煤矸石资源化处理

煤矸石资源化处理 环092 赵晨 22 1.1煤矸石的来源:煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物,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、底板及夹层里采的 矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。—《百科》。 1.2煤矸石的危害:由于煤矸石长期露天堆放,矸石内部的热量逐接积累,当温度达到燃点时(煤的燃点一般为 360°c),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的矸石山发生过自燃现象,放出的大量有害气体,如so2、co、co2、h2s、nox等,并拌有大量烟尘,对矿区环境造成了严重污染。汾西矿物局的分析资料表明: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,都会引起自燃发火。 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400ha的速度增长。这对于人均耕地不足0.1ha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。 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sio2、ai2o3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。安徽淮南某矿的煤矸石淋溶水中重金属含量一般均高于土壤中相应成分含量(as除外)。表略。 污染空气环境 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,鼻咽炎、上呼吸道感染等发病率很高。 其他灾害 矸石堆放时的自然安息角为38 ~ 40°c,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。—《中国环保信息网》,李泽生。 1.3煤矸石的特性 (一)煤矸石的成因: 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。其主要成分是Al2O3、SiO2,另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。—《互动百科》。 (二)煤矸石的化学组成:其主要成分是Al2O3、SiO2,另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。—《互动百科》。 (三)煤矸石的矿物组成:矸石主要是高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝等, 煤 矸石一般以硅、铝为主要成分,另外含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、SO3、K2O、Na20、P205等氧化物,以及微量的稀有金属元素,如钛、钒、钴、镓等。—《雅虎知识堂》。 1. 4煤矸石的外观特征和显微结构:a外观特征碳质页岩为黑色或黑灰色,层状结构,表面有油脂光泽,不完全 理解,不规则块状,断面参差,易碎,滴入稀盐酸有小气泡缓慢放出。 泥质页岩为黄灰色或黑褐色,土状光泽,有松疏的黑色小粒,片状结构,不完全理解,质软性脆,不规则块状,易碎,滴入稀盐酸不起反应。 砂质页岩为深灰色或灰白色,腊状光泽,结构较泥质、碳质页岩粗糙坚硬,组成均一,沿层理有草叶状条痕,极不全完解理,滴入稀盐酸有气泡放出,还有铁锈斑点。 b显微结构 碳质页岩以不透明黑色矿物为主,有少量石英和粘土矿,泥质页岩以石英为主,有一定量的不透明黑色矿物和少量云母;砂质页岩主要是石英和云母,还有一定量的不透明矿与碳酸盐矿物,石英颗粒较粗。碳质页岩和泥质页岩在出煤井时含有较多的碳质,往往还含有胶质有机物、树脂,孢子以及其他植物残体,随着含量的增加岩石颜色加深,经长期堆积,内部发热自燃,大部分已起一定煅烧作用,使表面形成一层很厚的硫酸铝或 其他复盐。砂质岩出井煤时,块度较其他页岩大,难粉碎,不自燃,难风化。—《百度百科》。1.5煤矸石工艺物理特性: 可塑性 煤矸石必须经细碎后才有塑性,矸石中砂岩塑性较页岩差。混合矸石经粉碎至250目筛筛余>2%时,其可塑指标可达2.8~3相应含水率为23~25%,如果进一步细碎至300目筛筛余<2%,则塑性会更大. 粘度 随矸石的颗粒的比表面增大,矸石泥团基本可以塑性成型时,泥浆粘度在1.1左右,可用于注浆成型. 真比重和硬度 煤矸石中的砂岩的真比重和硬度较页岩的大,所以,各地矸石硬度差异很大,含页岩多的矸石硬度在2~3,含砂岩多的矸石在4~5之间.混合矸石的真比重一般在2.6左右,其安息角在40~50度间. 收缩性 煤矸石塑性低,收缩也就较小,一般线收缩在2.5~3%.烧结后的线收缩在2.2—2.4%,相应吸水率在17~19%. 