煤矸石

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什么是煤矸石[1]

  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。

煤矸石的综合利用[2]

  (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。

煤矸石对环境的影响[3]

  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、C02H2S、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。

参考文献

  1. 能源统计知识手册.国家统计局工交司编,2006年8月
  2. 煤矸石的综合利用.河北省邯郸市峰峰矿区环保局
  3. 江洪清.煤矸石对环境的危害及其综合治理与利用[J].煤炭加工与综合利用,2003(3)
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