淺析煤矸石的綜合利用途徑

一、煤矸石特征

煤炭在我國總能源結構中的比例占到70%以上。在煤炭開采和洗選加工過程中，排放出大量的煤矸石。煤矸石是煤炭開采和加工過程中排放的廢棄物，主要有三種類型:煤層開采產生的煤矸石，由煤層中的夾矸、混入煤中的頂底板巖石如炭質泥(頁)巖和粘土巖組成；巖石巷道掘進(包括井筒掘進)產生的煤矸石，主要由煤系地層中的巖石如砂巖、粉砂巖、泥巖、石灰巖、巖漿巖等組成；煤炭洗選時產生的煤矸石(即洗矸)，主要由煤層中的各種夾石如粘土巖、黃鐵礦結核等組成。煤矸石產出量一般要占到煤炭產量的10%左右，約占全國工業廢渣排放量的1/4。目前我國煤矸石的積存量已達41億噸以上，并且仍以每年億噸以上的速度遞增。矸石山侵占著大量的土地，其中大部分為耕地。煤矸石是工業固體廢棄物中排放和堆存量最大的一種。若不加以利用，長期堆放于地表，不僅占用大量土地、影響自然景觀、破壞小區內的生活環境，而且還會造成大氣、土壤、水體污染及地質災害的發生。煤矸石若加以充分利用，則將變“廢”為寶，化害為益。

二、煤矸石的綜合利用途徑

1、煤矸石生產水泥

水泥是一種無機水硬性膠凝材料，它加水成漿狀后，既能在空氣中硬化，又能在潮濕介質或水中繼續硬化，并能把沙、石等材料牢固地膠結在一起形成人工石材。采用煤矸石生產水泥，要求煤矸石中Sio2、A12O3、Fe2O3含量較高，三者的總含量要求在80%以上。主要應用途徑:(1)煤矸石作原燃料生產水泥：是由于煤矸石和粘土的化學成分相近，代替粘土提供硅質鋁質成分；煤殲石能釋放一定熱量，可以代替部分燃料。(2)煤矸石作水泥混合料:是由于煤矸石經自燃或人工鍛燒后具有一定活性，可摻入水泥中做活性混合材，與熟料和石膏按比例配合后入水泥磨磨細，然后入水泥庫包裝或散裝出廠。(3)生產煤矸石無熟料及少熟料水泥：煤矸石無熟料水泥是以鍛燒煤矸石為主要原料，摻入適量石灰、石膏磨細制成的水硬性膠凝材料。有時也摻入少量熟料作激發劑。生產這種水泥方法簡單，投資少、收效快、成本低、規模可大可小。煤矸石熟料水泥也是以煤矸石為主要原料制成，但用熟料代替石灰作為主要原料之一。它與無熟料水泥相比，具有凝結快、早期強度高、勞動條件好、簡化工藝等特點。生產工藝流程是用鍛燒煤砰石、石灰加少量熟料或單用熟料、石灰按比例配合磨細，然后入庫即獲得無熟料或少熟料水泥。煤矸石的技術要求與做混合材料生產火山灰水泥基本相同。要求含碳量低、活性高、成分穩定。鍛燒溫度在650~1000℃之間。近年來許多地方采用沸騰爐鍛燒法，摻入量根據鍛燒煤矸石的活性、石膏和石灰(或熟料)的質量確定，一般占60%~70%。

