新疆煤矸石的综合利用.pdf

新疆煤矸石的综合利用 王 忠 萍 新疆煤矿设计研究院,新疆 乌鲁木齐 830091 摘 要从可燃煤矸石的利用、矸石在建材工业的利用、矸石生产化工产品、煤矸石在农业上的应 用等方面介绍了新疆地区各矿区煤矸石综合利用的有效途径,可为其它矿区煤矸石综合利用提供借 鉴参考。 关键词煤矸石;综合利用;资源;途径 中图分类号 X322 文献标识码 B文章编号 100727677 2009 0420050203 Discussion on comprehensive utilization of coal gangue in Xinjiang WANG Zhong2ping Xinjiang Design and Research Institute of Coal Mine , Urumchi830091, China Abstract The effective way to utilize coal gangue in varied mine in Xinjiang were introduced in the paper , such as the use in combustion , the use of coal gangue in building materials industry , the use to produce the chemical products , the application of coal gangue in agriculture etc. It could provide reference for the utilization of coal gangue in other mine area. Key words coal gangue; comprehensive utilization; resource; approach 0 引 言 新疆煤炭资源总体煤质较好,灰分较低,煤矸 石在煤炭开采、洗选及加工过程中排放出的数量, 约占煤炭产量13 左右。近年来,新疆通过煤矸 石的综合利用已取得了一定效果,乌鲁木齐地区历 年堆存的矸石山已大部分综合利用,利用率为 85 ,其它矿区矿井的煤矸石也不同程度地得 到治理。 实践表明,煤矸石作为潜在资源,兼有岩矿、 煤炭、化工原料、元素资源库、惰性材料等多种功 能属性 [1 ,2] ,有广泛的综合利用途径。因此,应因 地制宜,根据煤矸石的组成和性质,深入开展综合 利用,以节约煤炭资源,减少环境污染。 1 可燃煤矸石的利用 111 可燃煤矸石利用现状 煤与可燃煤矸石之间没有明确的划分界限,国外 一般将灰分超过50 的煤称煤矸石,根据灰分的分 级国标GB /T 1522411我国则将灰分为40 ～50 的煤称高灰分煤HA。可燃煤矸石发热量一般为 4150 MJ /kg～12155 MJ /kg。煤矸石热电厂采用循 环流化床锅炉,可利用高灰分煤发电供热,该部分煤 矸石包括中煤、煤泥以选煤厂排出的洗矸为主, 煤泥发热量一般为8136 MJ /kg～16172 MJ /kg ,混 烧方式有煤矸石和煤泥浆、煤矸石和煤泥饼混烧。 通过简易洗选,热值为6127 MJ /kg的可燃煤 矸石可不经过洗选就可用作流化床锅炉的燃料。以 其低热值燃料进行供热发电,节约能源,产生的炉 渣还可以制各种建材,从而达到调整矿区产业结 构、节约能源、减少污染的目的。新疆的煤矸石热 电厂主要有乌鲁木齐地区、哈密三道岭地区、艾维 尔沟3大煤炭生产基地及和田布雅等中型煤矿。占 矿区用电的30 ,每年发电基本上可消耗尽矿区 矿井全部可燃煤矸石,占矿区矿井矸石量 约90 。 112 可燃煤矸石利用问题 当矿井生产洗矸数量减少时,有的煤矸石热电 厂缺少燃料,还需补充价格高于洗矸的混煤作燃 料。因此有的煤矸石热电厂采用同一厂房中布置有 循环流化床锅炉和层燃锅炉两种锅炉,使燃料供应 必须采取满足不同炉型的要求方式,燃料制备系统 复杂。 随着新疆煤炭发展,循环流化床燃烧技术正在 向大型化方向发展。