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煤矸石的综合利用方法 左鹏飞 煤炭科学研究总院 唐山研究所,河北 唐山063000 摘 要煤矸石是采煤和洗煤过程中排出的固体废物,是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量较低、 比煤坚硬的 黑灰色岩石。在阐述煤矸石对环境危害的同时,着重指出了煤矸石的综合利用途径。 关键词煤矸石;综合利用;存在问题 中图分类号TD98 文献标识码A 文章编号1008 - 8725200901 - 0186 - 04 Comprehensive Utilization of Coal G angue ZUO Peng - fei Tanshan Branch of China Coal Research Institue , Tangshan 063000 , China Abstract The coal gangue is a kind of solid wastes from coal mining and separating , which is also a kind of grey - black rock harder than coal , characterized by low content of carbon and association with coal seams dur2 ing coal accumulation. The impact of coal gangues on the environment has been expounded in the paper , and the comprehensive utilization purposes of coal gangues have been emphasized to point out as well. The fore2 ground for the research on the resources utilizations of coal gangues is very great. Key wordscoal gangue ; comprehensive utilization; problems 0 概述 2007年度中国能源矿新增探明资源储量有较 大增加,17种主要矿新增大型矿地62处,其中煤炭 新探明41处大型矿地,其中资源储量超过10亿t的 特大型矿地有14处,净增查明资源储量448亿t。 中国已经查证的煤炭储量达到7 241116亿t ,其中生 和在建已占用储量为1868122亿t ,尚未利用储量达 4 538196亿t。目前累计堆有煤矸石山1 500多座, 约40亿t ,占地20万亩以上,而且每年约以1亿t的 速度递增,每年形成新增占地6 000多亩。 煤矸石已是我国排放量最大的工业固体废弃物 之一。煤矸石的堆积不但占用大量土地,而且煤矸 石中所含的硫化物散发后会污染大气和水源,造成 严重的后果。煤矸石中所含的黄铁矿 FeS 2易被空 气氧化,放出的热量可以促使煤矸石中所含煤炭风 化以致自燃。煤矸石燃烧时散发出难闻的气味和有 害的烟雾,使附近居民慢性气管炎和气喘病患者增 多,周围树木落叶,庄稼减产。煤矸石山受雨水冲 刷,常使附近河流的河床淤积,河水受到污染。国内 外都曾发生煤矸石堆滑坡事故,以致埋没村庄等,造 成多人伤亡事故。因此,解决煤矸石的处理和利用 问题,也是煤矿开采和环境保护部门的重要课题。 1 煤矸石的组成 煤矸石是煤矿生产过程中产生的废渣,包括岩 石巷道掘进时产生的掘进矸石,采煤过程中从顶板、 底板和夹在煤层中的岩石夹层里开采出来的矸石, 以及洗煤厂生产过程中排出的洗矸。煤矸石是无机 质和少量有机质的混合物。其化学成分主要是 SiO2、Al2O3和C ,其次是Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、 K2O、SO3、P2O5、N和H等。此外,还常含有少量Ti、 V、Co和Ga等金属元素。不同地区的煤矸石化学成 分变化较大,一般在表1所列范围 表1 煤矸石的化学成分Π SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2OCNa2O 30～6015～402～101～41～31～220～301～2 煤矸石的矿物成分以粘土矿物和石英为主,常 见矿物为高岭土、 蒙脱石、 伊利石、 石英、 长石、 云母 和绿泥石类。