棄物由質(zhì)量百分比為50％～60％的赤泥、22.5～35％的粉煤灰、2.5～7.5％的脫硫石膏及5％～10％的石灰組成；所述激發(fā)劑由30％～35％的聚合活性鋁，10％～20％的氫氧化鈉，10～20％的硅酸鈉及35～40％的水泥組成；所述離子固化劑由質(zhì)量百分比為50％～60％的層狀雙金屬氫氧化物和質(zhì)量百分比為40％～50％的氯化銨組成。本發(fā)明滿足煤矸石山處理所需要的力學(xué)性能、密封性能、及環(huán)保性能指標(biāo)，在消納大量固體廢棄物如赤泥、粉煤灰、脫硫石膏的同時(shí)，降低煤矸石山自燃風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤矸石山覆蓋與固體廢棄物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種煤矸石山覆蓋處置用密封材料及施工方法。

背景技術(shù)

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、含有硫化物且比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石。包括巷道掘進(jìn)過程中的掘進(jìn)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。我國(guó)每平均生產(chǎn)1億噸煤炭，排放矸石1400萬噸左右；從煤炭洗選加工來看，每洗選1億噸煉焦煤排放矸石量2000萬噸，每洗1億噸煤，排放矸石量1500萬噸。因而，全國(guó)煤礦現(xiàn)有煤矸石山1500余座，堆積量30億噸以上(占中國(guó)工業(yè)固體廢物排放總量的40％以上)。占地1.3萬公頃，且以每年約1億噸的速度遞增，形成新增占地400多公頃。已成為我國(guó)累計(jì)存量和占地最多的工業(yè)廢物。全國(guó)目前煤矸石的處置方式只有堆存處置的方式。

煤矸石的大量堆放，不僅壓占土地，更為嚴(yán)重的是嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。煤矸石中的硫化物含量的多少和其原煤質(zhì)量密切相關(guān)，煤分為褐煤、煙煤和無煙煤，因此煤矸石中的硫化物含量的多少是因地因煤而異。煤矸石中的硫化物逸出或經(jīng)雨水浸出會(huì)產(chǎn)生酸性水，污染地下水；煤矸石山還會(huì)發(fā)生自燃并有可能引發(fā)火災(zāi)，一座煤矸石山自燃可長(zhǎng)達(dá)幾年或幾十年，目前雖有多種滅火方法，不僅耗資大而且難以排除復(fù)燃的可能性，并且排放出二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和煙塵等有害氣體污染大氣環(huán)境。

赤泥亦稱紅泥，是從鋁土礦中提煉氧化鋁后排出的工業(yè)固體廢物。赤泥因生產(chǎn)工藝的不同分為拜爾法赤泥、燒結(jié)法赤泥或聯(lián)合法赤泥。一般平均每生產(chǎn)1噸氧化鋁，附帶產(chǎn)生1.0～2.0噸赤泥。中國(guó)作為世界第4大氧化鋁生產(chǎn)國(guó)，每年排放的赤泥保守估計(jì)在3500萬噸以上，據(jù)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)最新統(tǒng)計(jì)，截止2015年底全國(guó)赤泥累計(jì)存量達(dá)到3.5億噸，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到5.5億噸。

赤泥是多孔結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積，較強(qiáng)的吸附性。密度為2700～2900g/cm³，顆粒直徑0.088～0.25mm，熔點(diǎn)1200～1250℃，塑性指數(shù)17.0～30.0，孔隙比2.53～2.95，比表面積64.09～186.9m²/g。由于赤泥中含有大量的強(qiáng)堿性化學(xué)物質(zhì)，稀釋10倍后其pH值仍為11.25-11.50，其原土pH為12以上，超過了中國(guó)國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)GB5058-85《有色金屬工業(yè)固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》。極高的pH值決定了赤泥對(duì)生物和金屬、硅質(zhì)材料的強(qiáng)烈腐蝕性。高堿度的污水滲入地下或進(jìn)入地表水，使水體pH值升高，以致超出國(guó)家規(guī)定的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)由于pH值的高低常常影響水中化合物的毒性，因此還會(huì)造成更為嚴(yán)重的水污染。

由于赤泥的化學(xué)堿難以脫除且含量大，又含重金屬離子及其他多種雜質(zhì)，對(duì)于赤泥的無害化利用一直難以進(jìn)行，因此，赤泥廢渣的處理和綜合利用成為一個(gè)世界性的大難題。中國(guó)目前多采用堆存處置、填充洼地、排入海中的方式處理。其中以堆存處置、填充洼地的方式為主。然而，這些處置方式不僅占用大量土地，且赤泥中的化學(xué)成分入滲土地易造成土地堿化、地下水污染，人們長(zhǎng)期攝取這些物質(zhì)，必然會(huì)影響身體健康。所以最大限度的減少赤泥的危害，已成為一項(xiàng)急需解決、迫在眉睫的難題。