煤矸石利用技术.doc

煤矸石利用技术 班级化工091班 姓名程朝阳 学号21号 目 录 一、煤矸石的产生2 二、煤矸石的主要成份及其分类2 1、煤矸石的主要成分2 2、煤矸石的分类3 3、煤矸石的活性4 三、煤矸石带来的环境问题4 四、国内对煤矸石开发利用情况5 五、综合评述6 1、煤矸石作筑路7 2、煤矸石复垦回填矿井采空区7 3、煤矸石造气8 4、煤矸石发电8 5、煤矸石生产复合材料8 6、煤矸石回收有益组分及制取化工产品8 7、煤矸石生产建筑材料9 1煤矸石生产水泥9 2利用煤矸石制砖11 参考文献 13 摘 要 煤炭是我国最主要的能源，其资源非常丰富，2008年产量已超过27.16亿吨。随着煤炭生产的不断扩展，煤研石的产生量与日俱增，煤矸石产生量按原煤产量的15计，每年煤矸石至少增加1.8亿吨，历年积存下来的煤矸石已超过27亿吨，占地30万亩以上，而且仍在继续增加。这样大量的煤矸石已严重地污染了环境，并侵占了大量的土地和农田，破坏了土地资源．如不加紧有效利用，将影响煤炭工业的正常发展，影响周围环境质量。煤矸石综合利用要坚持“因地制宜，积极利用”的指导思想，实行“谁排放、谁治理”、“谁利用、谁受益”的原则。将资源化利用与企业发展相结合，资源化利用与污染治理相结合，实现经济效益、环境效益、社会效益的统一。煤矸石综舍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“及煤矸石山无害化处理等太宗量利用煤矸石技术作为主攻方向，发展高科技古量、高附加值的煤矸石综合利用技术和产品。 关键字煤矸石，综合利用,建筑材料，制砖，发电 一、煤矸石的产生 煤矸石是夹在煤层中，与煤伴生的岩石。是采煤和选煤过程中排出的废废弃物。其产生的途径有以下三种 a在井简与巷道掘进过程中，开凿排出的计石。 b．在采煤和煤巷掘进过程中，由于媒层中夹有矸石或削下部分煤层顶底板，使运到地面中煤炭含有的原矸。 c．洗煤厂产生的洗矸和少量人工挑选的拣矸。 煤矸石的来源及产生情况表 煤矸石的来源及产生情况 露天开采剥离及采煤巷道掘进排出的白矸 采煤过程中选出的普矸 选煤过程产生的选矸 所占比例％ 45 35 20 煤炭是我国最主要的能源，其资源非常丰富，2008年产量已超过27.16亿吨。随着煤炭生产的不断扩展，煤研石的产生量与日俱增，煤矸石产生量按原煤产量的15计，每年煤矸石至少增加1.8亿吨，历年积存下来的煤矸石已超过27亿吨，占地30万亩以上，而且仍在继续增加。这样大量的煤矸石已严重地污染了环境，并侵占了大量的土地和农田，破坏了土地资源．如不加紧有效利用，将影响煤炭工业的正常发展，影响周围环境质量。 二、煤矸石的主要成份及其分类 1、煤矸石的主要成分 煤矸石的化学成分是煤矸石煅烧后灰渣的成分，其化学成分和粘土相似，可用于筑路、生产烧结砖及非烧结砖、混凝土制品、砌筑砂浆材料和陶粒等轻骨料。有的煤矸石含硅较高。可作为硅质原料，用作水泥原料和混台树等。煤矸石、糟煤灰和粘土的化学成分比较如下表。 煤矸石的组成和性质是选择利用途径和指导生产的重要依据。煤矸石的主要化学成分为铝和硅的氧化物。此外，还古有微量元素和稀有元素Ga、Be、Co、Cu、Mn、Mo、Ni，Pb、V、Zn、In、Bi、Gk等，有的还含有放射性元素。 煤矸石的产地分布和原煤产量有直接羌系。目前，我国年产矸石量超过400万吨的地区有东北、内蒙古、山东、河北、陕西、山西、安徽、河南和新疆等，可见煤矸石产生量多的地区主要在北方。最近几年，重庆市年排煤矸石约90多万吨。占一般露弃物的20左右。 由于煤矸石的成分、性质随其生存条件等的不同而存在很大差异。所以必须因地制宜地根据当地条件选择利用途径和技术。 2、煤矸石的分类 煤矸石与煤系地层共生，是多种矿岩组成的混合物，属沉积岩。