煤礦矸石廢舊處理的研究

＊王永磊 趙培鈞 于海成 史佳美

（遼寧石油化工大學 遼寧 113001）

煤礦矸石廢舊處理的研究

＊王永磊 趙培鈞 于海成 史佳美

（遼寧石油化工大學 遼寧 113001）

簡述了煤礦矸石的產生，對煤矸石資源化再利用問題進行分析、探討，闡述了煤礦矸石再利用的意義，并就煤矸石發電，煤矸石制磚，煤矸石生產肥料，煤矸石生產水泥等進行了具體說明。

煤礦矸石；廢舊處理；資源化利用

1.煤礦矸石概況

煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外還含有數量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素。煤矸石按產出方式可分為6種類型：巖巷矸石，煤巷矸石，剝離矸石，手選矸石，洗選矸石，自燃矸石。

煤炭是我國最主要的能源，煤炭產量居世界首位，根據國家統計局發布《2015年國民經濟和社會發展統計公報》顯示，2015年全國原煤產量完成37．5億噸，伴隨著煤炭產量的急劇增加，煤矸石的產生量也在不斷的提升，長期以來我國煤炭工業都將煤矸石作為工業廢棄物，隨意的堆積，如果放任煤矸石的堆放，有多種危害；煤矸石中的硫化物、氮氧化物和二氧化碳會污染空氣；煤矸石在堆放過程中，其中的微量有害物質會滲入土壤和地下水系中；煤矸石大量堆放，形成山體建構，由于疏松，在多雨季節造成煤矸石山體滑坡、塌陷，對周圍的道路、橋梁及房屋照成危害。

2.煤礦矸石再利用的意義

隨著經濟體制改革的不斷深化，面對著日益緊缺的資源，如何實現廢棄物的綜合利用，減少污染成為社會關注的熱點問題。煤矸石作為我國排放量最大的固體廢棄物之一，自然成為能源二次利用的重點項目。搞好煤矸石綜合利用，具有重要的經濟和社會意義。從經濟方面看，資源存儲量與經濟的發展有著直接的關系，我國傳統的經濟增長方式遵循著“資源開采→產品→廢棄物”這一直線軌跡運行，而大多數資源的存儲量都是有限的，屬于不可再生資源，如果不加約束的肆意開發，未來將會出現沒有資源可開采的局面，從而使經濟增長遭遇瓶頸，而煤矸石的綜合利用開創了“資源—產品—廢棄物—再生資源”這一循環經濟模式，降低了對原生資源的開采幅度，使經濟增長方式由粗放型向集約型轉變。從社會方面看，煤矸石的堆積造成了環境污染，影響著人們的健康，而將煤矸石納入循環利用體系，實現了資源的高效利用，有利于減少污染，從根本上解決經濟發展與環境保護之間的矛盾，實現人與自然的和諧發展。

3.煤礦矸石綜合利用現狀

(1)煤礦矸石發電

利用煤矸石發電符合國家的產業政策和節能減排標準，具有十分突出的環保效益、經濟效益和社會效益。煤矸石發電以循環流化床鍋爐為主要爐型。加入石灰石或白云石等脫硫劑，可降低煙氣中硫氧化物和氮氧化物的產生量。煤矸石發熱量為4500～12550千焦／千克，煤泥發熱量8360～16720千焦／千克，煤泥的水分25～70%?；鞜绞接忻喉肥兔耗酀{、煤矸石和煤泥餅混燒，煤泥加入可以采用機械方式、擠壓泵與管道混合及泵送方式輸送，鍋爐采用流化床和循環流化床。對于熱電廠來講，最大限度的利用煤矸石代替原煤發電，既能獲得煤矸石與原煤帶來的差價利益，又有可能爭取國家的政策支持，從而實現企業利潤的最大化，將更加凸顯綜合利用電廠的綜合利用性質，使其具有更強的抗風險能力。同時，也解決了選煤廠的煤矸石出路問題，順應國家節能減排、發展循環經濟的要求，有利于當地環境的改善和經濟的可持續發展。煤矸石發熱量高，灰分低，鍋爐燃燒煤矸石時，使循環流化床鍋爐最為突出的磨損問題隨之減輕，提高了鍋爐的運行可靠性和使用壽命。

