煤矿煤矸石地综合利用

1、煤矿煤矸石的综合利用摘要：阐述了对煤矸石的具体利用途径，并就煤矸石发电，煤矸石制 砖，煤矸石生产肥料，煤矸石生产水泥等进展了具体说明，并阐述了 非煤矿山对固体废物的利用。关键词：煤矸石利用prehensive utilization of coal gangue in coal mineAbstract: This paper describes the of coal gan gue specific ways to utilize the and coal gangue power generation, coal gangue brick, coal gangue in the prod

2、uction of fertilizers, coal gangue production of cement and other were specified, and elaborated the non coal mines of solid waste utilizati on.Key words:Ga ngueusing一、概述煤矸石是煤炭开采和洗选过程中产生的固体废物， 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、底板与夹层里采出的矸 石以与洗煤过程中挑出的洗矸石。煤矸石既是煤矿开采过程中的固体 废弃物，也

3、是可利用的资源，具有双重性。从煤炭开采来看，我国每 年生产1亿t煤炭，排放矸石1400万t左右；从煤炭洗选加工来看， 每洗选1亿t炼焦煤排放矸石量2000万t，每洗1亿t动力煤，排放 矸石量1500万t。去年，全国各类煤矿生产煤炭10.45亿t,洗煤3.85 亿t,排放矸石量1.92.0亿t。因而，全国国有煤矿现有矸石山1500 余座，堆积量30亿t以上（占我国工业固体废物排放总量的40%以上）， 占用土地300-400公顷。煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，影响 生态环境，矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水， 而且煤矸石中含有 一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、 碳氧

4、化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响矿区居民的身体健 康。如某某某某矿区曾发生过因矸石自燃造成人员中毒死亡的事故。二、煤矸石再利用的意义与途径1、2,仅为世界人均水平的43%。随着国民经济的开展，每年因根底 设施建设城市用地增加与自然灾害损毁等原因造成耕地的大量损失。 因采煤造成的地表塌陷和煤矸石堆存也是耕地损失的主要原因之一。 据有关部门估计，我国煤炭开采和洗选加工每年产生和排放新增煤矸 石4亿t，占地400多公顷。综合利用煤矸石，可以减少对土地的占 用，用煤矸石充填塌陷区，还可以使因采煤塌陷的土地得到复垦。2 减轻矿区大气污染和地下水污染。我国有237座煤矸石山曾发生过自 燃，目前仍有1

5、34座矸石山在不同程度地燃烧。煤矸石自燃不仅浪费 宝贵的资源，燃烧过程中排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物与烟 尘等，还严重污染大气环境，危害矿区人民的身体健康。煤矸石经雨 水淋溶形成的酸性水渗透到地下。会污染地下水。因此，综合利用煤 矸石，减少矸石的堆放，可以减轻矿区的大气污染和地下水的污染。3改变煤矿形象，开辟矿区新产业。煤矸石综合利用不仅可以变 废为宝，而且还有助于改变煤矿的形象，有些煤矿提出“矸石变砖头， 砖头砌高楼，“制砖不用土，烧砖不用煤的口号，围绕煤矸石的 综合利用，开展新的产业，或延长现有的产业链。例如某某省新汶矿 业集团等单位大力开展煤矸石发电、制水泥、制砖等产业，已建成煤

6、矸石砖生产线20多条，每条生产线的能力均在 6000万块/年以上。 某某煤矸石热电厂是以燃烧煤矸石为主的综合利用企业，现有装机容量1.8亿kW，年发电量1.08kwh,年消耗煤矸石33万t。某某某某 煤业集团以煤矸石发电为龙头，形成了煤矸石发电电解铝铝 型材的产业链。4促进产业转移和劳动力再就业。据不完全统计， 到2000年末，我国因资源枯竭关闭报废的矿井 488处，将导致大量 工人失业。寻求产业转移和劳动力再就业成为衰老报废矿区的头等大 事。煤矸石综合利用如此是有开展前景的接替产业之一，并已经成为 许多矿区非煤产业的开展重点。据有关部门统计，2000年国有重点煤矿综合利用多种经营总额达到 5

