煤矸石的综合利用

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1、煤矸石的综合利用 摘要：煤矸石是煤矿生产过程中产生的废渣，约占煤炭产量的 10，对环境的危害很大。 煤矿经过多年开采，废弃的煤矸石堆积如山。煤矸石的堆积不但占用大量土地，而且带来一 系列环境问题：煤矸石山溢流水使地下水呈现高矿度化、高硬度，导致土壤盐碱化，使农作 物减产甚至绝收；煤矸石长时间露地堆积后，往往会发生自然现象，并排放出大量有毒的二 氧化硫、硫化氢、氮氧化物、一氧化碳和二氧化碳等气体，污染周边环境，破坏生态平衡。 煤矸石是我国排放量最大的工业固体废弃物之一，弃之为害，用之为宝因此，加强对煤矸石 的生态治理及综合利用已是一个刻不容缓、亟待研究解决的重要社会题。文章主要论述了煤 矸石的综

2、合利用途径，并指出煤矸石的综合利用是从根本上消除矸石危害，变废为宝的必由 之路。关键词：煤矸石综合利用 技术途径 生态治理正文：煤炭(coal)是十八世纪工业革命以来人类世界使用的主要能源之一，在我国一次能 源生产和消费结构中，煤炭比重更是多达70%左右，在未来相当长的时间内，以煤炭作为主 要能源战略的地位不会改变。但在开采和利用煤炭方面产生废物是避不可免的，只有综合利 用这些废物，变废为宝，才是最有效途径。煤矸石(coal gangue)是煤炭伴生的废石，是一种矿业固体废物的一种。目前煤矿的排矸 量约占煤炭开采量的10%25%，已成为我国累计堆积量和占用场地最多的工业废物。全国堆 存的煤矸石

3、数量已达40多亿吨，且仍在逐年增长。据统计，到2004年底，全国已有矸石山 1500座，占地22万公顷。煤矸石的综合利用已成为一个重要课题。1.煤矸石的基本特性1.1煤矸石的概念煤矸石(coal gangue)是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，是一种在成 煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，包括巷道掘进过程中的掘 进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。煤矸 石属劣质燃料，其发热量低(4.212.6MJ/kg),碳含量低(20%30%),硬度大，矿物含量高， 有机质含量低。1.2煤矸石的化学组成 化学成分是评价煤矸石性质，决定利用

4、途径的重要指标，煤矸石的化学成分随地层 岩石的种类和矿物组成不同而变化。煤矸石的主要化学成分有Si02、Al203、Fe203、CaO、 MgO等。其具体化学含量见表1煤矸石的化学成分含量表1成 分SiO2Al O2 3FeO2 3CaOMgOTiO2PO2 5KO+Na O2 2VO2 5含 量 / %506016362.2814.630.422.320.442.410.9040.0040.241.453.90.0080.031.3煤矸石的岩相组成随煤层所在地层不同，煤矸石中所含主要岩石有黏土岩，砂岩类，碳酸盐类，铝质 岩类。黏土岩类主要组成为黏土矿物，其次为石英、长石、云母、岩屑等碎屑矿物

5、，其次为 黄铁矿、碳酸盐等自生矿物。此外，往往含有丰富的植物化石，有机质，碳质。1.4煤矸石的主要来源1.4.1井筒和岩石巷道掘进过程中开凿排出的岩石，主要岩石有泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩、砾岩和石灰岩。1.4.2煤层开采和煤层巷道掘进过程中，由于煤层中的夹矸或割下部分煤层的顶板 忽然底板组成。1.4.3煤炭分选过程中排出的矸石，主要由煤层中的各种夹石如高岭石、黏土岩、 黄铁矿结核等组成。2煤矸石对环境影响2.1影响土地资源的利用 煤矸石的大量堆放一方面占用大量土地面积，另一方面还 在影响着比堆放面积更大的土地资源，使得周围土地变得贫瘠不被利用。2.2 空气污染 长期堆放的煤矸石由于空气氧化而很

6、容易自燃而排放出大量 so2,h2s,co，氮氧化物和CO2等气体，由于风化作用表面风化成粉尘，在风的作用下这些粉尘 悬浮，造成大气污染。2.3水和土壤污染 煤矸石受到降雨的喷淋或长期处于浸渍状态，会使其中有害成分， 尤其是一些有毒重金属如铅、镉、汞、砷、铬等溶解进入水体或渗入土壤，严重影响水体环 境和土壤环境，且通过食物链危害人体健康。2.4滑坡与泥石流 煤矸石山堆积过高，坡度过大，就容易形成滑坡。当降雨等作用 使煤矸石山的含水量达到饱和状态，就有可能形成泥石流，造成附近土地被淹。国外曾发生 一起煤矸石堆滑坡事故，以致埋没了山谷下的一所小学校，造成多人伤亡事故。3煤矸石的综合利用3.1我国煤

