煤矸石.ppt.
第三章煤层ppt课件
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2）构造煤煤体的显微结构
构造煤煤体的微观特征研究能够从更深层面刻画瓦斯突出煤层的 煤体结构特征，为从瓦斯突出煤层的物理条件认识瓦斯突出机理和瓦 斯突出原因提供必要的理论基础。在显微镜下，特别是电子扫描显微 镜下，对构造煤的显微构造标志进行了大量的描述，并对其进行了显 微构造类型划分和命名。
棱角状结构煤的另一特征是颗粒本身呈近等轴形态，颗粒组合及 其中的裂隙均无明显的定向性，压裂作用比较明显。
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（2）碎裂—粒状结构煤
这种煤由粒径较大的颗粒和粒径较小的粒状基质所组成。大、小 颗粒是近于等轴的椭圆形，没有明显的棱角，表面比较光滑或具有明 显的构造磨蚀痕迹。大粒径的圆形颗粒被直径较小的圆形颗粒基质所 包围，二者的接触边界在断面上呈一不规则的园环形。大颗粒直径在 10～30µm，小颗粒直径不足1～5µm左右。在这两种粒径差异较大 颗粒共存时，形成所谓斑状结构；在颗粒直径大小近似时，形成等粒 结构。理想的基质在斑状结构中赋存于大颗粒的周围，这种基质可能 是高度粉碎的微粒经构造压实作用的产物，表面平整、光滑，无颗粒 状形特征。这种构造基质细小到在微米级别上无法辩认出的粒度，因 此它们是纳米级大小的颗粒。从这种意义上讲，构造变形很可能已波 及到了芳核结构的层次上，并有可能从煤中分离纳米材料级煤颗粒材 料。
（1）伪顶 它直接位于煤层之上，很薄的，随煤层开采一起 垮落的岩层，多为几厘米至十几厘米厚的炭质泥岩或泥岩， 富含植物化石。在采煤过程中，因常常随采随落，而不易 维护。
煤矸石的资源化利用
矸石砖的现状
我国目前有1
000多个生产煤矸石砖的生产 厂家，每年可生产矸石砖100多亿块，种类 有烧结实心砖、多孔砖、空心砖、内燃砖、 免烧砖等。 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。
煤矸石水泥
1、 煤矸石可以部分或全部代替粘土组分 生产普通水泥。
2、自燃或人工燃烧过的煤矸石，具有一 定活性,可作为水泥的活性混合材料，生产普 通硅酸盐水泥(掺量小于20％)、火山灰质水 泥（掺量20～50％）和少熟料水泥（掺量大 于50还可直接与石灰、石膏以适当的配比， 磨成无熟料水泥，可作为胶结料，以沸腾 炉渣作骨料或以石子、沸腾炉渣作粗细骨 料制成混凝土砌块或混凝土空心砌块等建 筑材料。
2008年4月17日，四川省首家煤矸石综合利用 的大型项目在沙湾区草坝工业园建成投产。 这一大型项目是由大华新型节能建材有限公司 开发修建的，是一条以工业废渣煤矸石粉煤灰为 原料，生产建筑墙体材料的煤矸石粉煤灰节能自 保温烧结砖生产线，具有国内领先水平技术和良 好的可靠性。 该项目无烟囱排放烟尘和废热，以机械强制抽 风的方式吸收热能和过滤烟尘，基本实现零排放。 产品具有隔音、隔热、保温、节能的特点，符合 国家产业政策。
山》
煤矸石资源化
实践表明，煤矸石作为潜在资源，兼有黏
土、岩石、煤炭、化工原料、元素资源库、 惰性材料等多功能属性，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。
煤矸石在建材方面的应用
一、代替粘土作为制砖原料，可以少挖良
实践证明，矸石砖强度高、热阻大、 隔音好，可降低建筑物墙体厚度，减 少用砖量；同时由于矸石砖外观整洁， 抗风化能力强，色泽自然，可以省去 抹灰，喷涂等建筑施工工序，降低建 筑和维护成本。具有广阔的市场前景 和较强的市场竞争力。
§ 3煤矸石制砖
§ 3煤矸石制砖＊教学目标1、掌握煤矸石物理和化学特性2、了解煤矸石主要用途3、掌握煤矸石制砖主要流程4、掌握煤矸石制砖主要原理及主要指标要求＊教学重难点1、煤矸石物理和化学特性基础知识的掌握2、煤矸石制砖主要流程、原理及主要指标要求＊教学方法及授课时数教授法、讨论法、多媒体法等，8个课时＊教学道具电脑及投影仪＊教学内容§ 3.1煤矸石介绍一、煤矸石的概念、来源和分类1、煤矸石的概念：煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。
