煤矸石的综合利用

TOC\o"1-5"\h\z一、煤矸石的产生2\o"CurrentDocument"二、煤矸石的主要成份及其分类2\o"CurrentDocument"1、煤矸石的主要成分2.\o"CurrentDocument"2、煤矸石的分类3.\o"CurrentDocument"3、煤矸石的活性4.\o"CurrentDocument"三、煤矸石带来的环境问题4\o"CurrentDocument"四、国内对煤矸石开发利用情况6\o"CurrentDocument"1、治理现状6.\o"CurrentDocument"2、我国煤矸石利用现状2.\o"CurrentDocument"五、综合评述7\o"CurrentDocument"1、煤矸石作筑路和充填材料8\o"CurrentDocument"2、煤矸石造气8\o"CurrentDocument"3、煤矸石发电9\o"CurrentDocument"4、煤矸石作为化工原拌刈9\o"CurrentDocument"6、利用煤矸石制砖11\o"CurrentDocument"1）利用煤矸石生产煤矸石砖.1.1\o"CurrentDocument"2）利用煤矸石生产砌块12\o"CurrentDocument"3）利用燥研石生产非烧结砖.12\o"CurrentDocument"4）利用煤矸石生产轻骨料12煤炭是我国最主要的能源，其资源非常丰富，2008年产量已超过27.16亿吨。随着煤炭生产的不断扩展，煤研石的产生量与日俱增，煤砰石产生量按原煤产量的15%计，每年煤砰石至少增加1.8亿吨，历年积存下来的煤砰石已超过27亿吨，占地30万亩以上，而且仍在继续增加。这样大量的煤砰石已严重地污染了环境，并侵占了大量的土地和农田，破坏了土地资源.如不加紧有效利用，将影响煤炭工业的正常发展，影响周围环境质量。煤砰石综舍利用以大宗量利用为重点，将煤砰石发电、煤砰石建材及制品、复垦回填“及煤砰石山无害化处理等太宗量利用煤砰石技术作为主攻方向，发展高科技古量、高附加值的煤砰石综合利用技术和产品。关键字：煤砰石，综合利用，建筑材料，制砖，发电AbstractCoalisChina'smostmainsourceofenergy,anditsresourcesareveryrich,2008productionhasbeenmorethan27.16milliontons.Withtheexpansionofcoalproduction,MeiYanstonequantitygrows,coalgangueproductionrawcoalproductionaccordingtotheplan,everyyearatleast15%increase1.8milliontonsofcoalgangue,coalganguejialistockpiledownalreadymorethan27milliontons,coversanareaofmorethan30mu,andcontinuestoincrease.Suchalotofganguehasseriouslypollutedenvironment,andoccupyalargeamountoflandandfarm,destroythelandresources.Ifnotsteppingupeffectiveuse,willaffectthenormaldevelopmentofthecoalindustry,influencearoundtheenvironmentquality.Forbulkquantityofcoalgangueensembleandotherblesseduseasthekey,coalganguepower,coalganguebuildingmaterialsandproducts,reclamationbackfilling"andganguemountainfree-pollutiondisposaletcwasquantitybyusingcoalganguetechnologyasthemainattackdirection,develophi-techancientquantityandhighvalue-addedganguecomprehensiveutilizationtechnologyandproducts.KeyWord・coalgangue,comprehensiveutilization,buildingmaterials,makebricks,powergeneration.一、煤矸石的产生煤砰石是夹在煤层中，与煤伴生的岩石。是采煤和选煤过程中排出的废废弃物。其产生的途径有以下四种：a在井简与巷道掘进过程中，开凿排出的计石。在采煤和煤巷掘进过程中，由于媒层中夹有砰石或削下部分煤层顶底板，使运到地面中煤炭含有的原砰。洗煤厂产生的洗砰和少量人工挑选的拣砰。煤砰石的来源及产生情况见下表。煤砰石的来源及产生情况表煤砰石的来源及产生情况露天开采剥离及采煤巷道掘进排出的白砰采煤过程中选出的普砰选煤过程产生的选砰所占比例（%）453520煤炭是我国最主要的能源，其资源非常丰富，2008年产量已超过27.16亿吨。随着煤炭生产的不断扩展，煤研石的产生量与日俱增，煤砰石产生量按原煤产量的15%计，每年煤砰石至少增加1.8亿吨，历年积存下来的煤砰石已超过27亿吨，占地30万亩以上，而且仍在继续增加。这样大量的煤砰石已严重地污染了环境，并侵占了大量的土地和农田，破坏了土地资源.如不加紧有效利用，将影响煤炭工业的正常发展，影响周围环境质量。二、煤矸石的主要成份及其分类1、煤矸石的主要成分煤砰石的化学成分是煤砰石煅烧后灰渣的成分，其化学成分和粘土相似，可用于筑路、生产烧结砖及非烧结砖、混凝土制品、砌筑砂浆材料和陶粒等轻骨料。有的煤砰石含硅较高。可作为硅质原料，用作水泥原料和混台树等。煤砰石、糟煤灰和粘土的化学成分比较如下表。煤砰石的组成和性质是选择利用途径和指导生产的重要依据。煤砰石的主要化学成分尾铝和硅的氧化物。此外，还古有微量元素和稀有元素Ga、Be、Co、Cu、Mn、Mo、Ni，Pb、V、Zn、In、Bi、Gk等，有的还含有放射性元素。煤砰石的产地分布和原煤产量有直接羌系。目前，我国年产砰石量超过400万吨的地区有东北、内蒙古、山东、河北、陕西、山西、安徽、河南和新疆等，可见煤砰石产生量多的地区主要在北方。最近几年，重庆市年排煤砰石约90多万吨。占一般鹿弃物的20%左右。由于煤砰石的成分、性质随其生存条件等的不同而存在很大差异。所以必须因地制宜地根据当地条件选择利用途径和技术。煤砰石工业分析见下表。煤砰石的工业分析表（％）2、煤砰石的分类煤看f石与煤系地层共生，是多种矿岩组成的混合物，属沉积岩。煤砰石可根据其矿物学特征分为以下几类：A、粘土矿型：这是目前已经实用化的一类砰石。其矿物组成有高岭石、蒙托石、炭质页岩、石英、长石、云母，还有大量硫铁矿等。粘土岩娄在煤砰石中数量最多，选类煤砰石里黑揭色.层状结构，易糟碎。B、砂岩型：主要成分为石英、长石、云母等。采煤掘进巷道进出的煤砰石，大多以砂岩为主。C、碳酸岩型，主要成分有方解石、白云石、铁白云石、磷铁矿、硫铁矿、有机硫等。D、铝质岩型，主要成分有三水铝矿，一水铝矿、一水硬铝矿、石英、褐铁矿、自云母、方解石等。3、煤矸石的活性粘土岩粪煤砰石主要由粘土矿物组成，加热到一定温度时（一般为700-900°C）.原来的结晶相分解破坏，变成无定型的非晶体，使煤砰石具有活性。活性的大小和砰石的物相绢虎有关，还和煅烧温度有关。堆积在大气中经过自燃的红砰.其热值报低，但具有一定的活性。测定煤研石的活性，可采用化学法火山灰括性检验方法来进行｝比较。煤砰石含硫量大于3%即会着火，含硫量大于1%就有可能自燃。一般煤砰石的着火点为280C.