煤矸石整治工藝的制作方法
【專利說明】煤矸石整治工藝
優(yōu)先權(quán)
[0001]本申請要求2013年4月30日提交的名稱為“煤矸石整治工藝”的美國臨時專利申請第61/817，395號的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其通過引用全文并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及環(huán)境整治工藝。更具體地，本發(fā)明涉及用于煤矸石整治的工藝。
【背景技術(shù)】
[0003]來自煤炭開采操作的矸石在積堆排放來自鐵和硫與沉淀水和/或地下水反應(yīng)的高酸化水時能夠造成環(huán)境危害。這種問題對于地下采礦操作來說特別值得注意。目前公認(rèn)的保護(hù)地下水免受這樣的酸性排水的方法包括用鈣質(zhì)石灰材料處理積堆和/或部分或完全用襯墊密封積堆。
[0004]這些襯墊是昂貴的并且不提供永久性的障礙。經(jīng)過一段時間，襯墊可以降解，從而導(dǎo)致酸性排水進(jìn)入地面和/或水源。此外，積堆受制于不美觀、缺乏植被、不穩(wěn)定、不安全、易流失、不能生長植被，需要排水池或其他昂貴的管理徑流機(jī)制的弊端或它們的組合。
[0005]與現(xiàn)有技術(shù)相比顯示出改進(jìn)的煤矸石整治工藝將是期望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在示例性實施方案中，煤矸石整治工藝包括提供煤矸石和將爐渣與至少一部分煤矸石共混形成媒質(zhì)(medium)。煤矸石具有顆粒尺寸。媒質(zhì)具有約3.5和約10范圍內(nèi)的pH值并且媒質(zhì)以小于24英寸的厚度應(yīng)用于煤矸石積堆時有利于植被生長。
[0007]在另一個示例性實施方案中，煤矸石整治工藝包括提供煤矸石，所述煤矸石具有顆粒尺寸，具有小于約3.5的pH值，且具有按重量計約4%和約8%之間的Fe203，約14%和約18 %之間的A1203，至少約0.01 %的MnO，約2 %和約5 %之間的S，以及約25 %和約35 %之間的C的組成，和將爐渣和至少一部分煤矸石共混形成媒質(zhì)，爐渣來自選自不銹鋼、碳鋼、鋁、磷酸鹽、銅、鋅、非鐵材料、合金鋼、鐵、煤炭發(fā)電以及它們的組合的產(chǎn)品的生產(chǎn)。媒質(zhì)具有約3.5和約10范圍內(nèi)的pH值并且媒質(zhì)以小于24英寸的厚度應(yīng)用于煤矸石積堆時有利于植被生長。
[0008]在另一個示例性實施方案中，煤矸石整治工藝包括提供煤矸石，所述煤矸石具有顆粒尺寸，具有小于約3.5的pH值，且具有按重量計約4%和約8%之間的Fe203，約14%和約18%之間的A1203，至少約0.01%的MnO，約2%和約5%之間的S，以及約25%和約35%之間的C的組成，和共混來自不銹鋼和鐵生產(chǎn)中的一種或兩者的礦渣以形成媒質(zhì)。媒質(zhì)具有約3.5和約10范圍內(nèi)的pH值并且媒質(zhì)以小于24英寸的厚度應(yīng)用于煤矸石積堆時有利于植被生長。
[0009]本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點，將因下文與以示例性方式說明本發(fā)明原理的附圖相結(jié)合對優(yōu)選實施方案更詳細(xì)的描述而明顯。 附圖簡述
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明公開的根據(jù)煤矸石整治工藝的包括共混物作為媒質(zhì)的積堆的示意圖。
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明公開的園藝共混物作為媒質(zhì)的示意圖。