2、煤矸石的主要来源：煤矸石是与煤伴存的岩石。
在煤的采掘进和煤的洗选过程，都有煤矸石排出。
0.1～0.2t煤矸石/t原煤。
在煤矿的上，中、底层的页岩，挖掘煤层之间的巷道时排出的砂岩、石灰岩以及其他岩类都属煤矸石之列。
3、煤矸石的分类（1）、煤矸石依其所含矿物组分可分为：碳质页岩、泥质页岩和砂质页岩；（2）、依其来源可分为：掘进矸石，开采矸石和洗选矸石。
（3）、煤矸石堆放过程，其中的可燃组分缓慢氧化、自燃，故又有自燃矸石与未燃矸石的区分。
4、煤矸石的组成矿物组成：粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）、石英、方解石、黄铁矿。
化学组成：氧化物SiO2+Al2O3占60～90％。
煤矸石的化学成分SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 Na2O+K2O烧失量51～65 16～36 1～7 1～4 2～9 1～2.5 2～17煤矸石发热量一般为800～1500卡/克,其无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。
§ 3.2煤矸石主要用途一、煤矿井下充填及地面塌陷区充填推广煤矸石矿井充填技术，采用煤矸石不出井的采煤生产工艺，充填采空区，减少矸石排放量和地表下沉量。
该矿矸石充填开采技术就是将全岩掘进工作面的矸石，用矿车运至采煤工作面，全部充填至采煤工作面老空区，实现矸石井下回填。
煤矸石提取氧化铝
➢ 矿物组成：粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）、 石英、方解石、黄铁矿。
➢ 化学组成：氧化物SiO2+Al2O3占60～90％。
SiO2 51～65
Al2O3 16～36
煤矸石的化学成分
CaO 1～7
MgO 1～4
Fe2O3 2～9
Na2O+K2O 1～2.5
烧失量 2～17
煤矸石发热量一般为800～1500卡/克,其无机成分主要是硅、
4)用作农用肥料：钼、锌、锰、铜、硼等元素，可作为农作物生长
的刺激剂
5)回收硫化铁：有的煤矸石含有较多的硫化铁，可通过分选回收作
为制取硫酸的原料。我国有七个选煤厂建立了硫化铁回收车间，从 煤矸石中回收硫化铁，总设计能力为7.5×105t／a。
6)生产化工产品：聚合铝、氧化铝、硫酸铵等。
煤矸石提取氧化铝工艺设计
现行的处理方法
1)回收能源：作为大型沸腾炉燃料供热或发 电：热值>8360kJ/kg。
山西省霍州煤矸石发电厂
设计总装机容量为 4.8万千瓦
现行的处理方法
2)生产建筑材料：煤矸石的成分中主要为粘土矿物，可生产水泥、
烧结砖瓦、免烧砖瓦、空心砌块、建筑陶瓷、轻骨料（陶粒）、岩 棉等；
3)用作建筑材料：代替河砂、碎石等铺路、井下回填、造地复垦。
煤矸石 硫酸溶液
残渣
（NH4）2SO4
粉碎 硫酸浸出 过滤除渣 滤液中和 硫酸铝溶液 中和搅拌槽
NH3活Βιβλιοθήκη 炉焙烧Al（OH）3 烘干 洗涤脱水 过滤 Al（OH）3盐析
Al2O3
滤液
选择这个设计方案的理由
I. 国内氧化铝工业并不理想，采用煤矸石作为 原料提取氧化铝，即解决了煤矸石的大量堆 积，同时也能解决一部分氧化铝的需求量， 一举两得。
煤矸石利用