7、82亿元；安置人员最多时达208万 人。在煤炭企业多种经营收入超亿元的项目中，前10位是煤矸石发电。我国每年产生的煤矸石、煤泥等低热值燃料，按热量折算约为 15001800万t标准煤。综合利用好这些资源，相当于新增一个开滦 或兖州矿区的煤炭产量。这样，不仅促进了产业转移、劳动力再就业， 甚至还会因其含有特殊成分而成为煤炭城市待开发的“金矿。2、煤矸石再利用的途径：煤矸石的性质决定着煤矸石资源化的途径。 因此对煤矸石的组分与性质进展分析和评价， 将有利于选择最优的资 源化利用途径，更好、更有效地利用煤矸石资源。按照煤矸石的岩石 特征分类，可以分成高岭石泥岩（高岭石含量60% ）、伊利石泥岩（伊

8、利石含量50%）、砂质泥岩、砂岩与石灰岩。主要利用途径为：高岭 石泥岩、伊利石泥岩一一生产多孔烧结料、煤矸石砖、建筑陶瓷、含 铝精矿、硅铝合金、道路建筑材料；砂质泥岩、砂岩一一生产建筑工 程用的碎石、混凝土密实骨料；石灰岩生产胶凝材料、建筑工程用的碎石、改良土壤用的石灰。煤矸石中的铝硅比也是确定一般煤矸 石综合利用途径的因素。铝硅比大于 0.5的煤矸石。其矿物成分以高 岭石为主，有少量伊利石、石英，质点粒径小，可塑性好，有膨胀现 象，可作为制造高级陶瓷、煅烧高岭土与分子筛的原料。煤矸石中的碳含量是选择其工业利用方向的依据。按煤矸石中碳的含量多少可分为四类：一类4%,二类4%6%,三类6%20%

9、，四 类20%。四类煤矸石发热量较高（627012550千焦/千克），一般宜 用作为燃料，三类煤矸石（20906270千焦/千克）可用作生产水泥、 砖等建材制品，一类、二类煤矸石（2090千焦/千克以下）可作为水泥 的混合材、混凝土骨料和其他建材制品的原料， 也可用于复垦采煤塌 陷区和回填矿井采空区。煤矸石利用产业链模型图见图1。貞乐笼产讨弼中的周体葢斉療r丢示应用较为成闕.已广泛推广表示正在幵左利闰z炉潸砌块*井下回增*井下注菜紂烬赵大坝粉焊庶三、煤矸石发电1、煤矸石发电的益处。一是改善矿区环境。我国每年矸石发电消耗矸石量约1400万t，占矸石综合利用量的30%左右，减少因堆积煤 矸石占地2

10、000余亩，而且，电厂灰渣制砖，减少了黄土用量，保护 耕地，改善了矿区环境。二是节省大量能源。据测算，去年，全国产 煤10.45亿t ,洗选加工煤炭3.86亿t，排矸中的煤炭和煤泥量，折 合标煤约4000万t，以发电用煤4009/kWh计算，可以发电100亿 kWh收入30亿元。三是社会效益可观。据不完全统计，2000年煤矸石电厂发电约120亿kWh占矿区用电量的30%,平均每度电盈利 3.38分，全国电厂盈利4.0亿元以上。如：某某兖州局 6个矸石电 厂，装机达11.1万kW 2000年发电4. 7亿kWh,上交利润4412万 元；某某汾西矿务局2个矸石电厂，装机3.6万kW去年盈利2800

11、 万元。而且，煤矿发电与购电相比，全国购电的综合电价为0.3 0.4元/kW煤矿矸石电厂的供电本钱为 0.15 0. 25元/kwh,价差为 0.15元/ kWh去年，全国国有煤矿年用电量 300亿kWh以上，仅购 电一项，煤炭企业就多支出 45亿元以上。从社会效益来看，去年， 国内生产总值电耗为1474kWh历元，而煤矸石电厂发电新增的生产总 值可达800亿元以上，已安置了待岗人员 45万人。四是促进了煤 炭行业的结构调整。煤炭作为我国的根底产业和主要能源工业，由于受长期计划经济的影响，产业结构矛盾突出，且供过于求，经济效益 不好。煤矸石发电由于有较好的社会、经济和环境效益，也符合国家 的产