除石英和长石外,以上矿物均属于层 状结构硅酸盐,这是煤矸石矿物成分的一个特点。 2 煤矸石的利用途径 211 国外煤矸石的利用情况 世界各国都很重视煤矸石的处理和利用 [5] 。英 国煤管局在1970年成立了煤矸石管理处;波兰和 匈牙利联合成立了海尔得克斯矸石利用公司,这些 机构是专门从事煤矸石处理和利用的。近年来,国 外越来越广泛地利用煤矸石生产建筑材料。波兰水 泥工业采用海尔得克斯公司的选煤矸石作水泥原 料。用煤矸石作水泥原料有很多优点矸石中含可 燃物质,其热值约为1 0004119～1 5004119 kJΠ kg ,可使燃料消耗降低10 左右;矸石中含氧化铁 收稿日期2008 - 09 - 27;修订日期2008 - 11 - 05 作者简介左鹏飞1979 - ,男,安徽肥西人,助理工程师,2004年毕业于安徽理工大学,现就职于煤炭科学研究总院唐山分院, Tel 0315 - 7759041 ,13582915490 ,E- mail plato - zuo 163. com。 第28卷第1期 2009年1月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol128 ,No101 Jan ,2009 熔剂,煅烧过程中可以降低熟料烧成温度,并在窑 衬上形成玻璃层,起到保护作用,延长窑衬寿命, 使耐火材料耗量降低10 ～20 ,增加窑的运转时 间。 原苏联在顿巴斯、 库兹巴斯、 卡拉干达等产煤地 区广泛选用煤矸石作原料,采用挤出法或半干法成 型,生产实心或空心砖。苏联建工研究所介绍,利 用煤矸石制砖,燃料消耗可以减少80 ,产品成本 降低19 ～20 。 近年来,许多国家大力发展煤矸石轻骨料。生 产工艺主要有2种一是利用含碳量较高的煤矸 石,采用烧结机生产轻骨料,原苏联、 波兰、 英国等 国家都采用这种方法;另一种是采用回转窑生产烧 胀陶粒,法国、 比利时等国家采用这种生产工艺。 煤矸石的含碳量对轻骨料的质量影响很大,采用烧 结机工艺,含碳量在10 左右,可以大大降低燃料 消耗;采用回转窑工艺,对含碳量有较严格的要求, 以2 为宜。法国、 比利时采用含碳量4 ～10 的 煤矸石,膨胀前在脱碳窑中除去多余的碳。 212 国内煤矸石的利用情况 国家 煤矸石综合利用技术政策要点 指出,煤 矸石综合利用以大宗量利用为重点,将煤矸石发电、 煤矸石建材及制品、 复垦回填以及煤矸石山无害化 处理等大宗量利用煤矸石技术作为主攻方向,发展 高科技含量、 高附加值的煤矸石综合利用技术和产 品。见图1。 图1 煤矸石社合利用示意图 21211 煤矸石发电 按照 煤矸石综合利用管理办法,含煤矸石的 燃料应用基低位发热量小于12155 MJΠkg时作为煤 矸石利用。发热量大于715 MJΠkg的煤矸石直接作 循环流化床锅炉燃料,发热量低于715 MJΠkg的煤 矸石掺加煤泥、 洗中煤后用于煤矸石发电厂,其灰渣 生产建材。对于矸石中含硫量较高的,应采用炉内 石灰脱硫技术,减少污染排放。 21212 煤矸石建材 1煤矸石制砖。包括用煤矸石生产烧结砖和 作烧砖内燃料。我国利用煤矸石烧结砖,一般采用 全内燃焙烧技术,即用煤矸石自身的发热量提供的 热能来完成干燥和焙烧的工艺过程,基本不需外加 燃料,仅在煤矸石发热量较低时才向矸石中掺入少 量煤炭。每万标块煤矸石砖比粘土砖约节省1t标 煤。矸石砖以煤矸石为主要原料,一般占坯料质量 的80 以上,有的全部以煤矸石为原料,有的外掺 少量粘土。煤矸石经破碎、 粉磨、 搅拌、 压制、 成型、 干燥、 焙烧,制成矸石砖。煤矸石的发热量要求在 211～412 MJΠkg ,过低时需加煤,过高时易使成砖过 火。目前矸石砖的品种有实心矸石砖、 多孔承重矸 石砖、 空心矸石砖。以煤矸石作烧砖内燃料制砖生 产工艺与用煤作内燃料基本相同,仅需增加煤矸石 粉碎工序。 2煤矸石生产轻骨料。适宜烧制轻骨料的煤 矸石主要是碳质页岩和选矿厂排出的洗矸,煤矸石 的含碳量不要过大,以低于13 为宜。有2种烧制 方法成球法与非成球法。成球法是将煤矸石破碎、 粉磨后制成球状颗粒,然后焙烧。其松散容重一般 在1 000 kgΠm左右。非成球法是把煤矸石破碎到一 定粒度后直接焙烧。其容重一般在800 kgΠm左右。 3煤矸石生产空心砌块。煤矸石空心砌块是 以自燃或人工煅烧煤矸石为骨料,以磨细生石灰和 石膏作胶结剂,经转动成型、 蒸汽养护制成的墙体材 料,产品标号可达200号。 4煤矸石代替粘土生产水泥。煤矸石和粘土 的化学成分相近并能释放一定的热量,用其代替部 分或全部粘土生产普通水泥能提高熟料质量。