浅谈煤矸石资源化利用获奖科研报告

浅谈煤矸石资源化利用获奖科研报告摘

要：本文针对煤矸石资源化利用国内外现状，从煤矸石作为建筑材料的原材料，回收其中的残碳，火力发电，生产化工原料等分析了资源化利用的技术和方法，对煤矸石资源化利用的前景进行了展望。

关键词：煤矸石;资源化利用

1.引言

煤矸石是煤炭开采和洗选过程中排出的固体废弃物，是成煤过程中同煤层伴生的煤质沉积岩类矿物质，是世界也是我国排放量最大的工业废弃物之一[1]。我国资源“富煤、贫油、少气”，能源结构仍以煤炭为主，产生了大量的煤矸石，成为我国最主要的固体废物来源之一。大量煤矸石的产生以及堆存产生了严重的环境问题，不仅会占用大量的土地资源，而且极易产生粉尘，造成爆炸或者自燃。也会对周边人们的活动以及身体健康带来极大的危害，威胁到人们的生命安全。所以对煤矸石进行资源化利用势在必行，这是处理煤矸石的有效途径，对环境保护，绿色开采加工有着重要意义。

2.煤矸石资源化利用国内外发展现状

我国20世纪50年代开始即开展煤研石综合利用方面的研究，但利用率一直都不高。在20世纪50年代至80年代主要用于制砖利用率不到2%;20世纪80年代中期至90年代中期，除了用于制砖还开始用于发电、铺路和回填，但利用率仍然很低。90年代以来煤研石综合利用虽取得了明显成效但也还存在不少突出问题[2]。煤矸石利用率较低，而且难以形成产业链式的生产模式。

相较于国内来说，国外对煤矸石的综合利用早，技术较为先进。早在70年代初，德国，法国等的煤矸石利用率会已经达到30%～50%。其中一些国家部分矿区的煤矸石利用率高至100%。此外，英国将热电转换引入到过程集成节能技术及其应用进行了系统研究，其他产煤大国也有很多技术人员对这一领域进行研究，并开展专项研究工作。

3.煤矸石资源化利用

以煤矸石作为主要原料制备工业原料，这不仅符合我国大力提倡废物资源化利用的政策，而且與其它资源化途径相比，它具有更高经济效益和研究价值[3]。根据煤矸石热值的不同进行二次利用，主要方式有：回收煤炭资源、作为燃料燃烧、提取及制备化工原料、回填矿坑等。

3.1回收能源

3.1.1煤矸石进行发电

对于含碳量较高的煤矸石资源，可以把其作为流化床锅炉的燃料进行利用。随着科学技术的发展，我国在20世纪90年代已经掌握了相应的消烟除尘技术，这也为煤矸石资源发电的实现提供了保障。随着对利用煤矸石资源发电技术研究的深入，利用煤矸资源进行发电已经成为我国煤矸石再生利用的主要途径[4]。煤矸石发电工艺相对简单，技术要求较低。在发电过程中，可将煤矸石与其他火力发电所用的劣质煤进行一定比例的掺配，进行分级处理，末煤可送入流化床锅炉中进行燃烧，带动蒸汽轮机进行发电。对于煤矸石燃后产生的烟气可以通过消烟除尘技术进行处理，对于燃烧后的残渣，由于其具有较好的理化性能，可以应用于建材，化工原料等各方面。从而在煤矸石进行火力发电后不仅解决煤矸石带来的环境污染问题，而且促进了资源的有效利用，达到了煤矸石资源化利用的目的。但煤矸石资源发电任存在一些技术问题，难以走进千家万户。

3.1.2煤矸石中煤炭资源的回收

含煤15%以上的煤矸石，可以发电、炼铁、烧锅炉、烧石灰等。回收煤矸石中的煤炭资源，是煤矸石能源利用和其他资源化再生利用必需的预处理工作。目前，回收煤炭的洗选工艺主要有水力旋流器分选和重介质分选。对煤矸石中的煤炭资源进行洗选回收，可有效的回收大量煤炭资源，对提高企业效益和节约资源有着重要作用，选后的矸石可用于回填，铺路等。

3.2生产建筑材料

3.2.1煤矸石制砖

烧制红砖，需要消耗大量的粘土，使得大量的耕地遭到破坏，这种损耗资源的方式是不可取的。煤矸石中的成分与粘土的成分十分相似，且量大、价格便宜，所以煤矸石可代替一部分的黏土，用煤矸石生产的砌块中，煤矸石占坯料总重的80%～100%。用煤矸石制造出的建筑砌块的性能比普通粘土砖更优越，如强度更高，耐腐蚀性更强，且干燥快，收缩率低[3]。同时煤矸石中残余的煤炭还可用作烧砖的内燃料，提供烧砖时的热量。

3.2.2生产水泥

煤矸石组成中有大量的硅酸盐，用煤矸石生产水泥也是一种常见的煤矸石资源化利用途径。在以前，由于存在一些技术问题，以煤矸石为原料生产普通硅酸盐水泥，生产的水泥强度相对较低，煤矸石的利用率也较低。后期，随着工艺的改进，逐渐解决了上述问题，不仅强度得到显著增强，利用率也极大的提高。例如，425R、525R型普通水泥，可通过添加特种高温活化剂，能使标号达到640以上，早后期强度高。而煤矸石经过燃烧后，生成的残渣有一定的活性，磨碎后可直接用作为水泥填充料。

3.3生产化工原料

3.3.1制取铝系产品

煤矸石一般含有较多氧化铝，首先可提取氧化铝，接着制铝，其次是制备Al（OH）3、Al2O3、AlCl3等铝盐。活化煤矸石可制取铝矾土和硫酸产品，再根据实际需要调整铝盐及工序，然后进行不同铝盐制备或者直接提铝。将氢氧化铝磨到超细氢氧化铝，可在化妆品，纸张填料中进行广泛应用。三氧化二铝则可以用作分析试剂、有机溶液脱水剂等。不但可以使得煤矸石资源化利用，还可以节省铝资源。

3.3.2制取石油催化剂

利用煤矸石制备分子筛，煤矸石中主体化学成分氧化硅、氧化铝和碳都能得到利用。先由煤矸石结合一定化学试剂制得导向剂，再生成分子筛，而且制得的材料同时具有微孔和中孔的结构特征，具备亲水和亲油吸附特征。利用煤矸石制备分子筛也可用于净水行业，保护生态环境，更重要的是用于石油行业做石油催化剂[5]。有效的降低石油催化剂的价格，对企业效益和节能减排有重要作用。

3.4其他应用

由于我国矿产资源的丰富，所以煤矸石中也含有较多的元素，可以将其提取或加工利用。可以用提取其中的稀有元素，来达到回收和节约稀有矿产资源的目的，还可以来生产一些吸附材料、，煤矸石中的高岭土可以制造纸涂料、对于含铁较高的煤矸石，可以通过分选的办法来回收硫化铁，作为制造硫酸的原料，回填采空区等。

4.结论与展望

煤矸石的资源化利用不仅关系着企业效益的问题，更严重的是随之带来的环境问题。煤矸石的综合资源化利用必然是解决煤矸石问题的主要手段。但在煤矸石资源化利用仍存在一些问题：

（1）没有在煤矸石资源化利用方面系统的研究，使得煤矸石的资源化利用存在一些技术问题，一些高技术难以广泛推广。

（2）国到家政策扶持较少，一些矸石电厂由于规模较小，投资较少，难以达到国家排放标准，