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加快循环经济步伐 强力推进煤矸石综合利用 于利锋 鹤壁煤业集团公司,河南 鹤壁458000 摘 要煤矸石是我国排放量和堆积量最大的工业固体废弃物之一,但又是可以利用的较大的资源,只要加以利 用,就一定能变废为宝。文中对部分产煤矿区的煤矸石的综合利用进行了调查和分析,总结了煤矸石综合利用中 存在的问题,对今后煤矸石的综合利用提出了建议和应用方向。 关键词煤矸石;综合利用;循环经济 中图分类号TD98 文献标识码B 文章编号1008 - 8725200902 - 0174 - 03 Accelerate Circular Economy and Promote Comprehensive Utilization of Coal G angue YU Li - feng Hebi Coal Group Corporation , Hebi 458000 , China Abstract Coal gangue isone of the most amountsof industrial solid wastes which were discharged and accumu2 lated in the coal production of China , and meanwhile it is also an important resource if making full use of the gangue. In this paper , based on the investigation and analysis of the comprehensive utilization status of the gangue from some of coal production enterprises , the problems in the use of the gangue were summarized , and the suggestion and guide for further utilization of the gangue were proposed. Key wordscoal gangue ; comprehensive utilization; circular economy 0 前言 煤矸石是夹在煤系地层中的岩石,是在煤矿生 产过程中排放出来的一种固体废弃物,是一种在成 煤过程中与煤层伴生的含碳量较低、 一般比煤炭硬 度较大的黑色、 灰黑色的岩石。煤矸石的岩性多以 泥岩、 砂质泥岩、 砂岩、 粉砂岩、 灰岩等沉积岩为主。 煤炭是我国的主要能源,它的资源丰富,随着煤炭资 源开发利用的不断加强,煤矸石的产量伴随着煤炭 产量的增加而逐步增加,成为一种新的公害。煤矸 石的大量堆积会给矿区及其周边的生态环境带来种 种负面影响,被称为固、 液、 气 “三废” 俱全的工业废 料,长期露天存放的煤矸石处于风化、 氧化状态不仅 可以自燃产生火灾、 矸石山爆炸,而且长期的淋溶风 化,可以引起重金属的富集,给矿区的地下水资源造 成严重的环境污染。但是煤矸石又不是简单的固体 废弃物,是煤炭生产过程中的副产品,综合利用后, 不仅可以成为宝贵的资源,同时又可以变废为宝,造 福子孙后代。 1 煤矸石综合利用现状 煤矸石是我国年排放量和累计堆存量最多的工 业固体废弃物之一。据不完全统计,全国共有煤矸 石山1 600多座,累计堆存量超过40亿t ,主要分布 在我国的东北、 内蒙古、 山东、 河北、 陕西、 河南、 安徽 和新疆等地,全国的其他省、 自治区也排出大量的煤 矸石,在占用宝贵的土地资源和农田的同时,给人们 赖以生存的环境带来了严重的污染,成为我国排放 量最大的工业废渣,而且随着我国煤炭产量和原煤 入选量的增加而增加,加快煤矸石的综合利用已成 为我国发展循环经济,实现社会可持续发展的重要 途径。 从上世纪60年代起,我国就开始了煤矸石综合 利用的研究工作,到70年代的中后期,取得了一些 研究成果,主要有一是将煤矸石作为低热值燃料, 用于沸腾炉和煤矸石电厂;二是将煤矸石作为原料 用来生产建筑材料及其制品,如利用煤矸石烧砖、 瓦、 水泥熟料等。