煤矸石综合利用技术综述.pdf
4 结论 1选煤厂的建成投产改变了梁北矿原有的 粗放商品结构模式,通过加大煤炭洗选加工力度, 优化产品结构,提高了商品煤质量和市场竞争力。 梁北矿建设选煤厂前商品煤为原煤电煤 , 吨煤 售价仅为380元,而建设选煤厂后商品煤为炼焦配 煤和高炉喷吹煤,综合售价为510元/t,年平均增 加利润总额9 000万元,增加税后利润6 030万元。 2由于进行了选煤方法和选煤工艺的优化 设计,确定了适合梁北矿煤质特点的选煤方法和选 煤工艺,最大限度地保证了项目功能的实现和企业 效益最大化。项目最初拟采用跳汰-浮选工艺,在 建设单位与相关参建单位共同努力下,经过大量调 研和科学论证,最终确定梁北选煤厂采用技术先进 成熟、分选数量效率较高的重介-浮选工艺。由于 采用重介-浮选工艺使精煤产率提高了517个百分 点,因此选煤厂的销售收入也约增加517。 3由于进行了主要工艺设备和控制设备选 型优化,使选煤厂技术装备达到了较高水平,实现 了全厂生产自动化,减少了劳动定员减少人员 105人 , 降低了生产成本支出26215万元,提高 了生产效率,稳定了生产指标增效50万元 /a 。 4在工程建设中,通过对原煤缓冲仓、产 品装车仓等进行结构优化,共节约工程费用30万 元。所有煤仓漏斗部分铺设微晶耐磨材料,降低了 漏斗部分高度,增加了仓容。主厂房采用钢结构, 全部栈桥采用彩板维护,不仅加快了工程进度,而 且使选煤厂建筑风格上了一个台阶,十分美观大 方。 文章编号 1001 - 3571 2007 02 - 0061 - 04 煤矸石综合利用技术综述 周翠红,常 欣 北京石油化工学院机械工程学院 环境工程系,北京 102617 摘要煤矸石是煤炭生产中排放的废弃物,不仅占用了大量的土地,而且严重污染环境。同时, 煤矸石又是一种宝贵的资源。基于煤矸石的组成和热值特点,介绍了国内外煤矸石的物理性利用 和化学性利用方法,重点分析了制备絮凝剂、净水剂技术。同时指出必须强化我国煤矸石综合利 用技术的研究及推广应用工作。 关键词煤矸石;利用;工艺;絮凝剂 中图分类号TQ536 文献标识码 A 煤矸石是煤矿在建井、开拓掘进、采煤和煤炭 洗选过程中排出的含碳岩石及岩石等多种矿岩组成 的混合物,主要成分有煤炭、碳质页岩、泥质页岩 及砂岩等。据统计,我国现有矸石山1 500多座, 累计堆存煤矸石35亿t以上,占地13 340ha。煤 矸石大量无序排放和堆积,不仅占用大量土地,煤 矸石中硫化物的逸出或浸没还会污染大气、土壤和 水质。煤矸石自燃时,排放大量有害气体,污染大 气环境。 从国外看,美国、日本、荷兰等国对煤矸石的 研究利用较早,对煤矸石废弃物进行资源化利用的 政策法规比较完善,煤矸石资源利用技术水平也较 收稿日期 2006 - 12 - 13 作者简介周翠红1973 - ,女,博士,副教授。主要从事固体 废弃物资源化技术及设备方面的教学与科研工作。E - mailzhou2 cuihongbipt1edu1cn,电话010 81292291。 高。在荷兰、法国等西欧一些国家,煤矸石的利用 率已分别达到100、60和56。 我国煤矸石综合利用量由1995年的5 600万t 增加到2000年的6 600万t,利用率由38上升 到43。根据国家发改委公布的 “ 十一五 ”资源 综合利用指导意见 ,到2010年煤矸石综合利用率 达70。因此,必须继续强化煤矸石综合利用技 术的开发及推广应用 [1 ] ,并充分回收煤矸石中的 硅、铝、铁等元素。 1 煤矸石的特点 中国各地煤矸石的成分和热值差别较大,化学 组成复杂,所包含的元素较多表1 ,因此,应 根据煤矸石的成分、性质选择经济合理的利用途径 表 2 。 16 第2期 2007年4月 选 煤 技 术 COAL PREPARATI ON TECHNOLOGY No12 Apr12007 表1 煤矸石的化学组成wB/ 成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO2K2O Na2O 含量 52~ 65 16~ 36 213~ 1416 014~ 213 014~ 214 019~ 410 115~ 319 表2 煤矸石的合理利用途径 热值范围/ kJkg- 1 合理利用途径说明 2 090 回填、修路、造地、 制骨料 制骨料以砂岩未燃 矸石为宜 2 090~4 180烧内燃砖CaO含量5 4 180~6 270烧石灰渣可作混合料和骨料 6 270~8 360 烧混合料、制骨料、 生产水泥 用于小型沸腾炉供 热产气 8 360~10 450 烧混合料、制骨料、 生产水泥 用于小型沸腾炉供 热产气 2 煤矸石的利用技术 211 煤矸石复垦及采空区回填 21111煤矸石复垦 煤矸石复垦后,可选以草坪植物为主,再植抗 旱、耐盐碱、耐瘠薄的乔木树种。对表层已风化成 土的煤矸石复垦后,不需复土,可直接造林或开垦 为农田,但必须查明确保矸石中的有害元素含量不 能超过标准。 21112 煤矸石作工程填筑填料 [2 ] 煤矸石作填筑材料主要是指充填沟谷、采煤塌 陷区等低洼区的建筑工程用地,或用于填筑铁路、 公路路基等,或用于回填煤矿采空区及废弃矿井。 煤矸石工程填筑要获得高的充填密实度,使煤矸石 地基有较高的承载力,并有足够的稳定性,要求煤 矸石是砂岩、石灰岩或未经风化的新矸石。 煤矸石一般呈黑色块状,自燃过的煤矸石呈浅 红色块状,风化程度较好,初步碾压后的筛析结果 表明,5mm的颗粒占30~40。