2、聚合氯化铝又称碱式氯化铝，是一种无机高分子 化合物，自身通过羟基架桥聚合，是一种新型的 混凝沉淀剂，广泛应用于净水和污水处理，以及 造纸、制革、铸造、医药、轻工、机械等许多领 域。 • 以煤矸石为原料制取聚合氯化铝的整个过程分为 粉碎焙烧、连续酸溶、浓缩结晶、沸腾分解、配 水聚合五道工序。 • 粉碎一般要在8mm 以下， 焙烧温度控制在600－ 800℃这样可得到较高的Al2O3溶出率。 • 用煤矸石生产聚合氯化铝，投资小、成本废渣，包括岩石巷道掘进 时产生的掘进矸石，采煤过程中从顶板、底板和夹在煤层 中的岩石夹层里采出来的矸石，以及洗煤厂生产过程中排 出的洗矸石。一般常将采煤过程和洗煤厂生产过程中排出 的矸石叫煤矸石。 • 煤矿经过多年开采，废弃的煤矸石堆积如山。20世纪 50年代以来，由于采掘机械化的发展和煤层开采条件的逐 渐恶化，煤矿排出的矸石大量增加。我国煤炭系统多年来 积存下来的煤矸石达10亿t以上，现在每年还要排放出近1 亿t，其中洗矸约1500多万t。 • 煤矸石的堆积不但占用大量土地，而且煤矸石中所含的硫 化物散发后会污染大气和水源，造成严重的后果。煤矸石 中所含的黄铁矿(FeS2)易被空气氧化，放出的热量可以促 使煤矸石中所含煤炭风化以至自燃。煤矸石燃烧时散发出 难闻的气味和有害的烟雾，使附近居民慢性气管炎和气喘 病患者增多，周围树木落叶，庄稼减产。 • 煤矸石山受雨水冲刷，常使附近河流的河床淤积，河水受 到污染。国外曾发生一起煤矸石堆滑坡事故，以至埋没了 山谷下的一所小学校，造成多人伤亡事故。因此，解决煤 矸石的处理和利用问题，也是煤矿开采和环境保护部门的 重要课题。
3、硫酸铝是无机盐化工中的一个基本品种，其产量 的50％以上用作造纸的施胶剂，其次用作水处理 剂和木材防腐剂等。 • 用来制备硫酸铝的煤矸石要求Al2O3含量大于36％， Fe2O3的含量小于3％ • 其工艺流程为：先将该类煤矸石焙烧成熟料，再 在常压下进行酸溶处理，然后分离、浓缩、冷凝 固化、破碎，从而制成产品。该方法可获得80％ 的Al2O3溶出率。 • 对煤矸石不经焙烧而直接用酸常压溶出时，则 Al2O3的溶出率只有15％左右。 • 煤矸石中的残煤也可在焙烧时除去，有利于后续 工序处理和提高产品质量。
煤矸石
充填开采之 矸石充填术34页PPT
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
ห้องสมุดไป่ตู้
充填开采之 矸石充填术
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
矸石
普采(或炮采)仍是我国目前应用普遍的采煤工艺，研究开发与长壁普采配套的高效矸石充填技术设备和工艺, 对于全面推广矸石充填采煤技术至关重要。目前，此项采煤技术已成功应用于我国的新汶等矿区。
张玉庆采用不同替代量的煤矸石集料制备透水性生态混凝土。随着煤矸石替代量的增加，透水性生态混凝土 的28d抗压强度和抗折强度逐渐降低，并且都存在着近似的线性关系。替代量不大于40%时，煤矸石集料透水性生 态混凝土可满足路面的应用要求。
揣丹等以陕西铜川煤矸石为主要原料，以水泥为粘结剂，制成煤矸石－水泥基泡沫混凝土，研究了PVA掺量 对泡沫混凝土孔隙结构、力学性能及导电性能的影响。结果表明，掺入PVA可明显改善泡沫混凝土的孔隙结构且 分布更均匀，干密度及吸水率有所降低，当PVA掺量为2 %时，28d抗压强度、抗折强度分别为6．72、2．04 MPa， 且导热系数相对较低。
孔德顺等以高铁型煤矸石酸浸液为原料，制备了高效无机高分子絮凝剂聚合硫酸铝铁（PAFS），并通过单因 素试验研究了制备体系反应条件对聚合硫酸铝铁去浊率的影响。制备聚合硫酸铝铁优化工艺条件如下：铁离子与 铝离子总浓度为0．5mol/L，铁离子与铝离子物质的量比为0．25，体系pH值为0．8，80 ℃下聚合8h，室温熟化 24h。采用X射线衍射（XRD）及红外光谱（IR）对优化条件下制备的聚合硫酸铝铁进行了表征，表明产物为铁聚 合较完全而铝部分聚合的聚合硫酸铝铁。
煤在提铝工业中的应用
煤中提取氢氧化铝
煤中铝含量与浸取 率的关系
利用煤制取絮凝剂 聚铝
对比不同种类煤矸石煅烧后粉煤灰中铝的提取率，可以看出，不同种类煤矸石样品提取的铝含量有较大差异。 煅烧活化后进行酸浸提取铝，铝浸取率并不会随着煤矸石中铝含量的升高而升高或降低，而是在同等试验条件下 煅烧活化提取煤矸石中的铝时，其浸取率总会保持在60 %～70 %的范围内。这说明煤矸石中的铝浸取率与煤矸石 的来源无关，这也为低铝煤矸石提铝提供了理论依据。
