煤矸石

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　　煤矸石是成煤過程中與煤層伴生，在煤礦生產原煤過程中剔除出來的一種高灰分、低含碳量、低發熱量，比煤堅硬的黑色的泥質岩石，灰分在40%～50%或以上，含碳量在20%～30%，發熱量在800～1500千卡/千克，有時高達1500～3000千卡/千克。

　　煤矸石中含有硅、鉛、鈣、鎂及某些稀有元素，它的綜合利用範圍很廣，主要有這樣幾方面：(1)做沸騰鍋爐的燃料；(2)制水泥或混凝土製品；(3)生產建築材料，制煤矸石磚；(4)製造煤氣；(5)提取化工產品；(6)製作肥料；(7)用於發電。

　　(一)煤矸石制磚

　　包括用煤矸石生產燒結磚和作燒磚內燃料。

　　煤矸石磚以煤矸石為主要原料，一般占坯料質量的80%以上，有的全部以煤矸石為原料，有的外摻少量粘土。煤矸石經破碎、粉磨、攪拌、壓制、成型、乾燥、焙燒，製成煤矸石磚。焙燒時基本上無需再外加燃料。泥質和碳質煤矸石質軟、易粉碎，是生產煤矸石磚的理想原料。煤矸石的發熱量要求在2100～4200kJ/kg，過低時需加煤，過高時易使成磚過火。煤矸石需粉碎到小於lmm的顆粒占75%以上。用煤矸石粉料壓製成的坯料塑性指數應在7—17之間，成型水分一般為15%-20%。許多磚廠生產的煤矸石磚抗壓強度一般為4.80～1：4.71MPa，抗折強度為2.94～4.90MPa，高於普通粘土磚。以煤矸石作燒磚內燃料制磚生產工藝與用煤作內燃料基本相同，僅需增加煤矸石粉碎工序。

　　(二)煤矸石生產輕骨料

　　適宜燒制輕骨料的煤矸石主要是碳質頁岩和選礦廠排出的洗矸，矸石的含碳量不要過大，以低於13%為宜。有兩種燒制方法：成球法與非成球法。成球法是將煤矸石破碎、粉磨後製成球狀顆粒，然後焙燒。將球狀顆粒送人迴轉窯，預熱後進人脫碳段，料球內的碳開始燃燒，繼之進入膨脹段，此後經冷卻、篩分出廠。其鬆散容重一般在1000kg/m3左右。非成球法是把煤矸石破碎到一定粒度直接焙燒。將煤矸石破碎到5～lOmm，鋪在燒結機爐排上，當煤矸石點燃後，料層中部溫度可達1200C，底層溫度小於350C。未燃的煤矸石經篩分分離再返回重新燒結，燒結好的輕骨料經噴水冷卻、破碎、篩分出廠。其容重一般在800kg/m3左右。

　　(三)煤矸石生產空心砌塊

　　煤矸石空心砌塊是以自燃或人工煅燒煤矸石為骨料，以磨細生石灰和石膏作膠結劑，經轉動成型、蒸汽養護製成的牆體材料，產品標號可達200號。

　　(四)煤矸石作原燃料生產水泥

　　煤矸石和粘土的化學成分相近並能釋放一定的熱量，用其代替粘土和部分燃料生產普通水泥能提高熟料質量。這是因為煤矸石配料比粘土配料配人的生料活化能降低了許多，用少量煤就可提高生料的預燒溫度，且煤矸石中的可燃物也有利於硅酸鹽等礦物的熔解和形成；此外煤矸石配的生料錶面能高，硅鋁等酸性氧化物易於吸收氧化鈣，可加速硅酸鈣等礦物的形成。用作水泥原燃料的煤矸石其生產工藝過程與生產普通水泥基本相同。將原燃料按一定比例配合，磨細成生料，燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分的熟料，再加入適量石膏和混合材料，磨成細粉而製成水泥。