(2)煤礦矸石制磚

利用煤矸石制造空心磚是當前煤矸石資源化利用中常見的途徑，經過多年的發展，該工藝已經成熟，主要原料為煤矸石、頁巖、粉煤灰以及粘土，其工藝流程為：原料破碎→混合料的攪拌→成型→養護，其中原料破碎是煤矸石制磚的重點環節，破碎后的煤矸石制磚顆粒級配與轉的強度有著直接的關系，當煤矸石的顆粒在3．5毫米以下時，燒結溫度應控制在900℃～940℃之間，抗壓強度為14．78～16．53兆帕，當煤矸石的顆粒在0．25毫米以下時，燒結溫度保持不變，抗壓強度應為63．10～70．8兆帕。攪拌環節是保證原料充分混合均勻的關鍵，為了避免原料攪拌均勻前就出現陳化現象，需要采用先攪拌、輪碾處理，再進行陳化的工藝，混合料細化勻化后進入雙軸攪拌機，再進入煤矸石制磚機擠出泥條，通過切坯機制成標準坯塊。

(3)煤矸石生產水泥

煤矸石生產水泥是實現煤矸石有效利用的重要途徑，其生產水泥的工藝過程與生產普通水泥的過程相同，以石灰石、硅砂、生煤矸石以及鐵粉為主要的原料，以86∶3∶10∶2的配合比設計原材料，選用水泥回轉窯、旋風預熱器、水泥烘干機、篦式冷卻機等機械設備，采用“兩磨一燒”的生產流程。首先要對原材料進行分解破碎，有關研究表明，每生產一噸的水泥最少需要粉末三噸物料，因此選用合適的粉碎設備，優化工藝參數對于保證水泥的質量有著重要的意義，物料生產線設備主要由振動給料機、顎式破碎機、反擊式破碎機、振動篩、膠帶輸送機、集中電控等設備組成；其次將粉磨好的原料送入預熱機中進行預熱分解，生料在高速上升的氣流沖擊下被分散開來，之后再油排氣管排出，下一道工序是進入回轉窯中進行熟料的燒成，這一階段油干燥與脫水、碳酸鹽分解、固相反應及熟料燒結四個環節組成，熟料的質量受煅燒時間和煅燒溫度的影響，因此要注意對每一個環節中溫度實施控制，其中干燥環節的溫度應以100～150℃為宜，溫度過低就無法排除生料中的自由水，而溫度過高又會浪費電能，脫水環節的溫度以450℃為宜，這樣就會使粘土中的高嶺土發生脫水反應，脫去其中的化學結合水，成為活性較好的三氧化三鋁和二氧化硅，碳酸鹽分解環節的溫度應控制在600℃，蘊含于石灰石中的碳酸鈣這時就會被分解出來，形成氧化鈣和二氧化碳，在固相反應環節，溫度應控制在800～1200℃，生成水泥熟料中的C4AF、C3A、C2S等礦物，在燒結環節時溫度應在1300℃以上，從而降低熟料的溫度，采用水泥熟料冷卻機將降溫的熟料運送出去，粉磨是水泥制造的最后環節，將水泥熟料粉磨至適宜的粒度，輸送入混凝土料倉內進行儲藏，最后按照客戶的需求發送給客戶。采用煤矸石配料時要特別注意煤矸石自身的燃燒熱值，采用高飽和比方案，注意控制料漿中的水分。

(4)其他

煤矸石還可以用于以下幾種情況：鋪路，用煤矸石作填筑材料，不僅有利于減輕污染、降低工程造價，節約大量土地資源；井下充填，塌陷區充填，利用煤矸石作為塌陷區充填材料，可大量地消耗煤矸石，在充分利用礦區固體廢物的同時，解決塌陷地的復墾問題，因而具有一舉多得的效果；生產肥料和改善土壤，用煤矸石和廉價的磷礦粉為原料基質，外加添加劑等，可制成煤矸石微生物肥料，這種生物肥料直接用于種植業，當煤矸石中有機質的含量越高生物肥料效果越好。改良土壤是利用煤矸石的酸堿性及其中含有的營養成分和多種微量元素，來調節土壤酸堿度，而且可以提高土壤肥沃程度。

(責任編輯：孔凡念)

Study of Coal Mine Gangue Wastes Processing

Wang Yonglei, Zhao Peijun, Yu Haicheng, Shi Jiamei

(Liaoning University of Petrochemical Engineering, Liaoning, 113001)

In this paper, it has introduced the generation of coal mine gangue briefy, besides, analyzed and discussed the resource re-utilization of coal mine and expounded the signifcance of coal mine gangue re-utilization, apart from these, it also has taken detail introduction of the electricity generation of coal mine gangue, coal mine gangue-to-brick, fertilizer production by coal mine gangue and cement production by coal mine gangue etc.

coal mine gangue；wastes processing；resource utilization

T < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

A

王永磊（1995～)，男，遼寧石油化工大學；研究方向：采礦工程。