煤矸石及其在矿区铁路建设中的应用

1 煤矸石基本特征及研究概况

1.1 煤矸石组成特征及其利用途径

1.2 煤矸石研究工作综述

2 煤矸石分类研究

2.1 我国煤矸石分类概况

2.2 我国煤矸石分类方案研究

2.3 兖州矿区煤矸石分类探讨

3 煤矸石主要矿物成分分析

3.1 x射线衍射测试分析实验方法与条件

3.2 煤矸石的矿物成分分析结果

3.3 主要矿物成分的性质

3.4 矿物成分分析结论

4 煤矸石的物理及力学性质实验研究

4.1 煤矸石的物理、水理性质实验

4.2 煤矸石的主要力学性质实验

4.3 煤矸石的力学性质实验结果分析

5 煤矸石的压实特性实验研究

5.1 引言

5.2 煤矸石压实实验装置

5.3 煤矸石的碎胀曲线

5.4 煤矸石的压实特性与压实曲线

5.5 煤矸石的侧压曲线

5.6 矸石颗粒度对压实曲线的影响

5.7 试验结果分析

6 煤矸石铁路路基变形的数值分析

6.1 引言

6.2 路基计算的力学模型

6.3 有限元分析方法简介

6.4 路基数值计算模型

6.5 数值计算结果及分析

7 煤矸石的工业分析及热重实验研究

7.1 煤矸石的工业分析实验研究

7.2 煤矸石的热重－红外光谱联机分析实验研究

8 煤矸石自燃机理及其防治措施研究

8.1 概述

8.2 煤矸石自燃的原因及其化学反应机理

8.3 煤矸石自燃对环境的污染问题

8.4 煤矸石自燃的防治措施

9 煤矸石铁路路基施工及安全保障措施研究

9.1 煤矸石在矿区铁路路基上的应用

9.2 煤矸石铁路路基的施工问题

9.3 煤矸石路基边坡稳定性分析

9.4 煤矸石铁路路基的安全措施

10 煤矸石作矿区铁路路基填料的技术经济分析

10.1 煤矸石特性及利用分析

10.2 煤矸石作路基填料的经济分析

10.3 兖州矿区煤矸石作路基填料的经济分析

11 煤矸石对环境影响分析研究

11.1 煤矸石对环境影响概况

11.2 煤矸石山对环境的影响

11.3 煤矸石的环境治理分析

11.4 煤矸石做矿区铁路路基对环境影响分析

参考文献2100433B

《煤矸石及其在矿区铁路建设中的应用》研究了煤矸石基本特征和分类，分析了煤矸石的物理力学性质及其矿物组成、煤矸石自燃机理及其防治措施等内容。

《煤矸石及其在矿区铁路建设中的应用》适合从事矿区铁路建设、煤矿生产、设计和科研的工程技术人员，以及大专院校的相关专业师生参考。

矸石土地复垦

由于煤矸石山占有大量土地，利用煤矸石充填复垦造田、煤矸石山复垦造林成为了煤矸石利用的重要任务。裴宗阳系统研究了煤矸石山生态恢复的背景理论以及煤矸石山立地条件，指出煤矸石山生态恢复需重点研究煤矸石山植被恢复体系构建、立地条件系统、煤矸石山植被恢复的演替规律以及生态治理的评价体系构建。煤矸石复垦技术可消耗大量煤矸石，减轻煤矸石露天堆放所造成的环境污染，改善矿区生态环境。

矸石生产农肥和改良土壤

煤矸石在农业上资源化利用主要体现在生产农肥和改良土壤两方面。煤矸石特别是高硫煤矸石中的硫化铁在高温下经氧化生成二氧化硫，再与氨合成生成硫酸铵。早在1992年刘大锰就报道了煤矸石的这种应用，经过试验发现所生产的硫酸铵是一种很好的肥料。

一般来说，新产生的煤矸石偏碱，而陈化后的煤矸石的pH值一般较低，高国雄等研究了煤矸石沙障对沙地土壤的改良效用，发现煤矸石能使沙地土壤增加细粒物质，提高土壤水分含量，改善土壤结构，增加土壤中有机质、全N、速效P、速效K的含量，可作为沙地土壤的改良剂，但是煤矸石应用于农业生产需要特别注意污染扩散问题。

煤矸石中含有约15 %～35 %的Al₂O₃，如果能对这一部分铝加以利用，将产生巨大的经济效益。利用煤矸石制取含铝产品的研究一直是煤矸石化工利用的一个热点。

矸石煤矸石中铝含量与浸取率的关系

对比不同种类煤矸石煅烧后粉煤灰中铝的提取率，可以看出，不同种类煤矸石样品提取的铝含量有较大差异。煅烧活化后进行酸浸提取铝，铝浸取率并不会随着煤矸石中铝含量的升高而升高或降低，而是在同等试验条件下煅烧活化提取煤矸石中的铝时，其浸取率总会保持在60 %～70 %的范围内。这说明煤矸石中的铝浸取率与煤矸石的来源无关，这也为低铝煤矸石提铝提供了理论依据。

