湖南青峰煤矸石的资源特性及开发利用评价

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１０期　Ｖｌ０】．３３Ｎｏ．１０　２　０　０　７年４月　山　西　建　筑　ＳＨＡ＿ＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ａｐｒ．２００７　・２０７・　・建筑材料及应用・　文章编号：１００９—６８２５（２００７）１０—０２０７—０２　湖南青峰煤矸石的资源特性及开发利用评价　康卫清刘悟辉　摘要：对湖南常德青峰煤矸石的资源特性进行了研究，基本查明了常德青峰煤矸石的化学成分特征、矿物组成特征、高　岭石的结晶学特征、红外光谱特征及热分析特征，并在此基础上探讨了其相应的开发利用方向。　关键词ｉ煤矸石，开发利用，资源特性　中图分类号：ＴＵ５２１　文献标识码：Ａ　煤矸石是与煤层伴生的一种含碳量较低的岩石，一般以煤夹　征，煤矸石粘土矿物含量很高，粘土矿物组成也较简单　』。矿物　矸和煤层顶底板产出。颜色为黑色、灰黑色，其矿物成分主要由　主要成分为高岭石及少量的石英、黄铁矿、金红石，见图１。石英　粘土矿物（高岭石、伊利石）、石英、黄铁矿、菱铁矿、金红石及碳质　含量为５％～１０％，以碎屑状产出。碎屑状石英一般构成粉砂质　组成。经过煅烧以及表面改性处理…１，可满足现代新材料、新工　或粉砂泥质条带、薄层或纹层与泥质或泥炭质条带、薄层或纹层　艺和新技术的需要，广泛用作塑料、橡胶、纤维等有机高分子材料　交互，顺层分布。石英颗粒间被粘土矿物集合胶结，单晶碎粒和　的颜料、填料以及各种化工产品等。湖南常德青峰煤矿位于湖南　多晶集合体碎粒均可见。粒度多介于６０加１～８０　ｂｅｎ，部分粗者　省石门县境内。为了进一步提高资源利用效率，矿山加大了对开　可达１００　ｂｅｎ以上，细者则不足２０　ｂｅｎ。在各种粘土矿物中，高岭　采过程中排放的煤矸石的利用。因此，文中在查明湖南常德青峰　石含量比例约为７５％－－８０％，单体呈片状产出，集合体呈絮状，结　煤矿煤矸石资源特性的基础上，探讨了其相应的开发利用方向，　晶度较好。伊利石一蒙脱石混层矿物、叶蜡石、绿泥石以及蒙脱　具有重要的现实应用意义。　石等含量比例甚微。金红石的含量相对较高，呈柱状产出于粘土　１青峰煤矸石的资源特性　矿物中，粒径约１０　ｂｅｎ－－４０　ｂｅｎ，含量最高可达３５％。黄铁矿含量　１．１矿区地质简况　普遍较低、炭质含量较多，多呈煤线、煤屑充填于裂隙、页理之间。　湖南常德青峰煤矿位于湖南省石门县境内，所处大地构造位　置为杨子准地台南缘与雪峰地轴相邻ｉ２，３』，在区域构造位置上属　龙阳湾半圈闭式倒转向斜南翼中段，矿区地层出露齐全有泥盆系　黄家蹬组（Ｄ３ｈ）、二叠系梁山组（Ｐ１１）栖霞￣Ｊｔ（Ｐｌｑ）茅口组（Ｐｌｍ）吴家　坪组（Ｐ２　）长兴组（Ｐ２　）、三叠系大冶群（Ｔｌｄ　）嘉陵江组（Ｔ卜２，）、第　四系等。矿区内构造简单，为一正北西向单斜层，次一级褶皱不　发育。煤层产于二叠系梁山组（Ｐ】１）中，厚度约０　ｍ～２．６１　ｍ，一　般厚０．９０　ｍ，局部见一铝土泥岩夹矸，其顶板煤矸石呈浅灰～灰　２０。　色，致密块状，主要矿物成分为粘土质（含铝质）及少量炭质以及　图１青峰煤矸石ｘ射线衍射图　很少的石英粉砂质，厚０　ｍ～０．７０　ｍ；其底板煤矸石为一层很薄的　１．４红外光谱特征　黑色炭质泥岩或灰黑色的粘土岩，一般厚０．１　ｍ～５．０　ＩＴＩ。　采用美国产的Ｎｉｃｏｌｅｔ　Ｎｅｘｕｓ　４７０傅立叶变换红外光谱仪进　１．２化学成分特征　行了红外光谱分析，连续探测，见图２。高岭石的红外光谱主要包　采集样品的化学成分分析结果见表１。　括Ｓｉ—ｏ，ＯＨ　和层间水的振动。在高频区、中低频区的吸收峰的　表１化学成分分析结果　特征反映了高岭石的结构及成分特征，其特征如下：１）高频区（羟　ｌ　！　ｌｌ　箜：　Ｉｌ　　：　ｌｌ鱼塑ｌ　：　Ｉ　　：塑ｌ一ｆ　．　：　ｌｆ　　基伸缩振动区）出现三个ＯＨ　强吸收峰，位置为３　６９４．２２　ｃＴｎ，　：箜Ｉ｝　：　：　ｌ　：　ｌ　：丝Ｉ一　　！：丝Ｉ　３　６２０．３４　ｃｒｉ１一　和３　４５０．５７　ｃＴｎ～，３　６９４．２２　ｃＴｎ，３　６２０．