煤矸石可根据其矿物学特征分为以下几类 A、粘土矿型这是目前已经实用化的一类矸石。其矿物组成有高岭石、蒙托石、炭质页岩、石英、长石、云母，还有大量硫铁矿等。粘土岩娄在煤矸石中数量最多，选类煤矸石里黑揭色．层状结构，易糟碎。 B、砂岩型主要成分为石英、长石、云母等。采煤掘进巷道进出的煤矸石，大多以砂岩为主。 C、碳酸岩型，主要成分有方解石、白云石、铁白云石、磷铁矿、硫铁矿、有机硫等。 D、铝质岩型，主要成分有三水铝矿，一水铝矿、一水硬铝矿、石英、褐铁矿、自云母、方解石等。 3、煤矸石的活性 粘土岩粪煤矸石主要由粘土矿物组成，加热到一定温度时一般为700-900℃．原来的结晶相分解破坏，变成无定型的非晶体，使煤矸石具有活性。活性的大小和矸石的物相绢虎有关，还和煅烧温度有关。堆积在大气中经过自燃的红矸．其热值报低，但具有一定的活性。测定煤研石的活性，可采用化学法火山灰括性检验方法来进行比较。 煤矸石含硫量大于3即会着火，含硫量大于1就有可能自燃。一般煤矸石的着火点为280℃．比煤的发火点约低80℃，这是煤矸石自燃的基本原因，此外，煤矸石的自燃还与热值、气候、微生物等等有关，其机理比较复杂。 三、煤矸石带来的环境问题 煤矸石作为固、液、气三害俱全的“工业废料”，它的长期堆放不仅浪费了资源，占压了大量的土地，而且污染了水源、土壤和周围的空气．严重影响了矿区的生志环境和居民的生命财产安全。 1、煤矸石堆放占用土地 煤矸石随开采或洗选出来后多堆于井口附近，长此已久，就形成了矸石山，这些矸石山大多紧邻居民区，占压了大量的生活用地和建筑用地，以及大量的林地和耕地。据有关部门统计，目前我国历年累计堆放的煤矸石总积存量约为45亿t，年排出量3亿t，规模较大的矸石山将近1600座，占用土地约1．5万hm，并且堆积量还以1．5～2．0亿妇的速度增加。这不仅破坏了矿区的生态环境，而且影响了矿区的自然景观，引发了一系列社会和自然问题。 2、煤矸石堆放污染水源 煤矸石中含有№、Cu、zn、Pb、S、F、C1等有害元素经过长期雨、雪淋漓溶解，把煤矸石中部分有害元素随地表径流转入江、河、湖和地下水中，造成水中有害元素含量增加，在煤矸石自燃区还产生了自然硫、雄黄、氯化铵、硫铵石、无水芒硝、水硫酸铝石、六水镁矾等矿物，这些矿物质受雨水淋溶，会使矿区水质硬化，污染水源。 3、煤矸石堆放污染土壤 煤矸石中除含有SO、SiO2、A1203、Fe、Mn等常量元素外，还有少量有毒重金属如HPh、Ga、Ti、Sn、V、co等，煤矸石经风吹、日晒、雨淋等分化作用，部分元素浸入土壤中，造成土壤污染。同时，煤矸石中的SO和SO，等硫化物遇水发生化学反应，使土壤慢慢酸化，破坏土壤肥力，使植物不能生长。 4、煤矸石堆放污染空气 露天堆放的煤矸石，日积月累，使矿区悬浮物大大增加。煤矸石自燃，排出大量的CO、SO、SO、NOx等有害气体和烟尘，严重污染矿区的空气质量。 5、煤矸石山失稳引起重力灾害 煤矸石山的稳定性受矸石堆基础岩土体的抗剪强度特性、本身的结构、石堆的形状和基础岩土体孔隙的水压力等因素所制约[2]。煤矸石的堆放的自然安息角为38。～40。，超过这个角度范围或在人为开挖以及降雨量强度达到60mrrdh口时容易引发重力灾害，如泥石流、滑坡、坍塌等造成人员伤亡和财产损失。 在煤矸石内部，空隙较大，与空气接触氧化产生大量热量，尤其在夏季高温闷热的情况下，容易使煤矸石山内部发生爆炸，严重威胁到矿区居民生命财产安全。 四、国内对煤矸石开发利用情况 近年来，许多地方和部门以及厂矿企业，都在致力于固体废物的处理和处置。1988年垒国已有60.1％的工业固体废物得到了简单的处理和处置。吉林化工公司、北京燕山石化公司等建设了填埋场。山西省汾西矿务局利用石灰浆灌注高硫煤矸石堆，取得了熄燃效果。 