比煤的发火点约低80C，这是煤砰石自燃的基本原因，此外，煤砰石的自燃还与热值、气候、微生物等等有关，其机理比较复杂。三、煤矸石带来的环境问题煤砰石作为固、液、气三害俱全的“工业废料”，它的长期堆放不仅浪费了资源，占压了大量的土地，而且污染了水源、土壤和周围的空气.严重影响了矿区的生志环境和居民的生命财产安全。3.1、占用土地煤砰石随开采或洗选出来后多堆于井口附近，长此已久，就形成了砰石山，这些砰石山大多紧邻居民区，占压了大量的生活用地和建筑用地，以及大量的林地和耕地。据有关部门统计，目前我国历年累计堆放的煤砰石总积存量约为45亿t，年排出量3亿t，规模较大的砰石山将近1600座，占用土地约1.5万hm：，并且堆积量还以1.5〜2.0亿妇的速度增加。这不仅破坏了矿区的生态环境，而且影响了矿区的自然景观，引发了一系列社会和自然问题。3.2、煤砰石堆放污染水源煤砰石中含有Nq、Cu、zn、Pb、S、F、C1等有害元素经过长期雨、雪淋漓溶解，把煤砰石中部分有害元素随地表径流转入江、河、湖和地下水中，造成水中有害元素含量增加，在煤砰石自燃区还产生了自然硫、雄黄、氯化铵、硫铵石、无水芒硝、水硫酸铝石、六水镁矶等矿物，这些矿物质受雨水淋溶，会使矿区水质硬化，污染水源。3.3、煤矸石堆放污染土壤煤砰石中除含有SO：、SiO2、A1203、Fe、Mn等常量元素外，还有少量有毒重金属如HPh、Ga、Ti、Sn、V、co等，煤砰石经风吹、日晒、雨淋等分化作用，部分元素浸入土壤中，造成土壤污染。同时，煤砰石中的SO：和SO,等硫化物遇水发生化学反应，使土壤慢慢酸化，破坏土壤肥力，使植物不能生长。3.4、煤矸石堆放污染空气露天堆放的煤砰石，日积月累，使矿区悬浮物大大增加。煤砰石自燃，排出大量的CO、SO、SO、NOx等有害气体和烟尘，严重污染矿区的空气质量。3.5、煤矸石山失稳引起重力灾害煤砰石山的稳定性受砰石堆基础岩土体的抗剪强度特性、本身的结构、石堆的形状和基础岩土体孔隙的水压力等因素所制约［2］。煤砰石的堆放的自然安息角为38。〜40。，超过这个角度范围或在人为开挖以及降雨量强度达到60mrrdh口时容易引发重力灾害，如泥石流、滑坡、坍塌等造成人员伤亡和财产损失。在煤砰石内部，空隙较大，与空气接触氧化产生大量热量，尤其在夏季高温闷热的情况下，容易使煤砰石山内部发生爆炸，严重威胁到矿区居民生命财产安全。、国内对煤矸石开发利用情况1、治理现状近年来，许多地方和部门以及厂矿企业，都在致力于固体废物的处理和处置。1988年垒国已有60.1%的工业固体废物得到了简单的处理和处置。吉林化工公司、北京燕山石化公司等建设了填埋场。山西省汾西矿务局利用石灰浆灌注高硫煤砰石堆，取得了熄燃效果。2、我国煤矸石利用现状国家《煤砰石综台利用技术政策要点》指出，煤砰石综舍利用以大宗量利用为重点，将煤砰石发电、煤砰石建材及制品、复垦回填“及煤砰石山无害化处理等太宗量利用煤砰石技术作为主攻方向，发展高科技古量、高附加值的煤砰石综合利用技术和产品。2.1、煤矸石发电按照〈煤砰石综合利用管理办法〉，含煤砰石的燃料应用基低位发热量小于12.55MJ/kg时作为煤砰石利用。发热量大于7.5MJ，kg的煤砰石直接作循环流化床锅炉燃料，发热量低于7.51MJ/kg的煤砰石掺加煤泥、洗中煤后用于煤砰石发电厂，其灰渣生产建材。对于砰石中含硫量较高的，应采用炉内石灰脱硫技术，减少污染排放。2.2、提取化工产品含有矿物元素并具有一定深加工价值的煤砰石.来源于选煤砰和井巷位于特定地质层位的掘进砰。可利用的矿物元素主要是Si02、AL2O3、Fe2O3、FeS2和Mn、P、K等。AL2O3>35%的高铝媒砰石可用来制炼钢高效脱氧剂硅铅铁台金、制取多用途的氢氧化铝、碱式氧化铝净水刺、制造硫酸铝和钕明矶的烧结料等。舍Fe与的煤砰石氧化产生SO2是污染环境的罪魁措首，而硫又是重要的化工原料，从煤砰石中回收硫铁矿具有较高的生态效益和经济教益。2.3、煤砰石复垦厦回填矿井采空区岩石段自燃砰石暂时不能加工利用的，可以充填塌陷区或埋填造地。