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浅析煤矸石的综合利用途径

来源:用户上传      作者: 何莉

  一、煤矸石特征
  煤炭在我国总能源结构中的比例占到70%以上。在煤炭开采和洗选加工过程中,排放出大量的煤矸石。煤矸石是煤炭开采和加工过程中排放的废弃物,主要有三种类型:煤层开采产生的煤矸石,由煤层中的夹矸、混入煤中的顶底板岩石如炭质泥(页)岩和粘土岩组成;岩石巷道掘进(包括井筒掘进)产生的煤矸石,主要由煤系地层中的岩石如砂岩、粉砂岩、泥岩、石灰岩、岩浆岩等组成;煤炭洗选时产生的煤矸石(即洗矸),主要由煤层中的各种夹石如粘土岩、黄铁矿结核等组成。煤矸石产出量一般要占到煤炭产量的10%左右,约占全国工业废渣排放量的1/4。目前我国煤矸石的积存量已达41亿吨以上,并且仍以每年亿吨以上的速度递增。矸石山侵占着大量的土地,其中大部分为耕地。煤矸石是工业固体废弃物中排放和堆存量最大的一种。若不加以利用,长期堆放于地表,不仅占用大量土地、影响自然景观、破坏小区内的生活环境,而且还会造成大气、土壤、水体污染及地质灾害的发生。煤矸石若加以充分利用,则将变“废”为宝,化害为益。
  二、煤矸石的综合利用途径
  1、煤矸石生产水泥
  水泥是一种无机水硬性胶凝材料,它加水成浆状后,既能在空气中硬化,又能在潮湿介质或水中继续硬化,并能把沙、石等材料牢固地胶结在一起形成人工石材。采用煤矸石生产水泥,要求煤矸石中Sio2、A12O3、Fe2O3含量较高,三者的总含量要求在80%以上。主要应用途径:(1)煤矸石作原燃料生产水泥:是由于煤矸石和粘土的化学成分相近,代替粘土提供硅质铝质成分;煤歼石能释放一定热量,可以代替部分燃料。(2)煤矸石作水泥混合料:是由于煤矸石经自燃或人工锻烧后具有一定活性,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,然后入水泥库包装或散装出厂。(3)生产煤矸石无熟料及少熟料水泥:煤矸石无熟料水泥是以锻烧煤矸石为主要原料,掺入适量石灰、石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。有时也掺入少量熟料作激发剂。生产这种水泥方法简单,投资少、收效快、成本低、规模可大可小。煤矸石熟料水泥也是以煤矸石为主要原料制成,但用熟料代替石灰作为主要原料之一。它与无熟料水泥相比,具有凝结快、早期强度高、劳动条件好、简化工艺等特点。生产工艺流程是用锻烧煤砰石、石灰加少量熟料或单用熟料、石灰按比例配合磨细,然后入库即获得无熟料或少熟料水泥。煤矸石的技术要求与做混合材料生产火山灰水泥基本相同。要求含碳量低、活性高、成分稳定。锻烧温度在650~1000℃之间。近年来许多地方采用沸腾炉锻烧法,掺入量根据锻烧煤矸石的活性、石膏和石灰(或熟料)的质量确定,一般占60%~70%。
  2、利用矸石发电
