摘要
随着近年来煤炭的大规模开采，作为煤炭开采、洗选加工过程中所产生的废弃物-煤矸石的排放量以惊人的速度增长，由此而引起的煤矸石大面积堆积对水体、大气、土壤等造成了严重的危害。为此，本论文针对于新疆主要煤区煤矸石的矿物性质进行了研究，依据每个地区煤矸石不同的特性，分别提出对其利用的方法;实验发现一种煤矸石能够处理废水中的Cr(Ⅵ)，对该煤矸石的特殊性能我们进行了条件优化和机理探究；通过对煤矸石焙烧转化性质的研究，找到对煤矸石中铝资源利用的方法，使其能够转化成为用于拜耳法炼铝的原料。 首先对新疆主要煤区的煤矸石采样、制样，然后对得到的七个煤矸石样品进行常量化学成分分析、微量化学成分分析、组成分析、固定碳含量及热值等的测定。依据测定结果将新疆主要煤区煤矸石分类并给出详细信息，填补了新疆煤矸石资料的空白，并提出对其资源化利用的可行性建议。 同时给出了新疆主要煤区煤矸石灰的常量化学成分、微量化学成分的详细信息，并提出对其资源化利用的建议。 实验发现一种煤矸石可用作还原沉淀法处理废水中的Cr(Ⅵ)。通过研究pH、处理时间、煤矸石的投加量及搅拌速率等条件的影响，得到这种煤矸石对Cr(Ⅵ)的处理能力高达到32.8mg/g，pH为1时的去除速率能达到49.92μg/(gmin)。煤矸石对Cr(Ⅵ)的去除率在99％以上；处理后Cr(Ⅵ)的剩余浓度低于0.05mg/L以下；总铬浓度低于0.17mg/L，远低于污水综合排放标准(0.5和1.5mg/L)。同时可能从煤矸石中溶出的有害元素浓度也远低于污水综合排放标准的规定。通过化学分析法、XRD、ICP和FTIR对煤矸石处理Cr(Ⅵ)的机理进行了分析和初步探究，得到去除作用主要是由于煤矸石中的菱铁矿和黄铁矿对Cr(Ⅵ)的还原作用。用煤矸石处理Cr(Ⅵ)的整个过程有效、简单、清洁、低成本，能够切实达到以废治废的目的。 焙烧转化部分设计了三种方法，包括直接焙烧转化法、硫酸处理焙烧转化法、石灰石处理焙烧转化法。焙烧转化目的在于将不能够用于拜耳法炼铝的煤矸石转化成为能够用于炼铝流程中的物质，作为替代铝源。通过各条件的优化，本论文建立了一套焙烧转化溶出实验方案，即适量研磨充分的煤矸石生料在不同温度下焙烧一定时间，立即取出空气冷却，4MNaOH溶液80℃水浴溶浸30min，趁热抽滤，定容。直接焙烧转化法700℃焙烧1h得到的煤矸石熟料中铝的溶出率达到99％；硫酸处理焙烧法600℃焙烧1h得到铝的溶出率达到74％；石灰石处理焙烧法配比为1.97：1(mcacO3：m煤矸石)的生料700℃焙烧1h得到铝的溶出率达到93％。 为了降低直接焙烧后溶浸和相关处理的成本，本论文还提出焙烧转化-选矿-碱浸方法提取富集新疆煤矸石中的铝，用作拜耳法炼铝的原料。其中焙烧转化和部分溶出工作已经完成，Al/Si低至0.1644的煤矸石中铝的溶出率都能够达到99％，该方法有望成为解决新疆铝土矿匮乏的途径。
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