浅谈煤矸石的危害及综合利用

发电→灰渣 建 材 或 水 泥 生 产 的 循 环 产 业 链［11］，从 而 使这项技术广泛应用于工矿区生产中。 2． 3 用来填充路基
矿区排放的煤矸石还可以用于填筑路基，平整路 面。处置方式为分层整平碾压，分层覆土隔离，路边 坡边做浆砌片石排水渠。做好煤矸石一边排放，一边 治理，防治结合的工作。 2． 4 矸石充填塌陷区
中排放出的废渣，以及在采煤与原煤洗选过程中排出 的洗矸石，是煤炭工业排放量最大的固体废物。它包 含岩巷矸、煤 巷 矸、夹 岩 及 洗 矸，是 多 种 岩 石 的 混 合 物，其矿物成分主要有高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊 利石、石灰石、硫酸铁、氧化铝等。目前煤矿的排矸量 约占煤炭开采量的 10% ～ 25% ，全国煤矸石的总积 存量约 45 亿 t，而且仍在逐年增长，矸石山几乎成为 我国煤矿的标志［1］。 1． 1 煤矸石的组成性质
收稿日期： 2010 － 10 － 14 修回日期： 2010 － 11 － 28 作者简介： 吴 莹（ 1987 － ） ，女，山西省翼城县人，在读硕士，研究方向： 水土保持与荒漠化。 通讯作者： 胡振华（ 1968 － ） ，男，山西省五台县人，教授，研究方向： 城市与工矿区水保生态工程。
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利用废弃的煤矸石填充塌陷区，再在填充区建造 建筑物，满足发展的需要。矿区一般采用房柱法或条 带采煤法来控制地表沉陷。随着开采技术的进步，近 年来采空区充填技术日益成熟，在沿空留巷、“三下” 采煤、防止采空区漏风及控制坚硬顶板等方面，充填 技术有广泛的应用前景。我国目前进行采空区充填 的材料主要是粉煤灰、山砂、高水材料等。国外已经 有利用煤矸石在井下直接加工进行采空区充填，所以 我们应该在这方而进行大力研究和尝试［7］。利用废 弃的煤矸石填充塌陷区也是目前较为环保和有效的 塌陷区治理方法。 2． 5 煤矸石取代粘土作为矸石砖原料
矿区矸石 中 所 含 矿 物 主 要 为 高 岭 土 类，SiO2 + Al2 O3 含量约在 70% ～ 95% 范围，其中碳质页岩、泥 质页岩、砂质页岩中含量偏高。因 SiO2 + Al2 O3 含量 较高，其他矿物成份 CaO、MgO 及 SO3 含量也适宜，与 粘土中相同矿物组成近似，因而完全可以取代粘土制 矸石砖。烧制结砖工艺需要增加粉碎程序，原料有矸 石、粘土、砂子、热水，矸石破碎通过搅拌、陈化、搅拌、 成型、焙烧一系列过程，采用破碎机破碎以增加可塑 性。有资料表明，全国每年需 6 000 亿块标砖，如果 全部由矸石烧制，则每年可利用矸石 21 亿 t。即使只 向砖内掺入 30% 矸石，每年也可利用 6． 3 亿 t 矸石。 这样，既可减少矸石占地，又可减少由于烧制粘土砖 而对土地资源的破坏。而其他利用方法，与矸石制砖 相比，用量要小得多。但缺点是，利用煤矸石烧制硅 酸盐水泥，一些有害成分的含量必须控制在一定范围 内，其次增加粉碎等程序使制作成本过高［12］。 2． 6 煤矸石发电
煤矸石发热量为 7． 5 ～ 12MJ / kg 的可直接作循环 流化床锅炉燃料； 发热量低于 7． 5MJ / kg 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。 3 结语
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亚热带水土保持
第 23 卷
煤矸石是煤炭开采和加工过程中的必然产物，是 矿山最主要的污染源［13］。煤炭开采已面临枯竭的现 实，实现把单一的煤炭开采向煤矸石综合利用方向转 型，已是当今产业政策的一种需要。目前煤炭生产过 程中排出的煤矸石的综合利用率为 30% ，政府部门 要鼓励多种形式的煤矸石综合利用。笔者认为，本领 域应加强以下方面研究： 3． 1 有资料表明，全国每年需 6 000 亿块标砖，如果 全部由矸石烧制，则每年可利用矸石 21 亿 t。即使只 向砖内掺入 30% 矸石，每年也可利用 6． 3 亿 t 矸石。 在各种煤矸石综合利用方案中，应重点发展矸石制砖 产业，这样将大幅提高矸石的综合利用率。 3． 2 加强生物复垦方法和技术的研究，如无覆土生 物复垦法、生物细菌快速生物复垦法等，加强无覆土 生物复垦技术、废弃地的复垦方法和技术的研究，为 制定切实可行的复垦规划提供理论依据。加强煤矸 石废弃地复垦的相关法规和技术标准的研究，有利于 推广先进的复垦技术，提高复垦效益和质量。 3． 3 对于煤矸石在土壤改良、农肥利用方面应加强 研究，减少煤矸石中有害元素对环境的危害，使其更 好地应用于生产生活。
煤矸石的化学成分主要是 SiO2 、Al2 O3 和 C，其次 是 Fe2 O3 、CaO、MgO、Na2 O、K2 O、SO3 、P2 O5 、N 和 H 等。此外，也常含有少量 Ti、V、Co 和 Ga 等金属元素， 煤矸石的化学成分不稳定，不同地区的煤矸石成分变 化较大［2］，放射性元素含量一般不高。煤矸石易风化 形成疏松多孔状产物，释放出植物营养元素，并逐步 向土壤结构转变［3］。 1． 2 煤矸石的危害
