專利名稱：一種煤矸石綜合利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤矸石回收利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤矸石綜合利用方法。
背景技術(shù)：
我國有豐富的煤炭資源，煤矸石作為廢棄物被丟棄，不但浪費(fèi)了大量資源，占用大量土地，還嚴(yán)重污染了環(huán)境。目前，國內(nèi)有利用煤矸石制備聚合氯化鋁的方法，但是沒有對剩余的渣料進(jìn)行回收利用，仍然存在資源的浪費(fèi)。長期以來，工業(yè)合成SiC—直采用石油焦和優(yōu)質(zhì)硅石為主要原料。進(jìn)入20世紀(jì)80 年代后期，開始利用無煙煤、低變質(zhì)煙煤合成SiC，還有利用以Si為主要成分的廢棄物如煤矸石、天然稻殼等為原料合成SiC以降低成本。但是，由于在制備工藝上存在缺陷，采用各種廢棄物為原料合成的碳化硅品質(zhì)不高，純度一般在90%以下，故不能作為光伏切割刃料使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種煤矸石綜合利用方法。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種煤矸石綜合利用方法，其步驟為
(1)將煤矸石粉碎至粒徑0.Imm以下；
(2)將粉碎后的物料于600-800°C下熱解活化0.5-lh ；
(3)活化后的物料粉碎至IOOym以下，在常壓100-110°C下或0. 4-0. 5ΜΙ^溫度為 140-150°C下用鹽酸酸溶l_4h，固液質(zhì)量比為1 :4 ；
(4)固液分離；
(5)向固液分離所得濾渣中補(bǔ)充碳源，使其中的C與S^2的摩爾比至3.5-4. 5 ；
(6)將所得物料磨至粒徑100μ m以下，于5-10MI^下壓制成型，在惰性氣體保護(hù)下于 1350-1500°C反應(yīng) 4-6h ；
(7)降溫至700-850°C，關(guān)掉惰性氣體，通入空氣，自然冷卻，得碳化硅。所述步驟(6)中升溫速度為5°C /min。將步驟(7)所得碳化硅粉碎至1000-2000目；加入水和浮選劑，攪拌后靜置浮選； 繼續(xù)加入硫酸或鹽酸和氫氟酸酸洗除雜；固液分離所得固體經(jīng)干燥后分級得到不同粒度的碳化硅微粉。所述水的用量為碳化硅質(zhì)量的1-1. 5倍，浮選劑的用量為碳化硅質(zhì)量的1-5%。。所述鹽酸或硫酸的用量為碳化硅質(zhì)量的5-20%，所述氫氟酸的用量為碳化硅質(zhì)量的 5-15%0。所述浮選劑為煤油、水玻璃或洗潔精。所述濾液經(jīng)熟化、水解和聚合制備聚合氯化鋁。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果本發(fā)明利用煤矸石得到三種工業(yè)產(chǎn)品聚合氯化鋁、碳化硅(95%以上含量)及光伏切割刃料-碳化硅微粉(97%以上含量)。在活化焙燒煤矸石過程中有效利用了其中的有機(jī)質(zhì)，減少了煤矸石中碳對提取氯化鋁質(zhì)量的影響；通過制備聚合氯化鋁有效利用了煤矸石中的鋁資源，同時相當(dāng)于對煤矸石中的二氧化硅進(jìn)行了有效的除雜；巧妙利用了粉磨后浮選再酸洗的工藝，使制備的碳化硅的純度由 95%提高到碳化硅微粉的97%以上，從而得到品質(zhì)合格的光伏切割刃料-碳化硅微粉。因此，利用煤矸石綜合制備聚合氯化鋁及光伏切割刃料-碳化硅微粉是煤矸石有效綜合利用的重要途徑。


圖1為實(shí)施例1分級所得1000目碳化硅微粉的掃描電鏡圖； 圖2為實(shí)施例1分級所得1200目碳化硅微粉的掃描電鏡圖3為實(shí)施例2分級所得1500目碳化硅微粉的掃描電鏡圖； 圖4為實(shí)施例3分級所得1800目碳化硅微粉的掃描電鏡圖； 圖5為實(shí)施例2分級多的2000目碳化硅微粉的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
制備聚合氯化鋁的步驟
(1)將煤矸石破碎并細(xì)磨至0.IOmm ；
(2)將粉碎好的煤矸石粉末置于高溫管式爐中，在600°C下熱解活化1小時，煤矸石中少量的有機(jī)質(zhì)不僅可以充當(dāng)部分熱源，還能減少煤矸石中碳對提取氯化鋁質(zhì)量的影響；
(3)活化過的煤矸石粉末在100°C下用鹽酸酸溶4小時，固液質(zhì)量比1:4，粉末中的鋁以氯化鋁形式溶于酸中，其它微量鐵、鈣、鎂等的氧化物也以氯化物的形式進(jìn)入溶液，氯化鋁的浸出率90%以上；
