一种煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料及其应用的制作方法

本发明属于煤矸石山生态治理及煤矸石资源化利用，具体涉及一种煤矸石矿堆资源化封存用复合材料和应用。

背景技术：

1、煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中产生和排放的固体废弃物，它主要成分为含有sio2、al2o3、cao。煤矸石中碳含量低，大约为5-30％，同时还具有硬度大的特点。目前煤矸石的排放量约占原煤产量的10～20％。煤矸石中还含有大硫，其含硫量约为0.5～6％。

2、目前煤矸石的处理是以露天堆放或沿山沟排放为主，而煤矸石矿堆不仅占用大量的土地，同时还容易引发矿区生态环境问题，如煤矸石山自燃、煤矸石山体滑坡等等。

3、现有研究表明引起煤矸石山煤矸石矿堆中的煤矸石自燃的主要因素有以下两个方面：

4、首先是由于煤矸石中含黄铁矿、嗜硫杆菌和可燃的煤炭物质；其次是由于煤矸石矿堆中煤矸石粒度大小不一，堆放后容易形成孔隙结构，该孔隙结构容易渗透雨水和空气。因此在上述两种因素综合作用下，煤矸石中黄铁矿在空气中氧气和水及嗜硫杆菌的作用发生氧化，导致局部发热，在孔隙结构持续作用下内部温度逐渐累积，温度从缓慢升温阶段到自动加速升温阶段，直到上升到煤矸石自燃的临界温度(80～90℃)，而煤矸石山内部的积热又不能够及时地散发到煤矸石山外部时，就会引起煤矸石自燃，从局部扩展到形成燃烧带，进而形成面或整个煤矸石山自燃。

5、为了解决上述煤矸石矿堆自燃问题，传统处理方式是在煤矸石矿堆中铺盖黄土作为隔离层和覆盖层。而黄土不能完全阻隔空气，并且也无法充分避免雨水的渗透，因此仍旧会存在自燃的现象。另一方面，使用黄土对煤矸石矿堆进行封存，降低了煤矸石的纯度，进而降低煤矸石资源的利用率。据现有的研究资料表明，煤矸石中含有碳、铝、硅、铁或其他稀有和稀散金属有如锗、镓、锂、钒、稀土元素(ree)等金属有价组分。由于现有技术经济原因虽暂时不能利用，未来由于技术进步和资源匮缺必将要重新利用煤矸石里的这些有价资源。

6、在中国专利cn108275957b公布了一种煤矸石山覆盖处置用密封材料及施工方法。该密封材料由固体废弃物、外加剂和水组成，固体废弃物由质量百分比为50％～60％的赤泥、22.5～35％的粉煤灰、2.5～7.5％的脱硫石膏及5％～10％的石灰组成。这一技术加入了大量的非煤矸石物质，而这些原料的使用，会对煤矸石资源的二次利用非常不利。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料及其应用，该复合材料是使用改性固化处理后的煤矸石作为阻隔材料以及覆盖材料对煤矸石山中的煤矸石矿堆进行封存，从而避免了煤矸石矿堆出现自燃现象以及环境污染。

2、本发明是采用以下技术手段实现的：

3、一种煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料，所述封存用复合材料是由煤矸石胶凝材料和煤矸石骨料按质量比为100:(25～35)混合而成，其中煤矸石胶凝材料的制备方法如下：先将煤矸石进行破碎磨矿后，得到-200目占90％以上的煤矸石粉料，然后将煤矸石粉料进行焙烧活化，冷却后得到活化煤矸石粉料；最后依次加入复合粘结固化剂、减水剂和保水剂，充分搅拌均匀；

4、所述煤矸石骨料是由粒度为0.6～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm以及9.5～19.0mm的煤矸石混合而成。

5、优选的，本发明所述所述煤矸石骨料中粒度为0.6～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm以及9.5～19.0mm的煤矸石质量比为(15～18):14:(16～22):(49～52)。

6、优选的，本发明对煤矸石粉料进行焙烧活化处理吗，其中焙烧温度为650～800℃，焙烧时间为2～4h。

7、优选的，所述复合粘结固化剂是由生石灰、水玻璃和可溶性淀粉按质量比为(50～70):(5～10):(25～45)混合而成。

8、在一些实施例中，本发明所述复合粘结固化剂中生石灰可以替换为烧碱。

9、在一些实施例中，本发明所述复合粘结固化剂中可溶性淀粉可以替换为纤维素。

10、优选的，所述复合粘结固化剂的加入量占所述活化煤矸石粉料质量的1-5％。

11、优选的，所述减水剂的加入量占所述活化煤矸石粉料质量的0.1-0.5％；所述保水剂的加入量占所述活化煤矸石粉料质量的0.1-0.5％；

12、所述减水剂为聚羧酸类减水剂或萘磺酸盐类减水剂一种或几种；

13、所述保水剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、羟乙基纤维素醚和甲基纤维素中的至少一种。