[0012]圖3是比較對照、對比性實施例和落入本公開的實施方案說明包括煤矸石的媒質(zhì)的pH值的圖表。
[0013]圖4是比較對照、對比性實施例和落入本公開的實施方案說明包括煤矸石的媒質(zhì)的電導(dǎo)率的圖表。
[0014]圖5是比較對照、對比性實施例和落入本公開的實施方案說明包括煤矸石的媒質(zhì)的溶解性總固體的圖表。
[0015]圖6是比較對照、對比性實施例和落入本公開的實施方案說明包括煤矸石的媒質(zhì)的氧化還原電勢的圖表。
[0016]圖7-8是比較對照、對比性實施例和落入本公開的實施方案說明包括煤矸石的媒質(zhì)的Fe含量的圖表。
[0017]圖9-10是比較對照、對比性實施例和落入本公開的實施方案說明包括煤矸石的媒質(zhì)的A1含量的圖表。
[0018]圖11-12是比較對照、對比性實施例和落入本公開的實施方案說明包括煤矸石的媒質(zhì)的Μη含量的圖表。
[0019]圖13是比較對照和落入本公開的實施方案說明包括煤矸石的媒質(zhì)的硫含量的圖表。
[0020]圖14是比較對照和落入本公開的實施方案說明包括煤矸石的媒質(zhì)的氯含量的圖表。
[0021]圖15是根據(jù)落入本公開的實施方案的包括煤矸石的媒質(zhì)的pH值的圖表。
[0022]圖16是根據(jù)落入本公開的實施方案的包括煤矸石的媒質(zhì)的Fe含量的圖表。
[0023]圖17是根據(jù)落入本公開的實施方案的包括煤矸石的媒質(zhì)的A1含量的圖表。
[0024]圖18是根據(jù)落入本公開的實施方案的包括煤矸石的媒質(zhì)的Μη含量的圖表。
[0025]只要有可能，相同的附圖標(biāo)記將在全部附圖中用于表示相同的部分。
【具體實施方式】
[0026]提供了示例性的煤矸石整治工藝和園藝共混物。本公開的實施方案減少或消除來自酸性礦山排水的徑流、中和現(xiàn)有煤矸石積堆的pH值、中和現(xiàn)有煤矸石積堆的中的金屬、減少或消除用于管理酸性礦山排水的水排水池或機(jī)構(gòu)的必要性、減少或消除由于來自煤矸石的排水的硫酸的形成、減少或消除來自煤矸石的金屬(例如鋁、錳、鐵、硫、黃鐵礦、砷、砸、鎂或其組合)的徑流、減少或消除襯墊(例如聚丙烯和/或聚乙烯襯墊)的使用、允許植被生長、允許整治大的區(qū)域(例如高達(dá)和超過120英畝)，或其組合。
[0027]圖1顯示了根據(jù)公開的媒質(zhì)102，通過部分或全部共混物108形成。共混物108包括與爐渣106共混的煤矸石104。煤矸石104和爐渣106通過任何適合的混合工藝共混，例如剪切混合。煤矸石104和爐渣106以固體、溶液、作為膠體懸浮液或以任何其他適合的形式共混。煤矸石104和爐渣106在材料110諸如能幫助混合的加工添加劑存在的條件下和/或在能夠為媒質(zhì)102提供額外性能的材料(例如土壤、土壤調(diào)理劑、聯(lián)產(chǎn)品、肥料、發(fā)酵肥料、有機(jī)物質(zhì)、人類來源的生物固體、非人類動物來源的生物固體、植物來源的堆肥、種子、或它們的組合)的存在的條件下共混。另外或可選擇地，材料110在煤矸石104和爐渣106共混之前或之后加入。
