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煤矸石知识简介 一、煤矸石概述 1.1 煤矸石的概念及危害 煤矸石是煤矿建井和生产过程中排出的一种混杂岩体，包括煤矿在井巷掘进时排出的矸石、露天煤矿开采时剥离的矸石和洗选加工过程中排出的矸石，煤矸石产生量约占煤炭开采量的10％～15％。 1.2 煤矸石的组成 煤矸石是多种矿岩组成的混合物，属沉积岩。主要岩石种类有粘土岩类、砂岩类、碳酸盐类和铝质岩类。粘土岩中主要矿物组分为粘土矿物，其次为石英、长石云母和黄铁矿、碳酸盐等自生矿物，此外还含有植物化石、有机质、碳质等；砂岩类矿物多为石英、长石、云母、植物化石和菱铁矿结核等；碳酸盐类的矿物组成为方解石、白云石、菱铁矿，并混有较多的粘土矿物、陆源碎屑矿物、有机物、黄铁矿等；铝质岩类均含有高铝矿物三水铝矿、一水软铝石、一水硬铝石，此外还常常含有石英、玉髓、褐铁矿、白云母、方解石等。煤矸石的岩石种类和矿物组成直接影响煤矸石的化学成分。 1.3 煤矸石的特点 煤矸石的活性大小与其物相组成和煅烧温度有关。粘土类煤矸石加热到一定温度时一般为700～900℃，结晶相分解破坏，变成无定型的非晶体，使煤矸石具有活性。 我国煤矸石的发热量多在6300kJ／kg以下，其中3300～6300kJ／kg、1300～3300kJ／kg和低于1300kJ／kg的各占30％，高于6300kJ／kg的仅占10％。各地煤矸石的热值差别很大。 1.4 煤矸石对环境的危害 2007年，世界硬煤产量为56亿吨，其中电煤为48.5亿吨，焦煤为7.5亿吨。2007年，我国煤炭产量为25.23亿吨，以排矸量占原煤生产量的10％估算，新增煤矸石约为2.5亿吨，除综合利用约为8000万吨外，其余部分就近自然混杂堆积。我国已形成1500座煤矸石山，贮存煤矸石超过30亿吨、占地近30万亩，煤矸石已成为我国积存量和年产量最大、占用堆积场地最多的一种工业废弃物。煤矸石一般露天堆放，经过日晒、雨淋、风化、分解，产生大量酸性水或携带重金属的离子水，下渗损害地下水质，外流导致地表水污染，近1/3的煤矸石由于硫铁矿和含碳物的存在发生自燃，产生有害有毒气体，严重污染环境，煤矸石堆放不仅对煤矿自然景观造成一定的影响，有时还会产生滑坡和泥石流等自然灾害。 二、煤矸石的利用现状 2.1 国际煤矸石资源化利用的现状 国外煤矸石利用最早始于第二次世界大战前，直到20世纪60年代后期才真正引起各国的重视，截至目前为止在众多研究中最成功的方法是生物复田，生物复田首先在美国和匈牙利研究成功，目前这项技术已向全世界推广。美国还研究成功了直接从燃烧的煤矸石山中回收热能，法国对灰分较大的煤矸石进行洗选，回收了其中的可燃物用于发电，从而节约了煤炭。复田造地是彻底消除煤矸石污染的根本方法，在国外已实施多年，效果相当显著，其中英国青野露天矿对复田造地实施较为长久，也卓有成效。 在国外,煤矸石利用最普遍的方法是做建材，法国在这方面做得较为出色，从70年代起的30年中，法国人共利用煤矸石1亿多吨，主要用于制砖、生产水泥和铺路；在法国，红色煤矸石的颗粒具有抗水冲蚀能力，可用于充填潮湿甚至沼泽和积水塌陷坑，被认为是很好的填充材料，可使路基具有良好的不透水性，法国北部所有载重道路都是使用这种材料作为路基；近年来，法国还研究煤矸石在水泥中利用的新方法，即将含煤比例较高的煤矸石既作为原料又作为燃料投入窑炉生产水泥。在英国，已燃煤矸石被认为是一种优良和经济的材料，并得到了广泛的利用，其中大部分被用于公路、填坝和其他土建工程的填充物。美国利用“红矸石”（燃烧过的煤矸石渣）作为筑路材料，是目前煤矸石用量最大的一种途径，在宾夕法尼亚州“红矸石”被用于整修道路面。前苏联顿巴斯矿区每年排出约为6000万吨煤矸石，积存的煤矸石约为8亿吨，煤和硫在空气中因氧化而自燃，使煤矸石经受煅烧变成烧岩，结果是黏土颗粒中的高岭土脱水，具有水硬性掺合料的性质，这种烧岩经常作为碎石用。国外还报道了英、波、比、俄、日等国用煤矸石代替部分黏土生产水泥，取得了节煤、降低成本等效果。 2.2 国内煤矸石资源化利用的现状 我国从70年代起开展了煤矸石综合利用的工作，但是由于我国煤矸石产量大和资源区域差异显著，以及经济条件和技术设备的制约，我国煤矸石利用率还较低。我国煤矸石利用的主要途径有 1.生产化工产品国内外普遍采用酸盐联合法从煤矸石中提取氧化铝或其他铝盐，流程主要包括酸法脱硅、盐析去渣和烧结转型等，在具体设计过程中根据原料品味和产品类型档次进行部分改进，如用氯化氢气体盐析提纯、氨水活化、去离子水洗涤和交联剂高聚复合等，这些工艺解决了煤矸石综合利用中的许多技术问题，但是在工业生产中也存在一些弊端，主要包括二氧化硅的利用率不高、生产过程排放多种废气、废液和废渣，形成二次污染，所以工业化生产受到限制。 