我国煤矸石的综合利用现状及存在问题

:3!9* 含量大于 *+, ， ;<!9* 含量小于 *, 。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 $", 的 :3!9* 溶出率。 但如果 对煤矸石不经焙烧而直接用酸常压溶出时， 则 :3!9* 的溶出率只有 #),左右。 此外， 煤矸石中的残煤也可 在焙烧时除去，有利于后续工序处理和提高产品质 量。 其去污效 %: 沸石是目前最好的无磷洗涤助剂， 果可与三聚磷酸钠 （7DEE） 媲美， 且对人体无害， 对织 物无损， 易于生物降解， 有利于环境保护。用煤矸石 焙烧 ! 粉磨 ! 配料 （加 制取 %: 沸石的工艺流程为： （去离子水） F29@） !水洗过滤 ! 干燥 ! 成品。以煤 矸石生产 %: 沸石原料充足， 成本低， 效益高。 因为用煤矸石生产铝盐后留下的残渣的主要成 分为 789!， 所以除以上高铝产品外， 其残渣还可以用 来生产水玻璃、 偏硅酸钠、 白碳黑、 碳化硅等。 对于含 硫较高的煤矸石还可作为制取硫磺和硫酸的原料。 （三） 建筑材料 用煤矸石来制建筑材料在我国比较普遍，它制 成的建材重量轻、 强度高、 吸水率小、 化学稳定性好。 主要用途有： 制砖瓦、 生产水泥、 混凝土空心砌块、 加 气混凝土、 轻骨料等。 因为煤矸石本身含有可燃物，用它来代替粘土 制砖， 既节地又节能。 用煤矸石制砖的主要工艺流程 为： 破碎! 粉磨 ! 搅拌 ! 压制 ! 成型 ! 干燥 （排潮）
煤矸石的产量约占煤炭产量的 #() ，年产量达 全国累计堆放量多达 -(+#($ ,， 占地约 #%&+ #%*+#($ ,， 如此多的煤矸石， 如果弃之不用， 日积月累， #(* ./&。 堆积成山， 不仅侵占了大量的良田， 而且风化、 自燃 后的煤矸石还会产生大量的有毒气体和物质，对大 气和地下水造成污染， 进而破坏生态环境。 煤矸石的 综合利用可以变废为宝， 节约资源， 减少占地， 改善 环境， 促进产业结构优化， 有利于促进社会经济的可 持续发展。
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粉 碎 一 般 要 在 $BB 以 下 ， 焙 烧 温 度 控 制 在 +""这样可得到较高的 :3!9* 溶出率。 用煤矸石生 $""C， 产聚合氯化铝， 投资小、 成本低、 工艺简单。 硫酸铝是无机盐化工中的一个基本品种，其产 量的 )", 以上用作造纸的施胶剂，其次用作水处理 剂和木材防腐剂等。用来制备硫酸铝的煤矸石要求
化的方法可制取赛隆陶瓷。 另外， 煤矸石作为硬质高 岭土还可以用来生产彩釉墙地砖。 （四） 肥料 煤矸石含有 ,/.(!".的有机质以及多种植物所 某些煤矸石中 需的 0， 12， 34， )2， )5 等微量元素。 的 6、 经过 7、 8 和微量元素含量是普通土壤的数倍， 加工可生产有机肥和微生物肥料。煤矸石有机肥一 般用化学活化法制成，即将有机质含量较高的煤矸 石破碎成粉末后与过磷酸钙按一定比例混合，然后 加入适量的活化添加剂， 充分搅拌， 再加入适量水， 堆沤活化即成。 在此基础上还可以掺入氮， 钾 和微量 元素等制成全养矸石肥料。煤矸石有机肥料可增加 土壤的疏松性、 透气性， 改善土壤的结构， 提高土壤 肥力， 从而达到增产的目的。 微生物肥料是近年来发展生态农业及绿色食品 的新产品。目前我国年产量约 ’"9,"# :， 主要以固氮 菌肥、 磷肥、 钾细菌肥为主。煤矸石中含有大量的有 机物， 是携带固氮、 解磷、 解钾等微生物最理想的基 质和载体。 煤矸石微生物肥料生产工艺简单， 有利于 改良土壤， 是一种广谱性的微生物肥料。
)",-.",/ 一般在 0), 。煤矸石的发热量在 #"""*"""’123 4 ’5 之间。利用煤矸石发电是利用其蕴含热
