煤矿煤矸石的综合利用

煤矿煤矸石的综合利用 摘要：阐述了对煤矸石的具体利用途径，并就煤矸石发电，煤矸石制砖，煤矸石生产肥料，煤矸石生产水泥等进行了具体说明，并阐述了非煤矿山对固体废物的利用。 关键词：煤矸石 利用 Comprehensive utilization of coal gangue in coal mine Abstract: This paper describes the of coal gangue specific ways to utilize the and coal gangue power generation, coal gangue brick, coal gangue in the production of fertilizers, coal gangue production of cement and other were specified, and elaborated the non coal mines of solid waste utilization. Key words:Gangue    using 1、概述 煤矸石是煤炭开采和洗选过程中产生的固体废物，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、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。煤矸石既是煤矿开采过程中的固体废弃物，也是可利用的资源，具有双重性。从煤炭开采来看，我国每年生产1亿t煤炭，排放矸石1400万t左右；从煤炭洗选加工来看，每洗选1亿t炼焦煤排放矸石量2000万t，每洗1亿t动力煤，排放矸石量1500万t。去年，全国各类煤矿生产煤炭10．45亿t，洗煤3．85亿t，排放矸石量1.9～2.0亿t。因而，全国国有煤矿现有矸石山1500余座，堆积量30亿t以上(占我国工业固体废物排放总量的40％以上)，占用土地300--400公顷。煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，影响生态环境，矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响矿区居民的身体健康。如辽宁本溪矿区曾发生过因矸石自燃造成人员中毒死亡的事故。 2、煤矸石再利用的意义及途径 1、煤矸石再利用的意义：（1）保护耕地，减少占地。我国的土地资源非常紧缺，人均耕地占有量只有0.1hm2，仅为世界人均水平的43％。随着国民经济的发展，每年因基础设施建设城市用地增加及自然灾害损毁等原因造成耕地的大量损失。因采煤造成的地表塌陷和煤矸石堆存也是耕地损失的主要原因之一。据有关部门估计，我国煤炭开采和洗选加工每年产生和排放新增煤矸石4亿t，占地400多公顷。综合利用煤矸石，可以减少对土地的占用，用煤矸石充填塌陷区，还可以使因采煤塌陷的土地得到复垦。（2） 减轻矿区大气污染和地下水污染。我国有237座煤矸石山曾发生过自燃，目前仍有134座矸石山在不同程度地燃烧。煤矸石自燃不仅浪费宝贵的资源，燃烧过程中排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及烟尘等，还严重污染大气环境，危害矿区人民的身体健康。煤矸石经雨水淋溶形成的酸性水渗透到地下。会污染地下水。因此，综合利用煤矸石，减少矸石的堆放，可以减轻矿区的大气污染和地下水的污染。（3）改变煤矿形象，开辟矿区新产业。煤矸石综合利用不仅可以变废为宝，而且还有助于改变煤矿的形象，有些煤矿提出“矸石变砖头，砖头砌高楼”，“制砖不用土，烧砖不用煤”的口号，围绕煤矸石的综合利用，发展新的产业，或延长现有的产业链。例如山东省新汶矿业集团等单位大力发展煤矸石发电、制水泥、制砖等产业，已建成煤矸石砖生产线20多条，每条生产线的能力均在6000万块／年以上。阜新煤矸石热电厂是以燃烧煤矸石为主的综合利用企业，现有装机容量1.8亿kW，年发电量1.08kwh，年消耗煤矸石33万t。山西阳泉煤业集团以煤矸石发电为龙头，形成了煤矸石发电——电解铝——铝型材的产业链。（4）促进产业转移和劳动力再就业。据不完全统计，到2000年末，我国因资源枯竭关闭报废的矿井488处，将导致大量工人失业。寻求产业转移和劳动力再就业成为衰老报废矿区的头等大事。煤矸石综合利用则是有发展前景的接替产业之一，并已经成为许多矿区非煤产业的发展重点。据有关部门统计，2000年国有重点煤矿综合利用多种经营总额达到582亿元；安置人员最多时达208万人。在煤炭企业多种经营收入超亿元的项目中，前10位是煤矸石发电。