矸石煤矸石中提取氢氧化铝

煤矸石中的主要 矿物相为高岭石（Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O）与石英（SiO₂），高岭石具有单层网结构，单网层间由氢键相联，因此氧化铝的活性差，要从高岭石中提取氧化铝十分困难。为从煤矸石中提取氧化铝，需将煤矸石进行矿物改性处理，使高岭石中的氧化铝成为活性氧化铝。

任雪娇以煤矸石为原料，经机械活化、热活化、酸浸提铝，酸浸液利用Fe³ 、A1³ 水解pH值的差异分离铝铁，制备氢氧化铝，确定了最佳工艺条件为粒度0．178mm，焙烧温度750 ℃，焙烧时间120min，浸取温度95 ℃，浸取时间4h，液固质量比3，硫酸质量分数40 %。此条件下煤矸石中Al₂O₃的浸取率达到81．8 %。耿学文等采用碱石灰烧结法从高铝煤矸石中提取了氢氧化铝，试验原料经过碱液预处理，使其中的铝硅质量比由原来的0．86提高到2．21。在烧结温度为1200 ℃、Na2O/Al2O3物质的量比为1．0，CaO/SiO2物质的量比为2．1时，熟料的烧结质 量 最 好，其 中 氧 化 铝 的 浸 取 率 最 高 达 到94 %。最佳条件下得到的溶出液以一水铝石为晶种，在添加甲醇并于30℃下分解5h，铝酸钠溶液中氧化铝的分解率达到88．9%；扫描电镜结果显示，生成的铝氧水合物呈片状生长。

吕淑珍用碳化法从煤矸石中制备高纯超细氢氧化铝粉体，在氧化铝活化过程中巧妙地利用C₂S晶相转变产生的体积膨胀，造成硅酸二钙连同其他矿物一起粉化（自粉化），省去了传统的粉磨工序，这不仅可节省电能，而且化学粉碎形成的粉末比机械粉磨的粉末更细，有利于以NaAlO2形式提取铝组分，用高效分散剂碳化法制备超细氢氧化铝。在用8 %Na2CO3溶液从煤矸石自粉化料中以NaAlO2形式提取铝组分，用高效分散剂碳化法制备超细氢氧化铝粉体的研制过程中，找出了高效分散剂碳化法制备超细氢氧化铝粉体的最佳条件，为煤矸石的高价值利用开辟了一条新的途径。

矸石利用煤矸石制取絮凝剂聚铝

（铁）絮凝剂具有生产成本低、无 毒、高效、沉降速度快等特点，产品市场潜力大，可广泛用于石油化工、印染、造纸、冶金等行业废水处理。用煤矸石制备聚合硫酸铝铁主要是利用煤矸石中Al2O3、Fe2O3与 硫 酸 反 应 生 成Al₂（SO₄）3和Fe₂（SO4）₃，然后再通过聚合反应制取聚合铝铁。加入聚合剂后，[Al₂（SO4）₃和[Fe₂（SO₄）₃逐步缩 聚为多聚体[Al₂（OH）_n（SO₄）_3－m/2]_n和[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3－n/2]_m即为净水剂 主要成分。

孔德顺等以高铁型煤矸石酸浸液为原料，制备了高效无机高分子絮凝剂聚合硫酸铝铁（PAFS），并通过单因素试验研究了制备体系反应条件对聚合硫酸铝铁去浊率的影响。制备聚合硫酸铝铁优化工艺条件如 下：铁离子与 铝离子总浓度为0．5mol/L，铁离子与铝离子物质的量比为0．25，体系pH值为0．8，80 ℃下 聚 合8h，室温熟 化24h。采用X射线衍射（XRD）及 红 外光谱（IR）对优化条件下制备的聚合硫酸铝铁进行了表征，表明产物为铁聚合较完全而铝部分聚合的聚合硫酸铝铁。

罗道成利用煤矸石为原料制备高效混凝剂聚硅酸铝，用该混凝剂处理工业废水，并与聚合硫酸铁的处理效果比较表明，出水COD和色度去除率分别提高约20 %和25 %，SS去除率提高约10 %，废水处理效果良好，该种混凝剂具有良好的工业应用前景。

煤矸石资源化利用研究取得了很大的进展，但是其综合利用率仍不高，利用潜力巨大，后期的应用需要在对环境无害的基础上注重煤矸石耗量大和高附加值产品双向的开发利用，最终实现我国矿区煤矸石“零排放”，建设我国绿色生态的文明矿山。

后期具体工作如下。1）进一步 开展对煤矸石环境危害的持续研究，建立煤矸石对土壤、水、大气污染的实时监控体系，探索安全控制的技术途径。

2）煤矸石具有良好的路用性能，后期研究需加大对岩质煤矸石的加工工艺研究，加大煤矸石在沥青混凝土方面应用的研究力度，以期将煤矸石路用方面应用尽快产业化推广。

3）煤矸石富含SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO和碳等成分，这为其在化工方面应用提供了基础。

然而，天然的煤矸石结构致密，必须先对其进行改性，提高煤矸石的活性。后期需要对煤矸石改性特别是化学改性方面作进一步研究。

书 名: 混沌系统与混沌电路:原理、设计及其在通信中的应用

作　者：禹思敏

出版社： 西安电子科技大学出版社

出版时间： 2011年4月1日

ISBN: 9787560625508

开本： 16开

定价: 95.00元