一般情况下, 煤矸石的压碎值为2813 ,对于建筑公路而言, 可满足大交通量压碎值20,粒径6mm,其中N、P、K等植物生长所 必需的元素含量要高;应富含农作物生长所必需的 B、Cu、Zn、Mo、Co等微量元素。有害元素As、 Cd、Pb、Se等要符合G B8173 - 87农用标准的要求。 21413 利用煤矸石改良土壤 利用煤矸石的酸碱性及其中含有的多种微量元 素和营养成分,可将其用于改良土壤,调节土壤的 酸碱度和疏松度,并可增加土壤的肥效。具体实施 时,要查明土壤的化学成分和性质,并在其中掺入 一些有机肥料。在未制定污染控制标准前,应参照 GB8193 - 89标准执行。 215 煤矸石制备无机高分子絮凝剂 无机高分子絮凝剂主要组成元素是硅、铝、 铁,其生产原料可以是化学试剂,也可以是矿物质 和工业废物等。煤矸石富含制备无机高分子絮凝剂 的主要成分,是制备无机高分子絮凝剂的天然原 料。目前,用煤矸石制备絮凝剂的较成熟的工艺是 用煤矸石制备聚合氯化铝PAC。 21511 聚硅酸铝盐的制备工艺 煤矸石一般含有20~35的氧化铝,是制备 Al OH3、Al2O3很好资源。但是其中的氧化铝活 性差,需将煤矸石进行活化处理。煤矸石经粉碎 → 焙烧 → 细碎 → 酸溶 → 沉降 → 过滤工艺处理后,所得 滤液为AlCl3,滤渣的主要成分是SiO2,将其与 NaOH按一定比例配成料浆送入反应釜,反应完毕 后过滤并除去不溶物,所得滤液即为NaSi O3的水溶 液。用一定浓度的工业盐酸对NaSiO3进行酸化,便 可得硅酸,硅酸在一定条件下聚合生成聚硅酸,聚 硅酸与AlCl3按一定摩尔比混合,得聚硅酸铝混凝 剂 [7]。图 1所示为聚硅酸铝混凝剂制备工艺流程。 图1 聚硅酸铝混凝剂制备工艺流程图 21512 聚铁铝硅的制备工艺 煤矸石磨细过筛,然后用NaOH溶液溶解,得 到Na2SiO3溶液,将Na2SiO3在酸性条件下聚合,得 聚硅酸,浸硅后剩余的残渣与硫铁矿渣混合用盐酸 溶解得铁铝溶液,铁铝溶液在碱性条件下按不同摩 尔比聚合成聚铁铝,聚铁铝与聚硅酸按一定摩尔比 混合共聚得聚铁铝硅 。工艺流程见图2。 图2 聚铁铝硅制备工艺流程图 21513 利用煤矸石制取净水剂 聚合氯化铝溶 液 以煤矸石为原料,制取碱式聚合氯化铝净水剂 的工艺路线流程简单、成本低,而且达到了以废治 废的目的。煤矸石中Al2O3溶出的最佳工艺条件 盐酸浓度215mol/L,液固比10∶1,水浴温度 60℃,反应时间515h。溶出液中Al2O3含量为 1715。在盐基度为70左右时,净水絮凝 效果较佳。盐基度过大,易生成Al OH3沉淀, 反而影响絮凝效果。工艺流程为样品粉碎 → 焙烧 → 酸溶 → 过滤 → 盐基度调整。 216 煤矸石的其他利用途径 21611 冶炼硅铝铁合金 对于Fe2O3含量较高的煤矸石,可采用直流矿 36 第2期 周翠红等煤矸石综合利用技术综述 2007年4月25日 热炉冶炼硅铝铁合金,要求煤矸石的化学成分见表 3。入炉粒度在20~60mm [3 ]。 表3冶炼硅铝铁合金的煤矸石原料要求wB/ 成分SiO2Al2O3Fe2O3 含量20~3535~5515~30 21612 制取水玻璃 煤矸石的主要成分是Al2O3和SiO2,如果将其 破碎、焙烧、酸溶、过滤,那么滤液中的氧化铝经 过浓缩、结晶、热解、聚合、固化、干燥等过程, 就可制成聚合氧化铝。滤渣中的二氧化硅与氢氧化 钠反应就可制成水玻璃 [3 ]。 21613 生产铸造型砂 高岭石含量在40以上的泥质岩类煤矸石可 作为生产铸造型砂的原料,煅烧是生产铸造型砂的 技术关键。煅烧窑炉常采用立窑或倒焰窑。泥岩类 煤矸石主要从泥岩含量相对较多的洗煤矸石、煤巷 矸石和手选矸石中采用人工手拣的方法获得 [6]。 21614 利用煤矸石制取造纸涂料 以煤矸石为原料生产涂料级煅烧高岭土,利用 浸出除杂、 湿法超细磨、 煅烧除碳增白联合方法处理 煤矸石,可获得合格的涂料级煅烧高岭土产品,其产 品性能符合国家铜版纸造纸涂料级标准。采用煤矸 石制取造纸涂料具有煤矸石利用量大、 利用彻底的 特点,为煤矸石的资源化利用开辟了一条新途径。 21615 煤矸石中硫铁矿在处理含铬废水中的应用 煤矸石中硫铁矿对含铬废水的处理效果与废水 的pH值关系较为密切,废水的pH值越小,对六 价铬的去除率越高,相反去除率越低。经反复试 验,煤矸石中硫铁矿 S 含量为30 与六价铬 质量比为60∶1,处理后含铬废水可以达标。利用 煤矸石中硫铁矿处理酸性含铬Ⅵ废水,工艺 简单、操作方便,实现了以废治废。 21616 制备活性炭-分子筛复合材料 以煤矸石为原料制备活性炭-沸石复合物,煤 矸石中的三种主体化学成分硅氧化物、铝氧化 物和碳都能得到利用,而且制得的材料同时具 有微孔和中孔的结构特征,具备沸石的亲水和活性 炭的亲油吸附特征,可以用于吸附剂、除臭剂和气 体分离、净化与废水处理行业。 3 结束语 煤矸石的综合利用可以节省大量资源,综合效 益显著。为发展和提高我国煤矸石综合利用技术水 平,要积极提高煤矸石综合利用的效率和科技含 量,重点提高煤矸石综合利用的经济附加值及其有 效成分的综合利用率。 应用煤矸石制取含铝产品是高附加值利用矸石 的一个重要途径,已经取得了较大进展,尤其是在 制无机絮凝剂方面,研究较为深入,部分成果已经 实现工业化,目前的发展趋势是制备超细粉体。但 是也应该看到,目前研究工作有许多地方仍不完 善,SiO2与Al2O3是矸石中含量最多的两种物质, 同时回收这两种物质的研究较少。 