进入上世纪80年代后,我国政府 积极推进资源的综合利用,采取一系列的法律、 法 规、 技术和必要的行政手段,支持和鼓励资源综合利 用。1985年国务院颁布了 关于开展资源综合利用 若干重大问题的暂行规定国发 【1985】117号文 件 , 把开展资源综合利用作为一项重大技术经济政 策;1996年国务院批转国家经贸委等部门 关于进 一步开展资源综合利用意见的通知国发 【1996】36 号文件 , 明确资源综合利用是我国国民经济和社会 发展中的一项长期的战略方针;2005年国务院 关 于加快发展循环经济的若干意见 明确指出大力开 展资源综合利用,最大程度实现废物资源化和再生 资源回收利用。在国家政策的鼓励下,煤矸石应用 领域不断拓宽,综合利用水平也不断提高,煤矸石发 电和生产建材产品技术日趋成熟,一些关键技术不 断解决,矸石高附加值利用途径不断开拓,技术水平 日益提高。据不完全统计,煤矸石的综合利用率已 由2000年初的43 提高到2006年的65 ,矸石发 电、 生产新型建材、 回填复垦等已经成为矸石利用的 主要途径。 1. 1 矸石发电 煤矸石发电是随着工业技术的发展流化床沸 腾炉燃烧技术的出现和发展而发展起来的,以煤矸 收稿日期2008 - 10 - 18;修订日期2008 - 12 - 10 作者简介于利锋1964 - ,男,河南开封人,工程师,1987年毕业于焦作矿业学院地质系煤田地质勘查专业,Tel 0392 - 2966577。 第28卷第2期 2009年2月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol128 ,No102 Feb ,2009 石为主体的低热值发电3大技术装备 锅炉、 脱 硫、 除尘的国产批量生产,循环流化床锅炉从35～ 210 t ,国内完全可以正式生产,可以满足1. 2～13. 5 kW单机配套,烟气脱硫和各种除尘设备同时也得 到了推广应用。有的企业已在2004年就建成了当 时世界先进的循环流化床锅炉技术,单机容量达到 13. 5万kW ,年消耗煤矸石30万t。 1. 2 煤矸石生产建筑材料 利用煤矸石生产的建材产品具有重量轻、 强度 高、 吸水率小、 化学稳定性好、 隔音、 保温性能好的特 点,是资源综合利用的主要途径。煤矸石砖、 矸石水 泥、 矸石轻骨料等。矸石砖一般以矸石为主,适当配 加黄土、 粉煤灰等生产烧结砖。随着科技的发展,最 近几年生产了全煤矸石内燃砖,型号以标准砖和空 心砖KP1型为主,仅有部分企业生产矸石砌块,鹤 煤一矿按照现代化工业规模设计生产年产60 000 万块煤矸石烧结砖厂,在吴邦国委员长考察循环经 济时,亲临现场检查指导工作,高度评价了鹤煤集团 发展循环经济的做法。生产规模日趋扩大,生产流 水线产能和大断面的隧道窑加快了产业发展步伐。 一条隧道窑年产6 000万块的煤矸石生产企业,遍 地皆是,年消耗矸石15～18万t ,成为矸石消耗的较 大用户。矸石中的SiO2、Ai2O3、Fe2O3的总含量一般 在80 以上,是一种天然的黏土质原料,可以替代 黏土配料烧制普通硅酸盐水泥、 特种水泥和无熟料 水泥,由于矸石中存在一定量的碳,还能释放一部分 热量,代替部分燃料,降低水泥生产的能耗。用煤矸 石生产轻骨料的方法有2类一类是烧结机法生产 烧结型的矸石多孔烧结料,把含碳量在10 以上的 矸石破碎到5～10 mm的粒级,铺在烧结机的炉排 上,当矸石点燃后,料层中部的温度达到1 100℃ ～1 200℃,底层温度小于350℃,未燃的矸石经筛分分离 后返回重新烧结,烧结后的轻骨料经喷水冷却、 破 碎、 筛分出厂;另一类是回转窑法生产膨胀型的煤矸 石陶粒,所用原料是煤矸石和绿贝岩,矸石和绿贝岩 分别破碎、 球磨机磨料、 配比后进入圆盘给料机,经 过搅拌成球后进入回转窑焙烧,温度1 200℃～1 300℃,冷却后即成为陶粒。 1. 3 煤矸石用作筑路和回填复垦材料 煤矸石具有很好的抗风雨侵蚀性能,许多矿区常 将矸石作为采空区塌陷复垦的充填材料,我国已积累 了丰富的成功经验,据有关资料,仅2004年用于复垦 回填的矸石达到7 000万t ,约占当年矸石利用量的1Π 3还多。国内用于筑路的矸石用量不太大,其研究成 果有待进一步拓宽,国外类似报道不少。 