[0028]在一個實施方案中，媒質(zhì)102被應(yīng)用于積堆100，例如在積堆100的頂部，如圖1中所示。本文中所用的方向術(shù)語與術(shù)語向下是在重力方向上或基本上重力方向上相一致。在另外的實施方案中，媒質(zhì)102被應(yīng)用于積堆100的下方，在積堆的至少兩個不同平面(例如側(cè)面)上、在積堆100的部分或全部上，或者它們的組合。媒質(zhì)102包括積堆100中所有的煤矸石104，共混物108包括積堆100中煤矸石104的一部分(例如在積堆100的深度上，諸如約3英寸的積堆100、約6英寸的積堆100、小于或等于約9英寸的積堆100、小于或等于約12英寸的積堆100、小于或等于約18英寸的積堆100、小于或等于約24英寸的積堆100、約3英寸和約12英寸之間、約6英寸和約12英寸之間、約9英寸和約12英寸之間、約12英寸和約24英寸之間、約12英寸和約18英寸之間、約18英寸和約24英寸之間，或其中任何適合的組合、亞組合、范圍或亞范圍)，或者煤矸石104來自除了積堆100之外的來源。
[0029]積堆100主要是由煤矸石104組成，無論來自積堆100的煤矸石104是否形成部分媒質(zhì)102。在一個實施方案中，積堆100來自地下開采作業(yè)和/或包括垃圾瀝青(“G0B”)。積堆100包括任何其他矸石材料，諸如生煤，生煤加工/開采的聯(lián)產(chǎn)品、褐煤、褐煤加工/開采的聯(lián)產(chǎn)品、褐煤煤副產(chǎn)品、次煙煤、次煙煤加工/開采的聯(lián)產(chǎn)品、動力煤、動力煤加工/開采的聯(lián)產(chǎn)品，或它們的組合。
[0030]在一個實施方案中，積堆100被分級以用于開發(fā)，諸如，架構(gòu)建筑或其他結(jié)構(gòu)。為了促進(jìn)開發(fā)，積堆100和/或媒質(zhì)102被壓實至一定壓實值，例如約90%壓實以上、約92%壓實以上、約95%壓實以上、約97%壓實以上、約99%壓實以上、約100%壓實、約90%和約95%壓實之間、約92%和約95%壓實之間、約95%和約100%壓實之間、約97%和約100%壓實之間、約99%和約100%壓實，或其中任何適合的組合、亞組合、范圍或亞范圍。壓實通過任何適合的技術(shù)或標(biāo)準(zhǔn)來確定，諸如但不限于ASTM D698 (Standard Test Methods forLaboratory Compact1n Characteristics of Soil Using Standard Effort)和/或ASTMD1557(Standard Test Methods for Laboratory Compact1n Characteristics of SoilUsing Modified Effort)。
[0031]在一個實施方案中，積堆100用于在媒質(zhì)102中生長植被。適合的植被包括但不限于樹、草、花、農(nóng)作物、灌木、地被植物、落葉植物、針葉植物、小冠花或它們的組合。媒質(zhì)102保持在適合這樣的生長的厚度和/或基于所選擇要生長的植被增加或減少厚度。
[0032]媒質(zhì)102有利于植物生長和/或修復(fù)煤矸石104的性能。例如，媒質(zhì)102具有比104煤矸石更高的pH和/或增加煤矸石104的pH值，例如從少于約3.5、從約3、從約2.5、從約2或其中任何適合的組合、子組合、范圍或子范圍。在如圖3所示，根據(jù)本公開的實施方案，將爐渣106應(yīng)用于煤矸石104增加媒質(zhì)102的pH值。媒質(zhì)102的pH值能夠調(diào)整為約3.5和約10之間。在另外的實施方案中，pH開始于5.8約和約6.8之間、為約4和約7之間、在36個月的時間中為約6.8和約8.5之間、在36個月的時間中為約7.9和約9.2之間、在36個月的時間中為約8.6和約9.5之間、在54周的時間中為約5和約8.2之間、在54周的時間中為約8.8和約11.8之間、在54周的時間中為約8和約13之間，或其中任何適合的組合，子組合，范圍或子范圍。另外或可選擇地，pH值對應(yīng)于第一實施方案312 (參見圖3)、第二實施方案314 (參見圖3)、第三實施方案316 (參見圖3)、第四實施方案404 (參見圖15)、第五實施方案4