　　(五)煤矸石作水泥混合材料

　　煤矸石經自燃或人工煅燒後具有一定活性，可摻入水泥中作活性混合材，與熟料和石膏按比例配合後入水泥磨磨細。煤矸石的摻入量取決於水泥的品種和標號，在水泥熟料中摻人15%的煤矸石，可制得325號一425號普通硅酸鹽水泥；摻量超過20%時，按國家規定為火山灰硅酸鹽水泥。用煤矸石作混合材時，應控制燒失量≤5%，S03≤3%，火山灰性試驗必須合格，水泥膠砂28天抗壓強度比≥62%。

　　(六)煤矸石作築路和充填材料

　　煤矸石是很好的築路材料，有很好的抗風雨侵蝕性能，並可降低築路成本。

　　1.煤矸石自燃的危害

　　由於煤矸石長期露天堆放，矸石內部的熱量逐漸積累，當溫度達到燃點時(煤的燃點一般為360℃)，矸石中的殘煤及其它可燃物便可自燃。全國國有煤礦有大小矸石山1500多座，大約有1/3的矸石山發生過自然現象，放出的大量有害氣體，如S0₂、CO、C0₂、H₂S、NO等，並伴有大量煙塵，對礦區環境造成了嚴重污染。汾西礦務局的分析資料表明：凡煤層含硫在3%左右，其中硫鐵礦占40%以上的煤矸石，並有硫鐵礦結核出現，都會引起自然發火。

　　2.危害生態環境，破壞自然景觀

　　目前我國煤礦產生的矸石大多露天堆放，不同程度地侵占耕地，平原地區更加明顯，而且還以每年400 ha的速度增長。這對於人均耕地不足0.1 ha的我國來說，所產生的影響是顯而易見的。矸石的堆放不僅埋壓或破壞了原地貌植被，而且排放過程中產生的粉塵、自燃時產生的有毒物質對植物的生存也有較大影響，主要表現在植物生長緩慢、生長量降低，草地植被種類減少、病蟲害增多等，這對礦區的生態環境造成了嚴重危害。

　　3.淋溶水污染

　　煤矸石受到降雨噴淋或長期處於浸漬狀態，矸石中的粉塵會成為水中懸浮物，有害成分溶解後進入水體、土壤，對水環境和土壤環境造成二次污染。當酸性較強的淋溶水進入水體時，對生物產生很強的衝擊力，能消滅或抑制水中微生物的生長，妨礙水體自凈。煤矸石中除含有SiO₂Al₂0₃，以及鐵、錳等常量元素之外，還有其它痕量重金屬，如鉛、鎘、汞、砷、鉻等，這些元素都是有毒重金屬元素，在進入水體或滲入土壤後，會嚴重影響土壤環境或水環境。

　　4.污染空氣環境

　　煤矸石在露天堆放時，矸石錶面會風化成粉塵，在風力作用下，會對周圍大氣環境造成影響。對於露天堆放的煤矸石，乾燥和濕潤是最重要的因素。如果潮濕的煤矸石處於冷熱交替的環境下，會加速風化。而處在0.5至幾米的覆層下時，風化程度大大降低。對於一些長期堆放的矸石山，由於風化嚴重，顆粒粉碎，稍有風吹便塵土飛揚，長期生活在這種環境中的居民，彞咽炎、上呼吸道感染等發病率很高。

　　5.其他災害

　　矸石堆放時的自然安息皂角為38～40℃，如果矸石山堆積過高、坡度過大或受到人為開挖影響時，或受到爆炸或暴雨侵蝕時，就容易形成坍塌、滑坡、渣石流等災害。而對於正在自燃的矸石山，如遇淋溶水的滲入，受熱後水氣急劇膨脹易引起爆炸危險，嚴重危及附近居民的安全。如棗莊煤礦北煤井一矸石堆，1994年發生坍塌，導致17人死亡，7人受傷。