最新的研究成果表明煤矸石可用于制成微生物 的肥料。其基本制作程序为，以煤矸石和磷矿粉为原 料基质，外加添加剂等，便可制成煤矸石微生物肥料。 排放的煤矸石中含有植物生长所需的 B、Zn、Cu、Co、 Mo、Mn 等微量元素，可以用于做为煤矸石有机复合 肥、煤矸石微生物肥料。但研究微量元素的权威 D· J·Swaine 基于个人的 研 究 认 为，以 下 这 三 类 元 素： Ⅰ： As，Cd，Cr，Hg，Ph，Se； Ⅱ： B，Cl，F，Mn，Mo，Ni，Be， Cu，P，Th，U，V，Zn； Ⅲ： Ba，Co，I，Ra，Sh，Sn，Tl 对环境 危害的重要性从左向右递减，其中包含了植物生长所 需的 B、Zn、Cu、Co、Mo、Mn 等微量元素，由于这些元 素长期在水和颗粒物之间循环，使污染更严重［9］。
另外，利用煤矸石还可以改 良 土 壤。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，即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，丰富土壤腐殖质，使土地得到肥化，促进植 物生长［10］。此外，可以通过无覆土生物复垦法、生物 细菌快速生物复垦法等一些方法改良土壤，达到提高 产量的目的。但是，煤矸石中大量的常量元素 S、Al、 Fe、Ca、Mg 及微量元素 As、Cd、Pb、Mn 等和多种多环 芳烃都可导致环境污染，而这些污染有个重要的也是 需特别关注的特性—长期累积性污染［9］。 2． 2 循环流化床燃烧技术在工矿区生产中的应用
参考文献 ［1］刘迪． 煤矸石的环境危害及综合利用研究［J］． 气象与环境 学报，2006，22（ 3） ： 60 ～ 62 ［2］翟浩． 煤矸石综合利用的可行性研究［J］． 中国新技术新产 品，2008（ 8） ： 81 ～ 82 ［3］杨社锋． 中国煤矿废弃物环境效应研究进展［J］． 矿物岩石
地球化学通报，2004，23（ 3） ： 264 ～ 267 ［4］许丽，周新澄，王冬梅． 煤矸石废弃地复垦研究进展［J］． 中 国水土保持科学，2005，3（ 3） ： 117 ～ 122 ［5］ Feng Dongmei． Analyses of environ—geological disasters in closed coal mines ［J］． Journal of Liaoning Technical University， 2002，21（ 4） ： 526 ～ 527． （ in Chinese with English abstract） ［6］樊景森，尚忠森，浑凌云，等． 煤矸石对环境的污染及防治 ［J］． 科技论坛，2008，30（ 30） ： 33 ～ 34 ［7］王喜富，张禄秀，王玉顺，等著． 煤矸石及其在铁路建设中 的应用［M］． 北京： 煤炭工业出版，2003： 112 ［8］刘萍，晏飞． 煤矸石对环境的危害及其综合治理［J］． 中国 矿业，2007，17（ 8） ： 50 ［9］蔡峰，刘泽功，林柏泉，等． 淮南矿区煤歼石中微量元素的 研究［J］． 煤炭学报，2008，33（ 8） ： 892 ～ 893 ［10］随建梅，李玉艳，崔小永． 浅谈煤矸石的综合利用［J］． 甘 肃农业，2008（ 4） ： 89 ～ 91 ［11］万志萍，李宜林，欧阳萍，等． 萍乡市煤矸石开发利用前景 ［J］． 江西煤炭科技，2008（ 4） ： 68 ［12］阎云 胜，张 风 辰． 煤 矸 石 及 其 综 合 利 用［J］． 节 能，2005 （ 2） ： 56 ～ 58 ［13］胡振琪，杨秀红，鲍艳，等． 论矿区生态环境修复［J］． 科技 导报，2005，23（ 1） ： 38 ～ 41 ［14］周闯，单松． 煤矸石的危害性与资源化利用技术研究［J］． 内蒙古环境科学，2008，20（ 4） ： 33 ～ 35 ［15］常艳萍，徐占森． 再生资源粉煤灰的研究与应用［J］． 安徽 农学通报，2007，13（ 15） ： 132 ～ 133 ［16］胡振华，王电龙，呼起跃． 煤矸石松散堆置体坡面侵蚀规 律研究［J］． 水土保持学报，2007，21（ 3） ： 23 ～ 27 ［17］张成梁，袁元和，刘士余，等． 采煤对山西省的环境影响及 其生态修复策略［J］． 水土保持研究，2008，15（ 2） ： 139 ～ 141 ［18］冷发光． 煤矸石综合利用的研究与应用现状［J］． 四川建 筑科学研究，2000，26（ 2） ： 44 ～ 46 ［19］高荣久，胡振琪． 煤矿区固体废弃物 － 煤矸石的最佳利用 途径［J］． 辽宁工程技术大学学报，2002，21（ 6） ： 824 ～ 826 ［20］李鹏波． 煤矸石山景观重建及景观评价研究［D］． 北京： 中国矿业大学，2006 ［21］于广才，刘永彬． 煤矸石山自燃污染对周围居民健康影响 探讨［J］． 中国自然医学杂志，2004，6（ 4） ： 265 ～ 266 ［22］李德平，张玉梅，方继臣，等． 矸石山水土流失规律与防治 措施的研究［J］． 水土保持研究，2001，8（ 3） ： 22 ～ 25
性质以及危害，本文对煤矸石的综合利用进行了论述，提出了煤矸石变废为宝、变害为利、节省能源及资源循环