国内已有成熟运行经验的大型 循环流化床锅炉为410 t /h , 300 MW～600 MW机 05 第4期煤 质 技 术2009年7月 组是新疆大型火电的首选,高灰煤可燃煤矸石 电厂、低灰煤电厂应统一规划、分片实施,简化复 杂的燃料制备系统。 2 矸石在建材工业的利用 建材工业主要利用发热量一般为4150 MJ /kg 以下,灰分高达50 以上矸石。 211 矸石制水泥 在烧制硅酸盐水泥熟料时,掺入一定比例的矸 石,部分或全部代替黏土配制生料。矸石主要岩石 类型以泥质岩石为主,砂岩含量较少。所配生料的 化学成分要满足生产高质量水泥熟料的要求,一些 有害成分的含量必须控制在一定范围内,产品应符 合GB 175标准。按上述工艺生产的水泥一般称为 普通硅酸盐水泥,加入矸石作为混合材料后也称火 山灰质硅酸盐水泥,用煤矸石代替黏土制得的水 泥,其质量比黏土还稳定并可节约煅烧用的燃煤。 用煤矿附近矸石山上经过自燃后的矸石为主体 还可生产无熟料水泥,因矸石山堆放后的煤矸石经 过自燃过程,即相当于经过煅烧而成为熟料,再加 入一些石灰15 左右和石膏 3 ～5 ,经 过磨细而成,水泥标号一般也能达300号以上,用 此方法生产的水泥工艺简单,成本更低,近年新疆 乌鲁木齐地区原有矸石山基本全部被附近水泥厂利 用,发展较快。 212 矸石制砖瓦 利用热值低的矸石全部或部分代替黏土,采 用适当烧制工艺生产烧结砖的技术在我国已经成 熟,成为大宗利用煤矸石的主要途径。生产烧结 砖对煤矸石原料的化学组成要求二氧化硅为 55 ～70 ,三氧化二铝为15 ～25 ,三氧化 二铁为2 ～8 ,氧化钙不大于2 ,氧化镁不大 于3 ,三氧化硫不大于1 。可塑性指数7～15 , 热值为2109 MJ /kg～4118 MJ /kg ,煤矸石的放射 性符合GB 9196标准。 新疆目前生产煤矸石砖的主要有哈密三道岭露 天矿,种类有烧结实心砖、多孔砖、空心砖、马路 砖、草坪砖、路沿石异形块等建材产品。煤矸石用 于制砖,既可节能、节土、保护环境,同时生产受 季节、气候的影响不大,可常年运行,效益显著, 可满足整个矿区的建设需要。 213 用矸石做筑路材料 利用灰分70 以上,热值为2109 MJ /kg以下 的矸石作为铺筑公路的基底层及工厂的地基,矸石 经筛分后加入部分水泥还可用来铺筑各种运动场地 面层,但其要求合适的路基压实方法和设备,使路 基压的较密实,以保持路基的稳定。 采取此途径不仅可用去一定量的矸石,而且用 的比较彻底,又不会造成二次污染。即为新疆大、 中、小型矿井普遍利用矸石的途径。 214 矸石复垦及回填矿井采空区 利用矸石作为复垦采煤塌陷区的充填材料,既 可使采煤破坏的土地得到恢复,又可减少矸石占 地,减少矸石对环境的污染。一般用于复垦的矸石 以砂岩、石灰岩为主,采用推土机回填、压实,根 据不同的用途进行处理,如作为耕种则进行表面复 土,作为建筑用地则要采取分层碾压。 21411 复垦种植的技术要求 对堆放多年并已逐渐风化的矸石,进行复垦 后,可针对具体情况进行绿化种植。先以草灌植物 为主,然后再种乔木树种,一般选择抗旱、耐盐 碱、耐瘠薄的树种。对表层已风化成土的煤矸石复 垦后,不需复土,可直接进行植树或开垦为农田。但 在种植农作物前必须查明矸石中的有害元素含量。 21412 矸石作工程填筑材料的技术要求 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。 矸石工程填筑是以获得高的充填密实度,使矸 石地基有较高的承载力,并有足够的稳定性。要求 矸石是砂岩、石灰岩或未经风化的新矸石,施工通 常采用分层填筑法,边回填、边压实,并按照工 业与民用建筑地基基础施工规范对填筑工程进行 质量评价。 矸石复垦及回填是新疆大、中、小型矿井普遍 利用矸石的又一途径。 3 矸石生产化工产品 用矸石生产化工产品新疆尚属空白,目前新疆 正在生产的多为中、小型矿井,大型矿井较少,矸 石生产化工产品不能形成规模效益。近年许多大型 矿井及选煤厂正在设计建设中,矸石生产化工产品 未来发展可能会有一定的突破。 311 制备铝系产品 当煤矸石中的Al2O3含量达到35 时,即可利 用其中的铝元素,生产硫酸铝、结晶氯化铝、聚合 15 第4期煤 质 技 术2009年7月 氯化铝、氢氧化铝、铝铵矾、聚合氯化铝铁等20多 种铝系产品 [3 ] 。