３４　ＣＩＴＩ　由表１可知，该矿区煤矸石的Ａｌ２０３含量达３５．２１％，而　两个峰，峰形似蟹钳状，而且３　６９４．２２　ｃＴｎ　吸收峰的强度大于　Ｆｅｚｏ３，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＫｚＯ，Ｎａ２０含量都较低，全碱成分（Ｋ２ｏ＋　３　６２０．３４　ＣＩＴＩ　吸收峰，透过率相差不大，反映了高岭石结构单元　Ｎａ２ｏ）才为０．７％，Ｔｉ０２含量稍微较高，说明金红石较多，整体上　间的底面羟基基团结构比较完善，但有序度较差。２）中低频区　已达到我国北方地区一般煤矸石的质量。　（晶格振动区），在１　２００　ｃＴｎ　～８００　ｃＴｎ　区间内出现两个Ｓｊ—ｏ　１．３矿物组成特征　键伸缩振动的吸收峰１　１０８．２６　ｃＴｎ～，１　０３３．５０　ｃＴｎ～，一个内　根据ｘ射线衍射、显微镜及扫描电镜分析和观察的结果表　ＯＨ一吸收峰，为９１５．０４　ＣｌＴＩ一，而　一ＯＨ吸收峰９４０　ＣＩＴＩ－１则几乎　明，该区煤矸石的矿物组成特征明显具有黔阳煤系煤矸石的特　消失，在８００　ｃｍ　～４００　ｃｍ　区间内，出现了７９２．０３　ｃＴｎ～，　收稿日期：２００６—１１－１５　作者简介：康卫清（１９６５一），男，高级工程师，湖南省地质研究所，湖南长沙４１０００７　刘悟辉（１９６８一），男，博士，副教授，中南大学地学与环境工程学院，湖南长沙４１００８３　维普资讯 http://www.cqvip.com ・　２０８　・　２第３　０　３卷藿１０　７　４年０　耆　月　．　．　ｔ．．Ｉ／　西　建　筑托　９６＼　Ｉ！【Ｉ　Ｈ卫Ｈ，　７５３．９０　ｍｌ－。，６９５．３０　ｍｌ－。，５４０．７４　ｍｌ－。，４７１．９１　ｍｌ～，４２９．５９　ｃｍ一　含量普遍很低，粘土分离提纯、除杂增白以及超细处理等深加工　六个峰，峰形尖锐，分峰明显，再一次说明结构单元间的底面羟基　性能优良。初步实验研究表明，该煤矿煤矸石可工业利用的主要　基团结构比较完善。３）在图中出现的１　６３３．２１　ｃｍ１吸收峰是由　途径包括：　于水的变角振动引起的，可能是样品回潮或ＫＢｒ吸附水分子所　致，对研究高岭石本身无意义。　１）低热值燃料：因为煤矸石岩性组成较稳定，煤矸石堆积体　的煤含量分布相对稳定，作为低热值燃料可以整体利用，并且这　种利用途径已经在石门电厂成功实践。　２）日用（建筑）陶瓷原料：该煤矿煤矸石除含残煤外，矿物组　１．５差热一热重特征　高岭土在差热一热重分析中显出不同特征反映了其在含水　　量高岭石的晶体化学特征及结构等特征，采用了美国产的ＴＡ　Ｉｎ—　成和化学组成与日用陶瓷原料要求非常相似，以熟料制坯烧结，并且生产实践表明其适合低　ｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ＳＤＴ　２９６０进行了差热一热重分析，见图３。各峰的特征　产品质量性能都达到工业指标要求，如下：　温烧成。　∞吼　ｎ　３）铝盐化工原料：吆∞是该煤矿煤矸石资源一经济一环境综合效　∞鸺加　¨　ｌ－　．ｐ＼∞ｕｇ０　ｇ看口号　Ｈ、　益最好的开发利用途径。该煤矿煤矸石具有湖南煤矸石的最高　２　含量，一般在煤矸石原样中达到２５％～３０％，最高可达　３５％～４０％，同时高岭石为载铝矿物主体，容易活化浸出，是理想　的铝盐化工原料，并且在获得铝盐化工产品的同时，还可以获得　硅产品。　４）高档涂料、油墨和造纸填料：作为高岭石质煤矸石，其粘土　ＷａｖｅｎａｎＩ￣／ｍａ一　分离提纯、除杂增白以及剥片超细等性能较为优越，产率更高，经　图２　青峰煤矸石的红外光谱图　济可行性更强。　５）沸石分子筛原料：该煤矿煤矸石矿物组成主要为高岭石和　粉砂状石英，除残煤和其他有机物外，其他矿物很少存在；４ｇ学成　分比较简单，特别是铁、钛等有害杂质含量低且以机械一化学复　合方法较容易达到沸石分子筛合成原料指标要求，是较理想的硅　铝分子筛原料　５。　３结语　Ｔｍ－￣ｒａｔｔｍｅ／＊Ｃ　１）湖南常德青峰煤矸石的　２０３含量达３５．２１％，而Ｆｅｚ３０，　图３　青峰煤矸的差热一热重曲线图　ＣａＯ，Ｍｇ０，Ｋ２Ｏ，Ｎａ２０含量都较低，ｒｒｉ　含量稍微较高；粘土矿物　１）从ＴＧＡ曲线看，在８０℃左右有一个明显的吸热谷，此时　含量很高，粘土矿物组成也较简单；矿物成分主要为高岭石及少量　脱去了大量的吸附水，５２７．