煤矸石的资源化利用途径

煤矸石的资源化利用途径姓名：赵娟娟班级：环境科学11301班学号：1314290409摘要：煤矸石是煤炭开采，洗选加工过程中产生的固体废弃物，也是可利用的资源，具有双重性。

若将其作为废弃物堆放处理，不仅要占用大量的土地，而且因其含硫，在自燃、风化时还会严重污染环境。

因此研究煤矸石的资源化利用途径十分重要。

关键字：固体废物资源化煤矸石理化性质国内外研究前景1煤矸石的主要来源①露天剥离以及井筒和巷道掘进过程中开凿排出的矸石；②巷道掘进过程中的掘进矸石，采掘过程中从顶板、底板及夹层中采出的矸石；③煤炭洗选过程中排出的矸石；④发热量很低的劣质煤炭。

2煤矸石的理化特性煤矸石是与煤伴生的灰分高、发热量低的碳质岩，是无机质和少量有机质组成的混合物。

煤矸石的物理化学性能是评价矸石活性、决定其利用技术途径的重要指标。

2.1物理特性（1）煤矸石的颜色，煤矸石的颜色取决于煤矸石在煤层中的分布与煤矸石矿物中可变成分（碳）的含量，越靠近煤层，含碳量越高，故煤矸石多呈现灰色、灰褐色或褐黑色，条痕为棕褐色、浅褐色，风化后变成浅灰色，灼烧或自燃后因有机质挥发呈现白色、灰白色或黄白色，如果煤矸石中铁含量较高，将呈现黄色，或带红色。

煤矸石粉碎机价格和煤矸石的颜色在一定程度上决定了煤矸石的综合利用技术途径，如涂料、橡胶领域中用煅烧高岭石填料，是要提高煅烧煤矸石的白度，煤矸石中氧化铁、氧化钛以及钙、钠、钾的氧化物含量越低，越有利于提高煤矸石的白度与耐火度。

（2）煤矸石的力学性能煤矸石的岩石种类是与煤层相联系的，煤矸石中出现的岩石是泥岩、粉砂岩、页岩和砂岩等。

煤矸石粉碎机对这些岩石的硬度及其风化程度决定了煤矸石的力学性能。

煤矸石的硬度在3左右，煤矸石风化程度越严重，岩石的力学性能越低，煤矸石的力学性能（抗压强度）也越低，抗压强度范围为300~4700Pa。

煤矸石的力学性能高低决定了煤矸石是否能够作为混凝土骨料使用。

有研究表明粒径不小于5mm的自燃煤矸石的松散容重在1040~1090kg/m3，筒压强度在49~74kgf/cm2（1kgf/cm2＝98.0665kPa），是良好的混凝土粗骨料。

（3）煤矸石的堆积密度煤矸石堆积密度为1200~1800kg/m3，自燃煤矸石堆积密度为900~300kg/m3，通常情况自燃煤矸石堆积密度低于煤矸石，原因是煤矸石经过自燃后结构疏松，孔隙率较高。

煤矸石的密度介于2100~2900kg/m3之间。

2.2化学特性煤矸石以常量元素为主，兼含多种微量元素，各种松散伴生元素含量极低，属痕量元素。

化学成分一般是由无机化合物（矿岩）转变成氧化物组成。

1.2煤矸石的组成比较复杂，主要是由碳质页岩、碳质砂页岩、砂质页岩、泥质页岩等岩石和黏土组成的混合物。

根据矿物成分的不同，一般可以将煤矸石分为4类：粘土类、砂岩类、碳酸盐类和铝质岩类。

粘土类矿物主要有高岭土、蒙脱石、碳质页岩、石英、长石云母等，其次还有大量的硫铁矿；砂岩类矿物多为石英石、长石、云母、植物化石和菱铁矿等；碳酸盐类矿物主要有方解石、白云石、磷铁矿、硫铁矿、有机硫等；铝质岩类均含有三水铝矿、一水软铝石、一水硬铝石、石英、褐铁矿、白云母、方解石等。

