煤矸石的综合利用分析

“应用化工技术”专业《毕业设计》《煤矸石的综合利用分析》

姓名：马建国

学号：1014001403910

年级：

指导教师：赵彦生

时间：2012 年 6 月16 日

山西广播电视大学工学院

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目录

一、题目···················································································································- 2 -

二、摘要、关键词···································································································- 3 -

三、前言···················································································································- 4 -

1.煤矸石的基本特性·························································································- 4 -

1.1煤矸石的概念·······················································································- 4 -

1.2煤矸石的产生·······················································································- 4 -

1.3 煤矸石的主要成分··············································································- 4 -

1.4煤矸石的分类·······················································································- 5 -

2煤矸石对环境的影响·····················································································- 5 -

2.1影响土地资源的利用···········································································- 5 -

2.2空气污染·······························································································- 5 -

2.3水和土壤污染·······················································································- 6 -

2.4滑坡与泥石流·······················································································- 6 -

3煤矸石的综合利用·························································································- 6 -

3.1煤矸石的治理现状···············································································- 6 -

3.2综合利用现状·······················································································- 6 -

3.3综合利用途径·······················································································- 7 -

4．推进煤矸石生态治理和综合利用的意义················································- 10 -

四、结束语·············································································································- 10 -

五、参考文献：····································································································· - 11 -

六、致谢················································································································· - 11 -

一、题目

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煤矸石的综合利用分析

二、摘要、关键词

摘要：

煤炭是我国最主要的能源，煤矸石是煤矿生产过程中产生的废渣，约占煤炭产量的10％，随着煤炭生产的不断扩展，煤研石的产生量与日俱增，煤矿经过多年开采，废弃的煤矸石堆积如山。煤矸石的堆积不但占用大量土地，而且带来一系列环境问题：煤矸石山溢流水使地下水呈现高矿度化、高硬度，导致土壤盐碱化，使农作物减产甚至绝收；煤矸石长时间露地堆积后，往往会发生自然现象，并排放出大量有毒的二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、一氧化碳和二氧化碳等气体，污染周边环境，破坏生态平衡。煤矸石是我国排放量最大的工业固体废弃物之一，弃之为害，用之为宝因此，加强对煤矸石的生态治理及综合利用已是一个刻不容缓、亟待研究解决的重要社会题。文章主要论述了煤矸石的综合利用途径，并指出煤矸石的综合利用是从根本上消除矸石危害，变废为宝的必由之路。

关键词：煤矸石综合利用技术途径生态治理

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三、前言

煤炭是我国最主要的能源，其资源非常丰富，2008年产量已超过27.16亿吨。随着煤炭生产的不断扩展，煤矸石的产生量与日俱增，煤矸石产生量按原煤产量的15%计，每年煤矸石至少增加1.8亿吨，历年积存下来的煤矸石已超过27亿吨，占地30万亩以上，而且仍在继续增加。这样大量的煤矸石已严重地污染了环境，并侵占了大量的土地和农田，破坏了土地资源．如不加紧有效利用，将影响煤炭工业的正常发展，影响周围环境质量。煤矸石综合利用以大宗量利用为重点，将煤矸石发电、煤矸石建材及制品、复垦回填及煤矸石山无害化处理等大宗量利用煤矸石技术作为主攻方向，发展高科技含量、高附加值的煤矸石综合利用技术和产品。

1.煤矸石的基本特性

1.1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弃物，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，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。煤矸石属劣质燃料，其发热量低，含碳量低，硬度大，矿物含量高，有机质含量低。

1.2煤矸石的产生

煤矸石是夹在煤层中，与煤伴生的岩石。煤矸石是夹在煤层中，与煤伴生的岩石。是采煤和选煤过程中排出的废弃物。其产生的途径有以下三种：

A、在井简与巷道掘进过程中，开凿排出的计石。

B、采煤和煤巷掘进过程中，由于煤层中夹有矸石或削下部分煤层顶底板，使运到地面中煤炭含有的原矸。

C、煤厂产生的洗矸和少量人工挑选的拣矸。

1.3 煤矸石的主要成分

煤矸石的化学成分是煤矸石煅烧后灰渣的成分，其化学成分和粘土相似，可用于筑路、生产烧结砖及非烧结砖、混凝土制品、砌筑砂浆材料和陶粒等轻骨料。有的煤矸石含硅较高。可作为硅质原料，用作水泥原料等。

