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1、煤矸石资源化 引言 煤系固体废弃物来自煤的开采、加工和利用过程，包括煤矸石、粉煤灰和锅炉渣等，他们在工业固体废弃物中占有很大的比重，引起严重的环境问题。但它们的组成和性质决定了它们有很高的利用价值，可再资源化利用。其中，煤矸石的产生量最大，约占我国工业废渣年排量的1/4，它是采矿过程和洗煤过程中排出的固体废弃物。据资料统计, 在煤炭开发过程中, 全国累计堆存煤矸石已达30亿,t 形成1 500座矸石山, 占地12 万ha, 对煤矿周边环境造成了严重污染, 而目前对煤矸石的治理不尽如人意。因此, 结合煤矸石的组成特征和理化性能, 对煤矸石资源化再利用问题进行分析、探讨, 将促进对煤矸石的综合整治
2、和资源化利用。关键字：煤矸石 资源化 组成与特性 危害 展望 一、煤矸石的组成和性质1.1 煤歼石的组成1 煤矸石的岩石组成 煤研石的岩石组成和煤田地质条件有关,也和采煤技术密切相关。岩石组成变化范围大,成分复杂, 主要由页岩、碳质页岩、泥质页岩、粉砂质页岩、, 泥岩类、泥岩、碳质泥岩、粉砂质泥岩 , 砂质岩、泥质粉砂岩、砂岩、 , 碳酸盐岩类、泥灰岩、灰岩、 及煤粒、硫结核组成。 煤矸石的矿物组成 由各种岩石组成的煤研混合物中, 矿物成分也是复杂多变的, 主要由粘土矿物.高岭石、伊利石、蒙脱石、勃母石 、石英、方解石、硫铁矿及碳质组成。 煤歼石的化学组成随着不同产地, 不同层位, 不同开采方
3、式,煤研石的化学组成变化很大。除含有碳外, 一般以氧化物为主, 如S02. Fe2O3 、MgO、CaO等， 其中S02 和AL2O3 占较大比例, 分别占40% 一60% 和20%-30%, 此外还有少量稀有元素。1. 2 煤矸石的岩性特性 煤矸石是成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量低, 且具有一定强度的岩石, 大部分结构致密, 呈黑色。它的含碳量、化学成分、矿物组成随各地区煤层的生成年代和生成条件而有较大的波动。煤矸石与煤系地层共生, 是多种岩石组成的混合物, 属沉积岩, 具有一定的块度和粒度和一定的热值。 煤矸石的特性是决定煤矸石综合利用途径的重要因素。主要是指煤矸石的矿物特性和化学特性。
4、由于煤层地质年代、地区、成矿地质环境、开采条件不同, 我国产于不同地区、不同时代层位、不同开采方式的煤矸石特性差别很大, 但煤矸石的化学成分变化与矿物成分变化是相吻合的 6 , 例如Al2O3 的含量表明了高岭石含量的多少。根据构成煤矸石中无机质和有机质成分的元素, 可以考虑煤矸石综合利用的途径。和煤矸石综合利用密切相关的质量指标主要有: 有机碳含量、全硫含量、硅铝比(SiO2 /Al2O3 ) 、铁的氧化物含量( Fe2O3 ) 、MgO + CaO 含量等。 煤矸石的危害1.1 侵占大量耕地、破坏自然景观 目前我国人均耕地占有量只有0.933 hm2，不到世界人均水平的45%，耕地资源非常