3国内外煤矸石研究利用情况3.1国外煤矸石利用概况全球资源环境状况日益严峻，国际上煤矸石利用最早始于二战前，到20世纪60年代后期才真正引起各国重视，德国等发达国家最早制定计划鼓励对煤矸石的利用。

截至目前为止在众多研究中最成功的方法是生物复田，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。

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。

其中英国的青野露天矿对复田造地实施较为长久，也卓有成效，前苏联在此也有相应的成功利用。

国外对煤矸石的重视与利用都比较多，煤矸石国外利用最普遍的方法是做建材。

法国在这方面做得较为出色，前苏联综合利用煤矸石的主要方式是提取稀散元素，提炼氧化铝，利用煤矸石火烧岩生产建筑材料或者土壤添加剂。

波兰、比利时等国用煤矸石生产轻骨料，曾用煤矸石磨细进行水泥生产过程中的燃料，以及利用回转窑生产陶粒。

日本从1963年开始对北海道、常磐地区堆积的煤矸石进行了实态调查，利用它制成轻骨料，在混凝土中进行了应用试验。

在英国利用煤矸石较早，修造飞机起落场和海岸堤。

世界各煤炭生产国都在不断发展与加深煤矸石的综合利用。

美、英、德、法等国的煤矸石、高炉渣及粉煤灰都得以利用，其他一些国家，如丹麦、匈牙利等国建立了煤矸石、沸腾炉渣、粉煤灰生产建材工厂。

波、比、俄、日等国采用煤矸石代替部分黏土生产水泥原料，取得了节煤、降低成本等效果。

前西德化学工业协会倡导了“废物交换”制度并得到迅速发展，其与荷兰、奥地利、卢森堡、比利时等签订了合作协定，北欧的瑞典及挪威等国，也建立了煤矸石等废物互换及技术交流组织。

目前许多国家将这一组织形式作为成功经验推广，并取得了国际合作。

3.2国内煤矸石利用概况中国是世界上最大的煤炭生产和消费国，随着经济的飞速复苏，尤其是近十几年来地矿行业跨越式发展，在煤炭开采和生产加工过程中产生了大量的废弃物-煤矸石，长期堆积不仅浪费土地资源，而且严重污染环境。

对其综合利用既保护环境，又可以实现变废为宝。

20世纪中期我国就开始利用煤矸石，但在当时还没有将其作为一种资源，综合利用开发从20世纪70年代后期才逐渐兴起，通过社会的呼吁以及多方研究的努力，如今取得了一定的经验和成果，陆续兴办起煤矸石电厂、水泥厂、陶瓷厂、砖瓦厂等综合利用项目及工程，己经有了比较成熟的经验。

煤矸石综合利用途径受铝硅比值、碳硫含量等因素的影响而异，研究表明:高岭石质煤矸石含丰富铝资源和大量高岭土等可利用的其他矿物组分，被称为具有综合利用价值的“可再生资源”。

此种煤矸石通过粉碎研磨、表面改性等深加工，可生产有机高分子聚合物填料，取代或部分取代昂贵的炭黑，作为橡胶的补强填充剂；硅质煤矸石中Si、C相对合理混合，而且比例也较好，具有合成SiC等天然物质组成和微细颗粒混合条件，因此可将其应用到SiC工业生产中，实现硅质煤矸石合成SiC，以及制成陶瓷材料。

我国煤矸石利用己有20多年历史，可其资源化以及综合化利用才刚开始。

近年来全国煤矸石产生及利用情况基本实现了由储向用为主的转变，逐步形成了一整套具有中国特色的废物资源化理论和技术。

同时，也在不断发展高科技化、大附加值的煤矸石综合利用技术和产业。

4煤矸石资源化再利用途径(1)用于生产建材制品。

早在20世纪80年代,我国就开始了煤矸石的建筑材料利用研究,如生产水泥、制作矸石砖等,并取得了一定的成果。

目前,利用煤矸石生产建筑材料已成为煤矸石最大的利用途径。

煤矸石和粘土的化学成分相近,一般含SiO2(40%～60%)、Al2O3(15%～30%)以及CaO、Fe2O3等可代替粘土提供硅质和铝质成分。

同时,还可利用煤矸石所提供的热量来代替部分燃料,因此可以作为水泥生产的原燃料。

用作水泥原燃料的煤矸石其生产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合,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,再加入适量石膏和混合材料,磨成细粉而制成水泥。