煤矸石的组成和性质是选择利用途径和指导生产的重要依据。煤矸石的主要化学成分为铝和硅的氧化物。此外，还含有微量元素和稀有元素Ga、Be、Co、

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Cu、Mn、Mo、Ni，Pb、V、Zn、In、Bi、Gk等，有的还含有放射性元素。由于煤矸石的成分、性质随其生存条件等的不同而存在很大差异。所以必须因地制宜地根据当地条件选择利用途径和技术。

1.4煤矸石的分类

煤矸石可根据其矿物学特征分为以下几类：

A、粘土矿型：这是目前已经实用化的一类矸石。其矿物组成有高岭石、蒙托石、炭质页岩、石英、长石、云母，还有大量硫铁矿等。粘土岩娄在煤矸石中数量最多，选类煤矸石里黑揭色，层状结构，易糟碎。

B、砂岩型：主要成分为石英、长石、云母等。采煤掘进巷道进出的煤矸石，大多以砂岩为主。

C、碳酸岩型，主要成分有方解石、白云石、铁白云石、磷铁矿、硫铁矿、有机硫等。

D、铝质岩型，主要成分有三水铝矿，一水铝矿、一水硬铝矿、石英、褐铁矿、自云母、方解石等。

2煤矸石对环境的影响

2.1影响土地资源的利用

煤矸石的大量堆放一方面占用大量土地面积，另一方面还在影响着比堆放面积更大的土地资源，使得周围土地变得贫瘠不被利用。煤矸石随开采或洗选出来后多堆于井口附近，长此已久，就形成了矸石山，这些矸石山大多紧邻居民区，占压了大量的生活用地和建筑用地，以及大量的林地和耕地。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45亿吨，年排出量3亿吨，规模较大的矸石山将近1600座，并且堆积量还以1．5～2．0亿吨的速度增加。这不仅破坏了矿区的生态环境，而且影响了矿区的自然景观，引发了一系列社会和自然问题。

2.2空气污染

长期露天堆放的煤矸石由于空气氧化而很容易自燃而排放出大量二氧化硫,硫化氢,一氧化碳,氮氧化物和二氧化碳等气体，由于风化作用表面风化成粉尘，在风的作用下这些粉尘悬浮，造成大气污染。

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2.3水和土壤污染

煤矸石中含有NO、Cu、Zn、Pb、S、F等有害元素，经过长期雨、雪淋漓溶解，把煤矸石中部分有害元素随地表径流转入江、河、湖和地下水中，造成水中有害元素含量增加，在煤矸石自燃区还产生了自然硫、雄黄、氯化铵、硫铵石、无水芒硝、水硫酸铝石、六水镁矾等矿物，这些矿物质受雨水淋溶，会使矿区水质硬化，污染水源。煤矸石受到降雨的喷淋或长期处于浸渍状态，会使其中有害成分，尤其是一些有毒重金属如铅、镉、汞、砷、铬等溶解进入水体或渗入土壤，严重影响水体环境和土壤环境，且通过食物链危害人体健康。同时，煤矸石中的硫化物遇水发生化学反应，使土壤慢慢酸化，破坏土壤肥力，使植物不能生长。

2.4滑坡与泥石流

煤矸石山堆积过高，坡度过大，就容易形成滑坡。煤矸石的堆放的自然安息角为38°—40°。超过这个角度范围或在人为开挖以及降雨量强度达到一定程度时容易引发重力灾害。煤矸石山的稳定性受矸石堆基础岩土体的抗剪强度特性、本身的结构、石堆的形状和基础岩土体孔隙的水压力等因素所制约。当降雨等作用使煤矸石山的含水量达到饱和状态，就有可能形成泥石流，造成附近土地被淹。

在煤矸石内部，空隙较大，与空气接触氧化产生大量热量，尤其在夏季高温闷热的情况下，容易使煤矸石山内部发生爆炸，严重威胁到矿区居民生命财产安全。

3煤矸石的综合利用

3.1煤矸石的治理现状

近年来，许多地方和部门以及厂矿企业，都在致力于固体废物的处理和处置。1988年我国已有60.1％的工业固体废物得到了简单的处理和处置。吉林化工公司、北京燕山石化公司等建设了填埋场。山西省汾西矿务局利用石灰浆灌注高硫煤矸石堆，取得了熄燃效果。

