煤矸石

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　　煤矸石是成煤过程中与煤层伴生，在煤矿生产原煤过程中剔除出来的一种高灰分、低含碳量、低发热量，比煤坚硬的黑色的泥质岩石，灰分在40%～50%或以上，含碳量在20%～30%，发热量在800～1500千卡/千克，有时高达1500～3000千卡/千克。

　　煤矸石中含有硅、铅、钙、镁及某些稀有元素，它的综合利用范围很广，主要有这样几方面：(1)做沸腾锅炉的燃料；(2)制水泥或混凝土制品；(3)生产建筑材料，制煤矸石砖；(4)制造煤气；(5)提取化工产品；(6)制作肥料；(7)用于发电。

　　(一)煤矸石制砖

　　包括用煤矸石生产烧结砖和作烧砖内燃料。

　　煤矸石砖以煤矸石为主要原料，一般占坯料质量的80%以上，有的全部以煤矸石为原料，有的外掺少量粘土。煤矸石经破碎、粉磨、搅拌、压制、成型、干燥、焙烧，制成煤矸石砖。焙烧时基本上无需再外加燃料。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。煤矸石的发热量要求在2100～4200kJ/kg，过低时需加煤，过高时易使成砖过火。煤矸石需粉碎到小于lmm的颗粒占75%以上。用煤矸石粉料压制成的坯料塑性指数应在7—17之间，成型水分一般为15%-20%。许多砖厂生产的煤矸石砖抗压强度一般为4.80～1：4.71MPa，抗折强度为2.94～4.90MPa，高于普通粘土砖。以煤矸石作烧砖内燃料制砖生产工艺与用煤作内燃料基本相同，仅需增加煤矸石粉碎工序。

　　(二)煤矸石生产轻骨料

　　适宜烧制轻骨料的煤矸石主要是碳质页岩和选矿厂排出的洗矸，矸石的含碳量不要过大，以低于13%为宜。有两种烧制方法：成球法与非成球法。成球法是将煤矸石破碎、粉磨后制成球状颗粒，然后焙烧。将球状颗粒送人回转窑，预热后进人脱碳段，料球内的碳开始燃烧，继之进入膨胀段，此后经冷却、筛分出厂。其松散容重一般在1000kg/m3左右。非成球法是把煤矸石破碎到一定粒度直接焙烧。将煤矸石破碎到5～lOmm，铺在烧结机炉排上，当煤矸石点燃后，料层中部温度可达1200C，底层温度小于350C。未燃的煤矸石经筛分分离再返回重新烧结，烧结好的轻骨料经喷水冷却、破碎、筛分出厂。其容重一般在800kg/m3左右。

　　(三)煤矸石生产空心砌块

　　煤矸石空心砌块是以自燃或人工煅烧煤矸石为骨料，以磨细生石灰和石膏作胶结剂，经转动成型、蒸汽养护制成的墙体材料，产品标号可达200号。

　　(四)煤矸石作原燃料生产水泥

　　煤矸石和粘土的化学成分相近并能释放一定的热量，用其代替粘土和部分燃料生产普通水泥能提高熟料质量。这是因为煤矸石配料比粘土配料配人的生料活化能降低了许多，用少量煤就可提高生料的预烧温度，且煤矸石中的可燃物也有利于硅酸盐等矿物的熔解和形成；此外煤矸石配的生料表面能高，硅铝等酸性氧化物易于吸收氧化钙，可加速硅酸钙等矿物的形成。用作水泥原燃料的煤矸石其生产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合，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，再加入适量石膏和混合材料，磨成细粉而制成水泥。

　　(五)煤矸石作水泥混合材料

　　煤矸石经自燃或人工煅烧后具有一定活性，可掺入水泥中作活性混合材，与熟料和石膏按比例配合后入水泥磨磨细。煤矸石的掺入量取决于水泥的品种和标号，在水泥熟料中掺人15%的煤矸石，可制得325号一425号普通硅酸盐水泥；掺量超过20%时，按国家规定为火山灰硅酸盐水泥。用煤矸石作混合材时，应控制烧失量≤5%，S03≤3%，火山灰性试验必须合格，水泥胶砂28天抗压强度比≥62%。

　　(六)煤矸石作筑路和充填材料

　　煤矸石是很好的筑路材料，有很好的抗风雨侵蚀性能，并可降低筑路成本。

　　1.煤矸石自燃的危害

　　由于煤矸石长期露天堆放，矸石内部的热量逐渐积累，当温度达到燃点时(煤的燃点一般为360℃)，矸石中的残煤及其它可燃物便可自燃。全国国有煤矿有大小矸石山1500多座，大约有1/3的矸石山发生过自然现象，放出的大量有害气体，如S0₂、CO、C0₂、H₂S、NO等，并伴有大量烟尘，对矿区环境造成了严重污染。汾西矿务局的分析资料表明：凡煤层含硫在3%左右，其中硫铁矿占40%以上的煤矸石，并有硫铁矿结核出现，都会引起自然发火。

　　2.危害生态环境，破坏自然景观

　　目前我国煤矿产生的矸石大多露天堆放，不同程度地侵占耕地，平原地区更加明显，而且还以每年400 ha的速度增长。这对于人均耕地不足0.1 ha的我国来说，所产生的影响是显而易见的。矸石的堆放不仅埋压或破坏了原地貌植被，而且排放过程中产生的粉尘、自燃时产生的有毒物质对植物的生存也有较大影响，主要表现在植物生长缓慢、生长量降低，草地植被种类减少、病虫害增多等，这对矿区的生态环境造成了严重危害。

　　3.淋溶水污染

　　煤矸石受到降雨喷淋或长期处于浸渍状态，矸石中的粉尘会成为水中悬浮物，有害成分溶解后进入水体、土壤，对水环境和土壤环境造成二次污染。当酸性较强的淋溶水进入水体时，对生物产生很强的冲击力，能消灭或抑制水中微生物的生长，妨碍水体自净。煤矸石中除含有SiO₂Al₂0₃，以及铁、锰等常量元素之外，还有其它痕量重金属，如铅、镉、汞、砷、铬等，这些元素都是有毒重金属元素，在进入水体或渗入土壤后，会严重影响土壤环境或水环境。

　　4.污染空气环境

　　煤矸石在露天堆放时，矸石表面会风化成粉尘，在风力作用下，会对周围大气环境造成影响。对于露天堆放的煤矸石，干燥和湿润是最重要的因素。如果潮湿的煤矸石处于冷热交替的环境下，会加速风化。而处在0.5至几米的覆层下时，风化程度大大降低。对于一些长期堆放的矸石山，由于风化严重，颗粒粉碎，稍有风吹便尘土飞扬，长期生活在这种环境中的居民，彝咽炎、上呼吸道感染等发病率很高。

　　5.其他灾害

　　矸石堆放时的自然安息皂角为38～40℃，如果矸石山堆积过高、坡度过大或受到人为开挖影响时，或受到爆炸或暴雨侵蚀时，就容易形成坍塌、滑坡、渣石流等灾害。而对于正在自燃的矸石山，如遇淋溶水的渗入，受热后水气急剧膨胀易引起爆炸危险，严重危及附近居民的安全。如枣庄煤矿北煤井一矸石堆，1994年发生坍塌，导致17人死亡，7人受伤。