山西省部分地区煤矸石基础理化性质研究_杜韫哲.pdf
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1、山西省部分地区煤矸石基础理化性质研究杜韫哲,柳一灵,沈 伟,白 燕,马 鹤,唐宋元,姚翔宇,郝广平(.大连理工大学化工学院,辽宁 大连;.山西省地质矿产二一三实验室有限公司,山西 临汾;.北京金隅集团股份有限公司,北京)摘 要:采集了山西省 个典型矿区的煤矸石样品,系统研究了煤矸石的基础理化性质。结果表明,不同矿区煤矸石的元素组成以 和 为主,其中 含量约为,的含量最高为.、最低.,煤矸石中其他元素如、等含量有较大差异。煤矸石的矿物组成有高岭土与石英,部分样品还含有赤铁矿、方解石、白云石。烧失研究表明,不同地区煤矸石样品的固定碳含量有较大差异,最低仅.,最高可达.。对煤矸石样品的元素组成以及物
2、相结构分析,为山西省煤矸石资源化利用提供了依据。关键词:煤矸石;矿物分析;固定碳;资源化利用中图分类号:.文献标识码:文章编号:(),(.,;.,.,;.,.,):,.,.,.,.,.,:;收稿日期:.基金项目:国家自然科学基金()作者简介:杜韫哲(),男,山西祁县人,年毕业于哈尔滨工业大学化学工程与技术专业,工学博士,大连理工大学化工学院工程师。引用格式:杜韫哲,柳一灵,沈 伟,等 山西省部分地区煤矸石基础理化性质研究 煤炭加工与综合利用,():概 述“富煤、贫油、少气”是我国能源结构的基本特征,其中煤炭约占我国能源消费比重的。由于煤炭的开采,大量的煤矸石废弃物也随之产生,约占煤炭产量的 。
3、我煤炭加工与综合利用 .,国煤矸石的利用率低,目前煤矸石累积总量已达 亿,且每年仍以数亿吨的排放量增加,使我国的环境和土地资源面临了巨大的压力。煤矸石不仅占用土地、污染水体,还会发生自燃,产生 等有害气体,严重威胁矿区居民的生存环境。煤矸石是煤炭开采和洗选过程中产生的固体废弃物,主要成分为、以及,同时还含有,等矿物元素。根据煤矸石的矿物组成制定合理的资源化利用方案,能够变废为宝,解决煤矸石带来的环境和资源危机。例如,发热量在 以上的煤矸石可以用于发热、发电;提取煤矸石中的化学元素可生产铝系、硅系等化工产品;煤矸石还可用于制造水泥、耐火砖等建筑材料。因此,煤矸石综合合理利用,符合绿色发展战略,是
4、实现煤炭产业可持续发展的必经之路。山西是产煤大省,在为我国经济发展提供能源的同时,也产生了大量的煤矸石废弃物。目前,山西省的煤矸石利用率不高,除技术不成熟等因素外,主要由于不同地区煤矸石的理化性质差异较大,且人们对其认识不清,因此还未形成有效的处理方案。针对上述问题,本研究收集了山西省 个典型矿区的煤矸石样品,系统分析了煤矸石样品的化学组成、矿物结构,测定了煤矸石的灰分、挥发分、含水率以及固定碳含量。上述实验结果揭示了山西省典型地区煤矸石的基础理化性质,为煤矸石的综合利用提供了指导依据。试验部分.煤矸石的来源本论文试验所用的煤矸石样品均由山西省地质矿产二一三实验室有限公司提供,煤矸石样品为选煤
5、过程中排出的废弃物,煤矸石采集地点如图 所示,并分别编号为 号。.煤矸石化学组成与物相分析本研究运用德国布鲁克公司 型 射线荧光光谱仪()分析煤矸石样品的元素组成。运用荷兰帕纳科公司 型 射线粉末衍射仪()分析煤矸石的物相组成。基于谢乐公式()计算不同晶相的晶粒大小。()()图 煤矸石样品采集地理分布示意 其中:为晶粒大小;为谢乐常数,取.;为 射线的波长,.;为样品衍射峰的半高宽度,弧度;为布拉格衍射角,()。.煤矸石烧失性质分析本研 究 参 照 中 华 人 民 共 和 国 标 准 煤的工业分析方法,测定煤矸石中的水分、挥发分、灰分以及固定碳含量。结果与讨论.山西省不同地区煤矸石宏观特征图
6、为煤矸石样品所在矿区的地理分布图,煤矸石样品采集地点涵盖了山西省不同方位的矿区,保证了样品的广泛性与典型性。从外观看,煤矸石呈现不规则的块状,颜色为灰黑色(图)。从断口的放大照片可以看到,煤矸石内部镶嵌有不同密度的白色隐晶,表明煤矸石中显著存在的非炭类矿物。不同矿区煤矸石断口呈现出不同形貌,号、号、号煤矸石样品的断口比较平整,其余样品断口较为粗糙,其中 号样品的断口呈现出沥青光泽,号样品的断口为层状结构,号样品的断口呈现纤维状、具有丝绢光泽。另外,号与 号样品具有轻微的暗红色,可能是由于煤矸石中含铁矿物所致。对煤矸石外观的准确描述有助于对其分类,并一定程度上反应煤矸石的结构特征。为了深入理解煤
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