14、优选的，所述封存用复合材料的铺设厚度为10～20cm。

15、优选的，本发明复合材料按《混凝土物理力学性能试验方法标准》(gb/t50081-2019)检测其该材料的28天的强度达13.7～17.4mpa，按《水工混凝土试验规程》(sl/t352—2020)方法检测，渗透系数为1.7×10-7～7.8×10-7m/s。

16、同时利用本发明所述复合材料作为阻隔材料对煤矸石山煤矸石矿堆进行封存时，具体使用方法是每当煤矸石堆放高度为3～5米时，进行碾压密实处理，然后平铺一层本发明所述复合材料，再堆放煤矸石，直到形成一定高度的煤矸石矿堆。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明是利用煤矸石为原料制成阻隔层以及覆盖层对煤矸石矿堆进行封存，该方法具有成本低的特点，同时不会引入杂质，降低煤矸石资源的纯度以及利用率。同时本发明封存用复合材料能够阻隔雨水对煤矸石的渗透，隔绝空气，避免了煤矸石矿堆出现自燃现象。

技术特征：

1.一种煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料，其特征在于，所述封存用复合材料是由煤矸石胶凝材料和煤矸石骨料按质量比为100:(25～35)混合而成，

2.根据权利要求1所述煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料，其特征在于，所述煤矸石骨料中粒度为0.6～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm以及9.5～19.0mm的煤矸石质量比为(15～18):14:(16～22):(49～52)。

3.根据权利要求1所述煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料，其特征在于，将煤矸石粉料的焙烧温度为650～800℃，焙烧时间为2～4h。

4.根据权利要求1所述煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料，其特征在于，所述复合粘结固化剂是由生石灰、水玻璃和可溶性淀粉按质量比为(50～70):(5～10):(25～45)混合而成。

5.根据权利要求4所述煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料，其特征在于，所述复合粘结固化剂中生石灰可以替换为烧碱。

6.根据权利要求4所述煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料，其特征在于，所述复合粘结固化剂中可溶性淀粉可以替换为纤维素。

7.根据权利要求1所述煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料，其特征在于，所述复合粘结固化剂的加入量占所述活化煤矸石粉料的质量的1-5％。

8.根据权利要求1所述煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料，其特征在于，所述减水剂的加入量占所述活化煤矸石粉料质量的0.1-0.5％；所述保水剂的加入量占所述活化煤矸石粉料质量的0.1-0.5％；

9.根据权利要求1所述煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料，其特征在于，所述封存用复合材料按《混凝土物理力学性能试验方法标准》(gb/t50081-2019)检测其该材料的28天的强度达13.7～17.4mpa，按《水工混凝土试验规程》(sl/t 352—2020)方法检测，渗透系数为1.7×10-7～7.8×10-7m/s。

10.根据权利要求1～9任意一项所述煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料的应用，其特征在于，每当煤矸石堆放高度为3～5米时，进行碾压处理，然后平铺一层厚度为10～20cm所述复合材料，再堆放煤矸石，直到形成一定高度的煤矸石矿堆。

技术总结
本发明公开了一种煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料及其应用，涉及煤矸石山生态治理及煤矸石资源化利用领域。本发明是利用就地取材的煤矸石作为主要原料制成一种对煤矸石山的煤矸石矿堆进行封存的材料。本发明封存用复合材料是由煤矸石胶凝材料和煤矸石骨料按质量比为100:(25～35)混合而成，其中煤矸石胶凝材料是先将煤矸石粉料进行焙烧活化，冷却后依次加入复合粘结固化剂、减水剂和保水剂，充分搅拌后制备而成。本发明复合材料具有成本低的特点，同时利用该复合材料对煤矸石进行封存也不会引入杂质，提高了煤矸石资源的纯度以及利用率。同时本发明复合材料能够阻隔雨水对煤矸石的渗透，隔绝空气，避免自燃现象。

技术研发人员：许泽胜
受保护的技术使用者：许泽胜
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11