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我国朔州地区煤矸石的矿物学特征及煅烧组分变化研究

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刘玉林, 刘长淼, 刘岩, 赵毅, 谭琦. 我国朔州地区煤矸石的矿物学特征及煅烧组分变化研究[J]. 矿产保护与利用, 2020, 40(3): 100-105. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.03.017
引用本文: 刘玉林, 刘长淼, 刘岩, 赵毅, 谭琦. 我国朔州地区煤矸石的矿物学特征及煅烧组分变化研究[J]. 矿产保护与利用, 2020, 40(3): 100-105. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.03.017
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Yulin LIU, Changmiao LIU, Yan LIU, Yi ZHAO, Qi TAN. Mineralogical Characteristics and Calcination Composition Changes of Coal Gangue in Shuozhou Area of China[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2020, 40(3): 100-105. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.03.017
Citation: Yulin LIU, Changmiao LIU, Yan LIU, Yi ZHAO, Qi TAN. Mineralogical Characteristics and Calcination Composition Changes of Coal Gangue in Shuozhou Area of China[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2020, 40(3): 100-105. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.03.017
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我国朔州地区煤矸石的矿物学特征及煅烧组分变化研究

  • 1.

    中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006

  • 2.

    国家非金属矿资源利用工程技术中心，河南 郑州 450006

  • 基金项目:
    中国地质调查局地质调查项目(DD20190269)
详细信息
    作者简介: 刘玉林(1983-), 男, 湖北黄冈人, 工程师, 硕士研究生, 现从事矿业固废综合利用研究

  • 中图分类号: X752

Mineralogical Characteristics and Calcination Composition Changes of Coal Gangue in Shuozhou Area of China

  • 1.

    Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resource, China Academy of Geological Sciences, Zhengzhou 450006, China

  • 2.

    Mineral Resource Comprehensive Engineering Research Center, Zhengzhou 450006, China

    摘要
  • 目前，煤矸石利用是固废处置与利用的重要内容之一，煤矸石的综合利用与其矿石性质密切相关，但对煤矸石各组分的嵌布关系，元素分布、物相存在形式、微观形貌等相关研究较少。文章针对我国朔州地区煤矸石开展工艺矿物学研究，采用XRD、XRF、EDS、SEM等方法，查明了该煤矸石成分为石英、高岭土、黄铁矿、伊利石、金红石，且多为集合体形式存在，其颗粒微观形貌呈现层状或鳞片状。煤矸石中有用矿物高岭石的含量为56.3%，其次为石英21.1%，伊利石15%。铁杂质主要以黄铁矿存在，其含量为6.5%。煤矸石煅烧试验表明：黄铁矿在850℃左右开始被氧化，生成赤铁矿；在1 000℃煅烧2 h，煤矸石中碳降低到0.1%以下，硫含量也降低到1.74%。在900~1 000℃温度区间内，高岭石转变为无定型的偏高岭土。
    At present, the utilization of coal gangue is one of the important contents of solid waste disposal and utilization. The comprehensive utilization of coal gangue is closely related to its ore properties, but there are few related researches on the distribution of elements, the existing forms of phases, and the micro-morphology of coal gangue components. In this paper, the process mineralogy of coal gangue in Shuozhou region of China was studied. XRD, XRF, EDS, SEM and other methods were used to find out that the coal gangue is composed of quartz, kaolin, pyrite, illite and rutile, and most of them exist in the form of aggregates, and the micro-morphology of its particles was lamellar or scaly. The content of useful mineral kaolinite in coal gangue was 56.3%., followed by quartz 21.1%, illite 15%. Iron impurities mainly existed in pyrite with a content of 6.5%.Calcination test of coal gangue shows that: Pyrite began to be oxidized at 850 ℃ to form hematite. When calcined at 1 000 ℃ for 2 hours, the carbon content in coal gangue was reduced to below 0.1%, and the sulfur content was also reduced to 1.74%. In the temperature range of 900~1 000 ℃, kaolinite was transformed into amorphous metakaolin.
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  • 图 1  煤矸石点扫描原图

    Figure 1. 

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    图 2  扫描区域中主要元素(O、Si、Al、C)的分布

    Figure 2. 

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    图 3  扫描区域中杂质元素(S、Fe、Ti、K)的分布

    Figure 3. 

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    图 4  煤矸石X-射线衍射图谱

    Figure 4. 

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    图 5  煤矸石显微镜下主要物相组成及存在形式

    Figure 5. 

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    图 6  扫描电镜下煤矸石颗粒的微观形貌

    Figure 6. 

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    图 7  煤矸石在不同温度小煅烧2 h后C、Fe2O3含量变化

    Figure 7. 

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    图 8  煤矸石在不同温度下煅烧4 h后C、Fe2O3含量变化

    Figure 8. 

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    图 9  煤矸石煅烧后的XRD图谱

    Figure 9. 

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    表 1  煤矸石化学多样分析结果 /%

    Table 1.  Chemical analysis results of coal gangue

    Component Al2O3 SiO2 Fe2O3 S C loss
    Content 21.02 55.01 6.04 4.58 1.81 13.74
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    表 2  煤矸石的X荧光分析结果 /%

    Table 2.  X-ray fluorescence analysis results of coal gangue

    Component SiO2 Al2O3 MnO Fe2O3 SO3 TiO2 Na2O MgO K2O P2O5 BaO ZnO LOI Fixed carbon
    Content 0.06 1.26 0.06 — — 11.40 4.52 51.69 21.59 0.04 5.94 6.12 0.76 0.08
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    表 3  煤矸石的化学成分能谱检测结果 /%

    Table 3.  Chemical composition energy spectrum test results of coal gangue

    point O Al Si S K Ca Fe Ti Cu Zr
    1 50.24 6.77 38.68 0.59 0.15 0.00 0.39 0.00 0.08 0.22
    2 65.12 12.34 14.88 5.16 0.42 0.22 1.64 0.22 0.00 0.00
    3 50.48 8.86 34.25 2.88 1.12 0.00 2.07 0.33 0.00 0.00
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    表 4  煤矸石物相组成 /%

    Table 4.  Phase composition of coal gangue

    phase Quartz Kaolinite Illite Pyrite Rutile
    Content 21.1 56.3 15 6.5 1.1
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    表 5  煤矸石焙烧前后的主要化学组成 /%

    Table 5.  Main chemical composition of coal gangue before and after roasting

    Component SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O SO3 TiO2
    Original sample 51.69 21.59 5.94 1.26 6.12 0.76
    900 ℃-2 h 50.23 22.82 9.28 2.61 5.12 1.90
    1 000 ℃-2 h 52.17 26.85 7.46 1.24 1.74 0.78
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收稿日期:  2020-03-21

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