1. 4 生产高附加值产品 充分利用矸石生产高附加值的产品研究正越来 越受到人们的重视,如在化学工业可回收氧化铝、 结 晶三氯化铝、 硅酸钠、 明矾、 水玻璃、 分子筛等;从矸 石中回收黄铁矿、 提取稀有金属等技术研究;以煤矸 石为主要原料生产有机复合肥和微生物有机肥料, 改良土壤等技术有了长足的发展。相信随着科技的 进步,这些高附加值、 性能优异的技术转化成生产力 生产的产品,将被广泛应用于现代生活和生产中。 2 煤矸石综合利用中存在问题 2. 1 矸石综合利用率偏低 许多煤矿生产企业,尤其是生产时间长的煤炭 生产单位,矸石堆积如山,但由于多方面的原因,对 矸石综合利用认识程度低,没有当作资源,在继续污 染矿区环境的同时,继续占用大量的耕地;即使有些 企业对矸石综合利用有了高度的认识,但因缺乏资 金项目搁浅;还有的企业综合利用力度不大,仅仅局 限在烧砖方面;致使国内的煤矸石综合利用率普遍 偏低,据资料,我国矸石的综合利用率不到60 ,远 低于我国煤炭的产出水平。 2. 2 综合利用产品技术含量低 尽管最近几年我国的煤矸石综合利用发展较为 迅速,但利用水平不高,与建设资源节约型、 环境友好 型社会的要求相比还有很大的差距。很多的企业产 品缺乏竞争力,仅仅局限在生产建材的砖瓦行业,自 动化水平普遍偏低,单独的生产企业又面临产品销路 的窘迫局面。矸石电厂的单机容量普遍偏小,脱硫、 除尘的设备运行成本又偏高,极易造成二次污染。 2. 3 矸石综合利用缺乏总体规划 煤矸石作为一种资源,应该有国家统一管理,现 在行业管理不了,国家不管。加上煤炭生产企业没 有定期向煤炭管理部门报送矸石的排放量和综合利 用量,致使全国煤矸石的资源数量、 分布、 矿物成分、 化学成分、 物理化学性质等不是十分清楚,无法为矸 石的综合利用提供行政决策依据,缺乏全国性的煤 矸石综合利用规划和宏观指导规划,同时也必然引 起矸石的利用率降低,资源浪费的现象。 3 推进煤矸石综合利用的建议 随着经济的快速发展,资源约束经济增长的瓶 颈正日益显示出来,环境形势更为严峻,必须全面提 倡以提高资源利用率为核心内容,以资源资源综合 利用和大力发展循环经济为重点,推动技术进步,促 进资源的高效利用和循环利用。 3. 1 建材工业 继续推动矸石生产水泥、 烧结砖瓦的技术和经 验,在条件符合的矿区推行禁粘政策,鼓励发展新型 墙体材料,推广使用新型墙材。对这些企业国家和 地方主管部门从政策上优惠、 技术上支持、 行业上帮 扶;但着力发展矸石空心砌块、 矸石加气混凝土制 品、 制作保温材料等新型的材料和产品。 3. 1. 1 矸石空心砌块 主要用于一般工业与民用建筑的墙体,可作为 承重墙、 非承重墙及内隔墙等。它的生产工艺和材 料类似混凝土砌块生产,胶凝料采用矸石、 石灰、 石 膏等;骨料一般采用烧结砖分拣后的砂岩、 石灰岩, 这样一是避免了煤矸石烧结砖生产过程中剩下的矸 石;二是充分利用了矸石资源。矸石砌块的生产工 艺虽然各单位不同,但基本环节相似,主要包括胶结 材料和骨料的制备、 计量、 加水搅拌、 震动成型、 蒸汽 养护、 堆放入库、 打包、 成品出厂。一般生产出来的 矸石砌块物理力学性能为表观密度1 180 kgΠm 3 ;抗 第2期 于利锋加快循环经济步伐 强力推进煤矸石综合利用 175 压强度9. 4 MPa ;相对含水率37. 4 ;吸水率10. 8 ;冻融试验合格,达到建筑要求。 3. 1. 2 加气混凝土制品 是一种由硅质材料、 钙质材料、 水、 发气剂、 外加 剂等按一定的配合比,经混合、 磨细、 搅拌、 料浆浇 灌、 发气成型、 坯体静停、 硬化、 切割、 蒸压养护等工 序制成的一种轻质建筑材料。生产工艺的关键环节 是料浆控制、 消解温度、 浇注稳定性和蒸压养护。 蒸压养护是加气混凝土生产过程中最为关键、 时间 又长的工序,主要目的是为了给料浆中的钙质和硅 质材料之间的化学反应制造适宜的湿热的合成条 件,从而获得性能良好的加气混凝土制品。蒸压养 护的规定一般是 抽真空0～0. 06 MPa表压 ,40 min 升压- 0. 6～1. 0 MPa表压 ,3 h 恒压1. 0 MPa表压 ,10 h 降压1. 0～0 MPa表压 ,2 h 3. 1. 