因煤矸石经自燃或人工煅烧后具有一定活性,可掺入水泥中作活性混合材,与熟料和石膏按比例配合后入水泥磨磨细。

煤矸石的掺入量取决于水泥的品种和标号,在水泥熟料中掺入15%的煤矸石,可制得325#～425#普通硅酸盐水泥,掺量超过20%时,按国家规定为火山灰硅酸盐水泥;利用煤矸石制砖,主要包括生产烧结砖和做烧砖混合燃料,生产煤矸石烧结砖的工艺与粘土制砖基本相似,只是增加了煤矸石的破碎工序煤矸石砖以煤矸石为主要原料,一般占坯料质量的80%以上,有的全部以煤矸石为原料,有的外掺少量粘土。

煤矸石经破碎、粉磨、搅拌、压制、成型、干燥、焙烧制成煤矸石砖。

焙烧时基本上无需再外加燃料。

利用煤矸石制备水泥和烧结砖技术要求低,工艺操作简单,经济效益高,是煤矸石建材化利用的两种重要途径,既可减轻煤矸石对土地的侵占和对生态环境的二次污染,又可节约大量粘土、石灰石资源以及一定量的煤炭资源,同时也满足了高速发展的基础建设对建材的需求,经济效益和社会效益显著。

因此,利用煤矸石生产水泥和烧结砖已成为消除各矿区矸石山,减少煤矸石累积的重要举措。

(2)利用煤矸石供热发电。

煤矸石含一定数量的固定碳和挥发分,一般烧失量在10%～30%,发热量达45～12.55MJ/kg。

因此,以其为低热值燃料进行供热发电,不仅可缓解矿区能源紧张的局面,产生的炉渣还可以制造各种建材,从而可达到调整矿区产业结构,节约能源,减少污染的目的。

截止2005年,全国共有煤矸石、煤泥发电厂190余个,发电量占矿区用电的30%以上,每年发电消耗煤矸石约2000余万t。

(3)用于建筑工程煤矸石内所含可燃物质和菱铁矿在焙烧过程中析出气体起膨胀作用,同时其中又含有大量硅铝物质,因此是生产轻骨料的理想材料。

用这种轻骨料配制的轻质混凝土质量轻、吸水率低、强度高、保温性能好,可用于建造大垮度桥梁和高层建筑物。

用它作钢筋混凝土楼板,在配筋相同的情况下,跨度可由4m增至7m,保温和防火性能也有改善,造价可降低10%。

(4)用作填筑材料。

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,以及用于回填煤矿采空区及废弃矿井。

可利用煤矸石充填采煤塌陷区和露天矿坑复垦造地造田,复垦种植技术。

对处于开发早期,尚未形成大面积沉陷区或未终止沉降形成塌陷稳定区的矿区,可采用预排矸复垦。

应推广利用煤矸石充填沟谷等低洼地作建筑工程用地、筑路等工程填筑技术。

矸石复垦土地作为建筑用地时,应采用分层回填,分层震压方法充填矸石,以获得较高的地基承载能力和稳定性。

利用煤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,又可减少煤矸石占地,减少煤矸石对环境的污染。

(5)用于生产农肥及改良土壤。

以煤矸石和廉价的磷矿粉为原料基质,外加添加剂等,可制成煤矸石微生物肥料,这种肥料可作为主施肥应用于种植业。

作为微生物肥料载体的煤矸石,要求是:灰分≤85%,水分<2%,全汞含量≤3mg/kg,全砷含量≤30mg/kg,全铅含量≤100mg/kg,全镉含量≤3mg/kg,全铬含量≤150mg/kg;煤矸石中的有机质含量越高越好。

磷矿粉的全磷含量应>25%。

此外,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,还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。

(6)其他再利用途径。

我国地质构造复杂,许多矿床多为复合性、伴生矿。

煤矸石中常含有大量的有益矿物[6],因此,可通过对煤矸石中矿物的回收制备化工原料。