一种采用氯化钙提高煤气化渣充填料浆流动性能的方法

本发明属于采矿工程，具体涉及一种采用氯化钙提高煤气化渣充填料浆流动性能的方法。

背景技术：

1、与传统火力发电相比，煤气化循环技术的生产效率更高，二氧化碳排放量更少。然而，在煤气化过程中，煤与氧气或富氧空气发生不完全燃烧，煤中无机矿物质经过不同的物理化学转变将煤中有机物转化为化学品，煤中残留的碳颗粒以气化灰渣形式外排，形成煤气化渣。作为煤气化技术的固体废弃物，煤气化渣是除煤矸石、粉煤灰外的第三大煤基固废。目前煤气化渣的处理方式主要以堆存填埋为主，造成了严重的环境污染。随着社会越来越意识到保护环境的重要性，对煤气化渣等工业固体废弃物进行无害化处理及进一步再利用迫在眉睫，因此煤气化渣充填料浆的应用是其中一个重要环节。煤气化渣通过简化处理得到煤气化渣充填料浆，进而可应用于矿山充填。相较于传统火力发电，煤气化循环技术生产效率更高，二氧化碳排放量更少。然而，在煤气化过程中，煤与氧气或富氧空气发生不完全燃烧，煤中无机矿物经过物理化学转变将煤中的有机物转化为化学品，而煤中残留的碳颗粒则以气化灰渣的形式外排，形成了煤气化渣。作为煤气化技术的固体废弃物，煤气化渣是除煤矸石和粉煤灰外的第三大煤基固废。目前，主要采用堆存填埋等方式来处理煤气化渣，已经造成了严重的环境污染。随着社会对环境保护意识的不断提高，对煤气化渣等工业固体废弃物进行无害化处理及再利用已迫在眉睫。因此，将煤气化渣制成充填料浆并应用于矿山充填是其中一个重要环节。通过简化处理，可得到煤气化渣充填料浆，从而进一步利用煤气化渣。

2、在煤气化渣充填料浆生产过程中，料浆和易性状态难以有效控制。若煤气化渣料浆流动性较差，可能会引发充填料浆在输送管道中堵塞导致充填开采成本升高；若料浆过稀，流动性提高，但容易出现分层离析现象，可能无法满足充填体早期对上覆岩层的有效支撑。

技术实现思路

1、针对上述问题，本技术提供一种采用氯化钙提高煤气化渣充填料浆流动性能的方法，一方面，解决现有技术中煤气化渣料浆流动性状态难以有效控制导致生产质量出现的问题；另一方面，实现对煤气化渣及煤矸石等工业固体废弃物的充分利用，推动煤气化产业的可持续发展。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种采用氯化钙提高煤气化渣充填料浆流动性能的方法，包括如下步骤：

4、1. 根据煤气化渣料浆的流动性，对其进行调整，其中，煤气化渣料浆流动性能调整的具体步骤为：

5、（1）控制氯化钙的物相组成及比表面积等指标；

6、（2）在煤气化渣料浆水胶比不变的情况下将设计掺量的无水氯化钙粉末加入煤气化渣充填料浆中并搅拌均匀，料浆流动性变好。

7、作为本发明的一种优选方案，煤气化渣料浆流动性检测的具体步骤为：

8、(1)湿润流动性测量筒内壁及其他用具，将流动性测量筒放在不吸水的刚性水平底板上，把掺入氯化钙的煤气化渣充填料浆试样均匀地装入筒内，使用捣棒沿螺旋方向由外向中心均匀插捣25次；

9、(2)浇灌顶层时，料浆应灌到高出筒口，顶层插捣完后，刮去多余的料浆并用抹刀抹平；

10、(3)清除筒边底板上的料浆后，垂直平稳地提起测量筒，料浆在水平底板上形成料饼，量测实验台上料饼的摊开直径，测量一个最大值和一个最小值，取平均值作为料饼摊开直径；