2、利用矸石發電

煤矸石電廠是指利用煤炭開采及洗選加工過程中排放的矸石、煤泥等作為燃料的發電廠。發展煤矸石電廠是我國實施可持續發展戰略，加強環境保護、實現資源的有效配置和利用以及煤炭行業、產業、產品結構調整的必然選擇。利用煤矸石、煤泥等低熱值燃料建設電廠和熱電廠符合國家的產業政策。它有利于節約能源，改善環境質量。因為它可以將這些低熱值的燃料轉化為電力，化害為利，變廢為寶。同時，可取代礦區內現有煤耗高、熱效率低的各種中小鍋爐，減少煙塵和S02的排放量，改善礦區環境條件。在礦區建熱電廠，可以充分利用礦區的固體廢物煤矸石、煤泥等，而且，發電過程中產生的廢渣粉煤灰等也可以供給磚廠、水泥廠使用；它不僅可滿足供熱區內熱負荷日益增長的需要，而且，可適當增加供電負荷，提高礦區供電安全和可靠性，對礦區經濟發展起到促進作用。利用煤矸石作為燃料發電，可分為兩種情況，一種是用全矸石，另一種是用矸石和煤泥混合。在用全矸石做燃料時，應該先進行洗選，用石灰石脫硫之后，再使用，其燃燒后產生的灰渣還可以做其他建材原料。在用矸石、煤泥的混合物做燃料時，要求矸石的熱值在4500-12550kj/kg之間，水分含量大約25%~70%。煤矸石綜合利用電廠采用循環流化床鍋爐，其燃燒生成的灰渣物化性能好，是生產建材用的活性填料和輔料;而生成的粉煤灰又可作為水泥廠的原料:另外，礦區的塌陷區將是天然的排灰場，為塌陷區復墾造田創造了前提條件。這些都是矸究區建電廠的優勢所在。

3、矸石中洗選伴生礦物

煤巷掘進矸和洗矸中往往混有發熱量較高的煤、煤矸連生體和炭質巖，有些是高鋁矸石、石灰巖矸石，硫鐵礦一般富集在洗矸中。從矸石中回收硫鐵礦，使資源得到合理利用，可以減少硫磺進口，滿足國內急需，而且投資較省，噸精礦生產能力投資要比單獨開采約減少一半。從洗矸中回收lt硫精礦，一般可盈利30元左右，同時每處理4~5t洗矸尚可回收lt劣質煤作為沸騰鍋爐燃料，減少了污染。回收硫鐵礦應采用含硫量大于6%的洗矸，根據硫分含量的數據可以看出，很多礦區的含硫量都超過6%，適合于洗選回收。

4、矸石筑路

近年來人們對環境保護意識日益加強，關于各種工業廢渣的利用問題也越來越引起重視，在各種工業廢渣中，煤矸石產量最大，性能適于用作公路填料，因此為煤矸石的再次利用找到了一條合適的途徑。而且，把煤矸石作為道路基層材料用于筑路工程，有著明顯優勢，是對煤矸石的種類和品質沒有特殊的要求，對有害成分含量的限制要求不高，適用于多種類型煤矸石；二是煤矸石在道路工程中的應用具有耗渣量大、無需進行特殊處理及采用特殊技術手段的優點，是一種利用煤炭工業廢料以減少環境污染的有效途徑。因此，對煤矸石的應用矸究，特別是在道路工程中的應用，具有較大的經濟效益和社會效益。而且，煤矸石的壓碎值為27.3%，遠遠滿足路基填料的要求;高速公路填方路基的最大強度(CBR)要求為8%，而煤矸石的承載比為38.7%，完全滿足要求;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凍性高、水穩定性好、分散能力強的特點，因此，用煤矸石填筑路基能有效防止凍脹、翻漿的優點。作為路基填料的煤矸石，應選用貯存時間較長，且經過物理風化、化學風化的煤矸石，以紅、黃、灰色為優，黑色最差，己風化成粉末者為優，大塊含量不宜過多，如大塊太多，必要時要采取措施，利用機械加工成小塊。宜選用級配良好的煤矸石，確保煤矸石碾壓后的密實度。

結語

總之，在以前較長的一段時間內，煤矸石在采煤、選煤過程中只有被剔除而丟棄，所以幾乎所有的煤炭礦區的煤矸石都堆積如山。而且我國對煤矸石的治理思想從環境衛生角度考慮較多，而環境保護意識似乎還不夠，處置方法是以消極的堆放保存為主。這種以堆貯為主的煤矸石治理方法付出的代價是相當大的，而且已經帶來了諸多的社會和環境問題，因此需要在綜合利用方面多加研究和探討。

參考文獻

[1]牛泰山，宋瑞譚等.煤矸石綜合利用與煤炭企業可持續發展戰略[J]，煤，2000，9(5).

[2]任潤厚.煤矸石資源綜合利用可行性評價矸究[1]，煤，2001，10(l).

[3]肖秋國，傅勇堅等.從煤矸石中提取氧化鋁的影響因素[Jl，煤炭科學技術，2002，30(2).

[4]張寶軍，楊建國.利用煤矸石生產聚合氯化鋁的矸究[J]，再生資源矸究，2001，4.