国家煤矸石综台利用技术政策要点指出，煤矸石综舍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“及煤矸石山无害化处理等太宗量利用煤矸石技术作为主攻方向，发展高科技古量、高附加值的煤矸石综合利用技术和产品。煤矸石综合利用是一项长期的技术经济政策 煤矸石是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物，每年的排放量相当于当年煤炭产量的10％左右，目前已累计堆存30多亿吨，占地约12万公顷，是目前我国排放量最大的工业固体废弃物之一、煤矸石长期堆存，占用大量土地，同时造成自燃，污染大气和地下水质。煤矸石又是可利用的资源，其综合利用是资源综合利用的重要组成部分。 五、综合评述 我国多年实践表明，熟值在2.09x103KJ/Kg以上的煤矸石，都可用于生产建材。煤矸石既是一种燃料．又可视其热值含量而作为能源，使其发挥双重效能。因而前景是很好的。 用煤矸石代土节煤烧高标号水泥熟料已被社会接受。特别在石灰石和煤炭资源丰富的地区，利用煤矸石与石灰石烧成的高标号水泥外运，解决了以往煤矸石外运，经济上不合理的问题。在缺乏石灰石和煤炭地区，可以运入煤矸石烧成的熟料生产水泥。 煤矸石砖已成为我国矿区附近解决墙体材料的有效途径。煤矸石砌块已为社会承认。 煤矸石发电，我国已有成功经验。江西萍乡矿务局坑口研石电站，采用热值6.479X1036.106X103KJ／Kg的煤矸石，在相同规模下发电，成本不到0.06元／鹰屯烧渣也可做成产品销售。煤矸石沸腾炉烧渣既是藤料，又是经过加工具有一定性能的产品，圈此可以将沸腾炉视为水泥厂生产水泥混合材料的热工设备。可以按照混合材料的技术要求加强生产控制，使炭尽可能完全燃烧，而又兼收供热和发电之利。因此，在有条件的坑口、交通便利等地方，兴建沸腾炉发电站，作为附近地区水泥厂混合材料的生产基地，是经济效益和环境效益都比较好的煤矸石综台利用途径。 用煤矸石生产的低标号水泥．只要它的安定性能符合国家标准．其利用前景也是相当好的。这主要是它作为水泥混合材料时．具有参量大，成本低的优势。 我国早在50年代就开始了煤矸石综台利用的研究和生产．并取得了一定的经验和效果。近l0年来．煤矸石建筑材料发展相当迅速．开拓了多种利用途径．发展了较成熟和较先进的技术。据不完全统计．全国已有近300个墙体材料和水泥厂利用煤矸石生产产品，煤矸石的年利用量达到2500万吨以上。为了进一步开展煤矸石的综合利用．国家计委等领导部门制定了有关政策，鼓励利用，要求各地区、各部门把煤矸石作为资源，在指导思想上，要从目前的“堆存为主”逐步转变到“利用为主”，确定一大批单位作为直接综合利用煤矸石的重点，同时规定了必要的不加利用的限制措施。 近些年来，我国关于煤矸石生产建材的研究和应用也有很大进展。1980年用于生产建材的煤矸石达到排量的l5％，大多数属于以粘土矿型为主的煤矸石包括洗矸。为了合理利用煤矸石，我国煤炭工业和建村部门按热值划分煤矸石的用途。 下面介绍几种技术比较成熟、生产投资少、能耗低、销路好、或用矸量较大，可以较好地将煤矸石综合利用，起到保护环境作用的煤矸石利用途径。 1、煤矸石作筑路材料 煤矸石是很好的筑路材料，它具有很好的抗风雨侵蚀性能。 目前，国内使用煤矸石作筑路材料的不多，有待开拓。在道略建设中，特别是在乡镇公路中使用煤矸石．可以降低筑路成率，改善环境，减少排放煤矸石占用的土地，是综台利用煤矸石的一条重要途径途径。 2、煤矸石复垦回填矿井采空区 岩石段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．同时结台土壤改良，再造优质农田。 3、煤矸石造气 煤矸石煤气炉造气原理与一般煤气发生炉基本相同嘲。