3.2综合利用现状

我国综合利用煤矸石已有几十年的历史，但到目前为止，我国煤矸石的综合利用水平不高。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。目前我国煤矸石综合利用技术及装备水平达到国际20世纪90年代

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先进水平的比例还不高，一些技术含量较高的煤矸石综合利用技术还未得到广泛应用。据资料报道，美国、英国和德国等西方国家煤矸石的总体利用率已高达90%以上，而我国这样一个以煤炭为主要能源的国家对煤矸石的总体利用率却不到50%，这导致目前我国煤矸石的堆积量每年还以1.5～2.0亿吨的速度在增加，矸石山的危害日益严重。因此，应加大对煤矸石综合利用工作的力度，加强煤矸石综合利用技术的开发和推广应用，最终实现煤矸石的变废为宝，促进煤炭工业的健康发展和国民经济的可持续发展。

国家《煤矸石综台利用技术政策要点》指出，煤矸石综舍利用以大宗量利用为重点，将煤矸石发电、煤矸石建材及制品、复垦回填及煤矸石山无害化处理等太宗量利用煤矸石技术作为主攻方向，发展高科技古量、高附加值的煤矸石综合利用技术和产品。

3.3综合利用途径

我国多年实践表明，熟值在2.09x103KJ/Kg以上的煤矸石，都可用于生产建材。煤矸石既是一种燃料．又可视其热值含量而作为能源，使其发挥双重效能。因而前景是很好的。

3.3.1煤矸石作筑路和充填材料

煤矸石是很好的筑路材料，它具有很好的抗风雨侵蚀性能。

目前，国内使用煤矸石作筑路材料的不多，有待开拓。在道略建设中，特别是在乡镇公路中使用煤矸石．可以降低筑路成率，改善环境，减少排放煤矸石占用的土地，是综台利用煤矸石的一条重要途径途径。

3.3.2煤矸石造气

煤矸石煤气炉造气原理与一般煤气发生炉基本相同嘲。原料可采用灰分选70—80%、发热量为0.418×104～0.502×104KJ/kg的煤矸石，所得煤气的发热量可选0．293×104～0．46×104KJ/m3左右，矸石造气的特点是燃料不需破碎，能减少烟尘，改善环境，且构造简单，投资不大．制作容易，一次投煤，一次清渣．但存在的问题是结渣严重，气化效率低，不能连续地、稳定地进行造气。

3.3.3煤矸石发电

煤矸石发电的关键，是它的燃烧加工问题。由于其发热量低，故不能用一般燃烧锅炉燃烧处理，研究和生产实践表明．沸腾炉是燃烧煤矸石较好的一种，特别适于处理粉碎后的煤矸石。

3.3.4煤矸石作为化工原料

煤矸石所含的许多元素中，Si02和Al203是含量最高的。因此，通过不同方法，提取其中一种元素或生产硅铝材料是煤矸石化工利用的主要途径。其中有

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烧结、自行糟化法同时生产氯化铝和水泥；硫酸法生产氧化铝或硫酸铝；盐酸和硫酸法浸取煤矸石，制取氧化铝、聚合铝、水玻璃和白炭黑等；生产铵明矾。其中氯化铝和聚合铝是用途最为广泛的产品，它们都可用作净水剂。结晶氯化铝可以作为熔模精密铸造工业中的硬化剂和造纸工业中的硬化剂和施腔沉淀剂。聚合铝还可用作水泥速凝剂．耐火材料的凝结剂等。生产实践表明：作为铝盐原料的沸腾炉渣必须符告下列三个条件：a、矿物组分杂质含量要低．含铁量应控制在1.5%以下，钙镁也应控制在0.5%以下；b、氧化铝含量要高，一般要求在35%以上：c、酸溶出率要高(一般要求大于80%)。