12、业政策，是煤炭行业产业产品结构调整的有效途径之一。2、煤矸石发电的可行性：煤矸石发电经过十多年的开展，在锅炉燃 烧技术、环境保护等方面已经取得了长足的进步，进入21世纪后，大力开展煤矸石电厂更是一举数得的好事。一是适用于煤矸石电厂的循环流化床锅炉燃烧技术取得了很大进步。作为煤矸石电厂的核心设备的流化床锅炉的技术水平的上下直接影响到电厂的生产运行情况 和企业经济效益。早期建设的煤矸石电厂根本以鼓泡型流化床锅炉为 主，这种锅炉热效率低，不利于消烟脱硫。90年代以来，循环流化床锅炉逐步取代了鼓泡型流化床锅炉， 成为矸石电厂的首选锅炉，逐 步从35t/h开展到70t/h,合资生产的已达到240t/h,

13、热效率提 高5%15%。以往由于矸石发热量低、灰分高、硬度大，锅炉磨损 严重，经常造成锅炉停机检修，影响电厂运行。现在由于采取了防磨 措施，循环流化床锅炉连续运行小时普遍超过2000h。二是消烟除尘等环境保护技术已能满足国家环保要求。 煤矸石电厂除尘脱硫问题是 广泛关注的问题，关系到矸石电厂生存的大事。目前，煤矸石电厂 选用除尘器的类型主要是水磨除尘器、多管旋风除尘器、静电除尘器、 布袋除尘器，其中静电除尘器和布袋除尘器效率最高， 使用这两种除 尘器均能满足环保要求。对于脱硫，由于矸石电厂采用的循环流化床 锅炉的工况较容易实现在炉内燃烧过程中脱硫，一般在钙硫比为 1. 52. 0时，脱硫率达8

14、5%90%，可以满足环保要求。3、煤矸石发电存在的问题：十多年来，我国煤矸石发电事业已取得 了长足的开展，积累了丰富的经验，但是，制约煤矸石电厂开展的因 素较多，突出表现在：一是电网关系难以协调。并网运行一直是煤矸 石电厂建成后最先面临的难题，难就难在并网发电难、收费项目多、 政策不落实等方面。新建一个矸石电厂或扩建一台机组都得经过电业 部门长时审批，又要上缴名目繁多的费用，还要违背国家政策要求， 参加电网调峰，影响了煤矸石电厂的正常运行和经济效益。 二是建设 资金严重不足。近年来，各商业银行对煤矸石电厂从重点扶持逐步转 向到严格控制，不但对电厂进展屡次评估，还要求企业有不少于30% 的自有资

15、金做为资本金，否如此不同意贷款，因而，许多地方出现了 办不成电厂或办成了也负债较高的问题。 目前，绝大多数煤矸石电厂 资产负债率均在90%以上。三是企业税费负担偏重。80年代，国务院先后下文对煤矸石电厂免 征发供电环节的工商税和综合利用项目的产品税。 而自产品税改为增 值税后，煤矸石发电就不能享受减免增值税待遇， 企业经济负担有所 加重。四是企业经营体制落后。目前，大多数煤矸石电厂不是独立的 核算单位，是隶属于矿务局(矿)的二级单位或生产车间。这种管理体 制、经营机制既不能发挥煤矸石电厂的积极性，又不能按贷款合同 还本付息，严重地影响了煤矿办电的信誉。 五是局部电厂环境污染严 重。煤矸石的主要

16、特点是灰份高，发热量低，灰分一般在40%70%, 对于洗矸，硫分也比原煤高。煤矸石燃烧产生大量的烟尘和二氧化硫， 如不采取措施将对大气环境造成严重的污染。按照大气污染防治法 要求，煤矸石电厂假如不能达标排放，有可能被环保部门关停，形势 十分严峻。因此，对于较早建成的矸石电厂应尽快建设高效除尘设施， 燃用含硫高的矸石电厂要抓紧建设脱硫设施做到符合国家环保要求。四、煤矸石生产水泥1、做好煤矸石资源的调研：由于煤矸石的成份和所含热值变化较大， 煤矸石中砂岩种类与外观情况、硬度、易磨性和可塑性不同。如果煤 矸石选择不当会直接影响熟料的煅烧质量。 我们的研究结果明确，某 某地区的煤矸石主要化学成份艺与粘

