CN106890407A - 一种利用固体废弃物粉煤灰预防矸石山自燃和起尘的综合治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用固体废弃物粉煤灰预防矸石山自燃和起尘的综合治理方法，包括：（1）将粉煤灰倾倒在矸石山上，使粉煤灰顺着煤矸石之间的隙缝灌入矸石山，灌满为止；（2）使用板结剂将表层的粉煤灰固化。相比其他防止矸石山自燃的办法，本发明利用热电厂燃煤锅炉产生的固体废弃物粉煤灰作为主要材料，使其排出矸石山内煤矸石之间空气，用板结剂将矸石山表面的粉煤灰和煤矸石形成固化层，隔断空气的进入，阻止风雨的侵蚀。这样做不但有效利用了固废粉煤灰，解决了粉煤灰的堆放、存储问题，还有效防止了煤矸石山的自燃、起尘，实现了区域性的固废综合治理，具有重大的推广意义。
Description
技术领域
本发明属于环境治理领域，具体涉及一种利用固体废弃物粉煤灰预防矸石山自燃和起尘的综合治理方法。
背景技术
煤矸石是煤伴生废石，为掘进、开采和洗煤过程中排出的固体废弃物，矸石山即是由这类固体废弃物堆积而成。煤矸石是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，具有低发热值，其化学成分比较复杂，所包含的元素可多达数十种，一般以碳、硅、铝、铁为主要成分，不同地区的矸石由不同种类矿物组成，其含量相差也很悬殊。煤矸石产量约占煤炭产量的10%～15%，而且随着我国经济发展规模的扩大和对能源需求的不断增长，以及煤炭储量的逐年减少和产量的不断提高，煤矸石占煤炭产量的比例呈不断上升趋势，我国每年煤矸石的排放量高达1.5×108t，占地4.8×105m2，现已形成大小数千座矸石山，累计堆存量达5.0×109t，占地近2.0×108m2，现全国大约1/3的矸石山正在发生燃烧。
矸石山的自燃主要是混在矸石内部煤的自燃，其中助燃物是空气中的氧气，主要来源于倾倒物料时空气的聚集和外界空气的补充。英国人Plolt和Berzelius最先提出黄铁矿导因学说，自燃机理是煤炭中的黄铁矿（FeS2）暴露于空气中与水份和氧气相互作用，发生放热反应而引起的，如下所示：
2FeS2+2H2O+7O2→2FeSO4+2H2SO4+Q1 ①
12FeSO4+6H2O+3O2→4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3+Q2 ②
Fe2(SO4)3+FeS2+2H2O+3O2→3FeSO4+2H2SO4+Q3 ③
反应①②③均是放热反应，由初始的低温产生了热量积累，温度随之升高，煤的活性基团和自由基在相对低温度下会发生化学反应，产生大量的热，继而和组成煤的大分子物质反应产生更多的活性自由基，裂解出更多的活性有机小分子，如：CO、CH4、C2H4、C2H6、C3H8等，这些小分子物质具有较高的活性。黄铁矿（FeS2）的氧化对煤体有胀裂和疏松作用，致使矸石体裂隙扩大、增多，块状逐渐变的粉碎，导致比表面积增加，和空气接触面积更大，所以矸石的自燃是由体系内的煤所导致。此外，还有细菌导因学说、酚基导因学说、煤氧复合理论、煤自燃的自由基作用学说、氢原作用学说、煤孔隙基团作用学说、煤微观结构与组分量质差异自燃理论等等，上述无论哪种学说或理论，在煤的自燃过程中都需要氧的参与，所以减少空气与煤的接触，防止矸石山内部空气出现频繁的交替，是防止煤矸石自燃的决定性因素。
目前国内外采煤和洗选过程中排出的矸石大多弃置于山沟、平川一带，大都长期堆放，煤矸石在提升、运输、堆放过程中，煤矸石经过雨、风等自然条件的侵蚀，逐渐粉化，细小颗粒粉尘在一定风速下被吹起形成扬尘。煤矸石粉尘中含有很多对人体有害的重金属元素化合物和粉煤，若随风悬浮于大气中，不仅破坏了大气的温室效应，使气候出现异常，而且大量分散、悬浮于空气中的粉尘被人体吸入，将对人体健康带来极大的危害。煤矸石的自燃不仅释放出大量的CO、CO2、SO2、H2S、NOX、CMHN等有害气体，同时在热蒸汽的作用下伴随着大量的烟尘释放在空气中，严重污染了矿区和周边地区的大气环境。通常矸石山煤矸石发生自燃的区域SO2、CO、H2S、NOX的排放浓度日均超标达10倍以上。因此导致矿区大气环境质量严重恶化，呼吸道疾病流行，部分污染严重的矿区甚至发生工人呼吸中毒昏迷乃至死亡的事故。煤矸石经雨水淋溶形成的含有有害的重金属离子的酸性水渗透到地下，会严重污染矿区和周边环境的地表水、地下水以及土壤。此外，还造成矿区附近树木枯萎、农作物减产，生态环境遭到严重破坏。
对于已成堆但未自燃的煤矸石山，最常规的做法就是切断通往矸石山内部的空气通道。在矸石山中、下部覆盖黄土并压实，或用灌浆胶结固化。喷浆法可以边排矸边喷浆，用石灰浆液层层喷洒后，在煤矸石山的表面覆土，压实后绿化造林，这样可以彻底消除煤矸石山的自燃的可能性。要实现上述常规做法并不是容易的事情，首先黄土作为资源，需要投入大量资金从矿区周边购买、运输；另外石灰也是重要资源，以石灰浆作为主要原材料对矸石山进行喷浆无论从资金的使用量还是操作难度来看都是比较大的；综合来看，虽然能对矸石山的自燃起到一定的抑制作用，但是从投入的人力、物力和财力来看，该解决方案存在诸多的不利因素。
粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的氧化物组成为SiO2、Al2O3及少量的FeO、Fe2O3、CaO等，粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年达到3亿吨，2013年，我国排放粉煤灰量达到5.2亿吨。每堆存1万吨粉煤灰需要占用1亩地，每处理1吨粉煤灰需要的费用约为15～20元。这种非生产性的占用土地直接造成了极大的土地资源浪费和经济损失。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气等问题。
现有防治煤矸石山的自燃的专利技术主要有下面几种：
专利技术1：《一种防止煤矸石自燃的缓释复合氧化抑制剂及施用量》公开号：CN104027912
专利技术2：《防自燃组合物及其用途和制备方法以及抑制煤炭和煤矸石自燃的方法》公开号：CN 105419516；
专利技术3：《一种预防煤矸石山自燃的方法》公开号：CN 104492004
专利技术4：《一种防止煤矸石自燃的复合氧化抑制剂及施用量》公开号：CN 104027913
上述几种专利技术在实施的过程主要是从阻燃机理和矸石的堆放方式上来说明问题的，无论从理论上还是实际应用上都存在一定的局限性；例如单纯的向矸石上喷结壳类的阻化剂，因为矸石是块状，不能很好的形成隔断层，只能在矸石表面形成薄薄一层，根本不能很好的抑制自燃。
粉煤灰和煤矸石是两大固体污染物排量大、占地广、污染严重、治理难，如果分别治理需要大量人力、物力和财力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种利用固体废弃物粉煤灰预防矸石山自燃和起尘的综合治理方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种利用固体废弃物粉煤灰预防矸石山自燃和起尘的综合治理方法，包括：
（1）将粉煤灰倾倒在矸石山上，使粉煤灰顺着煤矸石之间的隙缝灌入矸石山，灌满为止；
（2）使用板结剂将表层的粉煤灰固化。
优选地，所述板结剂为水性聚氨酯胶黏剂、丙苯乳液、聚丙烯酸钠、交联聚丙烯酸-苯乙烯、生石灰、消石灰和/或石膏。
步骤（2）使用板结剂将表层的粉煤灰固化的方式可以为：通过将板结剂的水溶液喷洒在粉煤灰表面，或者在表层的粉煤灰中掺入板结剂然后洒水。
板结剂的用量能够使表层粉煤灰板结固化即可，一般用量可在0.3wt%以上，根据板结固化效果可以适当增加使用量，比如3%以上。
常规的煤矸石为块状，粉煤灰为极细的粉状并且具有较好的流动性，将粉煤灰倒在矸石山上利用粉煤灰自身具有良好流动性使其灌入矸石山内，以排挤出矸石山内部缝隙中混入的空气并占有有效空间，防止空气的再次进入，表面层用板结剂使粉煤灰和煤矸石形成统一的坚硬外壳，这样做不但防止了内外空气反复交替，也阻止了风、雨等自然气候对矸石的侵蚀，从而有效的抑制矸石山自燃、起尘等一系列环保问题。
相比其他防止矸石山自燃的办法，煤矿区一般都会设立大型火力发电机群组，本发明可就地取材，这样不但有效治理了固废粉煤灰，也治理了煤矸石自燃、起尘。本发明“以废制废”，利用治理一项固废的费用，使两种工业固废得到综合治理，不但实现了“二费归一”，而且节省了粉煤灰所占用的土地资源，实现固废的综合治理。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
对于已有矸石山，首先将粉煤灰倾倒在矸石山上，使粉煤灰顺着煤矸石之间的隙缝灌入矸石山，灌满为止，然后倾倒混有1%左右的生石灰和消石灰的粉煤灰作为表面层，表面层进行喷洒水作业，使水有效浸透混有板结剂的粉煤灰，自然固化。
实施例2
对于已有矸石山，首先将粉煤灰倾倒在矸石山上，使粉煤灰顺着煤矸石之间的隙缝灌入矸石山，灌满为止，然后用水性聚氨酯胶黏剂溶液对表层粉煤灰进行喷洒作业，至粉煤灰湿润，自然固化。
实施例3
对于现堆矸石山，先倾倒煤矸石，在煤矸石堆至一定高度后，再将粉煤灰倾倒在矸石山上，使粉煤灰顺着煤矸石之间的隙缝灌入矸石山，灌满为止，用聚丙烯酸钠溶液对表层粉煤灰进行喷洒作业，至粉煤灰湿润，自然固化。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种利用固体废弃物粉煤灰预防矸石山自燃和起尘的综合治理方法，包括：
（1）将粉煤灰倾倒在矸石山上，使粉煤灰顺着煤矸石之间的隙缝灌入矸石山，灌满为止；
（2）使用板结剂将表层的粉煤灰固化。
2.根据权利要求1所述的综合治理方法，其特征在于：所述板结剂为水性聚氨酯胶黏剂、丙苯乳液、聚丙烯酸钠、交联聚丙烯酸-苯乙烯、生石灰、消石灰和/或石膏。
3.根据权利要求1所述的综合治理方法，其特征在于：步骤（2）使用板结剂将表层的粉煤灰固化的方式为：通过将板结剂的水溶液喷洒在粉煤灰表面，或者在表层的粉煤灰中掺入板结剂然后洒水。
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