用煤 矸石作水泥原料的生产工艺过程与生产普通水泥基 本相同。将煤矸石按一定比例配合,磨细成生料,烧 至部分熔融,得到以硅酸钙为主要成分的熟料,再加 入适量石膏和混合材料,磨成细粉而制成水泥。 5煤矸石作水泥混合材料。煤矸石经自燃或 人工煅烧后具有一定的活性,可掺入水泥中作活性 混合材料,与熟料和石膏按比例配合后进入水泥磨 磨细。煤矸石的掺入量取决于水泥的品种和标号, 在水泥熟料中掺入15 的煤矸石,可制得325～425 号普通硅酸盐水泥;掺量超过20 时,按国家规定 为火山灰硅酸盐水泥。 6对岩石的处理。对于煤矸石中的岩石,可 以破碎筛分,其块、 粒、 粉均可作为混凝土拌料、 掺和 第1期 左鹏飞煤矸石的综合利用方法 187 料,生产建材预制件、 免烧砖。石灰岩也可用来烧制 石灰。 21213 提取化工产品 [1] 含有矿物元素并具有一定深加工价值的煤矸 石,来源于选煤矸和井巷位于特定地质层位的掘进 矸。可利用的矿物元素主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3、 FeS2和Mn、P、K等。Al2O3 35 的高铝煤矸石可 用来制炼钢高效脱氧剂硅铝铁合金、 制取多用途的 氢氧化铝、 碱式氯化铝净水剂、 制造硫酸铝和铵明矾 的烧结料等。含FeS2的煤矸石氧化产生的SO2是 污染环境的罪魁祸首,而硫又是重要的化工原料,从 煤矸石中回收硫铁矿具有较高的生态效益和经济效 益。 21214 煤矸石复垦及回填矿井采空区 岩石及自燃矸石暂时不能加工利用的,可以充 填塌陷区或埋填造地。充填造地只需保水措施,防 止水土流失。在造地的片区上先将熟化表土转移, 然后垫铺岩石及自燃矸石至一定厚度,碾压整平再 将熟化土覆盖,如此分片区逐年扩展,可造就大面积 平地和台阶地,同时结合土壤改良,再造优质农田。 这样,将排矸征地露天堆放变为租地造地复垦,具有 环保、 经济与农田基本建设多重意义。采用煤矸石 不出井的采煤生产工艺,充填采空区,减少矸石排放 量和地表下沉量。采用煤矸石充填废弃矿井。在道 路等工程建设中,采用以煤矸石代替粘土作基材技 术,凡有利用条件的,应掺用一定比例的煤矸石。 3 煤矸石综合利用途径 含碳量较高的煤矸石,可从中回收煤炭或用作 工业生产的燃料,如化铁、 烧锅炉、 烧石灰、 生产煤气 或在选煤厂通过洗选回收煤炭。含碳量较低的煤矸 石可用于生产砖瓦、 水泥、 轻骨料、 矿渣棉和工程塑 料等建筑材料。含碳量极少的煤矸石可用于填坑、 造地、 回填露天矿和用作路基材料。自燃后的煤矸 石经过破碎、 筛分,可以配制胶凝材料。一些煤矸石 粉还可用来改良土壤、 做肥料和农药载体。氧化铝 含量高的煤矸石,可提取聚合铝、 氯化铝和硫酸铝等 化工产品。煤矸石综合利用要以煤矸石发电、 煤矸 石建材制品、 复垦回填以及煤矸石山无害化处理等 大宗利用技术作为主攻方向,同时发展科技含量高、 附加值高的煤矸石综合利用技术和产品。 4 当前煤矸石综合利用工作中存在的 主要问题 411 煤矸石综合利用总体水平不高 主要表现在技术装备落后,企业规模小,发展后 劲不足,竞争能力弱等方面。目前煤矸石综合利用 技术装备水平达到国际20世纪90年代先进水平的 比例还不足20 ,一些技术含量高的煤矸石综合利 用技术还未得到广泛应用。企业规模普遍偏小,如 全国煤矸石砖厂的平均生产能力不足1 000万块标 准砖,且品种单一,不能适应市场需要;产品附加值 低,竞争能力较差。随着市场经济体制的建立以及 我国加入世界贸易组织,这一问题将日趋显现,一些 企业在市场竞争中步履维艰,发展后劲严重不足。 412 地区发展不平衡 在能源相对短缺的地区,煤矸石综合利用发展 较快,如华东地区、 西南地区,煤矸石综合利用率一 般在60 以上,高于全国平均水平18个百分点,其 中,山东73 ,四川62 ,重庆65 。而在煤炭资源 相对丰富的地区,煤矸石综合利用发展较慢。 413 优惠政策落实难 目前,国家已经出台的优惠政策,在某些地区还 存在落实难的问题,尤其是对煤矸石发电在上网、 电 价、 调峰等方面的优惠政策,由于涉及部门利益等原 因,一些地区落实起来比较困难,难就难在项目审批 难、 并网发电难、 政策落实难,严重挫伤了企业开展 煤矸石综合利用的积极性。 414 缺乏资金渠道 各地区普遍反映,煤矸石综合利用项目在资金 上得不到保证,投入严重不足。目前国家没有专项 资金扶持,原有的煤矸石综合利用专项资金已被取 消,而新的融资渠道还没有形成,特别是商业银行对 煤矸石综合利用贷款条件苛刻,企业筹措资金困难, 一些煤矸石发电、 煤矸石建材项目难以落实,给煤矸 石的扩大利用带来不利影响。 