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生態(tài)環(huán)境保護實用技術(shù)2024-J-30
大宗鎂-煤基固廢協(xié)同改性技術(shù)與全固廢煤礦充填材料制備工藝
申報單位
西安弗爾綠創(chuàng)礦業(yè)科技有限責(zé)任公司
推薦單位
西安市環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會
適用范圍
廢棄資源綜合利用業(yè)、煤炭開采和洗選業(yè)
工藝路線
1.鎂渣兩階段改性
在金屬鎂冶煉配料階段加入微量鎂渣優(yōu)化劑，對鎂渣進行前端改性，使鎂渣在自然冷卻過程中硅酸二鈣穩(wěn)定在β相，避免了鎂渣粉化和水化活性降低。鎂渣出還原爐后，及時轉(zhuǎn)運至改良爐中，對鎂渣進行后端改性，使鎂渣中殘?zhí)冀M分提前氧化分解，避免有害氣體釋放。
2.新型膠凝材料研制
將改性鎂渣、粉煤灰等原材料按照優(yōu)化配比上料，采用球磨、立磨等工藝將多源固廢研磨至一定細度，制備得到成品改性鎂煤基全固廢膠凝材料。
3.全固廢充填材料制備
優(yōu)選煤矸石破碎工藝與破碎參數(shù)，得到優(yōu)化后的矸石粒徑級配，采用改性鎂煤基全固廢膠凝材料、煤矸石骨料和粉煤灰、礦井水等制備全固廢充填材料，系統(tǒng)測定充填材料的力學(xué)性能、流動性能、環(huán)境性能，優(yōu)化配比參數(shù)。開展井下充填體取芯測試，進一步驗證各項性能指標，評價降本增效優(yōu)勢，論證了全固廢充填材料可用性。
技術(shù)特點
1. 鎂渣改性成本低，生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)建快。鎂渣源頭改性僅需1臺加料機即可開展生產(chǎn)，優(yōu)化劑添加量比例小，鎂渣改性成本低，絕大部分鎂廠可以快速建立生產(chǎn)系統(tǒng)，同時有利于鎂廠料鎂比降低，提高鎂產(chǎn)量。
2. 全固廢充填，原材料成本低。改性鎂煤基全固廢膠凝材料原材料均來自固廢，生產(chǎn)成本主要為運輸和研磨成本，并可以完全替代水泥進行充填，給礦山企業(yè)降本增效。
3. 技術(shù)成熟，風(fēng)險低。目前鎂渣改性技術(shù)、新型膠凝材料制備技術(shù)、全固廢充填技術(shù)等均在工業(yè)示范層面上得到反復(fù)驗證，技術(shù)成熟，風(fēng)險小，可推廣性強。
應(yīng)用效果
1. 煤基固廢“以廢治廢”協(xié)同改性。以改性鎂渣和脫硫石膏分別作為變性煤基固廢的堿激發(fā)劑和鹽改性劑，實現(xiàn)煤基固廢“以廢治廢”協(xié)同改性，避免昂貴工業(yè)級鹽堿激發(fā)劑的使用，最大程度降低改性鎂煤基全固廢膠凝材料的生產(chǎn)成本，同時有效提高固廢處置規(guī)模。
2. 不使用水泥，全固廢充填。改性鎂煤基全固廢膠凝材料原材料全部由固廢組成，生產(chǎn)成本主要由運輸和研磨組成，生產(chǎn)成本較低。相比水泥，采用改性鎂煤基全固廢膠凝材料膠結(jié)煤矸石/風(fēng)積沙/氣化渣等骨料制備充填材料，充填原材料成本可降低20%~30%，給礦山企業(yè)降本增效。
3. 多環(huán)節(jié)減少碳排放。煤基固廢自身氧化、自燃分解排碳，固廢堆積占用土地，限制植被/土壤固碳，加之水泥生產(chǎn)碳排量大。本技術(shù)通過煤基固廢規(guī)?；幹门c替代水泥原料雙重路徑，實現(xiàn)全生命周期協(xié)同降碳。
4. 節(jié)能環(huán)保。通過對鎂渣兩端改性，提高鎂渣活性，解決了金屬鎂冶煉廠鎂渣處理過程難、成本高的問題，實現(xiàn)鎂渣的資源化利用，同時避免了鎂渣粉化揚塵、堆放帶來的系列環(huán)境問題。
5. 建立了固廢改性利用產(chǎn)業(yè)鏈。鎂煤基固廢協(xié)同改性資源化利用將鎂冶煉廠、制粉站、煤礦等企業(yè)聯(lián)系起來，構(gòu)建“固廢改性→膠凝材料制備→全固廢充填→壓覆煤炭回采/路面硬化/采空區(qū)治理”技術(shù)體系，形成覆蓋壓覆煤炭回采、路面硬化及采空區(qū)治理的完整產(chǎn)業(yè)鏈，有效推動區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展。
應(yīng)用案例
1. 榆林麻黃梁煤礦改性鎂-煤渣基全固廢充填
經(jīng)示范工程驗證，井下改性鎂-煤渣基全固廢充填體鉆芯28天抗壓強度6.23 MPa，超設(shè)計強度27%，全固廢材料流動性、可泵性等指標滿足充填要求，使用現(xiàn)有充填系統(tǒng)，重金屬和無機化合物浸出滿足國家環(huán)保標準，新材料有力保障了麻黃梁村鎮(zhèn)下壓覆的1000萬t煤炭資源的安全開采。
2. 常興煤礦改性鎂-煤渣基風(fēng)積沙/黃土充填
經(jīng)示范工程驗證，井下改性鎂-煤渣基全固廢充填體鉆芯28天抗壓強度可達14 MPa，達到設(shè)計強度的2.3倍，新型材料的流動性、可泵性、與充填系統(tǒng)的適配性、環(huán)境性等多項指標均得到充分驗證新材料有力保障了礦區(qū)保水開采。
3. 榆能化學(xué)全固廢硬化場地示范項目
以改性鎂渣基膠凝材料和煤氣化細/粗渣為主要原料制備全固廢地坪混凝土，示范硬化場地面積10萬m2，施工厚度150 mm，地坪28天取芯的抗壓強度均≥15 MPa。
申報單位聯(lián)系信息
單位名稱：西安弗爾綠創(chuàng)礦業(yè)科技有限責(zé)任公司
原標題：環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力|大宗鎂-煤基固廢協(xié)同改性技術(shù)與全固廢煤礦充填材料制備工藝
