煤矸石在化學工業中的應用與環境保護

謝 嶸

煤矸石在化學工業中的應用與環境保護

謝 嶸

(安徽省淮北市環境保護監測站,安徽淮北 235000)

煤矸石廢棄帶來的眾多環境問題導致其資源化綜合利用迫在眉睫。煤矸石在化學工業中的資源化利用途徑很多,也不可避免地帶來環境污染問題。采取各項環境保護措施可以減少煤矸石在化學工業資源化利用過程中產生的環境污染問題,以達到煤矸石利用的減量化、資源化、無害化目的。

煤矸石;化學工業;環境保護

0 前言

煤矸石是在煤炭掘進、開采和洗煤過程中排出的固體廢物[1]281。我國是世界產煤大國,排放的煤矸石數量相當巨大,目前全國累計堆放的煤矸石超過10億噸,今后的排矸量也會隨著煤炭產量逐年增長而增長。煤矸石廢棄、堆積會帶來一系列嚴重的環境危害:侵占土地,污染地下水和地表水系,還會因自燃而污染大氣,影響生態,破壞景觀,損害人類健康,等等。因此,開發煤矸石資源是一個刻不容緩的重要問題。

到目前為止,我國煤矸石資源化利用途徑很多,在化學工業方面的應用包括煤矸石制鋁、制分子篩及有機高分子材料等。利用煤矸石生產化學工業產品過程中會存在著大量的環境保護問題,本文就此展開論述。

1 煤矸石在化工行業中的應用

1.1 生產鋁系列產品

利用煤矸石制取含鋁產品的研究一直是煤矸石化工利用的一個熱點[2]168。煤矸石是富含鋁硅成分的礦物,主要成分為硅、鋁的氧化物等,當其中鋁含量達到一定量時,常備用來提取金屬鋁、氧化鋁和其他鋁鹽,也可生產凈水劑聚合氯化鋁。生產聚合氯化鋁所排廢渣主要成分是無定形二氧化硅和少量的石英和高齡土成分,以及未被浸取的氧化鋁和少量的不可轉化的物質。它們可以作為合成沸石的資源加以利用。

1.2 制備分子篩

狹義上講,分子篩是結晶態的硅酸鹽或硅鋁酸鹽,常用的有3A、4A、5A等分子篩。研究表明,煤矸石用來制取4A分子篩的工藝已經十分成熟。合成4A分子篩的煤矸石宜選用石炭系、二疊系煤層中的硬質煤系高嶺巖[3]254。

1.3 制備白炭黑及硅鋁炭黑

煤矸石可以用來生產白炭黑,方法主要有炭化、燃燒、氣相和沉淀法。

硅鋁炭黑技術是我國首創,用煤矸石為原料生產硅鋁炭黑,不僅解決了煤矸石污染問題,而且還可把它變成有用的化工材料。

1.4 制取硅鋁系合金

它可代替鋁土礦在礦熱爐中煉成硅鋁系合金。此法工藝簡單,流程短,整體技術已達到國際先進水平,具有較好的環境效益、經濟效益和社會效益。

1.5 生產工業填料(在有機高分子材料中的應用)

在塑料、橡膠等有機高分子材料制品中,為了降低生產成本,提高有機高分子材料制品的某些性能,通常加入填料。近年來以煤矸石為原料生產工業填料的研究已取得長足的進步。生產填料的煤矸石要求含鐵量要低,以便加工成淺色填料;要求有較高的發熱量,以便靈活加工,節約能耗;還要求成分穩定。綜合考慮,洗煤矸石最適合用來生產能滿足各種要求的工業填料。這些填料可以用來填充橡膠制品和塑料制品。

2 煤矸石在化學工業中應用的環境保護問題

煤矸石在化學工業中應用的過程中不可避免地會產生環境污染。主要存在的環境問題有煤矸石運輸、粉碎過程中的工業揚塵、設備噪音,煤矸石堆放過程中遇雨水等造成的地表水污染及地下水污染,煤矸石煅燒過程中產生的二次環境大氣污染等問題。現就這些問題分別論述應采取的環保措施。

