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中國(guó)是全球的煤炭生產(chǎn)國(guó)，每年產(chǎn)生超7億噸煤矸石，占原煤產(chǎn)量的15%~20%。這些“黑色廢棄物”長(zhǎng)期堆積成山，導(dǎo)致土地占用、環(huán)境污染、資源浪費(fèi)三大難題。然而，河南鄭礦機(jī)器有限公司(以下簡(jiǎn)稱“鄭礦機(jī)器”)憑借30年礦物加工裝備研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以“破碎-分選-煅燒-深加工”全鏈條技術(shù)，將煤矸石轉(zhuǎn)化為高強(qiáng)輕骨料、高嶺土、石油壓裂支撐劑、鑄造用燒結(jié)陶瓷、采砂、膠凝材料、腐殖酸砂等多重產(chǎn)品，開創(chuàng)了“變廢為寶”的綠色產(chǎn)業(yè)新模式。
一、煤系輕骨料：輕質(zhì)高強(qiáng)，賦能綠色建筑
煤系固廢開發(fā)出高性能輕骨料制備技術(shù)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于建筑、市政、環(huán)保等領(lǐng)域，助力"雙碳"目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
煤系輕骨料具有輕質(zhì)性、高強(qiáng)度、隔熱隔音、環(huán)保性、耐久性、施工便捷等特點(diǎn)，主要用于：
1、建筑工程、輕質(zhì)混凝土、裝配式建筑、保溫砂漿。
2、市政工程：透水路面、路基回填。
3、環(huán)保工程：污水處理濾料。
4、其他領(lǐng)域：屋頂綠化、防火材料。
煤矸石陶粒生產(chǎn)工藝：
首先是原料處理階段，將煤矸石及相關(guān)輔助原料進(jìn)行破碎粉磨，使其粒度符合后續(xù)加工要求。接著進(jìn)入配料環(huán)節(jié)，按照特定比例調(diào)配破碎粉磨后的煤矸石與添加劑，添加劑可調(diào)整骨料性能，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。配好的物料進(jìn)入成球工序，通過成球機(jī)將物料制成球狀。隨后進(jìn)入焙燒階段，物料被送入焙燒窯在1100-1300℃高溫下燒制，促使內(nèi)部發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)形成多孔輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。后經(jīng)冷卻工序，讓高溫焙燒后的輕骨料快速降溫，穩(wěn)定性能，冷卻后包裝入庫(kù)。
二、煤矸石煅燒高嶺土：從灰色廢渣到陶瓷工業(yè)“白金”
煤系高嶺土(又稱煤矸石高嶺土)是賦存于煤系地層中的高嶺土資源，通常與煤層共生或在鄰近巖層中分布。
主要成分：以高嶺石(Al?O?·2SiO?·2H?O)為主，常伴生石英、云母、黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)。
顏色：因含有機(jī)質(zhì)或硫化物，多呈灰色、黑色或淺褐色，與普通白色高嶺土差異顯著。
主要應(yīng)用領(lǐng)域：
陶瓷工業(yè)：用于日用瓷、建筑瓷、衛(wèi)生瓷等，可改善產(chǎn)品強(qiáng)度和燒結(jié)性能。
耐火材料：制造耐火磚、澆注料，適用于冶金、玻璃行業(yè)高溫環(huán)境。
造 紙 ：作為填料或涂層，提高紙張平滑度、不透明度和印刷性能。
涂料與橡膠：作為體質(zhì)顏料或功能性填料，增強(qiáng)耐磨性和穩(wěn)定性。
環(huán)保領(lǐng)域：經(jīng)改性后可作為吸附劑，用于處理重金屬?gòu)U水或廢氣。
其 他 ：橡膠、塑料、化妝品等領(lǐng)域的添加劑。
優(yōu)勢(shì)：
1、經(jīng)過煅燒等加工處理后，白度可達(dá)90以上，且粒度分布范圍比傳統(tǒng)高嶺土較窄，這使得它在作為涂料、塑料等領(lǐng)域的填料時(shí)，能夠更好地填充基體提高產(chǎn)品的性能。
2、化學(xué)穩(wěn)定性較好，在酸堿等化學(xué)介質(zhì)中具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力，這是因?yàn)槠涞V物結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，且雜質(zhì)含量相對(duì)較低，在一些需要耐化學(xué)腐蝕的應(yīng)用場(chǎng)合，如化工填料、催化劑載體等方面表現(xiàn)出色。
3、具有較高的耐火度，一般可達(dá) 1700℃以上，如玻璃窯爐、高爐等的關(guān)鍵部位，煤系高嶺土的高耐火度更具優(yōu)勢(shì)。
4、具有良好的電絕緣性能，這使其在電子、電氣等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景可作為絕緣材料的填料或添加劑，提高絕緣材料的性能。