(4)經(jīng)固液分離后，濾液經(jīng)熟化、水解和聚合并用鋁酸鈣或鋁酸鈉調(diào)整鹽基度制備水處理劑聚合氯化鋁，液體聚合氯化鋁中氧化鋁含量13. 2%，鹽基度46. 8%。其中含有的少量鈣、鐵、鎂、硅對其絮凝性能無副作用，因氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂等本身就具有良好的絮凝作用；
制備碳化硅微粉的步驟
(5)步驟(4)所得濾渣的主要成分為SiO2，通過分析與計算，補(bǔ)充碳源，使C與S^2的摩爾比至3. 5 ；
(6)將調(diào)配好的物料球磨至100μ m以下，在5MPa壓力下壓制成型，置入高溫爐，在氬氣保護(hù)下，氬氣流量lmL/s，升溫速度5°C /min，在1350°C反應(yīng)汕；
(7)降溫至700°C，關(guān)掉氬氣，通入空氣，自然冷卻，制得碳化硅，純度為95.0%;
(8)將制備的碳化硅經(jīng)過粉碎、球磨至100(Γ2000目；
(9)加入碳化硅質(zhì)量1倍的水，加碳化硅質(zhì)量1%。的煤油，機(jī)械攪拌，靜置浮選出多余的碳作為碳源回用，再加入碳化硅質(zhì)量5%的硫酸、5%。的氫氟酸酸洗除雜；
(10)用純水洗凈的碳化硅微粉通過噴霧干燥機(jī)進(jìn)行干燥；
(11)干燥后的微粉分級得到符合要求的1000目、1200目、1500目、1800目和2000目粒度要求的光伏切割刃料-碳化硅微粉，其中微粉中碳化硅純度97. m。分級所得1000目和1200目光伏切割刃料-碳化硅微粉的掃描電鏡圖分別如圖1 和圖2所示，由圖看出，碳化硅微粉粒度均勻、鋒利。實(shí)施例2
制備聚合氯化鋁的步驟
(1)將煤矸石破碎并細(xì)磨至0.08mm ；
(2)將粉碎好的煤矸石粉末置于沸騰爐中，在650°C下熱解活化0.8小時；煤矸石中少量的有機(jī)質(zhì)不僅可以充當(dāng)部分熱源，還能減少煤矸石中碳對提取氯化鋁質(zhì)量的影響；
(3)活化過的煤矸石粉末在0.4MPa溫度為145°C下用鹽酸酸溶3小時，固液質(zhì)量比1 4，粉末中的鋁以氯化鋁形式溶于酸中，其它微量鐵、鈣、鎂等的氧化物也以氯化物的形式進(jìn)入溶液，氯化鋁的浸出率90%以上；
(4)經(jīng)固液分離后，濾液經(jīng)熟化、水解和聚合并用鋁酸鈣或鋁酸鈉調(diào)整鹽基度制備水處理劑聚合氯化鋁，液體聚合氯化鋁中氧化鋁含量13. 6%，鹽基度50. 其中含有的少量鈣、鐵、鎂、硅對其絮凝性能無副作用，因氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂等本身就具有良好的絮凝作用；
制備碳化硅微粉的步驟
(5)步驟(4)所得濾渣的主要成分為SiO2，通過分析與計算，補(bǔ)充碳源，使C與S^2的摩爾比至4 ；
(6)將調(diào)配好的物料球磨至80μ m以下，在SMI^a壓力下壓制成型，置入高溫爐，在氬氣保護(hù)下，氬氣流量lmL/s，升溫速度5°C /min，在1400°C反應(yīng)4h ；
(7)降溫至800°C，關(guān)掉氬氣，通入空氣，自然冷卻，制得碳化硅，純度為95. 5%;
(8)將制備的碳化硅經(jīng)過粉碎、球磨至100(Γ2000目；
(9)加入碳化硅質(zhì)量1.3倍的水，加碳化硅質(zhì)量3%。的洗潔精，機(jī)械攪拌，靜置浮選出多余的碳作為碳源回用，再加入碳化硅質(zhì)量10%的鹽酸和10%。的氫氟酸酸洗除雜；
(10)用純水洗凈的碳化硅微粉通過噴霧干燥機(jī)進(jìn)行干燥；
(11)干燥后的微粉分級得到符合要求的1000目、1200目、1500目、1800目和2000目的光伏切割刃料-碳化硅微粉，其中微粉中碳化硅純度97. 8%。分級所得1500目、2000目光伏切割刃料-碳化硅微粉的掃描電鏡圖分別如圖3、5 所示，由圖看出，碳化硅微粉粒度均勻、鋒利。實(shí)施例3
制備聚合氯化鋁的步驟
(1)將煤矸石破碎并細(xì)磨至0.08mm ；
(2)將粉碎好的煤矸石粉末置于高溫管式爐中，在800°C下熱解活化0.5小時；煤矸石中少量的有機(jī)質(zhì)不僅可以充當(dāng)部分熱源，還能減少煤矸石中碳對提取氯化鋁質(zhì)量的影響；
(3)活化過的煤矸石粉末在110°C下用鹽酸酸溶1小時，固液質(zhì)量比1:4，粉末中的鋁以氯化鋁形式溶于酸中，其它微量鐵、鈣、鎂等的氧化物也以氯化物的形式進(jìn)入溶液，氯化鋁的浸出率90%以上；
