1.本发明涉及固废资源化利用技术领域，具体为一种煤矸石机制砂提质工艺。


背景技术：

2.煤矸石是产煤的副产品，而我国是以煤为基础能源以及化工原料的国家，每年新产出的煤矸石达8亿吨，而历年积累而尚未处理的煤矸石达到45亿吨，形成矸石山约2600座，占地1.3万公顷以上，每年都在增长。
3.煤矸石是立体污染源，严重污染土壤、地下水、空气，并且导致山火与其他地质灾害(如煤矸石山崩塌等)，煤矸石已经到了不得不处理的地步，否则妨碍人民健康与煤产业的可持续发展。
4.作为机制砂原料，煤矸石不像常用的鹅卵石、石灰石、石英石、白云石一样是单一物质，也不像黏土是不燃物、粉煤灰、矸石渣那样是燃后物，煤矸石还含有残留的碳组分(烧失量高)，一般含量在10％以上，这个含碳量就是煤矸石做建材的硬伤，一级建筑骨料(如机制砂等)要求含碳量5％以下，二级建材8％以下，超过8％就不主张做建材骨料。因为碳含量高将导致建材产品的吸水率高、凝固速度慢，早期强度不达标、日后容易风化，产品阻燃性能不好等缺点，所以认为煤矸石做建材应用的首要要求就是去碳与去除其他软物质组分、而要将碳和其他软物质组分与硬物质组分充分分离，采用冲击式、锤击式的破碎方式是不行的，因为瞬间的发力破碎会将软硬物质同时粉碎变小，之后无法进行粒度分离，也就无法将对建材产品有害的碳组分分离出来。只有根据煤矸石各组分硬度不同特性而进行的料层碾压式的剥离磨压破碎方式才可以实现充分的粒度分离暨软硬组分分离，让硬物质组分如sio2+al2o3二元系硅酸盐因为较耐磨压而保留为较大颗粒作为机制砂，让软物质c+cao+mgo等因不耐磨压而富集到细粉中为中低热值煤粉，现有的发明专利(专利名：一种利用煤矸石生产机制砂和煤粉的工艺方法；专利号：zl201910452424.4)的原创工艺思路与解决方案，即使经过上述专利工艺处理，煤矸石机制砂中仍然含有少量碳颗粒(3％以下)，虽然可以直接用于生产标号c35以下的混凝土产品，对于更高标号的混凝土产品(如c60或以上)，煤矸石机制砂中的残碳含量仍然是一个质量隐患。因为碳的存在，对于质量要求高的混凝土产品，还是会带来诸如吸水率偏高、凝固速度偏慢，早期强度不达标等缺点。
5.在研发试验中发现，煤矸石机制砂中碳微粒还含有微量的焦油，所以在水中淘洗煤矸石机制砂时含焦油的碳粒物质会漂浮在水面上，形成厚厚的黑色泡沫层(20厘米-30厘米)。同时，发现煤矸石机制砂在洗涤脱碳后，会在体表面形成显微微孔或裂纹(其实所有的机制砂都有机械损伤与裂纹)。


技术实现要素：

6.(一)解决的技术问题
7.针对现有技术的不足，本发明提供了一种煤矸石机制砂提质工艺。针对性的煤矸石机制砂提质后生产高端混凝土产品的工艺如下，可使得煤矸石机制砂的含碳量降至1％
以下，并修补煤矸石机制砂的表面机械损伤与裂纹、填充脱碳后的微孔、以及补充机制砂由于淘洗而损失的石粉含量，显著提高机制砂乃至混凝土的质量。同时，水泥总用量不增加，洗砂水可以循环使用，碳粒与尾泥都有燃烧值、回收到微煤粉中外售，为零排放工艺，提高了资源的利用效率，避免了对环境的污染，有利于节能减排，美化环境。
8.(二)技术方案
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤矸石机制砂提质工艺，包括如下步骤：
10.步骤1：首选制作机制砂，采用干法磨制进行在制作，在制作过程中，碳向细粉中富集，可以显著降低机制砂颗粒中的含碳量(降低幅度为原含碳量的50％以上)；
11.步骤2：对已经干法减碳的煤矸石机制砂进行螺旋淘洗，机制砂在水中相互挤压摩擦，碳微粒脱离机制砂颗粒本体进入水中，并漂浮在水面上；
12.步骤3：经过淘洗的机制砂进入冲洗脱水筛后，筛上机制砂呈湿润状，但不滴水；
13.步骤4：经过脱水后的机制砂进入振动搅拌机与加入的水泥粉+熟石灰粉进行混合搅拌，混合粉料在振动的作用下进入机制砂中的脱碳微孔进行充填，并在搅拌的作用下把机制砂包裹起来，形成裹浆砂；
