一、概述
煤矸石是煤炭采选过程产出的碳质泥岩及碳质砂岩，约占煤炭产量的15%。我国是一个以煤炭为主的能源国家,煤炭采选业发达，产能较高,与之相应,采选过程煤矸石的产出量和历史积存量也十分惊人。统计结果表明，目前我国每年排放煤矸石约1.5亿吨，累计积存量达74亿吨，占压土地8万公顷,形成煤砰石山1500多座，堆场数万个，占全国工业废渣排放总量的1/4，是我国排放量最大的固体废弃物之一。煤矸石的产生与积存不仅占用耕地，而且成为污染矿区及周边地区大气、水体与土壤的重大污染源。 长期以来，对煤矸石的资源化综合利用受到国家产业政策的支持与鼓励,也是行业关注的焦点之一。
目前，对煤矸石的综合利用主要体现在以下几个方面：
一是利用其热能进行发电；二是用于生产建筑材料，包括水泥、新型墙体材料、骨料及陶粒等；三是用于采空区填充、筑路路基材料；四是用于生产有机肥料；五是分离提取其中的硅 、铝、铁等有价元素用于生产硅、铝、铁化合物，如白炭黑、氧化铝、铝铁聚合物[聚合硫酸铁铝（PAFS）、聚合氯化铁铝（PAFC）、聚硅酸硫酸铁铝（PSAF）、聚硅酸氯化铁铝（PAFSC）等]；六是用于合成4A分子筛；其它还用于生产系列硅铝合金等。
在上述利用途径中，第一项属对煤矸石中所含能量的转换与利用，但不能同步实现对其所含金属和非金属元素的资源化利用，而且所产生燃烧废渣及粉尘需要做进一步处理。第二、三、四项系对煤矸石的低层次利用，虽然不能产生明显的经济效益，但消纳量较大。第五、六项为对煤矸石的高附加值、精细化综合利用。通过对煤矸石中硅、铝、铁等有价元素的分离、提取与相关化合物的制备，可以实现对煤矸石的深度利用，经济效益显著。
近年来，对煤矸石的高附加值、精细化综合利用受到社会各界关注，研究活动也较为活跃，发表了不少文章，产生了一些专利。其典型利用方法是将煤矸石做热活化处理，然后再对烧成料进行粉碎、酸浸，再分离、提取酸浸出液中的铝制备氧化铝、聚合硫酸铁铝（PAFS）、聚合氯化铁铝（PAFC），或辅以硅酸盐制备聚硅酸硫酸铁铝（PSAF）、聚硅酸氯化铁铝（PAFSC）等。对硅的综合利用，是进一步对酸浸残渣进行碱溶制得水玻璃，再以水玻璃生产白炭黑等。
已报道的研究工作为煤矸石的资源化利用提供了一些新途径、新思路，为后续研究奠定了基础，但却存在以下几个方面的不足：
和平县教育局二、煤矸石精细化、无害化综合利用新工艺
对煤矸石进行高附加值、精细化、无害化综合利用，符合国家产业政策，是经济发展和环境保护的需要。目前，开发具有实用价值的、产品附加值较高、能够为投资者创造经济效益并增加国家财政收入的、具有利废不产废、治污不产污特征的煤矸石综合利用新工艺，对推动我国煤矸石综合利用事业的发展具有十分重要的意义。
2.1 产品方向
本照产品符合市场需要、附加值较高、能够为投资者创造经济效益并增加国家财政收入的原则，新工艺确定的产品方向为：
铝化合物：广泛应用于电解铝行业、附加值较高的六氟铝酸钠（高分子比冰晶石）或氟化铝；
硅化合物：市场用量较大、前景可观、附加值较高的高分散性轮胎专用白炭黑；
铁化合物：市场需求量较大、附加值较高的优质铁系工业颜料；
二苯并萘煤炭：通过浸出、离析煤矸石中的金属与非金属元素，使可燃物（碳、硫等）得到富集，收得热值3600~5600大卡之间的煤炭。
2.2 工艺概要
以缩短工艺流程、节约设备投资、回收煤矸石中的煤炭为目的，不对煤矸石