11、(4)通过测量煤气化渣充填料浆料饼摊开直径来判断煤气化渣料浆流动性是否符合工程要求。

12、作为本发明的一种优选方案，所述稠度桶为一个上口直径40mm、下口直径60mm、高60mm喇叭状的圆锥体桶。

13、作为本发明的一种优选方案，煤气化渣料浆稠度的判断过程为：

14、规定料饼摊开直径的标准范围为90～140mm，最佳范围为100-135mm；

15、若料饼的摊开直径低于所述标准范围，则认为煤气化渣料浆过稠；

16、若料饼的摊开直径超出所述最佳范围，则认为煤气化渣料浆过稀；

17、若料饼的摊开直径超出最佳范围而又处于所述标准范围内，则认为煤气化渣料浆稠度适中；

18、若料饼摊开直径处于所述最佳范围内，则判断煤气化渣料浆稠度最佳。

19、本发明所述煤气化渣、煤矸石、水泥和氯化钙均为本领域常规原料，均可通过市售获得。

20、具体操作，包括如下步骤：

21、第一步，煤气化渣预处理：收集煤气化后的固体残渣，进行碳捕集和去除，通过3mm方孔筛，去除煤气化过程中掺入的碎石、树叶等杂质；

22、第二步，氯化钙预处理：将精制中性氯化钙溶液，通过喷嘴从喷雾干燥塔上方喷成雾状，与300℃热气流进行逆流接触干燥脱水，得到粉末状无水氯化钙；

23、第三步，煤气化渣充填料浆制备：根据设计原料质量份数，称取各原料，依次将水、水泥、煤矸石、煤气化渣放入搅拌机，在常温下，转速为57-67r/min搅拌60s，115-135r/min搅拌30s停拌90s时用刮刀将叶片、锅壁和锅底上的料浆刮入锅中，然后115-135r/min搅拌60s，得到煤气化渣充填料浆；

24、第四步，将设计质量份数的氯化钙加入上述制得的煤气化渣充填料浆中并搅拌均匀。

25、进一步地，所述煤气化渣充填料浆包括如下质量份数的组分：煤气化渣7~9份、煤矸石2~4份、水泥1~2份、水2.5~3份、氯化钙0.07~0.09份。

26、进一步地，所述煤气化渣充填料浆包括如下质量份数的组分：煤气化渣7份、煤矸石2份、水泥1份、水2.5份、氯化钙0.07份。

27、进一步地，所述煤气化渣在80℃鼓风干燥箱中烘干，直到重量恒定不变，再将干燥后的煤气化渣加入到行星球磨机中球磨100min后，过200目方孔筛后，筛余量<5%。

28、进一步地，所述行星球磨机转速为500r/min，球磨方式为粉磨20min，暂停5min使球磨机充分散热后继续按上述球磨方式进行，直至120min停止。

29、进一步地，所述煤矸石利用鄂式破碎机进行破碎处理，随后分别用5mm、10mm和15mm的振动筛将破碎煤矸石进行筛分，得到0-5mm的细骨料、5-10mm的中骨料和10-15mm的粗骨料；煤矸石掺入质量比例为粗骨料：中骨料：细骨料=1：1：3。

30、进一步地，所述水泥为p.o42.5硅酸盐水泥。

31、进一步地，所述煤气化渣密度为2.13g/cm3，粒径范围为0.5～2.0mm；所述水泥比表面积349m2/kg，密度为3.1g/cm3。

32、本发明的有益效果如下：

33、本发明采用工业废弃物作为煤气化渣充填料浆的主要原材料，通过添加适量氯化钙粉末提高煤气化渣充填料浆的流动性能，首先，氯化钙溶于水中时，水解产生的钙离子与水电离出的氢氧根离子结合生成氢氧化钙微溶。水解方程式：ca2++2h2o→ca(oh)2+2h+。因此，氯化钙可以促进煤气化渣充填料浆中的水化反应，形成胶凝体，从而增加了料浆的黏着性和粘度，提高了流动性。其次，在煤气化渣充填料浆中，由于固体细颗粒的存在，它们具有较大的比表面积，会表现出静电作用力，从而会导致颗粒之间的相互吸引或排斥，即颗粒间呈现聚集和堆积，增加了料浆的内部摩擦力，降低了料浆的流动性能。氯化钙作为一种电解质，当溶解于水中时氯化钙分解成钙离子（ca2+）和氯离子（cl-），这些离子会与颗粒表面的静电荷相互作用，中和颗粒表面的静电荷，减少煤气化渣中细颗粒间的静电作用力，使得颗粒更容易分散并保持流动状态，从而提高了料浆的流动性能。此外，在煤气化渣充填料浆中，可能存在来自于煤气化过程中的硫化物，因此存在硫酸根离子（so42-）。当氯化钙溶解于水中时，分解生成的钙离子（ca2+）与硫酸根离子（so42-）结合形成硫酸钙（caso4），反应方程式：ca2++so42-→caso4，这是一种可溶性的复盐，这些复盐颗粒可以增加料浆中颗粒的数量，并提供更好的润滑环境，有助于改善料浆的流动性能。

34、综上所述，适量添加氯化钙可以有效地改善煤气化渣充填料浆的流动性能，有助于解决料浆在泵送过程中易堵管、影响生产等问题，从而实现对煤气化渣等固废材料更好的利用。

35、本发明设计合理，采用煤气化渣和煤矸石等工业固体废弃物作为主要原料，制备简单，综合生产成本相较于现有技术的流动性改良剂有明显的降低，流动性提升速度快，对工业固体废弃物的资源化利用起到推动作用，并且在“双碳”目标下，本发明固体废物利用大大减少了碳排放，减少了对生态环境的污染，具有很好的实际应用价值。