14.步骤5：裹浆砂进入常规混凝土搅拌机与加入的搅拌水+水泥+碎石+外加剂等进行常规搅拌，混合均匀后用于混凝土浇筑或生产混凝土制品；
15.步骤6：洗砂水带着漂浮的碳粒泡沫层进入刮板水池，刮板将漂浮的碳粒刮走并送入控水堆场，控干后掺入微煤粉中外售；
16.步骤7：刮板水池中的水从下部流入陶瓷过滤机，陶瓷过滤机的出水为清水，回用于冲洗淘洗后的机制砂，继而回用于螺旋淘洗机；
17.步骤8：陶瓷过滤机过滤下来的尾泥也被送入控水堆场，控干水分后掺入微煤粉中，作为产品对外出售，可以有效提高资源的利用，防止残渣对环境的污染。
18.(三)有益效果
19.本发明提供了一种煤矸石机制砂提质工艺。与现有技术相比，具备以下有益效果：
20.1、将煤矸石机制砂中的有害物质
‑‑
碳含量降低到1％以下，减少由煤矸石机制砂作为混凝土骨料时由于含碳量高而带来的吸水率高、泌水量大等不良作用；
21.2、碳粒与尾泥回收可以掺入微煤粉中外售，使得本工艺产生的残渣碳可以零排放，有效的实现了节能减排；
22.3、采用裹浆材料(水泥粉+熟石灰粉混合料)与煤矸石机制砂干拌裹浆，不但可以修补机制砂常有的机械损伤与裂纹，振动搅拌还能有助于混合料颗粒进入与填补煤矸石机制砂脱碳后的微孔，同时，裹浆材料含钙高(水石泥与熟灰混合料)，可以激发煤矸石机制砂的活性，并且，该裹浆材料还可以补充由于机制砂淘洗而损失的所需石粉的含量。
23.4、裹浆后的机制砂外层裹有一层混合料薄皮，有利于显著提高机制砂颗粒与混凝土母体的粘结力。进一步提高混凝土的质量。
24.5、由于裹浆后机制砂颗粒作为骨料再配制混凝土，水泥的需要量会减少，所以此工艺所需的水泥总用量不会超过常规混凝土。
25.6、混合料(水泥+熟石灰)中的熟石灰，可以采取含钙工业固废如电石渣等替代。
附图说明
26.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
27.图1是本发明提出的一种煤矸石机制砂提质工艺的流程结构图。
28.图中：1为煤矸石机制砂系统、2为微煤粉仓、3为螺旋洗砂机、4为刮板水池、5为陶瓷过滤机、6为冲洗脱水筛、7为振动搅拌机、8为常规搅拌机。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种煤矸石机制砂提质工艺，包括如下步骤：
31.步骤1：先采用干法磨制工艺制砂，脱碳，使得砂颗粒中的含碳量显著降低，降低幅度为原含碳量的50％以上；
32.步骤2：干法制得的煤矸石机制砂进行洗涤脱碳，脱碳洗涤采用过冲洗脱水筛6进行脱水；
33.步骤3：利用脱水后湿润但不滴水的机制砂进行裹浆处理，并直接生产高端混凝土及产品。
34.为提高本发明的实用性进一步地，所述步骤1中，采用了干法磨制生产煤矸石机制砂系统1充分预脱碳。
35.为提高本发明的实用性进一步地，在进行步骤1后，利用煤矸石碳粒含油浮水的特性，采用了刮板水池4，将浮在水面的碳粒泡沫刮走收集，晒干后掺入微煤粉中，作为产品对外出售。
36.为提高本发明的实用性进一步地，所述步骤2中脱碳洗涤之后所述冲洗脱水筛6将润砂的含水率控制在10％-25％，便于后续裹浆。
37.为提高本发明的实用性进一步地，所述步骤3中采用振动搅拌机7进行裹浆，振动的作用有助于裹浆材料混合均匀，裹浆材料为水泥粉和熟石灰粉的混合物，微粒进入与填补煤矸石机制砂的显微微孔，搅拌的作用有助于裹浆料充分粘结在煤矸石机制砂湿润表面形成表皮；所述裹浆材料重量为润砂重量的5％-20％。
38.为提高本发明的实用性进一步地，所述裹浆材料的加入量为润砂重量的5％-20％；裹浆料中水泥粉与熟石灰粉的比例按需调整，保证裹浆效果与补充机制砂由于淘洗而失去的石粉含量为。
39.为提高本发明的实用性进一步地，所述裹浆材料中的熟石灰使用选用含钙工业固废如电石渣。
