中國是全球的煤炭生產(chǎn)國，每年產(chǎn)生超7億噸煤矸石，占原煤產(chǎn)量的15%~20%。這些“黑色廢棄物”長期堆積成山，導(dǎo)致土地占用、環(huán)境污染、資源浪費三大難題。然而，河南鄭礦機器有限公司(以下簡稱“鄭礦機器”)憑借30年礦物加工裝備研發(fā)經(jīng)驗，以“破碎-分選-煅燒-深加工”全鏈條技術(shù)，將煤矸石轉(zhuǎn)化為高強輕骨料、高嶺土、石油壓裂支撐劑、鑄造用燒結(jié)陶瓷、采砂、膠凝材料、腐殖酸砂等多重產(chǎn)品，開創(chuàng)了“變廢為寶”的綠色產(chǎn)業(yè)新模式。

　　一、煤系輕骨料：輕質(zhì)高強，賦能綠色建筑

　　煤系固廢開發(fā)出高性能輕骨料制備技術(shù)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于建筑、市政、環(huán)保等領(lǐng)域，助力"雙碳"目標實現(xiàn)。

　　煤系輕骨料具有輕質(zhì)性、高強度、隔熱隔音、環(huán)保性、耐久性、施工便捷等特點，主要用于：

　　1、建筑工程、輕質(zhì)混凝土、裝配式建筑、保溫砂漿。

　　2、市政工程：透水路面、路基回填。

　　3、環(huán)保工程：污水處理濾料。

　　4、其他領(lǐng)域：屋頂綠化、防火材料。

　　煤矸石陶粒生產(chǎn)工藝：

　　首先是原料處理階段，將煤矸石及相關(guān)輔助原料進行破碎粉磨，使其粒度符合后續(xù)加工要求。接著進入配料環(huán)節(jié)，按照特定比例調(diào)配破碎粉磨后的煤矸石與添加劑，添加劑可調(diào)整骨料性能，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。配好的物料進入成球工序，通過成球機將物料制成球狀。隨后進入焙燒階段，物料被送入焙燒窯在1100-1300℃高溫下燒制，促使內(nèi)部發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)形成多孔輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。后經(jīng)冷卻工序，讓高溫焙燒后的輕骨料快速降溫，穩(wěn)定性能，冷卻后包裝入庫。

　　二、煤矸石煅燒高嶺土：從灰色廢渣到陶瓷工業(yè)“白金”

　　煤系高嶺土(又稱煤矸石高嶺土)是賦存于煤系地層中的高嶺土資源，通常與煤層共生或在鄰近巖層中分布。

　　主要成分：以高嶺石(Al?O?·2SiO?·2H?O)為主，常伴生石英、云母、黃鐵礦、有機質(zhì)等雜質(zhì)。

　　顏色：因含有機質(zhì)或硫化物，多呈灰色、黑色或淺褐色，與普通白色高嶺土差異顯著。

　　主要應(yīng)用領(lǐng)域：

　　陶瓷工業(yè)：用于日用瓷、建筑瓷、衛(wèi)生瓷等，可改善產(chǎn)品強度和燒結(jié)性能。

　　耐火材料：制造耐火磚、澆注料，適用于冶金、玻璃行業(yè)高溫環(huán)境。

　　造 紙 ：作為填料或涂層，提高紙張平滑度、不透明度和印刷性能。

　　涂料與橡膠：作為體質(zhì)顏料或功能性填料，增強耐磨性和穩(wěn)定性。

　　環(huán)保領(lǐng)域：經(jīng)改性后可作為吸附劑，用于處理重金屬廢水或廢氣。

　　其 他 ：橡膠、塑料、化妝品等領(lǐng)域的添加劑。

　　優(yōu)勢：

　　1、經(jīng)過煅燒等加工處理后，白度可達90以上，且粒度分布范圍比傳統(tǒng)高嶺土較窄，這使得它在作為涂料、塑料等領(lǐng)域的填料時，能夠更好地填充基體提高產(chǎn)品的性能。

　　2、化學(xué)穩(wěn)定性較好，在酸堿等化學(xué)介質(zhì)中具有較強的抗腐蝕能力，這是因為其礦物結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，且雜質(zhì)含量相對較低，在一些需要耐化學(xué)腐蝕的應(yīng)用場合，如化工填料、催化劑載體等方面表現(xiàn)出色。

　　3、具有較高的耐火度，一般可達 1700℃以上，如玻璃窯爐、高爐等的關(guān)鍵部位，煤系高嶺土的高耐火度更具優(yōu)勢。

　　4、具有良好的電絕緣性能，這使其在電子、電氣等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景可作為絕緣材料的填料或添加劑，提高絕緣材料的性能。