5、比表面積較大，通常在20-60m?/g之間，較大的比表面積使其具有較強(qiáng)的吸附性能和化學(xué)反應(yīng)活性，可用于制備高性能的吸附劑、催化劑載體等。
6、煤系高嶺土具有一定的陽(yáng)離子交換能力和保水保肥性能，可用于改良酸性土壤和貧瘠土壤，與肥料進(jìn)行復(fù)合，可以作為肥料的緩釋載體。
三、煤矸石基膠凝材料：礦山綠色開采的“中國(guó)方案”
在礦山綠色開采與固廢資源化利用的雙重需求下，煤矸石基膠凝材料憑借獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)與技術(shù)創(chuàng)新，成為解決礦山回填與礦井支護(hù)難題的核心方案。這種以煤炭固廢煤矸石為主要原料的新型膠凝材料，不僅實(shí)現(xiàn)了“以廢治廢”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，更通過性能突破為復(fù)雜地質(zhì)條件下的礦山工程提供了有效的解決方案。
由于煤矸石基膠凝材料存在無現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的問題，不利于市場(chǎng)推廣和應(yīng)用。鄭礦機(jī)器聯(lián)合中國(guó)建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)等科研院所、高校及參編單位，由鄭礦機(jī)器牽頭推進(jìn)《煤矸石基膠凝材料》標(biāo)準(zhǔn)制定工作，為煤矸石基膠凝材料的工業(yè)化推廣應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，目前該標(biāo)準(zhǔn)已在中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CECS)申請(qǐng)立項(xiàng)，并通過審核。
工藝流程：
懸浮煅燒煤矸石基膠凝材料生產(chǎn)工藝通過“破碎→混料→粉磨→懸浮焙燒” 四大主要工序，實(shí)現(xiàn)煤矸石混合物料從性固度到活性膠凝組分的有效轉(zhuǎn)化，顯著提高材料反應(yīng)活性與穩(wěn)定性。煤矸石基膠凝材料的高性能表現(xiàn)，得益于以懸浮焙燒工藝為核心，采用“四級(jí)預(yù)熱+一級(jí)焙燒+一級(jí)保溫+三級(jí)冷卻”的創(chuàng)新系統(tǒng)。該系統(tǒng)架構(gòu)合理，不僅大幅提高了能源利用效率，助力行業(yè)實(shí)現(xiàn)深層次節(jié)能，還在技術(shù)進(jìn)步、節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)效益等方面發(fā)揮積極作用。本工藝系統(tǒng)占地面積小、自動(dòng)化程度高、運(yùn)轉(zhuǎn)部件少、節(jié)能顯著、環(huán)保指標(biāo)達(dá)標(biāo)。
主要應(yīng)用領(lǐng)域：
1、礦山回填
(1)快速膠結(jié)機(jī)制：通過外加劑的添加，配制早強(qiáng)型回填材料，可實(shí)現(xiàn)膠凝材料快速膠結(jié)。
(2)高流動(dòng)性設(shè)計(jì)：通過有效減水劑的使用，可實(shí)現(xiàn)適配管道長(zhǎng)距離輸送，并保證其工作性能。
(3)重金屬固化技術(shù)：材料水化生成的C-S-H凝膠層可吸附Pb2+、Cd2+等重金屬離子，浸出毒性減少80%以上，達(dá)到重金屬固化的目的。
2、礦井巷道支護(hù)
礦井巷道支護(hù)面臨潮濕、高應(yīng)力、多裂隙的復(fù)雜環(huán)境，傳統(tǒng)噴漿料存在初凝時(shí)間長(zhǎng)、粘結(jié)力不足、耐水性差等問題，煤矸石基噴漿料通過精準(zhǔn)配方設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)超越。
(1)雙快特性：初凝時(shí)間≤5分鐘，終凝時(shí)間≤10分鐘，早期強(qiáng)度高，滿足巷道快速支護(hù)需求。
(2)界面強(qiáng)化：添加外加劑，使與砂巖、頁(yè)巖等巖層的粘結(jié)強(qiáng)度提高，配合纖維增強(qiáng)技術(shù)，提高抗沖擊韌性。
(3)耐候性能：在濕度95%、溫度40℃的礦井環(huán)境中，抗硫酸鹽侵蝕能力較普通噴射混凝土更強(qiáng)。
總結(jié)
鄭礦機(jī)器以“回轉(zhuǎn)窯+全產(chǎn)業(yè)鏈”技術(shù)為核心，將煤矸石轉(zhuǎn)化為綠色建材、工業(yè)原料與生態(tài)修復(fù)材料，開創(chuàng)了“變廢為寶”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)新模式。在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，鄭礦機(jī)器正以技術(shù)創(chuàng)新為引擎，推動(dòng)煤矸石處置從環(huán)保剛需升級(jí)為高值產(chǎn)業(yè)，為全球碳中和與資源可持續(xù)利用貢獻(xiàn)中國(guó)智慧！