5、紧缺，据不完全统计，全国煤矿占用土地约1.5 万hm2，而且随着煤矸石排放量的连年增加，耕地被侵占的现象将进一步扩大，这对于拥有13 亿多人口的我国来说，形势很不乐观。此外，煤矸石山上植被覆盖率低、黑色地面大部分还是暴露的，严重影响了矿区自然景观，矸石山已成为煤炭矿区的不良标志。1.2 破坏生态环境1.2.1 煤矸石对大气环境的影响煤矸石对大气环境的影响主要包括两个方面：煤矸石在运输、堆放过程中会产生扬尘，扬尘进入空气成为可吸入颗粒污染物，致使矿区呼吸系统疾病发病率居高不下；煤矸石自燃会产生很多有害气体及多环芳烃类有机污染物，它们排入大气，严重影响矿区空气质量及周边居民身体健康，威胁区域生态系
6、统的多样性。1.2.2 煤矸石对水体和土壤的污染 煤矸石长期露天堆放，在降水作用下，其淋溶水或进入水域或渗入土壤。这些携有矸石风化细颗粒和微量重金属元素的淋溶水会污染水体、破坏土壤生态功能，同时还会经由食物网的生物放大、富集作用，将其危害作用于动植物，对人类潜在威胁极大。1.3 其他危害目前，多数煤矸石的堆积未经设计，矸石山堆放极不正规、结构疏松。在人为开挖、降雨淋滤等作用下，稳定性差的矸石山就容易引发诸如滑坡、崩塌、泥石流等重力灾害。如今年徐州旗山矿煤矸石山发生坍塌，致使2 人被埋身亡。另外，煤矸石山还对附近的铁路运输安全构成一定的威胁。 煤矸石的资源化途径2.1 煤矸石在农林业中的应用1
7、土地复垦 煤矸石充填复垦造田、煤矸石山复垦造林是实现煤矸石土地复垦的主要途径。该项技术消耗矸石量大，能避免矸石露天堆放带来的环境污染，显著改善矿区生境，同时还能缓解人口和土地之间的矛盾。如平顶山市卫东区的土地开垦整理项目，已成为成功的现代化工业复垦区，经济和环境效益双丰收。但使用该项技术时还应关注煤矸石潜在的危害，考虑煤矸石的地球化学特性和有害元素状况以确保其绿色运用。2.1.2 生产农肥 以煤矸石为原料生产的农用肥料有两种：微生物肥料：目前，我国煤矸石微生物肥料厂有50 余座，年产菌肥约40 万t，取得了很好的社会效益和经济效益。其制作工艺简单、耗能低，利于生态农业发展，具有广阔的市场前景。
8、但利用该法时必须注意控制煤矸石有害元素含量，以免反受其害。有机复合肥：目前在其制备技术上已获突破性进展，如重庆煤炭研究所利用煤矸石制取硫酸铵、氨水等肥料。但因其加工涉及破碎工艺、添加剂及活化剂的类型和配比的选择、不同煤矸石理化特性的差异等问题，故该技术获得广泛工业运用还有待进一步研究2。2.1.3 改良土壤利用煤矸石的酸碱性再配以适量有机肥，可以有效改良我国部分盐碱地的土壤结构、调节其盐碱度，使农作物能正常生长。另外，针对我国土地沙漠化严峻的形势，还可利用煤矸石的屏蔽作用改良沙地土壤，遏制沙漠化的进一步扩大。目前，关于该项技术的研究已获一些有价值的成果，正朝着技术经济合理方向推进。2.2 煤矸
9、石在建筑业中的应用 2.2.1 煤矸石在水泥工业中的应用 煤矸石烧制水泥有效地缓解了我国水泥工业存在的资源及能源、环境和水泥性能的突出问题。目前，利用煤矸石制备的水泥有很多种，如普通硅酸盐水泥、无熟料水泥等。此外，关于新型水泥的制备也取得了一定的实验成果，如杨凤玲提出的采用水热合成低温煅烧工艺生产煤矸石水泥法。但利用煤矸石生产水泥也有它的缺点：若所使用矸石中硬质砂岩含量过高，则制备过程中磨矿、破碎功耗大，经济效益将降低；若所使用矸石中有害成分超过规定，则水泥品质会变差，有的甚至无法使用。因此，煤矸石在烧制水泥前须做好理化分析工作3。2.2.2 煤矸石在墙体材料中的应用 目前，利用煤矸石研制出的