量的主要形式，也是综合利用方案中除去碳质的首 道环节之一。 煤矸石作为一种低热值燃料， 利用其发 电时一般采用沸腾炉燃烧技术。该燃烧技术是在燃 烧时，由炉底向炉膛鼓风使破碎成颗粒的煤粉呈悬 浮状态， 形成沸腾床。 煤可在沸腾床内与空气充分混 合， 从而强化了燃烧和传热。热值大于 %#$"’6 4 ’5 的 煤矸石通过简易洗选后可作为沸腾炉的燃料直接燃 烧供电，热值达 +!0"’6 4 ’5 的煤矸石则可不经过洗 选而直接作为燃料燃烧供电。 （二） 化工原料 煤 矸 石 中 所 含 的 元 素 种 类 较 多 ， 其 中 789! 和 其它还有一些 ;<!9*， :3!9* 含量最高， =29， >59， 79* 等。煤矸石的主要化工用途就是通过各种不同的方 法提取煤矸石中某一种元素或生产硅铝材料。对于 含铝较高的煤矸石，其开发的化工产品主要有结晶 氯化铝， 聚合氯化铝， 硫酸铝， %: 沸石等。 结晶氯化铝又称六水氯化铝，主要用于精密铸 造的硬化剂 （较氯化铁强度高） 、 造纸施胶沉淀剂、 净 化水混凝剂、 木材防腐剂、 制造 :3?9@A* 胶等。 煤矸石 生产结晶氯化铝的过程大体分为四步： 成型、 干馏、 氯化、 提纯。 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。
!焙烧!成品。在选取煤矸石制砖时应注意的是尽
量选择含泥质、 碳质较高的煤矸石， 因为这类煤矸石 质软， 易粉碎和成型， 因此有利于制砖。而砂质含量 高的煤矸石难粉碎， 不易成型， 因此不宜用来制砖。 矸石砖与传统的粘土砖相比较，其强度和耐腐蚀性 都优于粘土砖， 且干燥快， 收缩率小。从当前建材制 品的发展趋势来看，用煤矸石制空心砖前景更为广 阔。其原因是： 第一， 空心砖的隔热效果要优于实心 砖； 第二， 空心砖不存在黑心的问题； 第三， 空心砖可
收稿日期： !""#(")(%! 作者简介： 张平萍 !%’)"( " ， 女， 硕士研究生， 从事矿渣资源的开发与利用研究。
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!# 周年刊庆专稿
第 !" 卷
容 量 由 !""" 年 的 #$%&#"% ’( 发 展 到 ))"&#"% ’(， 新增装机容量 *+"&#" ’(； 煤矸石砖生产量由 !! 亿
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国土资源科技管理
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我 国 煤 矸 石
的
综合利用现状及存在问题
张平萍， 孙传敏
（成都理工大学 地球科学学院， 四川 成都 $%""&’）
摘 要：煤矸石是煤炭开采、 加工和发电过程中产
成的混合物。无机质主要为矿物质和水。矿物质以 另外含有数量不等的 34&5-， 01， ’2 为主要成分， 675，
块标准砖增加到 #"" 亿块标准砖。煤矸石综合利用 已成为煤炭企业新的增长点。
二、 煤矸石的综合利用途径
根据煤矸石的组成特点，目前我国煤矸石主要 用作： 燃料、 化工原料、 建筑材料、 肥料等。 （一） 燃料 煤矸石或多或少都含有一定数量的碳或其它可 燃物， 因而可以当作燃料使用。 但一般煤矸石中可燃 物含量较少，而灰分含量却较高，灰分变化范围为
三、 Biblioteka Baidu在的主要问题
（一） 煤矸石综合利用的基础研究薄弱 煤矸石综合利用的实质在于利用其中的炭质和 矿物， 目前， 集中于利用其中的含铝矿物， 主要为高 岭石， 其余矿物利用很少， 几乎还没有可行的方法。 最近王国平和孙传敏提出了煤矸石的资源化分类方 案， 为煤矸石的综合利用起到了一定的指导作用， 由 于基础研究薄弱， 煤矸石规模利用仅限于制砖， 缺乏 高附加值产品。 （二） 煤矸石综合利用水平不高 主要体现在技术装备落后， 企业规模小， 发展后 劲不足， 竞争力弱等方面。目前， 煤矸石综合利用技 术装备水平达国际上 !" 世纪 ;" 年代先进水平的比 例不足 !"#。一些技术含量高的煤矸石综合利用技 术还未得到广泛应用。 （三） 地区发展不平衡 在能源相对短缺的华东、 西南地区， 煤矸石综合 利用发展较快， 而在煤炭资源相对丰富的地区， 煤矸 石综合利用发展较慢。