7、矸石的综合利用现状 我国综合利用煤矸石已有几十年的历史，但到目前为止，我国煤矸石的综合利用水 平不高。主要表现在技术装备落后，企业规模小，发展后劲不足，竞争能力弱等方面。目前 我国煤矸石综合利用技术及装备水平达到国际20世纪90年代先进水平的比例还不高，一些 技术含量较高的煤矸石综合利用技术还未得到广泛应用。据资料报道，美国、英国和德国等 西方国家煤矸石的总体利用率已高达 90%以上，而我国这样一个以煤炭为主要能源的国家 对煤矸石的总体利用率却不到50%，这导致目前我国煤矸石的堆积量每年还以1.52.0亿t 的速度在增加，矸石山的危害日益严重。因此，应加大对煤矸石综合利用工作的力度，加强煤矸石

8、综合利用技术的开发和推广应 用，最终实现煤矸石的变废为宝，促进煤炭工业的健康发展和国民经济的可持续发展。3.3综合利用途径目前煤矸石主要被用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，此外 还可用于回收硫铁矿；煤与矸石混烧发电；制取结晶氯化铝、水玻璃等化工产品以及提取贵 重稀有金属；土地复垦，矿井回填，也可作肥料。3.3.1用煤矸石发电一般利用热值大于3768.12J/kg的中碳至高碳煤矸石作燃料，通过沸炉带动背压式汽 发电机发电。我国已有一批煤矸石电站在运转之中。如我国自行设计施工的第一座大型煤炭 矿井山东省协庄煤矿便是一例。该矿于1993年开始兴建一座设计能力为24MW的煤矸石 热

9、电厂，装机容量为12MW的一期工程1995年底竣工投产。截止1998年，已发电1.2亿， 消耗煤矸石1.13hm2。不仅有效降低了环境污染，而且取得了显著的经济效益。这些煤矸石 燃烧后的还具有较高的活性，是生产建材的良好原料。3.3.2 用煤矸石制砖我国大量的建筑及设施砖结构，砖的消耗量惊人，据统计，每天砖作为墙体材料约需 要1000亿块，如果这些砖全用黏土烧结，将毁掉良田67100公顷，消耗近5000万t标准 煤，破坏了环境，浪费了能源。因此开发利用煤矸石代替黏土砖，可变废为宝，且节地节能， 具有良好的环境效益和社会效益，符合可持续发展要求。(1) 制烧结砖 利用煤矸石全部或部分代替粘土，采

10、用适当的烧结工艺生产烧结砖， 这是一条大批量利用煤矸石的主要途径。生产烧结砖对煤矸石的化学组成要求是 SiO2 为 55%70%, Al 0 为 15%25%, Fe 0 为 2%8%, Ca02%,Mg03%。2 32 3(2) 制免烧砖 免烧砖是有机械压制成型且不用烧结的一种新型建筑材料,它的主要 原料是劣质黏土、煤矸石或建筑垃圾等材料,在这些原料中加入少量水泥、石灰、化学添加 剂作为黏结剂和胶固剂。免烧砖具有以下优点：免烧砖由于是高压成型,其密度大,强度高, 耐久性好,吸水性小,吸水率小于20%,而浸水后不弱化,强度降低小；免烧砖模压成型, 外观漂亮,棱角整齐,成品率高,可加快墙体砌筑速

11、度,提高工程质量。节省原材料和劳动 力。降低了施工费用；利用免烧砖砌筑的墙体保温和隔音效果好。3.3.3用煤矸石制水泥煤矸石中SiO,Al 0及FeO的总含量一般在80%以上，它是一种天然黏土原料，可代替22 32 3黏土配料烧制硅酸盐熟料,生产普通硅酸盐水泥,煤矸石快硬硅酸盐水泥和煤矸石无熟料水 泥。3.3.4用煤矸石生产轻骨料 轻骨料和用轻骨料配制的混凝土是一种轻质、保温性能好的新型建筑材料,可用于建 造大跨度桥梁和高层建筑。用煤矸石烧制轻骨料有两种方法,即成球法和非成球法：成球法 是将煤矸石破碎、粉磨后制成球状颗粒,入窖焙烧；非成球法是将煤矸石破碎到一定粒度直 接焙烧。煤矸石轻骨料的质量