(4)經(jīng)固液分離后，濾液經(jīng)熟化、水解和聚合并用鋁酸鈣或鋁酸鈉調(diào)整鹽基度制備水處理劑聚合氯化鋁，液體聚合氯化鋁中氧化鋁含量14. 0%，鹽基度55. 0%。其中含有的少量鈣、鐵、鎂、硅對其絮凝性能無副作用，因氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂等本身就具有良好的絮凝作用；
制備碳化硅微粉的步驟
(5)步驟(4)所得濾渣的主要成分為SiO2，通過分析與計算，補(bǔ)充碳源，使C與S^2的摩爾比至4. 5 ；
(6)將調(diào)配好的物料球磨至80μ m以下，在IOMPa壓力下壓制成型，置入高溫爐，在氬氣保護(hù)下，氬氣流量lmL/s，升溫速度5°C /min，在135(Tl50(TC反應(yīng)6h ；
(7)降溫至70(T850°C，關(guān)掉氬氣，關(guān)掉電源，通入空氣，自然冷卻，制得碳化硅，純度為 95. 9% ；
(8)將制備的碳化硅經(jīng)過粉碎、球磨至100(Γ2000目；
(9)加入碳化硅質(zhì)量1.5倍的水，加碳化硅質(zhì)量5%。的水玻璃，機(jī)械攪拌，靜置浮選出多余的碳作為碳源回用，再加入碳化硅質(zhì)量20%的鹽酸和15%。的氫氟酸酸洗除雜；
(10)用純水洗凈的碳化硅微粉通過噴霧干燥機(jī)進(jìn)行干燥；
(11)干燥后的微粉分級得到符合要求的1000目、1200目、1500目、1800目和2000目的光伏切割刃料-碳化硅微粉，其中微粉中碳化硅純度98. 1。 分級所得1800目光伏切割刃料-碳化硅微粉的掃描電鏡圖如圖4所示，由圖看出，碳化硅微粉粒度均勻、鋒利。
權(quán)利要求
1.一種煤矸石綜合利用方法，其步驟為(1)將煤矸石粉碎至粒徑0.Imm以下；(2)將粉碎后的物料于600-800°C下熱解活化0.5-lh ；(3)活化后的物料粉碎至IOOym以下，在常壓100-110°C下或0. 4-0. 5ΜΙ^ι溫度為 140-150°C下用鹽酸酸溶l_4h，固液質(zhì)量比為1 :4 ；(4)固液分離；(5)向固液分離所得濾渣中補(bǔ)充碳源，使其中的C與S^2的摩爾比至3.5-4. 5 ；(6)將所得物料磨至粒徑100μ m以下，于5-10MI^下壓制成型，在惰性氣體保護(hù)下于 1350-1500°C反應(yīng) 4-6h ；(7)降溫至700-850°C，關(guān)掉惰性氣體，通入空氣，自然冷卻，得碳化硅。
2.如權(quán)利要求1所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于所述步驟(6)中升溫速度為 5 °C /min。
3.如權(quán)利要求1或2所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于將步驟(7)所得碳化硅粉碎至1000-2000目；加入水和浮選劑，攪拌后靜置浮選；繼續(xù)加入硫酸或鹽酸和氫氟酸酸洗除雜；固液分離所得固體經(jīng)干燥后分級得到不同粒度的碳化硅微粉。
4.如權(quán)利要求3所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于所述水的用量為碳化硅質(zhì)量的1-1. 5倍，浮選劑的用量為碳化硅質(zhì)量的1-5%。。
5.如權(quán)利要求4所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于所述鹽酸或硫酸的用量為碳化硅質(zhì)量的5-20%，所述氫氟酸的用量為碳化硅質(zhì)量的5-15%0。
6.如權(quán)利要求5所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于所述浮選劑為煤油、水玻璃或洗潔精。
7.如權(quán)利要求1所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于所述濾液經(jīng)熟化、水解和聚合制備聚合氯化鋁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤矸石綜合利用方法，其步驟為將煤矸石粉碎-熱解活化-酸溶-濾渣補(bǔ)充碳源-壓制成型-高溫反應(yīng)-粉碎得碳化硅。本發(fā)明利用煤矸石綜合制備聚合氯化鋁及光伏切割刃料-碳化硅微粉是煤矸石有效綜合利用的重要途徑。
文檔編號C01F7/56GK102190300SQ20111009112
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者張東升, 李曉燕, 李洪, 李霞, 杜玲枝, 胡延韶, 邰俊卿 申請人:河南城建學(xué)院