原料可采用灰分选7080、发热量为0.418104～0.502104KJ/kg的煤矸石，所得煤气的发热量可选0．293104～0．46104KJ/m3左右，矸石造气的特点是燃料不需破碎，能减少烟尘，改善环境，且构造简单，投资不大．制作容易，一次投煤，一次清渣．但存在的问题是结渣严重，气化效率低，不能连续地、稳定地进行造气。 4、煤矸石发电 煤矸石发电的关键，是它的燃烧加工问题。由于其发热量低，故不能用一般燃烧锅炉燃烧处理，研究和生产实践表明。沸腾炉是燃烧煤矸石较好的一种、世菩，特别适于处理粉碎后的煤矸石。 5、煤矸石生产复合肥料 鼓励利用煤矸石改良土壤，提高土壤的酸性和疏松度，增加土壤的肥效。使用煤矸石改良土壤，在未制定污染控制标准前，应参照GB8193－89标准执行。 积极推广煤矸石生产生物肥料和有机复合肥料技术，完善利用煤矸石生产农用肥料活化处理技术，生产质量稳定的合格产品。 综合利用煤矸石生产生物肥料、复合肥料产品。 6、煤矸石回收有益组分及制取化工产品 煤矸石所含的许多元素中，Si02和Al203是含量最高的。因此，通过不同方法，提取其中一种元素或生产硅铝材料是煤矸石化工利用的主要途径。其中有烧结、自行糟化法同时生产氯化铝和水泥；硫酸法生产氧化铝或硫酸铝；盐酸和硫酸法浸取煤矸石，制取氧化铝、聚合铝、水玻璃和白炭黑等；生产铵明矾。其中氯化铝和聚合铝是用途最为广泛的产品，它们都可用作净水剂。结晶氯化铝可以作为熔模精密铸造工业中的硬化剂和造纸工业中的硬化剂和施腔沉淀剂。聚合铝还可用作水泥速凝剂．耐火材料的凝结剂等。推广利用煤矸石制取聚合氯化铝、硫酸铝、合成系列分子筛等化工产品技术，生产岩棉及制品技术。 推广以高岭石质煤矸石（煤系高岭土）为原料的煅烧高岭土深加工技术。 开发利用煤矸石制特种硅铝铁合金、铝合金技术，研究开发利用煤矸石生产铝系列、铁系列超细粉体的生产工艺。 完善利用煤矸石提取五氧化二钒及其他稀有元素技术。生产实践表明作为铝盐原料的沸腾炉渣必须符告下列三个条件a、矿物组分杂质含量要低．含铁量应控制在1.5以下，钙镁也应控制在0.5以下；b、氧化铝含量要高，一般要求在35以上c、酸溶出率要高一般要求大于80。 7、煤矸石生产建筑材料 煤矸石的化学成分和粘土相似，可用于筑路、生产烧结砖及非烧结砖、混凝土制品、砌筑砂浆材料和陶粒等轻骨料。有的煤矸石含硅较高，可作为硅质原料用作水泥原料和混合材．可“代替砂子，生产蒸养砖等。大部分粘土岩型煤矸石可阻用来生产普通硅酸盐水泥。高铝煤矸石可用来生产早强、速凝特种水泥。用煤矸石制造水泥主要是做水泥的原料和掺台料。 7.1、煤矸石生产水泥 1煤矸石作原燃料生产水泥 煤矸石能作原燃料生产水泥，是由于煤矸石和粘土的化学成分相当．代替粘土提供硅质铝质成分；煤秆石能释放一定热量，可代替部分燃料。 煤矸石作原燃料生产水泥的工艺过程与生产普通水泥基本相同。将原燃料按一定比例配台．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．再加适量的石膏和混台材料，磨成细粉而制成水泥，即所谓“二磨一烧”。 2煤矸石作水泥混台材料和少熟料水泥 由于煤矸石经自燃或人工煅烧后具有一定活性，可掺入水泥中做活性混合材，与熟料和石膏按比例配合后入水泥磨磨细，然后人水泥库包装或散装出厂。用煤矸石作混合材料时，应控制烧失量≤5％，SO2≤3％，火山灰性试验必须合格，水泥胶砂28天抗压强度比≥62％。 煤矸石掺入量的多少取抉于熟料质量与水泥品种和标号。在水泥熟料中掺入15％的煤矸石，可制得325号“--425号普通硅酸盐水泥。掺量超过20％时，按国家规定，就成丁火山灰硅酸盐水泥，国家标准规定，火山优质硅酸盐水泥可掺混台材量20～50％。 煤矸石制水泥用矸量不大，但水泥可以胶结为符合技术要求的砂岩型煤矸石骨料代替砂石料，生产多种建材产品，收到大量用矸的效果。 