总之,综合利用煤矸石要从本地区煤矸石的特 性出发,提高有效成分利用率,不仅可以减轻矿区 的大气污染和地下水的污染,而且可以减少对土地 的占用,又能回收有价值资源。 参考文献 [1] 王广金 1煤矸石的开发利用是可持续发展的一项重 要内容[J ].中国物资再生, 1999,12 32 - 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bao et al 20 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ Renovation of Coal Slurry Treat ment System ofLaoshidan Coal Preparation Plant in Practice PENG Guang - qin et al 22 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ Enhancing Technical Renovation andManagement for Realizing CoalWashingwith ClearWater ZHU Xiao - dong 24 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ I mprovement of Raw CoalWashability CurvesWEI Ge - lao et al 27⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ AbstractIn coal jiggingwashing process, coal iswashed in suspension composed of coal slime and water . Owing to simulating actual separation surroundings, it is necessary to convert coal quantity - quality composition in air into that in suspension with corresponding density and thenwashability curves can be plotted with plotting procedure and principle in constant .The washability curves obtained in thisway ismore practicable. Keywordsraw coalwashability curves; quantity - quality composition; washing water density Technical Renovation of Coarse Coal Recovery in Coal Preparation Plant of Shenhuo Coal feed thickness; feeding pressure; size component An Approach to Rotary Filtration Drum Dust CollectorWANG Zhu - liang et al 34⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ●Autom ation of Coal Preparation Application of Process Control System in Donghuantuo Coal Preparation PlantZHAO Jian - feng 37⋯⋯⋯⋯ Application ofArtificial Intelligence in Equipment FaultDetectionMENGQing - hong et al 39⋯⋯⋯⋯⋯⋯ Application ofDK - YZ Electric - Hydraulic driven ActuatingMechanism in Baishan Colliery Coal Preparation Plant ZHU Yu - qin et al 41 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ Research ofApplication ofMATLAB in Coal PreparationSHU Hao et al 43⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ AbstractThrough the examples of treatment of some typical and often used coal cleaning data compiled by use of MATLAB aswell as the examples of curve plotting, there is made exploration that is using MATLAB software to dealwith coal cleaning process and to find a bee line to development of new equipment . Keywords washability curve; distribution curve