10、新型墙体材料产品已有空心砖、微孔吸音砖、劈离砖等数十种，这些产品不仅性能大大优于传统粘土砖，而且分别在不同程度上具有绿色环保功能。煤矸石制砖实现了制砖不用粘土、烧砖不用燃料，且解决了粘土砖的放射性问题，现其正朝着多功能、多品种、高档次的方向良好发展。2.2.3 煤矸石在道路工程中的应用煤矸石在道路路基中的应用主要有两方面：煤矸石作为路基填料用于道路工程的基层建设。利用煅烧煤矸石制备成煤矸石质固土材料后，用于道路基层建设。煤矸石在道路工程中的应用具有耗渣量大、无须进行采用特殊技术处理的优点，是一种利用煤炭工业废料以减少环境污染的有效途径。目前，煤矸石路基层材料已在我国部分道路上成功运用，技术比较
11、成熟。但其作为固土材料的应用仍停留在实验室研究，尚未应用于实际的道路工程4。2.3 煤矸石的能源利用我国煤矸石的能源利用途径主要有回收煤炭、煤矸石发电、作沸腾炉燃料等，其年消耗煤矸石约1400 万t，占煤矸石综合利用总量的30%左右2。目前，我国煤矸石的能源利用主要以发电为主，经多年发展，该技术在全国各矿区广泛运用，并取得了一定的经济和生态效益。但在利用煤矸石发电时，应当重视到它是把双刃剑：一方面可以变废为宝、节约好煤、发展矿区循环经济；另一方也会造成环境的污染和能源浪费。因此，在现有的发展基础上，研究如何解决煤矸石发电存在的严重环境污染和能源浪费问题将是今后煤矸石能源利用的研究重点。煤矸石资
12、源化利用利用的问题1) 煤矸石综合利用总体水平不高。主要表现在技术装备落后，企业规模小，发展后 劲不足，竞争能力弱等方面。2) 地区发展不平衡。在能源相对短缺的地区，煤矸石综合利用发展较快，在煤炭资 源相对丰富的地区，煤矸石综合利用发展较慢。3) 优惠政策落实难。目前，国家已经出台的优惠政策，在某些地区还存在落实难的问题，尤其是对煤矸石发电在上网、电价、调峰等方面的优惠政策。4) 缺乏资金渠道。各地区普遍反映，煤矸石综合利用项目在资金上得不到保证，投入严重不足。煤矸石资源化的展望 煤矸石资源化利用工作的开展应该在科学发展观的指导下，以煤矸石耗量大的利用方式为主，开发煤矸石的高附加值产品为辅，多
13、途径齐头并进，最终实现煤矸石“零排放”，从根本上解决矸石堆存带来的环境及社会问题。（1）坚持实事求是的方针，煤矸石资源化利用应采取“排而纯之，能用则用，无用弃之，弃而填沟复耕”的策略。（2）各煤炭企业及相关单位应积极转变观念，多从社会角度看待煤矸石资源化利用工作的意义，加大力度扶持该项工作的技术进展和产业化推广。（3）加强煤矸石组分、结构和特性等基础性研究，开发出与之相符的最优利用途径。（4）加强行业内技术经验交流与合作，建立并健全煤矸石资源化利用技术与信息交流网络平台，确保新技术的高效、高速推广。参考文献：6 王国平, 孙传敏1 浅论煤矸石资源化及其分类J 1煤炭经济研究, 2004 (5)14 肖雪军,刘淑红.我国煤矸石在道路工程中的应用研究现状J.科技创新导报,2008,(28):12- 13.5 李永生,郭金敏7 2007 2008 年中国煤矸石工业分析及投资咨询报告 R 1 中国投资咨询网, 2007 年8 月11 蒋翠蓉,刘瑞芹.浅谈煤矸石的综合利用J.煤质技术,2009,（增刊）:54- 58.