充填造地只需保水措施，防止水土流失。在造地的片区上先将熟化表土转移，然后垫铺岩石及自燃砰石至一定厚度，碾压整平再将熟化土覆盖，如此分片区逐年扩展，可造就大面积平地和台阶地.同时结台土壤改良，再造优质农田。五、综合评述我国多年实践表明，熟值在2.09x103KJ/Kg以上的煤砰石，都可用于生产建材。煤砰石既是一种燃料.又可视其热值含量而作为能源，使其发挥双重效能。因而前景是很好的。用煤砰石代土节煤烧高标号水泥熟料已被社会接受。特别在石灰石和煤炭资源丰富的地区，利用煤砰石与石灰石烧成的高标号水泥外运，解决了以往煤砰石外运，经济上不合理的问题。在缺乏石灰石和煤炭地区，可以运入煤砰石烧成的熟料生产水泥。煤砰石砖已成为我国矿区附近解决墙体材料的有效途径。煤砰石砌块已为社会承认。煤砰石发电，我国已有成功经验。江西萍乡矿务局坑口研石电站，采用热值6.479X103—6.106X103KJ/Kg的煤砰石，在相同规模下发电，成本不到0.06元/鹰屯烧渣也可做成产品销售。煤砰石沸腾炉烧渣既是藤料，又是经过加工具有一定性能的产品，圈此可以将沸腾炉视为水泥厂生产水泥混合材料的热工设备。可以按照混合材料的技术要求加强生产控制，使炭尽可能完全燃烧，而又兼收供热和发电之利。因此，在有条件的坑口、交通便利等地方，兴建沸腾炉发电站，作为附近地区水泥厂混合材料的生产基地，是经济效益和环境效益都比较好的煤砰石综台利用途径。用煤砰石生产的低标号水泥.只要它的安定性能符合国家标准.其利用前景也是相当好的。这主要是它作为水泥混合材料时.具有参量大，成本低的优势。我国早在50年代就开始了煤砰石综台利用的研究和生产.并取得了一定的经验和效果。近10年来.煤砰石建筑材料发展相当迅速.开拓了多种利用途径.发展了较成熟和较先进的技术。据不完全统计.全国已有近300个墙体材料和水泥厂利用煤砰石生产产品，煤砰石的年利用量达到2500万吨以上。为了进一步开展煤砰石的综合利用.国家计委等领导部门制定了有关政策，鼓励利用，要求各地区、各部门把煤砰石作为资源，在指导思想上，要从目前的“堆存为主”逐步转变到“利用为主”，确定一大批单位作为直接综合利用煤砰石的重点，同时规定了必要的不加利用的限制措施。近些年来，我国关于煤砰石生产建材的研究和应用也有很大进展。1980年用于生产建材的煤砰石达到排量的15%，大多数属于以粘土矿型为主的煤砰石（包括洗砰）。为了合理利用煤砰石，我国煤炭工业和建村部门按热值划分煤砰石的用途。下面介绍几种技术比较成熟、生产投资少、能耗低、销路好、或用砰量较大，可以较好地将煤砰石综合利用，起到保护环境作用的煤砰石利用途径。1、煤砰石作筑路和充填材料煤砰石是很好的筑路材料，它具有很好的抗风雨侵蚀性能。目前，国内使用煤砰石作筑路材料的不多，有待开拓。在道略建设中，特别是在乡镇公路中使用煤砰石.可以降低筑路成率，改善环境，减少排放煤砰石占用的土地，是综台利用煤砰石的一条重要途径途径。2、煤砰石造气煤砰石煤气炉造气原理与一般煤气发生炉基本相同嘲。原料可采用灰分选70—80%、发热量为0.418X104〜0.502X104KJ/kg的煤砰石，所得煤气的发热量可选0.293X104〜0.46X104KJ/m3左右，砰石造气的特点是燃料不需破碎，能减少烟尘，改善环境，且构造简单，投资不大.制作容易，一次投煤，一次清渣.但存在的问题是结渣严重，气化效率低，不能连续地、稳定地进行造气。3、煤矸石发电煤砰石发电的关键，是它的燃烧加工问题。由于其发热量低，故不能用一般燃烧锅炉燃烧处理，研究和生产实践表明.沸腾炉是燃烧煤砰石较好的一种、世菩，特别适于处理粉碎后的煤砰石。4、煤矸石作为化工原拌刈煤砰石所含的许多元素中，Si02和A1203是含量最高的。因此，通过不同方法，提取其中一种元素或生产硅铝材料是煤砰石化工利用的主要途径。其中有烧结、自行糟化法同时生产氯化铝和水泥；硫酸法生产氧化铝或硫酸铝；盐酸和硫酸法浸取煤砰石，制取氧化铝、聚合铝、水玻璃和白炭黑等；生产铵明矶。