烧结温度范围 煤矸石的烧结温度一般在1050 左右.900 左右为一次膨胀,1120 至1160 时收缩最小,温度继续上升至1160 以上时产生二次膨胀,由固相转为固掖相或完全融熔 脱碳温度 煤矸石的脱碳温度一般总是低于最佳烧结温度,最佳脱碳温度常发生在1000 上下,最低脱碳时间为200—250分钟;在整个脱碳过程中,应保持氧化气氛. 耐火度 煤矸石属于中低耐火材料,一般耐火度在1300~1350,这主要取决于化学组成,从相图角度看,若含和高则熔点高,若含碱金属和碱土金属高则熔点就低. 工业组成 为煤矸石的自然含水率,一般在4%,最低的在1%以下,最高的可达20%.结晶程度差,分散程度大的含水率要高点,如以高岭石为主的煤矸石较以伊利石为主的煤矸石自然含水率就略高.是煤矸石无机矿物质燃烧后的固体残渣,它是以硅铝为主的类似硅酸盐材料,具有与石灰化合成新的水化物的能力.作为工业原料,就是这部分矸石渣.含量在80%为煤矸石中的有机化合物,燃烧时放出热量呈汽态逸出,一般含量大于10%,洗矸较选矸高.为煤矸石的碎屑,碳页岩中的碳煤.大部分固定碳是浸透在煤矸石结构中的,这对硅酸盐等矿物的受热溶解和形成将起着有利作用,表现为表面能高,而物质的烧结是向表面积减少和表面能低的方向完成的.煤矸石燃烧时产生的热卡,其含量一般在400~500大卡/公斤,但有的也可达2500~3000大卡/公斤,尤其是洗矸.了解煤矸石的工业组成极其变化规律,对制定工艺参数有实际意义. 煤矸石的有害杂质 作为陶瓷原料使用的煤矸石,其含有的有害杂质主要是硫化物,碳酸盐类混合物,溶水盐.以及汞,砷,氟,氯等微量元素. 煤矸石中的硫主要来源于黄铁矿,其次是硫铁矿,硫酸钙和闪锌矿,另外,也有游离状态的硫,我国二迭纪煤层中含硫化物较多.黄铁矿有的呈层状,有的嵌在煤矸石中呈脉石状,有的呈细粉状,比较坚硬呈球状的叫做硫铁蛋.硫化物易氧化生成二氧化硫,二氧化硫再经氧化并与空气中水份作用形成雾状硫酸,对煤矿周围的设备,建筑,人畜和植物危害都很大.煤矸石中的硫酸盐以石膏,硬石膏和半水化合物形式存在,往往沿层面或裂缝以微小晶粒可见,属后生矿物. 可溶性硫酸盐在坯体中随水份蒸发,在制品表面留下结晶体,形成一层“白霜”它们在结晶过程中,由于体积增大所产生的应力,使制品薄弱地方受到破坏,对欠烧制品的破坏更为重要,但是,通过采用一些适当的工艺 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ,可使大部分可溶性盐类在淘洗或滤时随水排除. 煤矸石中的碳酸盐类分布极广,主要是方解石和菱铁矿,其次还有白云石,菱铁矿,霞石等,方解石常呈薄片膜充填于裂缝及层面中.这些矿物如果磨细度不够,溶烧后变成石灰颗粒,当吸潮后,这些颗粒体积膨胀,造成制品局部爆裂;但只要以很细的颗粒分布在坯体中,则无有害影响,且有利于制品的烧结,过多烧成容易起泡.—《煤矸石的性质》,赵鹏。 1.6煤矸石的综合利用: 目前技术成熟、利用量比较大的煤矸石资源化途径是生产建筑材料。 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。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 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 :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。 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。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。 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%。 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。—《峰峰环保》。 参考文献:[ 1 ]. 王广金,煤矸石的开发利用是可持续发展的一项重大内容[J].中国物资再生,1999,(12):32-33 [ 2 ]. 周翠红,常红,煤矸石综合利用技术综述[J]. 选煤技术,2007,(2)61-64 [ 3 ]. 刘江,煤矸石的理化性能研究[J]. 煤炭技术,2008(5) [ 4 ]. 尚凤梅,浅谈煤矸石的综合利用[J]. 山东煤炭科技,2003,(1):7-9 [ 5 ]. 赵国智,李仲学,刘峰,煤矸石作铁路路基的技术经济分析[J]. 中国煤炭,2006,(3):55-57 [ 6 ]. 陈本沛,林雨生,煤矸石混凝土的强度与变形性能研究[J]. 工业建筑,1996,26(7) [ 7 ]. 徐彬,王海滨,张天石,大掺量煤矸石水泥混凝土碳化性能研究[J]. 中国建筑科技,1998,7(1) [ 8 ]. 王栋民等,煤矸石的矿物学特征及建材资源话利用[J].砖瓦,2006,(6).17-23 [ 9 ]. 崔智勇,郭成豪,煤矸石综合利用专题研究[J]. 山西 继续阅读