６４℃有一吸热谷，该吸热谷为高岭土　的石英、黄铁矿、金红石。整体上已达到我国北方地区一般煤矸石　脱羟基所致，脱羟基作用从３５０℃开始，５２７．６４℃最强，到７５０℃　的质量。２）根据湖南常德青峰煤矸石的矿物学特征，结合已有的　左右已几乎完全脱去结构水，此时高岭石脱水变成变高岭石；　初步实验，湖南常德青峰煤矸石具有多层次开发利用价值的煤矸　９９７．１１℃有一放热峰，强烈放热峰中，变高岭石转变为７一Ａｂ０３、　石资源，但应优先发展铝盐化工及沸石分子筛制备等利用途径。　莫来石新相。由此可见，该区煤矸石的结构破坏温度在７５０℃左　参考文献：　右。　［１］刘伯元．煤系高岭土在橡胶、塑料等高分子材料中的应用［Ｊ］．　２）从ＴＧ曲线看，样品总失重为１６．６６９％，在７５０℃左右已　中国粉体技术，２００２（２）：３３—３７．　脱去绝大部分的吸附水、结构水，失重为１４．７４％。　［２］湖南地质矿产局．湖南区域地质志［Ｍ］．北京：地质出版社，　２开发利用综合评价　１９８８．１４５—２３０．　从资源组成特性来看，湖南常德青峰煤矸石具有多层次开发　［３］王志鸿．湖南晚二叠世煤的变质作用［Ｊ］．煤田地质与勘探，　利用价值的煤矸石资源＿５］。因为常德青峰煤层单一稳定，煤层　１９８３，１１（２）：１４—１９．　顶、底板岩性变异程度低，煤矸石的岩性类型也较为稳定，主要为　［４］张术根，刘纯波，王万军．湘中地区煤矸石的矿物学特征研究　炭质页（泥）岩、泥质页岩以及粉砂质页（泥）岩。煤矸石的矿物组　［Ｊ］．湖南地质，２００３（２）：９６—１００．　成类型主要为高岭石、石英型，部分为高岭石型、黄铁矿以及碳酸　［５］张术根，王万军，谭建农．湖南煤矸石资源环境评价与开发利　盐矿物含量普遍较低；其他常量化学组分如ＣａＯ，ＭｇＯ，ＴｉＯ２，　０３　用方向研究［Ｍ］．长沙：中南大学出版社，２００３．　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ　ｏｆ　Ｑｉｎｇｆｅｎｇ　ｃｏａｌ　ｇａｎｇｕｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｅｘｐｉｏｉｔａｔｉｖｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ＫＡＮＧ　Ｗｅｉ－ｑｉｎｇ　ＬＩＵ　Ｗｕ－ｈｕｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｕｐｏｎ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｅｒｌａ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｑｉｎｇｆｅｎｇ　ｃｏａｌ　ｇａｎｇｕｅ　ｉｎ　Ｈｕｎａｎ　Ｃｈａｎｇｄｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ，ｍｉｎｅｒｌａ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｏｂｔｉｎａｅｄ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｉｎｆｒ￣ｅｄ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ａｎｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｄ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｖｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ　ｇａｎｇｕｅ，ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｖｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