制备铝系产品为煤矸石的高附加值 利用开辟了一条新的途径。 312 制备硅系产品 煤矸石生产聚合氯化铝的硅渣中常含有大量 SiO2,将其与NaOH反应就可制得水玻璃,该工艺 可在常压下进行,操作简单,成本低,经济效益 好,很有开发前景。 4 煤矸石的农业应用 411 煤矸石有机复合肥 煤矸石一般含有大量的炭质页岩或粉砂岩、 15 ～20 的有机质,以及高于土壤2倍～10倍 植物生长所需的B , Zn , Cu , Co , Mo , Mn等微 量元素,因此经粉碎磨细后,按一定比例与过磷酸 钙混合,加入适量活化剂与水,充分搅匀后堆沤, 可制得新型农肥,该肥掺入N , P ,K后,即可获 得全营养矸石复合肥,其含有丰富的有机质和微量 元素、吸收性好、适应性强、兼具速效和长效的特 点且加工简单、产品成本低廉。 新疆已有小型有机复合肥厂,尚未形成规模。 在新疆准东矿区规划中包括有大型有机复合肥厂。 412 煤矸石微生物肥料 煤矸石和风化煤中含有大量有机物,是携带固 氮、解磷、解钾等微生物的理想基质,因而可作为 微生物肥料,又称菌肥。以煤矸石和廉价的磷矿粉 为载体,外加添加剂等,可制成煤矸石微生物肥 料,主要以固氮菌肥、磷肥、钾细菌肥为主。与其 他肥料相比,是一种广谱性的生物肥料,施用后对 农作物有奇特效用。煤矸石菌肥生产工艺简单、耗 能低、投资少、生产过程不排渣 [4 ] ,对新疆未来发 展有很好的经济效益和社会效益。 413 煤矸石改良土壤 针对某一特定土壤,利用煤矸石的酸碱性及其 中丰富的微量元素和营养成分,适当掺入一些有机 肥,可有效改良土壤结构、增加土壤疏松度和透气 性、提高土壤含水率,促进土壤中各类细菌新陈代 谢、丰富土壤腐植质,使土地得到肥化,促进植物 生长。对新疆部分煤矿已经实施,即是矸石在农业 方面综合利用的有效途径。 5 煤矸石的其它应用 除上述4种主要利用途径以外,从煤矸石中回 收黄铁矿、提取稀有元素和有色金属元素也逐渐被 提上了防治矿区污染、节约煤炭资源的日程。另外, 大量堆存在矿区特别是露天矿周围的强度高、 风化度轻、热值低的煤矸石,正日益被广泛用作铁 路堤坝、公路路基、填坑造地、露天矿回填、矿区 复垦等的工程基础材料;而利用煤矸石搭设沙障固 沙,不仅可防风固沙,还会对新疆沙地土壤有明显 的改良作用。 近年来,随着煤矸石综合利用的深入开展,国内 外在对煤矸石进行深加工的过程中,已制备出β 2SiC 超细粉、 β 2SiC2Al2O3复相材料、多孔陶瓷、吸声 泡沫玻璃、橡胶补强填充剂、铸造型砂和造型粉、 冶炼硅铝铁合金、4A分子筛、Y型沸石等新型材 料,新型附加值高、性能优异的材料正被广泛地应 用在现代生产和生活中,因此也可能是未来新疆大 型矿井综合利用矸石的新途径。 6 结 语 煤矸石的综合利用是节约土地、合理利用资源 的重要途径,是新疆煤炭企业结构调整、增强竞争 力的必然选择,也是治理污染、改善环境,实现可 持续发展的重要举措。将煤矸石综合利用视为一个 系统工程,加强煤矸石成分与特性的基础研究,提 高综合利用率,并注重实效,防治二次污染。积极 采用附加值高、用量大的煤矸石产品技术。开展大 型燃煤矸石循环流化床锅炉及成套发电技术、生态 复垦及地面矸石山的综合处置利用等技术在实际工 程中的应用。跟踪国内综合利用技术和装备的发展 趋势,加大技术引进的步伐,尽快缩短新疆煤矸石 综合利用技术装备水平与各省的差距。 参考文献 [1]刘鹏飞1 最新洁净煤生产加工技术标准与质量监督检 验实用手册[M]1 安徽文化音像出版社, 20031 [2]王国平,孙传敏 1 煤矸石资源化的主要途径[J ]1 中国矿业, 2004 , 14 31 [3]刘全成1 关于煤矸石资源化综合利用的几个问题[J ]1 煤炭加工与综合利用, 2001 41 [4]石 磊1 煤矸石的综合利用[J ]1 煤化工, 2005 81 作者简介王忠萍19562 , 女,辽宁抚顺人,高级工程师, 主要从事选煤工作。 收稿日期 20092052 12 25 第4期煤 质 技 术2009年7月