17、土相似， 但硅低铝高，成份波动 大，Si02 般小于60%, Al , Q在20%左右，硬度为中等强度(800- 1600kg/cm2),易磨性较差，但从易烧性试验来看煤矸石配料在低温 阶段比粘土配料好，高温阶段根本一样，而可塑性相当于粘土二级塑 性，比通常用的粘土的塑性加要差一些。 由以上一些煤矸石的特性研 究结果可知，水泥生产中所用的煤矸石的主要特性对熟料质量的影响 很大，建议生产厂家使用主要化学成份相对稳定、热值较高、硬度 较小、含砂岩少页岩多的煤矸石。这使用煤矸石代替粘土生产优质水 泥熟料与早强型水泥和节煤降低生产本钱的关键。2、合理的工艺条件下同粘土相比应注意的问题：1有一定面积 的

18、均化堆场。使煤矸石代替粘土生产水泥对煤矸石的均化是生产优质 熟料的关键。使用前要对煤矸石进展简单的均化处理， 特别是同时使 用几家煤矿的煤矸石生产时高必须进展均化处理后方可用于配料生 产。2煤矸石须经破碎方可入库。由于煤矸石具有中等的硬度，易磨 性较差，如不破碎人磨，粉磨细度难于控制，细度合格率低，磨机量 下降，粉磨电耗高。3降低生料细度煤矸石。配料的生料塑性较 差，降低生料细度后不仅可提高生料塑性，易于成球，而且生料易于 煅烧，熟料质量好。4采用预加水成球。可大大改善生料的料球 质量，能提高生料球的强度，易于煅烧，有利于提高熟料质量。5适当提高生料球水分。煤矸石配料的生料球在入窑受热后易炸球

19、成 粉，中从而导致窑内通风不良，影响煅烧和操作。料球水分增大后可 减少炸球改善通风。五、煤矸石制砖1、煤矸石制砖开展现状我国在60年代初期就有许多砖厂在粘土砖中掺入煤矸石作内燃料， 以达到节煤的作用，而主要原料仍是粘土。后来有些砖厂试制出全煤 矸石砖，但建成生产线以后，生产的煤矸石砖出现严重的黑心和压印， 影响产品的内在品质和外观质量，建筑部门无法使用。到60年代末， 随着生产工艺的改革，根本解决了黑心和压印问题。进入70年代，全国已建成年产能力达1X 105块的煤矸石砖生产线；80年代又引进 外国制砖设备和技术，使生产线逐渐实现了机械化，其工艺设计和生 产设备接近国际水平。进入 90年代，煤

20、矸石砖已逐渐实现多品种、 系列化，由实心砖向多孔砖和空心砖开展， 焙烧窑也由轮窑向隧道窑 方向开展，生产工艺由两次码烧向一次码烧开展， 生产线产量也有较 大幅度提高。然而，由于技术等方面的原因，现在的煤矸石砖主导产 品仍然是以实心砖为主，市场需要的多孔、高强、薄壁砖还有待开发， 生产效率也有待提高。目前人均年效率在（23） X 105块（标准砖）的 生产线占50%左右，有局部生产线人均年效率在 4X105块，少数达 到6 X 10块。2、煤矸石制砖原料的选择泥质和碳质煤矸石质软、易粉碎，加上大局部煤矸石原料的可燃性，因此用于制砖十分有利。我国煤矸石的发热量多在6300kJ/kg以下,其中 33

21、006300kJ/kg、13003300 kJ /kg 和低于 1300kJ/kg 的各占30%，高于6300kJ/ kg的煤矸石仅占10%。当煤矸石原料发热量在 21004200kJ/kgX围时，可以 采取全煤矸石制砖。当煤矸石发热量不足时需加煤，当发热量超过上 述X围时，如此不宜采用全煤矸石制砖，应因地制宜，适量掺人一定 比例的页岩、粉煤灰或粘土等原料，掺配比例可按煤矸石发热量大小通 过工艺计算确定。3、产品品种 煤矸石制品现已向多品种方向开展，如煤矸石混凝土混合砌块、轻质 墙板等，但主要制品还是煤矸石砖，且仍以实心砖为主，而空心砖的 开展又比拟缓慢。从当前建材制品的开展趋势看，利用煤矸石

