煤矸石

煤矸石的资源化利用研究

摘要：在介绍煤矸石的来源，对环境的影响的基础上，论述了煤矸石的资源化利用，充分利用了煤矸石，达到变废为宝的目的。

关键词：煤矸石环境资源化

一、煤矸石的来源

我国是世界最大的煤炭生产国和消费国，在煤炭开采过程中，必然会产生大量的煤矸石，包括露天矿的剥离物，矿井建设和生产过程中产生的矸石，根据有关部门统计，目前我国历年累计堆放的煤矸石总积存量约为45亿t，年排出量3亿t,其中每年排放的可用于发电的煤矸约2亿t。煤矸石的堆积排放，既浪费了国家资源，又占压了大量土地，使矿区的生态环境受到了污染和破坏。所以，煤矸石的综合利用是建设“绿色矿区”最有效的方法和途径。

煤矸石是在煤炭开采、选洗加工过程中所产生的固体废物。目前，累计堆有煤矸石山1 500多座，，占地1.3万hm2以上，而且每年约以1亿t的速度递增，形成新增占地400多hm2。煤矸石己经成为我国累计存量和占用场地最多的工业废弃物。

煤矸石是在成煤过程中与煤共同沉积的有机化合物和无机化合物混合在一起的岩石，通常呈薄层和在煤层中或煤层顶、底板岩石，是在煤矿建设和煤炭采掘、洗选加工过程中，产生的数量较大的矿山固态排弃物。煤矸石按主要矿物含量，分为黏土岩类、砂石岩类、碳酸盐类、铝质岩类。按来源及最终状态，煤矸石可分为掘进矸石、选煤矸石和自然矸石三大类。煤矸石排放量根据煤层条件、开采条件和洗

选工艺的不同有较大差异，一般掘进矸石占原煤产量的10% 左右，选煤矸石占入选原煤量的12%~18%。

二、煤矸石对环境的影响

到目前为止.煤矸石的利用力度还不够大。技术不完善，地区发展不平衡，对环境的影响依然很严重，主要表现在下述几个方面。

1、影响土地资源的利用

煤矸石堆场多位于井口附近，大多紧邻居民区，煤矸石的大量堆放一方面占用大量的土地面积，另一方面还在影响着比堆放面积更大的土地资源，使得周围的耕地变得贫瘠，不能被利用。

2、污染大气

煤矸石露天堆放会产生大量扬尘，这主要是由于在地面堆放的煤矸石受到长时间的日晒雨淋后，将会风化粉碎;另外，煤矸石吸水后会崩解，从而很容易产生粉尘。在风力的作用下，将会恶化矿区大气的质量。

此外，煤矸石中含有残煤、碳质泥岩和废木材等可燃物，其中C,S 可构成煤矸石自燃的物质基础。煤矸石野外露天堆放，日积月累，矸石山内部的热量逐渐积累。当温度达到可燃物的燃烧点时，矸石堆中的残煤便可自燃。自燃后，矸石山内部温度为800~1 000o C，使矸石

融结并放出大量的CO,CO

2,SO

2

,H

2

S , NOx等有害气体，其中以SO

2

为主。一座矸石山自燃可长达十余年甚至几十年。这些有害气体的排放，不仅降低矸石山周围的环境空气质量，影响矿区居民的身体健康，还常常影响周围的生态环境，使树木生长缓慢、病虫害增多，农作物减产甚至死亡。

3、危害水土

煤矸石除含有粉尘、SiO

2，A1

2

O

3

以及Fe，Mn等常量元素外，

还有其他微量重金属元素，如Pb，Sn，As，Cr等，这些元素为有毒重金属元素。当露天堆放的煤矸石山经雨水淋蚀后，产生酸性水，污染周围的土地和水体。

当矸石堆场的矸石堆放不合理时，矸石堆易发生边坡失稳，从而导致矸石堆的崩塌、滑移，特别在暴雨季节，这种现象在山区尤为常见，易发生泥石流，从而殃及下游的农田、河流及人员安全。

三、煤矸石的组成和性质

通过对煤矸石进行化学分析可知，其化学组成主要是一些氧化物，如一氧化硅、氧化铝、三氧化一铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠等，其矿物组成中主要是高岭石、石英、钾云母、长石等。

煤矸石属劣质燃料，其发热量低，碳含量低，硬度大，矿物含量高，有机质含量低。掘进矸石一般含碳量低，热值也较低;选煤矸石含碳量较高，有一定的热值，常常混有煤及煤泥，其特点是排放集中，粒度较小，可利用性较高，但硫、铁含量较多;自燃矸石为多年堆积引起自燃后煤矸石，因已经过一定的燃烧过程，而具有一定的火山灰活性和化学活性，但其热值不高。

四、煤矸石资源化利用的评价

煤矸石的性质决定着煤矸石资源化的途径，因此对煤矸石的组分及性质进行分析和评价，将有利于选择最佳的资源化利用途径，更好、更有效地利用煤矸石资源。

按照煤矸石的岩石特征分类，可以分成高岭石泥岩(高岭石含量>60% )、伊利石泥岩(伊利石含量>50% )砂质泥岩、砂岩及石灰岩。

主要利用途径为:高岭石泥岩、伊利石泥岩一生产多孔烧结料、煤矸石砖、建筑陶瓷、含铝精矿、硅铝合金、道路建筑材料;砂质泥岩、砂岩一生产建筑工程用的碎石、混凝土密实骨料;石灰岩一生产胶凝材料、建筑工程用的碎石、改良土壤用的石灰。

煤矸石中的铝硅比(A1

2O

3

/ SiO

2

)也是确定一般煤研石综合利用

途径的因素。铝硅比>0. 5的煤矸石，铝含量高，硅含量较低，其矿物成分以高岭石为主，有少量伊利石、石英，质点粒径小，可塑性好，有膨胀现象，可作为制造高级陶瓷、煅烧高岭土及分了筛的原料。

煤矸石中的碳含量是选择其工业利用方向的依据。按煤矸石中碳的含量多少可分为四类:一类< 4%，二类4%~6%，三类6%~ 20%，四类>20%。四类煤矸石发热量较高( 6270 ~12550kJ/kg)，一般宜用作为燃料，三类煤矸石(2090 6270kJ/ kg)可用作生产水泥、砖等建材制品，一类、二类煤矸石(2090 kJ/ kg以下)可作为水泥的混合材、混凝土骨料和其他建材制品的原料，也可用于复垦采煤塌陷区和回填矿井采空区。

在煤矸石的化学成分中，全硫含量一是决定了矸石中的硫是否具有回收价值，二是决定了煤矸石的工业利用范围。按硫含量的多少也可将煤矸石分为四类:一类<0. 5%，二类0. 5%~3%，三类3%~ 6%，四类>6%。全硫量达6%的煤矸石即可回收其中的硫精矿，对于用煤矸石作燃料的要根据环保要求，采取相应的除尘、脱硫措施，减少烟尘和二氧化硫的污染。

五、煤矸石的利用途径

我国煤田分布广，成煤时代全，在含煤岩层和煤层中，共生有丰富的其他矿产资源。共生资源主要是指煤矸石。根据每年的煤炭产量和洗精煤产量的不同，中国煤矸石年排放量大约在1. 2~ 1. 8亿t之间。