做热活化处理，采用机械活化与化学活化法相结合的方法对煤矸石进行活化处理。
采用酸碱联合浸出工艺将煤矸石中的铝、铁和硅浸出，制得含有硫酸铝、硫酸铁和硫酸亚铁的酸浸出液和水玻璃。酸碱联合浸出后所得浸出渣主要成份为碳、硫等，热值在3600~5600大卡之间，作为回收煤炭用作锅炉燃料。
分离酸浸出液中的铝、铁得铝沉淀物和分铝后液。将铝沉淀物送冰晶石生产工序与氟化剂反应制得高分子比冰晶石。将分铝后液送铁系颜料生产工序采用碱循环法工艺制得铁系工业颜料，调整不同工艺条件可分别生产铁红、铁黄、铁黑、铁棕、铁绿等产品。
将所得水玻璃送白炭黑生产工序，采用弱酸转化法工艺生产高分散性轮胎专用白炭黑。将白炭黑生产过程所产生的废水送综合利用工序，制得液碱和钙盐。液碱返回煤矸石碱浸工序循环用作碱浸剂，钙盐作为商品出售。
2.3 三废控制及环境保护
工艺过程所产生的废渣、废水和废气有：
1、工艺过程所产生的废渣：
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分解残渣：包括酸分解过程所产生的酸分解残渣和碱分解过程所产生的碱分解残渣。酸浸残渣用做生产水玻璃的原料。碱浸残渣为煤矸石浸出系统产生的最终残渣，这种残渣的主要成份为碳和硫，根据煤矸石原矿热值的不同，所得残渣热值在3600~5600大卡之间，是一种燃烧性能良好热值较高的燃料，直接用于发电。因此，以本工艺对煤矸石进行浸出，无二次废渣产生，不会对环境造成影响。
废水综合利用过程所产生的残渣：包括冰晶石母液脱氟过程所产生的氟化钙，氧化铁系颜料及氢氧化铝母液综合利用过程所产生的二水硫酸钙，这两种残渣是质量符合国家标准的
有价化学品，其中氟化钙出售给氟化工企业作为工业原料，二水硫酸钙经干燥、脱水制得高纯高白建材石膏（白度≥95%，纯度≥98.5%）。冰晶石前驱体制备过程所得固体残余物，主要成份为铝和铁。处理方式：将其返回煤矸石酸浸工序循环利用。
2、废水:主要有煤矸石分解、冰晶石制备、高分散性白炭黑制备、铁系工业颜料制备过程所产生的工艺废水。
煤矸石分解过程所产生的工艺废水：一是酸浸残渣洗出液，主要成份为铝和铁的硫酸盐，显酸性，返回酸浸工序做配料液使用；二是碱浸残渣洗出液，主要成份为硅酸钠，显碱性，送碱浸工序做配料液使用。
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钠长石冰晶石制备过程所产生的废水：冰晶石分离工序所产生的冰晶石母液，含有少量的氟离子及微量的氨，将其送脱氟工序与氧化钙反应，收得氟化钙作为产品出售，挥发出的氨经吸收制得氨水返回沉铝工序循环使用。
白炭黑制备工序所产生的废水：白炭黑分离工序所产出的白炭黑母液，主要成份为钠盐，显弱酸性，将其送废水综合利用工序，经转化、苛化收得氢氧化钠溶液和钙盐，氢氧化钠溶液返回碱浸工序循环使用，钙盐作为产品出售。
铁系工业颜料制备工序所产生的废水：所产生的氧化铁颜料母液，主要成份为硫酸铵，显弱酸性，送氨回收工序与氧化钙或氢氧化钙反应生成氨和二水硫酸钙。氨经吸收制得氨水循环使用，二水硫酸钙干燥、脱水后生产高纯高白建材石膏（白度≥95%，纯度≥98.5%）。
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