　　5、比表面積較大，通常在20-60m?/g之間，較大的比表面積使其具有較強的吸附性能和化學(xué)反應(yīng)活性，可用于制備高性能的吸附劑、催化劑載體等。

　　6、煤系高嶺土具有一定的陽離子交換能力和保水保肥性能，可用于改良酸性土壤和貧瘠土壤，與肥料進行復(fù)合，可以作為肥料的緩釋載體。

　　三、煤矸石基膠凝材料：礦山綠色開采的“中國方案”

　　在礦山綠色開采與固廢資源化利用的雙重需求下，煤矸石基膠凝材料憑借獨特的性能優(yōu)勢與技術(shù)創(chuàng)新，成為解決礦山回填與礦井支護難題的核心方案。這種以煤炭固廢煤矸石為主要原料的新型膠凝材料，不僅實現(xiàn)了“以廢治廢”的循環(huán)經(jīng)濟模式，更通過性能突破為復(fù)雜地質(zhì)條件下的礦山工程提供了有效的解決方案。

　　由于煤矸石基膠凝材料存在無現(xiàn)行產(chǎn)品標準的問題，不利于市場推廣和應(yīng)用。鄭礦機器聯(lián)合中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)等科研院所、高校及參編單位，由鄭礦機器牽頭推進《煤矸石基膠凝材料》標準制定工作，為煤矸石基膠凝材料的工業(yè)化推廣應(yīng)用提供標準依據(jù)，目前該標準已在中國工程建設(shè)標準化協(xié)會(CECS)申請立項，并通過審核。

　　工藝流程：

　　懸浮煅燒煤矸石基膠凝材料生產(chǎn)工藝通過“破碎→混料→粉磨→懸浮焙燒” 四大主要工序，實現(xiàn)煤矸石混合物料從性固度到活性膠凝組分的有效轉(zhuǎn)化，顯著提高材料反應(yīng)活性與穩(wěn)定性。煤矸石基膠凝材料的高性能表現(xiàn)，得益于以懸浮焙燒工藝為核心，采用“四級預(yù)熱+一級焙燒+一級保溫+三級冷卻”的創(chuàng)新系統(tǒng)。該系統(tǒng)架構(gòu)合理，不僅大幅提高了能源利用效率，助力行業(yè)實現(xiàn)深層次節(jié)能，還在技術(shù)進步、節(jié)能減排和經(jīng)濟效益等方面發(fā)揮積極作用。本工藝系統(tǒng)占地面積小、自動化程度高、運轉(zhuǎn)部件少、節(jié)能顯著、環(huán)保指標達標。

　　主要應(yīng)用領(lǐng)域：

　　1、礦山回填

　　(1)快速膠結(jié)機制：通過外加劑的添加，配制早強型回填材料，可實現(xiàn)膠凝材料快速膠結(jié)。

　　(2)高流動性設(shè)計：通過有效減水劑的使用，可實現(xiàn)適配管道長距離輸送，并保證其工作性能。

　　(3)重金屬固化技術(shù)：材料水化生成的C-S-H凝膠層可吸附Pb2+、Cd2+等重金屬離子，浸出毒性減少80%以上，達到重金屬固化的目的。

　　2、礦井巷道支護

　　礦井巷道支護面臨潮濕、高應(yīng)力、多裂隙的復(fù)雜環(huán)境，傳統(tǒng)噴漿料存在初凝時間長、粘結(jié)力不足、耐水性差等問題，煤矸石基噴漿料通過精準配方設(shè)計實現(xiàn)技術(shù)超越。

　　(1)雙快特性：初凝時間≤5分鐘，終凝時間≤10分鐘，早期強度高，滿足巷道快速支護需求。

　　(2)界面強化：添加外加劑，使與砂巖、頁巖等巖層的粘結(jié)強度提高，配合纖維增強技術(shù)，提高抗沖擊韌性。

　　(3)耐候性能：在濕度95%、溫度40℃的礦井環(huán)境中，抗硫酸鹽侵蝕能力較普通噴射混凝土更強。

　　總結(jié)

　　鄭礦機器以“回轉(zhuǎn)窯+全產(chǎn)業(yè)鏈”技術(shù)為核心，將煤矸石轉(zhuǎn)化為綠色建材、工業(yè)原料與生態(tài)修復(fù)材料，開創(chuàng)了“變廢為寶”的循環(huán)經(jīng)濟新模式。在“雙碳”目標驅(qū)動下，鄭礦機器正以技術(shù)創(chuàng)新為引擎，推動煤矸石處置從環(huán)保剛需升級為高值產(chǎn)業(yè)，為全球碳中和與資源可持續(xù)利用貢獻中國智慧!