3.3.5利用煤矸石生产水泥

煤矸石的化学成分和粘土相似，可用于筑路、生产烧结砖及非烧结砖、混凝土制品、砌筑砂浆材料和陶粒等轻骨料。有的煤矸石含硅较高，可作为硅质原料用作水泥原料和混合材．可“代替砂子，生产蒸养砖等。大部分粘土岩型煤矸石可阻用来生产普通硅酸盐水泥。高铝煤矸石可用来生产早强、速凝特种水泥。用煤矸石制造水泥主要是做水泥的原料和掺台料。

（1）煤矸石作原燃料生产水泥

煤矸石能作原燃料生产水泥，是由于煤矸石和粘土的化学成分相当．代替粘土提供硅质铝质成分；煤秆石能释放一定热量，可代替部分燃料。

煤矸石作原燃料生产水泥的工艺过程与生产普通水泥基本相同。将原燃料按一定比例配台．磨细成生料，烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的熟料．再加^适量的石膏和混台材料，磨成细粉而制成水泥，即所谓“二磨一烧”。

（2）煤矸石作水泥混台材料和少熟料水泥

由于煤矸石经自燃或人工煅烧后具有一定活性，可掺入水泥中做活性混合材，与熟料和石膏按比例配合后入水泥磨磨细，然后人水泥库包装或散装出厂。用煤矸石作混合材料时，应控制烧失量≤5％，SO2≤3％，火山灰性试验必须合格，水泥胶砂28天抗压强度比≥62％。

煤矸石掺入量的多少取抉于熟料质量与水泥品种和标号。在水泥熟料中掺入15％的煤矸石，可制得325号--425号普通硅酸盐水泥。掺量超过20％时，按国家规定，就成丁火山灰硅酸盐水泥，国家标准规定，火山优质硅酸盐水泥可掺混台材量20～50％。

煤矸石制水泥用矸量不大，但水泥可以胶结为符合技术要求的砂岩型煤矸石骨料(代替砂石料)，生产多种建材产品，收到大量用矸的效果。

（3）煤矸石硅酸盐水泥

用煤矸石生产水泥，主要是以煤矸石代粘土配成生料，烧到部分熔融。得到以硅酸三钙为主要成分的水泥熟料，再加入大量自燃煤矸石或煤矸石沸腾炉烧渣

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和过量石膏磨细而成。我国部分煤矿采用生矸石生产火山获质硅酸盐水泥所用生料的化学成分。生料配比配成的混合生料经过烧制成为水泥熟料后，其中硅酸三钙含量在50%以上，硅酸二钙在10％以上，铝酸三钙在5％以上，铁铝酸四钙在20％以上。再向这种熟料中加入一定量的自燃煤矸石和适量石膏．磨细后就成为火山灰硅酸盐水泥。

（4）煤矸石无熟料水泥

煤矸石无熟料水泥的制备不需生料磨粉和煅烧，而是直接将具有一定活性和适当化学成分的煤矸石沸腾炉渣与激发剂按比例配合。混匀磨细而成。煤矸石无熟料水泥的生产工艺基于原料．设备和产品的差异而各有不同．但基本工艺是相似的。下图是石灰沸腾炉烧渣无熟料水泥生产工艺流程。其中沸腾炉烧渣是煤矸石低温沸腾燃烧排出的废物，氯化铝渣是以煤矸石作原料生产氯化铝过程中排出的废物，它可以提高水泥强度。加速水泥硬化，石灰和石膏可以提高水泥的早期强度、加速水泥硬化，此种煤矸石无熟料水泥的原料配比为：沸腾炉渣60～75％、生石灰15—25％，熟石膏8～12％、氯化铝渣8～15％。

3.3.6利用煤矸石制砖

（1）利用煤矸石生产煤矸石砖

利用煤矸石制砖包括用煤矸石生产烧结砖和作烧砖内燃料。

泥质和碳质煤矸石质软、易粉碎，是生产煤矸石砖的理想原料。用煤研石粉料压制成的坯料．要求塑性指数在7～l7之间，塑性指数过高的，要掺加瘦化剂；塑性指数过低的．砖坯子不能成型，焙烧后的废品率也高。煤矸石的发热量要求在2l00～4200KJ/kg屯之间，发热量过低需加煤．以免砖欠烧；发热量过高时易造成砖过火。