12、主要取决于煤矸石的性质和成分。适宜烧制轻骨料的煤矸石主 要是碳质页岩和选煤厂排出的洗矸,矸石中含碳量不要过大,以低于13%为宜。3.3.5从煤矸石中提取化工产品煤矸石的主要化工用途就是通过各种不同的方法提取煤矸石中的某一种元素或生产硅 铝材料。对于含铝量较高的煤矸石,其开发的化工产品主要有结晶氯化铝、聚合氯化铝、硫 酸铝、4A沸石等等。(1) 结晶氯化铝。主要用于精密铸造的硬化齐较氯化铁强度高)、造纸施胶沉淀剂、净化 水混凝剂、木材防腐剂、制造ai(oh)3胶等。(2) 聚合氯化铝。又称碱式氯化铝，是一种无机高分子化合物，一种新型的混凝沉淀剂， 广泛应用于净水和污水处理,以及造纸、制革、铸造、

13、医药、轻工、机械等许多领域。用煤 矸石生产聚合氯化铝，投资小、成本低、工艺简单。(3) 4A沸石。4A沸石是目前最好的无磷洗涤助剂，其去污效果可与三聚磷酸钠(STPP) 媲美，且对人体无害，对织物无损，易于生物降解，有利于环境保护，应用前景广阔。传统 的生产4A沸石的方法主要是以NaSiO3和NaAIO3为原料进行水热合成，原料成本较高。而 利用煤矸石生产4A沸石原料充足，成本低，效益高。此外，因为用煤矸石生产铝盐后留下的残渣的主要成分为SiO2，所以除以上高铝产品 外，其残渣还可以用来生产水玻璃、白炭黑等。3.3.6用煤矸石生产肥料利用煤矸石为原料生产农用肥料，在国内外已经得到应用。煤矸石中

14、约含有 15%20%的有机质，并含有丰富的植物生长所必须的 B、 Zn、 Cu、 Co、 Mn、 Mo 等微量元素。某些煤矸石中的N、P、K及微量元素的含量是普通土壤的数倍，经过加工可以生产有机肥 和微生物肥料。微生物肥料是近年来发展生态农业及绿色食品的新产物。煤矸石中含有的大量有机物， 是携带固氮、解磷、解钾等微生物最理想的基质和载体。煤矸石微生物肥料生产工艺简单， 耗能低，投资少，生产过程不排渣，如南票矿务局与中国农科院合作开发的“金丰牌”1 微生 物肥料、山东龙口矿务局与北京田力宝科技研究所开发生产的“田力宝”微生物肥料，均取得 了很好的社会效益和经济效益。4 煤矸石的生态治理矸石山生态

15、治理的指导思想：以植被复垦、绿化环境为手段，把煤矸石生态治理与矿 区生态建设、环境污染治理相结合，促进生态的动态平衡和良性循环，形成开发与整治相结 合，发展与环境相协调，努力实现煤矸石生态治理与矿区经济效益、社会效益、环境效益的 同步提高，实现矿区的可持续发展。矸石山生态治理工程可包括矸石山摊铺矸石、自燃灭火， 复燃治理、挡护、排水、坡面绿化及复垦等工程。5 推进煤矸石生态治理和综合利用的意义 我国在十六届五中全会提出加快建设资源节约型、环境友好型社会，那么在两型社会 的建设中，推进煤矸石生态治理和综合利用的意义重大，具体体现在以下几个方面：1、煤 矸石生态治理可达到减少占地的效果；2、煤矸石

16、生态治理可减轻矿区大气污染和地下水污 染；3、煤矸石综合利用不仅可以变废为宝，而且还有助于改变煤炭和煤矿的“肮脏”形象， 使煤炭产业成为不产生或少产生“公害”的产业。围绕煤矸石的综合利用，煤矿形成了新的产 业，延长了现有的产业链，走出了一条可持续发展的道路；4、煤矸石综合利用是有发展前 景的接替产业之一，已经成为许多矿区非煤产业的发展重点，促进了矿区产业转移和劳动力 就业。总之，煤矸石的综合利用具有良好经济效益和社会效益，可使矿区的经济发展、环境 保护和社会协调发展。这正是科学发展观的集中体现，是可持续发展的基本要求。参考文献：1李永生等著.煤矸石及综合利用 北京：中国矿业大学出版社 2张鸣林主编.中国煤的洁净利用兼论兖矿煤化工产业发展 北京：化学工业出版社3朱银惠主编煤化学M北京：化学工业出版社，2004.124牛冬杰、孙晓杰、赵由才主编工业固体废物处理与资源化M.北京：冶金工业出版社5张士权、李皓、胡君艳、任佳蕊.煤矸石对环境及其综合利用.现代农业科技6徐友宁，袁汉春，何芳，等.煤矸石对矿山环境的影响及其防治J.中国煤炭