  煤矸石电厂是指利用煤炭开采及洗选加工过程中排放的矸石、煤泥等作为燃料的发电厂。发展煤矸石电厂是我国实施可持续发展战略,加强环境保护、实现资源的有效配置和利用以及煤炭行业、产业、产品结构调整的必然选择。利用煤矸石、煤泥等低热值燃料建设电厂和热电厂符合国家的产业政策。它有利于节约能源,改善环境质量。因为它可以将这些低热值的燃料转化为电力,化害为利,变废为宝。同时,可取代矿区内现有煤耗高、热效率低的各种中小锅炉,减少烟尘和S02的排放量,改善矿区环境条件。在矿区建热电厂,可以充分利用矿区的固体废物煤矸石、煤泥等,而且,发电过程中产生的废渣粉煤灰等也可以供给砖厂、水泥厂使用;它不仅可满足供热区内热负荷日益增长的需要,而且,可适当增加供电负荷,提高矿区供电安全和可靠性,对矿区经济发展起到促进作用。利用煤矸石作为燃料发电,可分为两种情况,一种是用全矸石,另一种是用矸石和煤泥混合。在用全矸石做燃料时,应该先进行洗选,用石灰石脱硫之后,再使用,其燃烧后产生的灰渣还可以做其他建材原料。在用矸石、煤泥的混合物做燃料时,要求矸石的热值在4500-12550kj/kg之间,水分含量大约25%~70%。煤矸石综合利用电厂采用循环流化床锅炉,其燃烧生成的灰渣物化性能好,是生产建材用的活性填料和辅料;而生成的粉煤灰又可作为水泥厂的原料:另外,矿区的塌陷区将是天然的排灰场,为塌陷区复垦造田创造了前提条件。这些都是矸究区建电厂的优势所在。
  3、矸石中洗选伴生矿物
  煤巷掘进矸和洗矸中往往混有发热量较高的煤、煤矸连生体和炭质岩,有些是高铝矸石、石灰岩矸石,硫铁矿一般富集在洗矸中。从矸石中回收硫铁矿,使资源得到合理利用,可以减少硫磺进口,满足国内急需,而且投资较省,吨精矿生产能力投资要比单独开采约减少一半。从洗矸中回收lt硫精矿,一般可盈利30元左右,同时每处理4~5t洗矸尚可回收lt劣质煤作为沸腾锅炉燃料,减少了污染。回收硫铁矿应采用含硫量大于6%的洗矸,根据硫分含量的数据可以看出,很多矿区的含硫量都超过6%,适合于洗选回收。
  4、矸石筑路
  近年来人们对环境保护意识日益加强,关于各种工业废渣的利用问题也越来越引起重视,在各种工业废渣中,煤矸石产量最大,性能适于用作公路填料,因此为煤矸石的再次利用找到了一条合适的途径。而且,把煤矸石作为道路基层材料用于筑路工程,有着明显优势,是对煤矸石的种类和品质没有特殊的要求,对有害成分含量的限制要求不高,适用于多种类型煤矸石;二是煤矸石在道路工程中的应用具有耗渣量大、无需进行特殊处理及采用特殊技术手段的优点,是一种利用煤炭工业废料以减少环境污染的有效途径。因此,对煤矸石的应用矸究,特别是在道路工程中的应用,具有较大的经济效益和社会效益。而且,煤矸石的压碎值为27.3%,远远满足路基填料的要求;高速公路填方路基的最大强度(CBR)要求为8%,而煤矸石的承载比为38.7%,完全满足要求;吸水量1.6%(略大于碎石吸水量)表明,煤矸石孔隙率小,利用煤矸石作路基填料修成的路基具有抗冻性高、水稳定性好、分散能力强的特点,因此,用煤矸石填筑路基能有效防止冻胀、翻浆的优点。作为路基填料的煤矸石,应选用贮存时间较长,且经过物理风化、化学风化的煤矸石,以红、黄、灰色为优,黑色最差,己风化成粉末者为优,大块含量不宜过多,如大块太多,必要时要采取措施,利用机械加工成小块。宜选用级配良好的煤矸石,确保煤矸石碾压后的密实度。
  结语
  总之,在以前较长的一段时间内,煤矸石在采煤、选煤过程中只有被剔除而丢弃,所以几乎所有的煤炭矿区的煤矸石都堆积如山。而且我国对煤矸石的治理思想从环境卫生角度考虑较多,而环境保护意识似乎还不够,处置方法是以消极的堆放保存为主。这种以堆贮为主的煤矸石治理方法付出的代价是相当大的,而且已经带来了诸多的社会和环境问题,因此需要在综合利用方面多加研究和探讨。
  参考文献
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