40.为提高本发明的实用性进一步地，所述刮板水池4流出的废水采用了陶瓷过滤机5过滤，使得水可以循环使用，尾泥控干后掺入微煤粉中外售，零排放。
41.为提高本发明的实用性进一步地，所述陶瓷过滤机5过滤下来的尾泥也被送入控
水堆场，控干水分后掺入微煤粉中外售，零排放。
42.为提高本发明的实用性进一步地，本发明的工艺还适应其他含碳岩机制砂混凝土质量的改善。
43.实施例：具体按照如下工艺制作砂；
44.步骤1：从煤矸石原料进入干法煤矸石机制砂系统1，产出两个产品：机制砂与微煤粉，其中的微煤粉直接进入微煤粉仓2；干法煤矸石机制砂系统1具体步骤按照，专利名一种利用煤矸石生产机制砂和煤粉的工艺方法，专利号zl201910452424.4的工艺思路方案进行。
45.步骤2：机制砂干砂进入螺旋洗砂机3，洗砂水洗去煤矸石机制砂中的细微煤粉并进入刮板水池4；
46.步骤3：洗过的湿砂进入到冲洗脱水筛6中，经过冲洗的湿砂进一步减少浮尘，并将水漏在冲洗脱水筛6筛下，筛上为润砂(砂的含水量控制在10％-25％，保证砂基本不滴水)；
47.步骤4：润砂进入振动搅拌机7，保证砂在被振动的同时与加入的水泥粉+熟石灰粉的混合物进行干法搅拌，混合料加入量控制在润砂重量的5％-15％，振动搅拌时混合粉料微颗粒一部分会进入煤矸石机制砂的微孔内，一部分会粘附在煤矸石机制砂外层，将煤矸石机制砂包裹起来，形成一层外壳，该外壳将增加机制砂颗粒与混凝土母体的粘结力；
48.步骤5：裹浆砂进入常规搅拌机8，与按比例加入的搅拌水、水泥、碎石、外加剂等进行混合搅拌，搅拌均匀后成为混凝土浆体，可以生产混凝土或其制品。
49.步骤6：洗砂水进入刮板水池4后，水中带来的含碳物微粒由于具有油性，浮在水池上面，形成30厘米左右的黑色泡沫层，刮板将泡沫层刮出，送入控水堆场9；
50.步骤7：刮板水池4中的浊水从水池下部导出进入陶瓷过滤机5，陶瓷过滤机5的出水为清水，被回用送去冲洗脱水筛6中冲洗湿砂，冲洗完后的冲洗水回用于螺旋洗砂机3重复使用进行洗砂、循环使用，避免了水资源的浪费；
51.步骤8：从陶瓷过滤机5中过滤下来的尾泥被送到控水堆场9，控干后掺入微煤粉中外售，充分对废水进行利用，避免资源的流失造成环境污染；
52.步骤9：控水堆场9为大型室内堆场，地面为中间高、四周低的结构，堆场四周墙前布有排水沟，物料(碳粒与尾泥)中的水分将渗入到地面并收集到排水沟中，排水中的渗水被引入到刮板水池4中循环使用。
53.机制砂是由各类石料通过机械力破碎制作而来，所以所有的机制砂都有机械损伤、表面或内在裂纹等缺陷，煤矸石机制砂也不例外，并且，煤矸石机制砂还有不利于建材质量的碳含量，脱碳将造成砂粒表面微孔等，进一步影响建材质量。本发明的工艺方法采用干法脱碳与湿法脱碳结合，减少湿法脱碳的负荷，节约水资源，同时利用湿法脱碳后机制砂的湿润表面进行机制砂裹浆，进而提高混凝土的质量：
54.本发明的制砂过程先采用中国发明专利一种利用煤矸石生产机制砂和煤粉的工艺方法来获得机制砂，专利号为zl201910452424.4，在干法磨制过程中，碳向细粉中富集，可以显著降低机制砂颗粒中的含碳量(降低幅度为原含碳量的50％以上)；采用裹浆材料(水泥粉+熟石灰粉混合料)与煤矸石机制砂干拌裹浆，不但可以修补机制砂常有的机械损伤与裂纹，振动搅拌还能有助于混合料颗粒进入与填补煤矸石机制砂脱碳后的微孔，同时，裹浆材料含钙高(水石泥与熟灰混合料)，可以激发煤矸石机制砂的活性，并且，该裹浆材料
还可以补充由于机制砂淘洗而损失的所需石粉的含量。整个工艺节能减排，同时对于工艺过程中的废水废料都得到了有效的利用，避免对环境污染。
55.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
56.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。