22、制空心 砖将具有更广阔的前景。其原因有如下几方面：一是实心砖的隔热效 果不如空心砖；试验明确，当孔洞率为 30%时，240mn厚的多孔 砖墙的隔热效果相当于370mn厚的普通实心砖墙；二是由于煤矸石本 身的热量，使实心砖难以燃烧彻底，往往形成严重黑心，给正常的窑 炉设计和焙烧工作带来许多难题， 而空心砖不存在这些问题；三是空 心砖可减轻建筑物质量：据测算，采用空心砖以后，建筑体质量可减 轻15%30%;四是煤矸石制砖实现产业化后，煤矸石将从过去的“废物变成一种可利用资源，实心砖仅仅为消化“废物起着积极 作用，而空心砖如此可为节约资源作出贡献。 如在现有煤矸石制品的 根底上，研制开发出新产品，生

23、产出辊花、拉毛、仿花岗岩等多种装 饰砖，用于别墅住宅等墙体的围护装饰，其产品市场将会更加广阔。4、生产工艺煤矸石砖以煤矸石为主要原料，一般占坯料质量的 80%以上，有的 全部以煤矸石为原料，有的掺少量粘土。主要工艺是，煤矸石经破碎、 粉磨搅拌、压制、成型、枯燥（排潮）、焙烧后即为成品。焙烧时根本 无需再外加燃料。煤矸石制砖提倡采用一次码烧工艺， 并用隧道窑取代轮窑，由人工枯 燥淘汰自然枯燥。图2为全煤矸石砖生产工艺流程示意图。煤秆石捲土机配料反击式破畀机取轴損悴机催料仓I双轴时机金帯«炉供料机在煤矸石砖生产工艺流程中需要注意的是： 煤矸石破碎后的颗粒级 配为：大于3mrt!勺要低于3

24、%,小于0.5mm的要达到50%以上，如生 产多孔空心砖，如此粒度还要减小。成型挤出前的坯料水分应控制 在16.5 % 17.4 %,其中第一道搅拌加水至成型水分的 80%90%, 泥料温度掌握在45C55C。焙烧带最高温度应限制在 1050C 1)h，焙烧周期约24 h。5、煤矸石制砖的建议在煤矸石制砖过程中，一是要彻底淘汰自然枯燥工艺，采用人工枯燥， 其优点是：可全天候生产；节约劳动力；节约厂区用地；减 少毛坯损耗。二是将轮窑改为隧道窑生产，以提高产品质量。三是淘 汰一批产量低、质量差的老式制砖设备，采用新一代的制砖设备，真 正使煤矸石砖的生产达到优质、高效、低耗。六、煤矸石制肥料1、煤矸

25、石制肥的原理：煤矸石矿肥配制的根本原理是以斜方沸石作 为载体，将N、P、K和微量元素载起，然后根据农作物的需要缓慢释 放，供农作物吸收。煤矸石活化后具有双重作用：既和斜方沸石一样 起到载体作用，又释放出本身的微量元素 zn、B、Co Mo供农作物吸 收。矿载肥的载体局部，风化后转变为土壤的组成局部，同时也改良了土壤。2、制作工艺如如下图沸石牌硏石飞含临七3、煤矸石制肥优点该肥料是以多种矿物为载体，把N、P、K、水分等均载起来，根据作物发育状况进展适当的、缓慢的释放，以供农作物吸收。经过初步 试验，认为可以增加经济效益和社会环境效益，减少大气和地下水的氮污染，减少煤矿等能源基地的“三废污染。同时

26、使用该肥料还具 有以下多种优点：(1)肥料本身含有多种成分和微量元素，如：TR、N、P、K、Zn、Cu、Mo、Co、B等，可供农作物吸收；(2)提高作物产量，经田间试验与 同等含氮量肥料相比，小麦、玉米和花生的产量可分别提高15 %、14.41%和35.54%: (3)提高作物质量，含 Zn量一年为25 106t(对照田间含Zn量为9g/1)，预计经过连续3年的富Zn优势性状选 择，并同时施加该复某某，即可优选获得富Zn小麦(80 120g/t),使小麦营养丰富；(4)提高作物抗灾能力，因小麦杆内含稀土高，可 以抗倒伏；(5)保护土壤，改良土壤，冈矿载肥中有多种矿物，具有 吸附作用，可以保水保肥，而且这些矿物风化后变为土壤