煤矸石
2、原料处理
2.1剔除杂物与有害成分
原料中常见的杂物有废铁、有机物、料礓石等
，废铁一般情况下采用电磁除铁器去除废铁，有
机物或料礓石等杂物采用机械或人工方法清除， 同时对于有害颗粒，破碎程度愈细愈好，CaO颗 粒小于1mm时，就不会对制品结构产生破坏。
2.2 原料的配比要适当
原料的配比主要由以下两个因素决定，原料的
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（六）煤矸石复垦绿化
• 对于不好处理或处理价值较低的，可以考 虑充填塌陷区或填埋造地，方法是：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，同时结合土壤 改良，再造优质农田。
2013年6月29日星期六 10时26分24秒
2013年6月29日星期六10时26 分24秒
九、 其他应用
生产化工原料：聚合铝、分子筛等。 与盐酸反应生成 （2A1Cl3.H2O），再生成 聚铝。 用作农用肥料：钼、锌、锰、铜、硼等元 素，可作为农作物生长的刺激剂
2013年6月29日星期六 10时26分24秒
回收硫化铁：有的煤矸石含有较多的 硫化铁，可通过分选回收作为制取硫酸 的原料。我国有七个选煤厂建立了硫化 铁回收车间，从煤矸石中回收硫化铁， 总设计能力为7.5×105t／a。 回收能源：作为大型沸腾炉燃料供热 或发电：热值>8360kJ/kg。1975年在四川永 荣矿务局建立了中国第一座流化床煤矸 石电厂
2013年6月29日星期六 10时26分24秒
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。
煤矸石和粉煤灰
煤矸⽯和粉煤灰1 煤矸⽯的定义和现状从狭义上讲，煤矸⽯是煤炭开采出来时夹带的碳质泥岩、碳质砂岩；从⼴义上讲，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来的矸⽯、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。
⽬前我国煤矸⽯堆存量约45亿吨，规模较⼤的煤矸⽯⼭约有1600座，占⽤⼟地约1.5万公顷，⽽且煤矸⽯以每年1.5亿吨的速度增加2 煤矸⽯的性质和分类煤矸⽯按产出⽅式可分为6种类型：岩巷矸⽯，煤巷矸⽯，剥离矸⽯，⼿选矸⽯，洗选矸⽯，⾃燃矸⽯。
矸⽯的化学成分是由两部分组成的：有机可燃物和⽆机化合物。
我国典型矸⽯的化学成分⼀般是以硅氧等氧化物为主：SiO2 40%-60%，Al2O3 15%-30%。
⼀般还含有少量的Fe2O3，CaO，MgO，Na2O，K2O等。
煤矸⽯的⽆机成分中，铝硅⽐（即Al2O3/SiO2）反映了⼤多煤矸⽯⽆机成分特征，也⼤体上决定着⼀般煤矸⽯综合利⽤的途径。
铝硅⽐⼤于0.5，此时煤矸⽯含铝量⾼，含硅量相对较低，矸⽯成分以⾼岭⽯为主，有少量伊利⽯、⽯英。
此时矸⽯可考虑作为制⾼级陶瓷，4A分⼦筛。
铝硅⽐在0.5-0.3之间，铝硅含量都适中。
矿物成分以⾼岭⽯、伊利⽯为主。
可作为⽣产聚合铝的原料。
铝硅⽐⼩于0.3时，主要成分是⽯英、长⽯、⽅解⽯、菱铁矿等，含少量黏⼟矿物。
煤矸⽯的岩⽯种类主要有黏⼟岩类、砂岩类、碳酸岩类、铝质岩类。
黏⼟岩类中主要矿物组分为黏⼟矿物，其次为⽯英、长⽯、云母和黄铁矿、碳酸盐等⾃⽣矿物。
煤矸⽯中主要矿物成分有⾼岭⽯，伊利⽯，绿泥⽯，蒙脱⽯，多⽔⾼岭⽯等。
煤矸⽯的灰分⼀般为75-85%，挥发分通常在20%⼀下，固定碳含量低于40%。
煤矸⽯发热量多在6300KJ/Kg以下，热值⾼于6300KJ/Kg的约占10%，3300-6300KJ/Kg，1300-3300KJ/Kg和低于1300KJ/Kg的各占30%。
3 煤矸⽯的应⽤现状⼀般煤矸⽯的应⽤主要有以下⼏个⽅⾯：1、煤矸⽯发电2、回收煤炭，硫铁矿3、建筑材料4、⽣产化⼯产品5、复垦造⽥，⽣产肥料3.1煤矸⽯发电含碳量⼩于10%的不具有能源利⽤条件。