415 企业经营管理体制落后 目前,煤矸石电厂和某些煤矸石建材企业不是 独立核算单位,而是隶属于矿务局的二级法人或生 产车间,这种经营管理体制不能实行自主经营,自我 发展,不能正常还贷付息。实践证明不适应市场经 济要求,严重影响煤矸石电厂或建材企业的积极性。 5 结论 今后相当长时期内,煤炭在能源中仍占主要地 位。煤矸石综合利用技术的研究取得了一定的成 果,但目前我国煤矸石的实际利用率并不高。大量 堆存和倾倒入河流的煤矸石,严重地危害环境。今 后要加强煤矸石的组分、 结构与特性等基础研究,根 据煤矸石的特性和实际需要,开发新的用途。加强 对煤矸石施用环境的监测和管理,防止走上 “先污染 后治理” 的老路。开发综合处理方法,对煤矸石和其 188 煤 炭 技 术 第27卷 论煤矿防爆电气设备配件的质量安全 范钦岗,潘德功 龙煤矿业集团公司 鹤岗分公司,黑龙江 鹤岗154100 摘 要煤矿事故直接损害了国家财产以及人的生命安全,其中煤矿防爆电气设备和材料选用的安全性是很主要 的。主要谈论防爆电气设备配件的质量安全,如何对防爆电气设备配件进行系统采购,使用前关于检测、 验收、 安 装、 维修所应注意的事项。 关键词防爆电气设备;国家标准;质量监督 中图分类号TD684 文献标识码A 文章编号1008 - 8725200901 - 0189 - 02 Talking About Security of Coal - Mine Electric Equipment FAN Qin - gang , PAN De - gong Hegang Nranch ,Longmei Group , Hegang 154100 , China Abstract Mine accidents directly harm the state property and human life ,coal mine explosion - proof electrical equipment and materials optional security is a major area. This article is talking about the explosion - proof electrical equipmentpartson the qualityof security , how to stock the explosion - proof electrical equipment ,be2 fore the use of the er on the testing , inspection , installation , maintenance what should be paid attention to about it. Key wordsexplosion - proof electrical equipment ; national standards , quality supervision 0 前言 煤矿防爆电气产品在实际安全生产使用过程中 起着举足轻重的作用,直接关系到人的生命和国家 财产安全,以及煤矿的生死存亡。如何对防爆电气 设备配件进行系统采购,使用前关于检测、 验收、 安 装、 维修所应注意的事项以及安全防范,加大防爆电 气物质管理力度是当前非常紧迫的任务。 他废物同时进行处理。 煤矸石 “弃之为废”,危害极大,“用之为宝”, 利在当今,功在千秋。利用它可以生产多种建筑材 料、 化工产品及冶金产品,它还能在建筑工程、 农业 等众多行业利用。不但可以部分恢复其原有使用价 值,还能够开发出众多新的利用途径。因此,说它 是一种 “易被人们丢弃的、 多能的资源”,必须站在 资源的高度认识它、 研究它、 利用它,这就是煤矸石 资源化利用的真正含义。 参考文献 [1] 蒋爱良.煤矸石的组成特征及利用途径[JΠOL ]. www1coalinfo1 net1cnΠchinacoalΠ2000Π2003Π081htm1 [2] 许泽胜,杨巧文,王新国,等.煤矸石的分类及其综合利用[J ]. 中国环保产业,2001 ,7 . [3] 杨凤玲,嵇银行,严生.简述煤矸石在建筑材料工业中的应用 [J ].粉煤灰综合用,2005 ,1 . [4] 郭云争.大力发展煤矸石的综合利用[J ].粉煤灰综合利用, 2004 ,4 . [5] 王孝笃,徐耀兴.国外工业废渣在建材工业中的应用[J ].上海 建材, 1990. 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