2.改良土壤煤矸石中一般含有大量的碳质页岩,其中有机质含量在15％～20％,并含有丰富的植物生长所必须的B、Zn、Cu、Co、Mo、Mn等微量元素,一般比土壤中的含量高出2～10倍。煤矸石有机复合肥料增加土壤疏松、透气性,改善土壤结构,提高土壤肥力,达到增产目的。生产煤矸石有机复合肥料一般用化学活化法，即选用含有机质较高的破碎煤矸石粉与过磷酸钙按一定比例混合,加入适量的活化添加剂充分搅匀,加入适量水,堆沤活化即成，还可在活化后掺入氮、钾和微量元素等制成全养分矸石肥料。 3.发电煤矸石发电一般利用热值在1000到3000大卡左右的煤矸石做燃料,辅以适量的煤或煤泥，通过沸腾炉或循环流化床带动发电机组发电，我国已有一批煤矸石发电厂在运转中，如山西平朔煤矸石发电厂在原来两台5万千瓦机组的基础上扩建，又新上两台30万千瓦的机组，取得了一定的经济效益,而且山西平朔煤矸石发电厂与中国矿业大学（北京）混凝土与环境材料研究所合作将煤矸石燃烧产生的粉煤灰和炉渣粉磨活化用于建筑材料。 4.在建材中的利用一是做水泥原料，因煤矸石的化学成分与黏土相似，可代替黏土与石灰石、铁粉和硅质胶等原料一起配料，生产所需标号的水泥；由于煤矸石具有热值，可节约部分燃料，也可以煤矸石为主要原料，掺入适量的石灰、石膏磨细制成水硬性胶凝材料，有时也掺用少量熟料作为激发剂制成无熟料或少熟料水泥。二是做砖瓦、轻集料和新型墙体材料，煤矸石代替黏土生产砖瓦可做到烧砖不用土或少用土，烧砖不用煤或少用煤，大量节省耕地和能源，减少污染；利用煤矸石在高温煅烧时发气膨胀的特性，可生产具有较高附加值的轻集料，符合混凝土轻质高强的发展方向；以煤矸石为主要原料生产的新型墙体材料，如空心砌块和加气混凝土制品具有容重轻、保温吸音好的特性，可用于承重墙、非承重墙、保温块和保温管等多种制品。三是做筑路和填充材料，煤矸石作为筑路材料的研究应用较为普遍，国内外已广泛利用自燃煤矸石作为筑路材料，破碎煤矸石也可作为沥青混凝土的集料直接用于铺路；我国有煤矸石作为铁路路基回填中的下层材料的研究应用，回填的种类、区域和填充工艺等不同对材料的要求不同，回填可用可控低强度材料，这种材料是由大量煤矸石、粉煤灰和其他尾矿制造而成，可用于开放式涵洞、露天矿山、涵箱的内部和周围、排水渠或排水管的内部和周围，以及其他具体的回填利用。四是做水泥及混凝土掺合料或辅助胶凝材料，煤矸石经过自燃或人工煅烧后具有一定活性，可掺入水泥及混凝土中作为掺合料，中国矿业大学（北京）混凝土与环境材料研究所与北京路桥建材集团共同承担的北京市科委项目“矿山废弃物资源化利用”，这个项目将煤矸石破碎作为沥青混凝土集料，利用剩下小于5毫米的颗粒经过煅烧粉磨活化制造出高性能混凝土矿物掺合料，这个项目中破碎煤矸石的过程相当于对煤矸石进行了分选，将煤矸石破碎作为沥青混凝土集料和制造掺合料结合起来，充分利用了资源能源，避免了二次污染。 三、煤矸石发电 3.1 煤矸石发电概述 煤矸石电厂是指利用煤炭开采及洗选加工过程中外排的固体废物等作为燃料的发电厂。目前，全国煤矿已建成运行的煤矸石发电厂有128个，总装机容量约200万kW。近日，国家发展改革委印发了关于2007-2010年煤矸石综合利用电厂项目建设有关事项的通知，确定2007-2010年全国新建煤矸石综合利用电厂50座，总装机规模2000万千瓦。煤矸石是煤炭生产和洗选加工过程中产生的固体废弃物。目前，全国每年排放的可用于发电的煤矸石约2亿多吨。煤矸石排放堆积，浪费资源，占压土地，污染环境。该通知的印发对于指导企业开展煤矸石综合利用电厂项目前期工作，加快煤矸石等低热值资源综合利用，推动全国的节能减排工作具有重要作用。发展煤矸石电厂是我国实施可持续发展战略，加强环境保护、实现资源的有效配置和利用以及煤炭行业、产业、产品结构调整的必然选择。 3.2 煤矸石发电的优点 一是改善矿区环境。我国每年矸石发电消耗矸石量约1400万吨，占矸石综合利用量的30左右，减少因堆积煤矸石占地2000余亩，而且，电厂灰渣制砖，减少了黄土用量,保护耕地,改 善了矿区环境。 二是节省大量能源。按我国每年排放的可用于发电的煤矸石约2亿多吨计算，折合标煤约5700万吨，以发电用煤400g/kWh计算，可以发电1428亿kWh。 三是促进了煤炭行业的结构调整。煤炭作为我国的基础产业和主要能源工业，由于受长期计划经济的影响，产业结构矛盾突出，且供过于求，经济效益不好。煤矸石发电由于有较好的社会、经济和环境效益，也符合国家的产业政策，是煤炭行业产业产品结构调整的有效途径之一。