2.1 煤矸石在進入生產環節前的環境保護相關措施

2.1.1 煤矸石的運輸

在運輸過程中,要用遮蓋布罩在運輸工具上,以防止揚塵的產生。每次裝載量不宜過多,防止因運輸車輛的顛簸而導致煤矸石泄出。

2.1.2 煤矸石的儲存

煤矸石在生產前要儲存一段時間來降低含水率,這個階段的措施是采用儲料棚儲存,避免露天放置。從環境角度講,露天放置會經風吹雨淋,引起揚塵及地表水污染和地下水污染。

2.1.3 煤矸石的預處理

煤矸石要進行預處理措施,主要是除去對生產有害的雜質,保證產品的質量,同時也減少了煤矸石在生產過程中造成二次污染的物質成分。措施如下:

①剔除黃鐵礦。黃鐵礦的主要成分是硫化鐵,其難破碎、易損害設備,在生產過程中還會產生二氧化硫氣體,污染環境。

②篩出煤粉、選出煤塊。煤粉、煤塊在煅燒過程中會產生大量的廢氣,因此,篩出煤粉、選出煤塊也是一項很重要的環境保護措施。

2.2 煤矸石在生產過程中的環境保護措施

2.2.1 氣保護

在主要生產線上的揚塵點設置除塵裝置除塵,因為煤矸石在破碎、攪拌過程中產生的揚塵對環境及人體健康造成不良影響。利用除塵裝置如濕式除塵設備等,不僅能除掉固態顆粒物,同時也可綜合去除和減輕臭氣和酸性氣體。常見的方法有重力和慣性除塵、濕式洗滌、布袋除塵和靜電除塵等。

生產工藝要采取減排技術和脫硫、脫氮的控制方法,如一些廢氣治理方法和煙氣凈化技術等。煤矸石在煅燒和燃燒中,會產生大量的二氧化硫、氮氧化物等工業廢氣。這些廢氣是造成空氣污染的罪魁禍首。因此,要采取相應的措施進行控制。

加強個人環境防護,例如,設置防塵工作間,在多處揚塵點位置經常灑水等。

改進生產工藝,例如,在焙燒工藝中采用負壓操作可以減少窯頂有害氣體及高溫對操作人員的影響。

2.2.2 水保護

在煤矸石生產過程中,各種生產工藝帶來的水污染問題是不容忽視的。因此,對水環境采取的環境保護措施也是非常重要的。相關的環境保護措施如下:

(1)廠址的選擇要避免在一些環境敏感的區域。(2)要采取清潔生產工藝,減少污染物的產生量。(3)根據生產和生活廢水的處理目標,制定生產廢水和生活廢水處理方案。2.2.3 聲保護

生產設備的噪聲主要來自于破碎機、真空泵、風機等。合理的控制噪聲的措施是根據噪聲控制費用、噪聲容許標準、勞動生產效率等有關因素進行綜合分析確定的。通常情況下噪聲控制包含聲源、傳聲途徑控制以及接收者的防護。主要措施有:

(1)生產設施建設布局合理,污染源要設置在遠離敏感區域的地方。

(2)控制噪聲的傳播方向。

(3)在敏感區一側建立隔聲屏障,如綠化帶,或利用天然屏障(土坡、山丘),以及利用其他隔聲材料和隔聲結構來阻擋噪聲的傳播。

(4)對噪聲設備安裝減振和消聲設備,以減弱噪聲的傳播。

(5)工作人員可采取的防護措施有佩戴護耳器,如耳塞、耳罩、防聲盔等;減少在噪聲環境中的暴露時間;適當調整在噪聲環境中的工作人員。

2.2.4 廢渣

生產廢渣可以重復利用或用于路基材料、農田復墾等。

3 結論

總體上,煤矸石在化工行業生產中的利用與環境保護,要遵循減量化、資源化和無害化原則,特別是要遵循清潔生產和循環經濟原則;要對煤矸石在化工行業生產中的全過程進行嚴格的污染控制,加強環境管理力度,認真落實環境保護措施。

[1] 徐曉軍,管錫君,羊依金.固體廢物污染控制原理與資源化技術[M].北京:冶金工業出版社,2007.

[2] 張長森.煤矸石資源化綜合利用新技術[M].北京:化學工業出版社,2008.

[3] 鄧寅生,邢學玲,徐奉章,張新,鄧東豐.煤炭固體廢物利用與處置[M].北京:中國環境科學出版社,2008.

責任編輯:石柏勝

TQ536.4

A

167128275(2010)0520068202

2010206216

本文系淮北市環境保護監測站科研項目“淮北煤矸石成分分析和煤矸石對環境污染控制的研究”(項目編號:090247)的研究成果。

謝嶸(19722),女,安徽蕭縣人,安徽省淮北市環境保護監測站高級工程師。