3 矸石保温材料 主要有岩棉、 轻质保温材料、 轻骨料、 矸石棉。 岩棉是一种由矿物熔融后,用辊式离心机甩成 的一种玻璃状的纤维,由它制成的制品具有重量轻、 热导率低、 吸音效果好、 耐热、 耐腐蚀、 化学稳定性好 等特点,被应用于工业装备、 交通运输、 建筑等部门 作为保温材料。成分有矸石、 白云石、 矿渣。 轻质保温材料以煤矸石为主要原料制成的轻 质保温材料,具有耐压强度高、 热导率低的特点,用 途比较广泛。主要原料为煤矸石、 可燃物造孔剂、 复合粘结剂。工艺流程是 矸石-破碎-细碎-配料-混捏-陈化-制坯 -煅烧-成品。 矸石棉是利用煤矸石和石灰为原料,经高温融 化,喷吹而成的一种建筑材料。原料配比是矸石 石灰石 60 40或者矸石石灰石萤石 60 30 10。 3. 2 化学工业 煤矸石中含有众多的有用化学成分,可生产多 种化工产品。 3. 2. 1 从矸石中回收化工原料 生产结晶氯化铝、 提取氧化铝、 生产硫酸铝、 生 产硅酸纳、 生产白炭黑、 生产固体聚合氯化铝、 生产 铵明矾等。 3. 2. 2 生产化工产品 主要有高铝烧结料、 制备分子筛。 高铝烧结料基本要求,矸石中的氧化铝含量在 26 以上。通常采用倒焰窑进行煅烧,热源从烧成 室上部倒流向烧成室底部,保证原料在煅烧室内受 热均匀,提高煅烧效果。一般的工艺流程矸石-除 杂-破碎-筛选-入窑-煅烧-分级-粗料外销; 粗料破碎-粉碎-加水-除铁-浓缩-干燥-细料 -产品-外销。 分子筛是用碱、 氢氧化铝、 硅酸纳等人工合成 的一种泡沸石晶体,其中含有大量的水,当加热到一 定温度时,脱水形成大小不等的孔,很强的吸附能力 把小于孔洞的分子吸进去,大的挡在外面。工艺流 程主要是研磨和煅烧。 3. 3 冶金工业 主要产品有硅铝铁合金、 硅铝钛合金、 回收黄 铁矿、 提取稀有金属等。 3. 3. 1 合金生产 硅铝铁合金生产工艺矸石、 铁钒土、 烟煤、 铁屑分 别破碎计量-混合-成球-熔烧-浇注成模-产品。 硅铝钛合金生产矸石-粗碎-细碎-浸出- 固液分离-中温熔烧-硅钛氧化-混合电解同时 加入部分氧化硅 - 硅铝钛合金-成品。 3. 3. 2 回收黄铁矿 用于矸石中黄铁矿含量较高的煤矸石,如华北地 区的太原组各可采煤层中的矸石。原煤在经过洗选 后,黄铁矿一般存在在洗矸中,以块状、 脉状、 结核状、 星散状存在,一般采用跳汰-摇床联合工艺回收。 3. 3. 3 提取稀有金属 主要是指提取镓和钛。在河南省平顶山煤层的 顶底板和夹矸中富集有金属镓,做为稀有金属,镓钛 的提取工艺基本相同。 矸石手选-洗选-煅烧-浸出-分离-萃取- 提纯。 3. 4 农业 利用煤矸石生产化肥和矸石有机复合肥料。 1化肥。主要生产氨水、 硫酸铵等。 2微生物肥料。是利用微生物交变电场生物 技术,实现对微生物的分离、 培养、 基因重组,从而获 得性能优越、 应用广泛、 适应各种环境条件的菌种。 目前全国最大的微生物肥料厂 龙口龙盛生物肥 料厂年产微生物肥料6万t。主要成分煤矸石、 磷 矿粉、 面粉、 骨胶。 3矸石有机复合肥料。该肥料具有生产加工 简单、 原料易得、 投资小、 见效快、 产品多样化、 应用 前景广阔、 对农昨晚增产和品质改善有明显效果、 增 强土壤的生物活性、 提高生物固氮能力等特殊的优 点。根据有关资料,还可以利用矸石生产农作物专 用肥料,如西瓜专用肥料配方为矸石农家肥化 肥微生物肥 0. 61 0. 38 0. 01 ;苹果专用肥料配方 是矸石粉农家肥化肥微生物肥 0. 47 0. 52 0. 01 ;实验结果表明,施肥后使土壤中的有机质大量 增加,腐殖酸等有机质不仅可以改善土壤的团粒结 构,调节土壤的酸碱度,提高氮磷肥的利用率,而且 可以增加植物呼吸作用和促进酶的活性,从而使糖 类作物的含糖量增加。 4 结语 煤矸石作为一种资源材料,具有广阔的应用前 景,加强资源综合利用已成为我国发展循环经济的 重要道路,势在必行,推进矸石的综合利用是一项长 期、 艰巨的工作。 参考文献 [1] 宋建军.推进煤矸石资源化利用的对策建议[J ].中国煤田地 质,2006 ,2 . [2] 王绍文,梁富智,王纪增.固体废弃物资源化技术与应用[M]. 北京冶金工业出版社,2003. 责任编辑 吕瑶 176 煤 炭 技 术 第27卷