其中氯化铝和聚合铝是用途最为广泛的产品，它们都可用作净水剂。结晶氯化铝可以作为熔模精密铸造工业中的硬化剂和造纸工业中的硬化剂和施腔沉淀剂。聚合铝还可用作水泥速凝剂.耐火材料的凝结剂等。生产实践表明：作为铝盐原料的沸腾炉渣必须符告下列三个条件：a、矿物组分杂质含量要低.含铁量应控制在1.5%以下，钙镁也应控制在0.5%以下；b、氧化铝含量要高，一般要求在35%以上：c、酸溶出率要高（一般要求大于80%）。5、利用煤砰石生产水泥煤砰石的化学成分和粘土相似，可用于筑路、生产烧结砖及非烧结砖、混凝土制品、砌筑砂浆材料和陶粒等轻骨料。有的煤砰石含硅较高，可作为硅质原料用作水泥原料和混合材.可“代替砂子，生产蒸养砖等。大部分粘土岩型煤砰石可阻用来生产普通硅酸盐水泥。高铝煤砰石可用来生产早强、速凝特种水泥。用煤砰石制造水泥主要是做水泥的原料和掺台料。1）煤砰石作原燃料生产水泥煤砰石能作原燃料生产水泥，是由于煤砰石和粘土的化学成分相当.代替粘土提供硅质铝质成分；煤秆石能释放一定热量，可代替部分燃料。煤砰石作原燃料生产水泥的工艺过程与生产普通水泥基本相同。将原燃料按一定比例配台.磨细成生料，烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的熟料.再加”适量的石膏和混台材料，磨成细粉而制成水泥，即所谓“二磨一烧”。2）煤砰石作水泥混台材料和少熟料水泥由于煤砰石经自燃或人工煅烧后具有一定活性，可掺入水泥中做活性混合材，与熟料和石膏按比例配合后入水泥磨磨细，然后人水泥库包装或散装出厂。用煤砰石作混合材料时，应控制烧失量W5%，SO2W3%，火山灰性试验必须合格，水泥胶砂28天抗压强度比N62%。煤砰石掺入量的多少取抉于熟料质量与水泥品种和标号。在水泥熟料中掺入15%的煤砰石，可制得325号〃--425号普通硅酸盐水泥。掺量超过20%时，按国家规定，就成丁火山灰硅酸盐水泥，国家标准规定，火山优质硅酸盐水泥可掺混台材量20〜50%。煤砰石制水泥用砰量不大，但水泥可以胶结为符合技术要求的砂岩型煤砰石骨料（代替砂石料），生产多种建材产品，收到大量用砰的效果。3）煤砰石硅酸盐水泥用煤砰石生产水泥，主要是以煤砰石代粘土配成生料，烧到部分熔融。得到以硅酸三钙为主要成分的水泥熟料，再加入大量自燃煤砰石或煤砰石沸腾炉烧渣和过量石膏磨细而成。下表是我国部分煤矿采用生砰石生产火山获质硅酸盐水泥所用生料的化学成分。地一名生料配比一化学成分石灰石丽石铁粉烧失量SiOi心CaOF咐安微瞧溪80,1714755.0835.8012.503.7242.923.860.86王平村7&61757,堀4。创9朋53736352.653.S4淄博72512.23J40.5910.226.6438.733,792.80按上面的生料配比配成的混合生料经过烧制成为水泥熟料后，其中硅酸三钙含量在50%以上，硅酸二钙在10%以上，铝酸三钙在5%以上，铁铝酸四钙在20%以上。再向这种熟料中加入一定量的自燃煤砰石和适量石膏.磨细后就成为火山灰厩硅酸盐水泥。4）煤砰石无熟料水泥煤砰石无熟料水泥的制备不需生料磨粉和煅烧，而是直接将具有一定活性和适当化学成分的煤砰石沸腾炉渣与激发剂按比例配合。混匀磨细而成。煤砰石无熟料水泥的生产工艺基于原料.设备和产品的差异而各有不同.但基本工艺是相似的。下图是石灰拂腾炉烧渣无熟料水泥生产工艺流程。其中沸腾炉烧渣是煤砰石低温沸腾燃烧排出的废物，氯化铝渣是以煤砰石作原料生产氯化铝过程中排出的废物，它可以提高水泥强度。加速水泥硬化，石灰和石膏可以提高水泥的早期强度、加速水泥硬化，此种煤砰石无熟料水泥的原料配比为：沸腾炉渣60〜75%、生石灰15—25%，熟石膏8〜12%、氯化铝渣8〜15%。6、利用煤砰石制砖1）利用煤砰石生产煤砰石砖利用煤砰石制砖包括用煤砰石生产烧结砖和作烧砖内燃料。泥质和碳质煤砰石质软、易粉碎，是生