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煤炭分析知识-煤矸石的利用
 

(一)煤矸石对环境的危害

      煤矸石主要是由炭质泥岩、泥岩、粉砂岩、砂岩等岩石组成的混合物。其矿物组成主要有高岭石、蒙脱石、长石、伊利石、方解石、黄铁矿、水铝石和少量稀有金属矿物等组成,元素组成多达数十种。尽管煤矸石的成分复杂,但绝大多数煤矸石除含少量炭质外,主要以硅、铝为主,其次是硫、铁、钙、镁、钠、磷、钛等元素。

      按煤矸石的来源可分为掘进矸石和选煤矸石两大类。煤层结构和厚度的变化、采煤方法和选煤工艺不同,对煤矸石的排放量有直接影响,一般占煤产量的1020%。由于煤矸石来源不同和产出地区的差异,其成分和性质变化很大。例如,煤矸石的灰分一般在7085%,最高可达90%以上;固定碳含量一般在525%;发热量一般在3.36.3MJ/ kg。煤矸石的硫含量与原煤硫含量密不可分,例如,开采华北地区太原组煤层和西南地区龙潭组煤层排出的矸石,含硫量就较高,个别可达816%

      煤矸石废弃、堆积对环境的危害很大:侵占大量土地,影响生态,破坏景观;矸石山的淋溶水(酸性水)污染地下水源和江河,危害农作物和水产养殖业;由于煤矸石中有硫化铁和含碳物质存在,还会自然发火,排放大量烟尘,严重污染大气,损害人体健康,抑制植物生长,腐蚀建筑物结构;个别煤矸石山还有发生爆炸和崩落事故的隐患,对矿区安全构成严重威胁。

      我国不仅是世界产煤大国,也是煤炭消费大国。目前全国历年累计堆放的煤矸石约43 亿吨,规模较大的煤矸山有1600 多座,占用土地约1.5 万公顷。2004年煤炭产量达到19.56 亿吨,按煤产量10%的低排矸量计算,当年排放煤矸石就达1.96 亿吨。今后煤炭产量还将逐年增长,排矸量也在逐年增加,加上以往积存的煤矸石,其数量相当巨大。因此,这已是一个刻不容缓、亟待研究解决的重要社会问题。

    (二)煤矸石的利用途经

      如何将煤矸石变废为宝?国内外已经开发出许多利用途径。基本原则是在查明煤矸石性质的基础上,区别对待,使其物尽其用,并将各种利用途径结合起来,形成一定的开发规模和综合利用系统,从而获得最佳的经济效益。根据我国的实际情况,其用途大致有五个方面:

      1.煤矿井下充填。在逐步改革采煤工艺的基础上,运用煤矸石在井下直接充填采空区或者在地面经加工后充填井下采空区。

      2.煤矿地面塌陷区充填、复垦造田和铺路。

      3.煤矸石发电。含炭质较多,发热量较高的煤矸石,可用作流化床和循环流化床发电。

      4.生产煤矸石砖、水泥和轻质骨料等建筑材料。

      5.从煤矸石中提取硫精矿和其它化工产品。

    (三)综合利用煤矸石的初步效果

      据不完全统计,我国煤炭企业目前有煤矸石电厂120 余座,装机容量184 KW;年发电量87 亿KW·h,煤矸石砖厂129 座,年生产能力30 亿块(折标砖);煤矸石和粉煤灰水泥厂163 座,年生产能力1250 万吨。截止到2002 年,全国煤矿综合利用煤矸石约4200 万吨。其中,煤矸石发电2800 万吨,煤矸石水泥300万吨,煤矸石制砖1000 万吨,其他耗用100 万吨。另外,用于井下充填、复垦造田、筑路等处理煤矸石5600 万吨。总计利用和无害化处理煤矸石约9800 万吨,占当年煤矸石排放量的50%
    
     
我国综合利用煤矸石的历史不长,基础较差。总的社会和经济效益还不够理想。但是,从一些实践单位取得的初步效果来看,前景非常广阔。

    1.煤矸石发电取得明显成效

      黑龙江鸡西滴道矸石电厂是我国第一座容量最大的煤矸石电厂。先后安装了三台我国自己研制的130 /时流化床锅炉和两台2.5 KW 汽轮发电机组,每年燃烧煤矸石约60 万吨,发电2.2 亿度。

      重庆永荣矿务局是全国首家利用煤矸石沸腾炉发电的单位,核定装机容量2KW。从1978—1994 年已发电12 亿KW·h,耗用煤矸石等低热值燃料200 万吨以上,生产灰渣砖4 亿块、水泥20 多万吨。

      建成于上个世纪未期的山东新汶协庄煤矿矸石热电厂效益尤为突出。目前发电量保持1.6 亿KW·h 以上,年消耗煤矸石30 万吨。同时还建起了免烧砖厂,每月生产免烧砖30 多万块,消耗粉煤灰6000 吨。又将炉渣用作建材原料和铺路,用灰渣替代沙子用于井下喷浆等等。该矿煤矸石热电厂建成后,实行热电联供,年节约原煤4 万吨,少支付电费1.2 亿元以上,节省煤矸石堆放占地25 亩,安置待业和下岗人员733 人。既节约了资源,又收到了良好的社会、经济和环境效益。

    2.用煤矸石生产新型建筑材料取得突破

      山东新汶矿务局泰山机械公司开发生产的真空硬塑制砖机,以煤矸石、粉煤灰为原料,利用煤矸石自身的发热量进行焙烧,生产出了承重空心砖和非承重空心砖。该产品符合国家对新型墙体材料的要求,具有广阔的发展前景。

      山西阳泉矿务局用该地自然煤矸石为骨料,配入矸石砂、硅酸盐水泥制成200—300 号煤矸石混凝土,其物理性能和质量符合有关规定。用自然煤矸石生产的混凝土比普通混凝土的密度低20%,是高层建筑的优质材料。

      山西潞安矿业公司新型墙体材料厂建成了国内产量较大、自动化程度较高的煤矸石制砖生产线,每年可以生产1.3 亿块标准砖,处理煤矸石30 万吨。生产的煤矸石砖强度高、热阻大、隔音好,可降低建筑物墙体厚度,减少用砖量。同时由于外观整洁、抗风化能力强、色泽自然,可以省去抹灰、喷涂等工序,降低建设和维护成本,与传统粘土砖相比有着更高的性价比和更强的市场竞争力,其经济效益和生态效益都非常显著。

    3.从煤矸石中提取硫精矿和其他化工原料取得初步成效

      重庆南桐矿务局干坝子选煤厂从高硫煤矸石中提取硫精矿取得成功。入洗矸石含硫1031%,主要成分为黄铁矿硫。采用重介法分选选出:含硫35%、含碳小于8%的硫精矿;灰分4550%的泥煤和尾矿三种产品。

      河北开滦唐家庄矿选硫车间,1985 年初投产。入洗矸石含硫为3.98%,主要成分为黄铁矿硫。经洗选产出四种产品:含硫3035%、含碳小于8%的硫精矿;发热量14.63MJ/kg 可作燃烧用的动力煤;发热量6.27MJ/kg 的低热值燃料和矸石。

      辽宁南票矿务局与煤炭科学院抚顺分院合作,从煤矸石中提取结晶氯化铝、固体聚合铝、水玻璃、白炭黑等多种化工产品获得成功。目前,年产万吨结晶氯化铝、固体聚合铝的生产装置已建成投产,年产值达千万元以上。该项研究成果曾获得1986 年国家发明四等奖。

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