3）煤矸石硅酸盐水泥 用煤矸石生产水泥，主要是以煤矸石代粘土配成生料，烧到部分熔融。得到以硅酸三钙为主要成分的水泥熟料，再加入大量自燃煤矸石或煤矸石沸腾炉烧渣和过量石膏磨细而成。下表是我国部分煤矿采用生矸石生产火山获质硅酸盐水泥所用生料的化学成分。 按上面的生料配比配成的混合生料经过烧制成为水泥熟料后，其中硅酸三钙含量在50以上，硅酸二钙在10％以上，铝酸三钙在5％以上，铁铝酸四钙在20％以上。再向这种熟料中加入一定量的自燃煤矸石和适量石膏．磨细后就成为火山灰厩硅酸盐水泥。 4煤矸石无熟料水泥 煤矸石无熟料水泥的制备不需生料磨粉和煅烧，而是直接将具有一定活性和适当化学成分的煤矸石沸腾炉渣与激发剂按比例配合。混匀磨细而成。煤矸石无熟料水泥的生产工艺基于原料．设备和产品的差异而各有不同．但基本工艺是相似的。下图是石灰拂腾炉烧渣无熟料水泥生产工艺流程。其中沸腾炉烧渣是煤矸石低温沸腾燃烧排出的废物，氯化铝渣是以煤矸石作原料生产氯化铝过程中排出的废物，它可以提高水泥强度。加速水泥硬化，石灰和石膏可以提高水泥的早期强度、加速水泥硬化，此种煤矸石无熟料水泥的原料配比为沸腾炉渣60～75％、生石灰1525％，熟石膏8～12％、氯化铝渣8～15％。 7.2、利用煤矸石制砖 1利用煤矸石生产煤矸石砖 利用煤矸石制砖包括用煤矸石生产烧结砖和作烧砖内燃料。 泥质和碳质煤矸石质软、易粉碎，是生产煤矸石砖的理想原料。用煤研石粉料压制成的坯料．要求塑性指数在7～l7之间，塑性指数过高的，要掺加瘦化剂；塑性指数过低的．砖坯子不能成型，焙烧后的废品率也高。煤矸石的发热量要求在2l00～4200KJ/kg屯之间，发热量过低需加煤．以免砖欠烧；发热量过高时易造成砖过火。 煤矸石制砖是以煤矸石为主要原料，煤矸石一般占坯料重量的80％以上，有的全部以煤矸石为原料，有的外掺拂腾炉渣或少量粘土。该生产工艺是将{某矸石破碎后，配以适当的石灰按粘土砖或蒸气葬护砖的生产工艺加工而成。除煤矸石需要粉碎外，其工艺与粘土砖生产工艺基本相同。下图是以自燃煤矸石和沸腾炉渣为原料生产煤矸石蒸养砖的生产工艺流程。 煤矸石作为砖内燃料，在我国已有较长的历史，应用非常广泛．生产技术成熟，节能效果显著。 2）利用煤矸石生产砌块 煤矸石空心砌挟，是以自燃或人工煅烧煤矸石作为骨料，以磨细生石灰、石膏作腔结料，经振动成型，煤矸石空心砌块生产工艺简单，技求成熟，产品性能稳定，使用效果良好。 煤矸石砌块是用煤矸石腔结料和煤矸石粗、细骨料制成。煤矸石腔结料是用人工煅烧的或自燃的煤矸石，加少量石敷、石膏配成，采用这种腔结料，并选用适宜的生矸石作粗、细骨料．可以生产煤矸石空心砖块，也可以生产煤矸石加气块做墙体材料。同红砖相比，这种材料具有自重轻、利用系数高、节省材料、节省劳力、降低劳动强度、提高工效、降低墙体造价和降低建筑造价等优点。 3利用燥研石生产非烧结砖 在国外的影响下，国内在八十年代初相继有十几家科研单位、大专院校进行研究试制非烧结砖，对非烧结制品无论是在理论研究．还是在工业性试验以及制品的砌筑研究，制砖设备的开发等方面部取得了不同程度的进展．在有的地区已进行了较大范围的推广应用，总的来看目前非烧砖的制砖工艺产品性能在我国都是较新的，也是可行的。 4利用煤矸石生产轻骨料 轻骨料和用轻骨料配制的混凝土是一种轻颅、保温性能较好的新型建筑材料。可用于建造大跨度桥粱和高层建筑。 用煤矸石烧制轻骨料有两种方法，即成球法与非成球法。成球法是将煤矸石破碎和糟磨后弗峨球状颗粒，然后送入窑炉中焙烧。非成球法是把煤矸石破碎到一定粒度直接焙烧。 参考文献 固废处理工程技术刘良栋,陈娟主编/2009年12月/华中师范大学出版社 煤矸石综合利用工程项目可行性研究报告曹健主编/2007年03月 煤矸石综合利用技术政策要点中国设备网/2006年11月