而增高， 主要有 6， 5， =， ;， 0 等。煤矸石中的常见矿 物有： 粘土类矿物， 碳酸盐类矿物， 长英质矿物， 高铝 矿物等。 煤矸石的分类因划分依据的不同而不同。按照 煤炭工业固体废渣的来源可分为采煤矸石、选煤矸 石和煤炭加工后所剩的废渣。按照粒度组成可分为 粗 粒 矸 石 >?&<//@、 中 粒 矸 石 >#A&<//@ 和 细 粒 矸 石 结合岩石的结构、 构造等特 >(A#//@。按矿物组成， 点， 又可分为粘土岩矸石、 砂岩矸石、 粉砂岩矸石、 钙 质岩矸石、 铝质岩矸石。 “九五” 期间，我国煤矸石的综合利用量达 -%#+ 累计节约能源折合标准煤约 --((+#( * , ， 节约 #($ ,， 土地约 #(((( 多亩。&((( 年的煤矸石综合利用率由
到 &((( 年底，全国煤矿煤矸石发电厂已有 #&( 座， 总装机容量达 #$*+#(*CD， 年发电 $E+#($ CD F . 。全 国煤矸石砖厂已达 &*( 余座， 生产能力 && 亿块标准 砖， 在规模、 品种和质量上都有很大的提高。 “十五” 期间， 我国煤矸石综合利用主要目标是： 到 &((< 年 利 用 率 由 &((( 年 的 ""((+#(* , 增 加 到 $(((+#(* , ， 其综合利用率由 *-) 提高至 "() ； 煤矸石电厂装机
生的固体废弃物，是我国排放量最大的工业 固 体 废弃物之一。本文阐述了煤矸石综合利用途 径 及 工艺原理，分析了当前煤矸石综合利用中存 在 的 主要问题。 关键词：煤矸石； 综合利用现状； 存在问题 中图分类号： （& ） !"#$%## 文献标识码： ’
895， 05-， :&5， ;7&5， !&5< 等。有机质随含煤量增高
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以减轻建筑物的重量； 第四， 用煤矸石制砖有利于保 护耕地。如果在现有产品的基础上研制开发出如锟 花、 拉毛、 仿花岗岩等多种装饰砖， 其产品市场将更 为广阔。 煤矸石在水泥生产的应用主要体现在： 第一， 做 水泥混合材料； 第二， 代替粘土原料配料煅烧水泥熟 料； 第三， 生产无熟料水泥； 第四， 生产特种水泥。煅 烧良好的煤矸石是一种活性较高的水泥混合材料， 随着煤矸石加入量的增加， 水泥的干缩率减少、 抗酸 侵蚀能力提高、 水化热下降。 煤矸石无熟料水泥是以 经 %""& 煅烧后具有一定活性的煤矸石烧渣为主要 原料， 与激发剂石灰、 石膏共同混合细磨而成。煤矸 石无熟料水泥的抗压强度为 ’"(#")*+， 其水化热较 低， 只相当于普通水泥的 , - # 左右， 适宜于大体积混 凝土工程或用以制作各种建造砌块，大型板材及预 制构件。 当煤矸石含铝较高时， 还可以用来代替粘土 和铝矾土制成一系列不同凝结时间、具有快硬性的 特种水泥和普通水泥的早强掺合料和膨胀剂。 煤矸石空心混凝土是由煤矸石、水泥和水混合 而成的。一般采用机组流水法生产， 主要工序有： 混 合料的制备、 砌块的成型、 砌块养护和成品检验、 堆 放等。 空心砌块一般有 #".(/".的空心率， 其块体容 重仅为其材料容重的 /".($".。另外它还具有强度 高， 抗冻， 防震性能好等优点。 可用于停车场， 停机坪 以及公路的底基层或铺筑层。 煤矸石加气混凝土是以煤矸石为硅质原料， 以 生石灰为钙质原料， 加少量铝粉和适量石膏经搅拌、 浇注、 静停、 蒸压而成。 该混凝土重量轻、 保温隔热性 能和防震性能好， 具可加工性， 可用来生产砌块、 墙 板、 屋面板以及各种类型的保温制品。 由于煤矸石中含有大量的硅铝物质，且其中的 可燃物质和菱铁矿在焙烧过程中析出气体并膨胀， 所以煤矸石又是生产轻骨料的理想原料。煤矸石轻 骨料一般是由含炭量不高 （低于 ,’. ） 的炭质岩类、 泥质岩类煤矸石经破碎、 粉磨、 成球、 烧胀、 筛分而 成， 也可直接破碎到一定比例直接焙烧而成。 其轻骨 料是一种具有良好保温性能的新型轻质建筑材料。 粘土岩类、 铝质岩类煤矸石经粉碎、 预烧、 骨料 分级后与粘合剂塑化成型可制出质量和性能都较好 的多孔陶瓷。富含高岭石的煤矸石采用碳热还原氮
#BB< 年的 -$) 提高到了 *-) ，上升了 < 个百分点。
一、 基本概况
煤矸石是多种岩块的混合物，主要包括煤层上 下底层的炭质页岩、 泥质页岩和砂质页岩， 以及一些 在挖掘煤层之间巷道过程中排出来的砂岩、石灰岩 和其它岩类， 成分相当复杂， 多为灰色和灰黑色。从 化学组成上看，煤矸石是由无机质和少量有机质组