of misplaced material; Ecart Probable Ep ; cut pointδ p ; mean - square error Design of S7 - 400 PLC Control - Based DenseMedium Coal Cleaning System ZHENG Hong - feng et al 47 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ Application of Coalscan - 2100 On - Line AshMonitor in Fangezhuang Coal Preparation Plant REN Jing - long 50 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ●Design of Coal Preparation Plant Scheme ofDesign for Reing and Expanding Yixin Co. Coal Preparation PlantHUANG Shi - fu 52⋯⋯⋯ Analysis on Design of Zhangshuanglou Coal Preparation PlantMU Chang - chun 55⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ Optimizing Design and Reducing Investment for Gaining Higher Enterprise BenefitTI AN Jun - zhang 58⋯⋯ ●General Survey of the Technology of Comprehensive Utilization of Coal GangueZHOU Cui - hong et al 61⋯⋯⋯⋯⋯ Abstract Coal Gangue of a discarded matter in coalmining production not only occupies a large amountof land ar2 ea but also gives severely environment pollution, but other wise, the coal gangue is a valuable resource. Description is made in the paperof the forphysical and chemical utilization of coal gangue both at home and abroad and the stress is put on analysis of the technology for preparation of flocculent and water purification agent .It is pointed in the paper that the research on the technology of comprehensive utilization of coal gangue must be enhanced in China, and the technologymust be popularized and applied. Keywordscoal gangue; utilization; process; flocculent The Technology of Surface Protection ofMetal StructureMembers and Analysis of Its Process SONG Xiu - suo et al 65 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ Development and Application of Flotation ColumnCHEN Dong - xiang et al 67⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ AbstractThe paper presents development history of flotation column, operation principle and its main technical perfor mance.The paper also comes up with the development trend of flotation column technology based on the state - of - art of the technology and operation perance of columns used both at home and abroad. Keywordsflotation column; application; development trend Current State and Future prospect of Screen DeckMaterialYANG Xiu - lun et al 69⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