煤矸石制砖是以煤矸石为主要原料，煤矸石一般占坯料重量的80％以上，有的全部以煤矸石为原料，有的外掺沸腾炉渣或少量粘土。该生产工艺是将某矸石破碎后，配以适当的石灰按粘土砖或蒸气葬护砖的生产工艺加工而成。除煤矸石需要粉碎外，其工艺与粘土砖生产工艺基本相同。

煤矸石作为砖内燃料，在我国已有较长的历史，应用非常广泛．生产技术成熟，节能效果显著。

（2）利用煤矸石生产砌块

煤矸石空心砌块，是以自燃或人工煅烧煤矸石作为骨料，以磨细生石灰、石膏作腔结料，经振动成型，煤矸石空心砌块生产工艺简单，技术成熟，产品性能稳定，使用效果良好。

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煤矸石砌块是用煤矸石腔结料和煤矸石粗、细骨料制成。煤矸石腔结料是用人工煅烧的或自燃的煤矸石，加少量石敷、石膏配成，采用这种腔结料，并选用适宜的生矸石作粗、细骨料．可以生产煤矸石空心砖块，也可以生产煤矸石加气块做墙体材料。同红砖相比，这种材料具有自重轻、利用系数高、节省材料、节省劳力、降低劳动强度、提高工效、降低墙体造价和降低建筑造价等优点。

（3）利用燥研石生产非烧结砖

在国外的影响下，国内在八十年代初相继有十几家科研单位、大专院校进行研究试制非烧结砖，对非烧结制品无论是在理论研究．还是在工业性试验以及制品的砌筑研究，制砖设备的开发等方面部取得了不同程度的进展．在有的地区已进行了较大范围的推广应用，总的来看目前非烧砖的制砖工艺产品性能在我国都是较新的，也是可行的。

（4）利用煤矸石生产轻骨料

轻骨料和用轻骨料配制的混凝土是一种轻颅、保温性能较好的新型建筑材料。可用于建造大跨度桥粱和高层建筑。

用煤矸石烧制轻骨料有两种方法，即成球法与非成球法。成球法是将煤矸石破碎和糟磨后制成球状颗粒，然后送入窑炉中焙烧。非成球法是把煤矸石破碎到一定粒度直接焙烧。

4．推进煤矸石生态治理和综合利用的意义

我国在十六届五中全会提出加快建设资源节约型、环境友好型社会，那么在两型社会的建设中，推进煤矸石生态治理和综合利用的意义重大，具体体现在以下几个方面：

（1）煤矸石生态治理可达到减少占地的效果；

（2）煤矸石生态治理可减轻矿区大气污染和地下水污染；

（3）煤矸石综合利用不仅可以变废为宝，而且还有助于改变煤炭和煤矿的“肮脏”形象，使煤炭产业成为不产生或少产生“公害”的产业。围绕煤矸石的综合利用，煤矿形成了新的产业，延长了现有的产业链，走出了一条可持续发展的道路；

（4）煤矸石综合利用是有发展前景的接替产业之一，已经成为许多矿区非煤产业的发展重点，促进了矿区产业转移和劳动力就业。

四、结束语

总之，煤矸石的综合利用具有良好经济效益和社会效益，可使矿区的经济发展、环境保护和社会协调发展。这正是科学发展观的集中体现，是可持续发展的基本要求。只要掌握煤矸石综合利用的途径以及技术，我们一定会变废为宝，获

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得更大的利益，同时，在如今环保问题成为国家发展重要部分的社会环境之下，此举也可以为环境治理做出相应的贡献。

五、参考文献：

[1]李永生等著.煤矸石及综合利用北京：中国矿业大学出版社

[2]张鸣林主编.中国煤的洁净利用——兼论兖矿煤化工产业发展北京：化学工业出版社

[3] 朱银惠主编.煤化学[M]北京：化学工业出版社，2004.12

[4]牛冬杰、孙晓杰、赵由才主编.工业固体废物处理与资源化[M].北京：冶金工业出版社

[5]张士权、李皓、胡君艳、任佳蕊.煤矸石对环境及其综合利用.现代农业科技

[6]徐友宁，袁汉春，何芳，等．煤矸石对矿山环境的影响及其防治[J]．中国煤炭

六、致谢

在此，我还要特别感谢赵老师，是他在我毕业的最后关头给了我巨大的帮助与鼓励,使我能够顺利完成毕业设计，在此表示衷心的感激。老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。

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