我国每年产生的煤矸石、煤泥等低热值燃料，按热量折算约为1500—1800万t 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 煤。综合利用好这些资源，相当于新增一个开滦或兖州矿区的煤炭产量。这样，不仅促进了产业转移、劳动力再就业，甚至还会因其含有特殊成分而成为煤炭城市待开发的“金矿”。 2、煤矸石再利用的途径：煤矸石的性质决定着煤矸石资源化的途径。因此对煤矸石的组分及性质进行分析和评价，将有利于选择最佳的资源化利用途径，更好、更有效地利用煤矸石资源。按照煤矸石的岩石特征分类，可以分成高岭石泥岩(高岭石含量>60％)、伊利石泥岩(伊利石含量>50％)、砂质泥岩、砂岩及石灰岩。主要利用途径为：高岭石泥岩、伊利石泥岩——生产多孔烧结料、煤矸石砖、建筑陶瓷、含铝精矿、硅铝合金、道路建筑材料；砂质泥岩、砂岩——生产建筑工程用的碎石、混凝土密实骨料；石灰岩——生产胶凝材料、建筑工程用的碎石、改良土壤用的石灰。煤矸石中的铝硅比也是确定一般煤矸石综合利用途径的因素。铝硅比大于0.5的煤矸石。其矿物成分以高岭石为主，有少量伊利石、石英，质点粒径小，可塑性好，有膨胀现象，可作为制造高级陶瓷、煅烧高岭土及分子筛的原料。 煤矸石中的碳含量是选择其工业利用方向的依据。按煤矸石中碳的含量多少可分为四类：一类<4％，二类4％～6％，三类6％～20％，四类>20％。四类煤矸石发热量较高(6270～12550千焦／千克)，一般宜用作为燃料，三类煤矸石(2090～6270千焦／千克)可用作生产水泥、砖等建材制品，一类、二类煤矸石(2090千焦／千克以下)可作为水泥的混合材、混凝土骨料和其他建材制品的原料，也可用于复垦采煤塌陷区和回填矿井采空区。煤矸石利用产业链模型图见图1。 3、煤矸石发电 1、煤矸石发电的益处。一是改善矿区环境。我国每年矸石发电消耗矸石量约1400万t，占矸石综合利用量的30％左右，减少因堆积煤矸石占地2000余亩，而且，电厂灰渣制砖，减少了黄土用量，保护耕地，改善了矿区环境。二是节省大量能源。据测算，去年，全国产煤10.45亿t，洗选加工煤炭3.86亿t，排矸中的煤炭和煤泥量，折合标煤约4000万t，以发电用煤4009／kWh计算，可以发电100亿kWh，收入30亿元。三是社会效益可观。据不完全统计，2000年煤矸石电厂发电约120亿kWh，占矿区用电量的30％，平均每度电盈利3.38分，全国电厂盈利4.0亿元以上。如：山东兖州局6个矸石电厂，装机达11.1万kW，2000年发电4．7亿kWh，上交利润4412万元；山西汾西矿务局2个矸石电厂，装机3.6万kW，去年盈利2800万元。而且，煤矿发电与购电相比，全国购电的综合电价为0.3～0.4元／kW，煤矿矸石电厂的供电成本为0.15～0．25元／kwh，价差为0.15元／kWh。去年，全国国有煤矿年用电量300亿kWh以上，仅购电一项，煤炭企业就多支出45亿元以上。从社会效益来看，去年，国内生产总值电耗为1474kWh历元，而煤矸石电厂发电新增的生产总值可达800亿元以上，已安置了待岗人员4～5万人。四是促进了煤炭行业的结构调整。煤炭作为我国的基础产业和主要能源工业，由于受长期计划经济的影响，产业结构矛盾突出，且供过于求，经济效益不好。煤矸石发电由于有较好的社会、经济和环境效益，也符合国家的产业政策，是煤炭行业产业产品结构调整的有效途径之一。 2、煤矸石发电的可行性：煤矸石发电经过十多年的发展，在锅炉燃烧技术、环境保护等方面已经取得了长足的进步，进入21世纪后，大力发展煤矸石电厂更是一举数得的好事。一是适用于煤矸石电厂的循环流化床锅炉燃烧技术取得了很大进步。作为煤矸石电厂的核心设备的流化床锅炉的技术水平的高低直接影响到电厂的生产运行情况和企业经济效益。早期建设的煤矸石电厂基本以鼓泡型流化床锅炉为主，这种锅炉热效率低，不利于消烟脱硫。90年代以来，循环流化床锅炉逐步取代了鼓泡型流化床锅炉，成为矸石电厂的首选锅炉，逐步从35t／h发展到70t／h，合资生产的已达到240t／h，热效率提高5％～15％。以往由于矸石发热量低、灰分高、硬度大，锅炉磨损严重，经常造成锅炉停机检修，影响电厂运行。现在由于采取了防磨 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 ，循环流化床锅炉连续运行小时普遍超过2000h。二是消烟除尘等环境保护技术已能满足国家环保要求。煤矸石电厂除尘脱硫问题是广泛关注的问题，关系到矸石电厂生存的大事。目前，煤矸石电厂 选用除尘器的类型主要是水磨除尘器、多管旋风除尘器、静电除尘器、布袋除尘器，其中静电除尘器和布袋除尘器效率最高，使用这两种除尘器均能满足环保要求。对于脱硫，由于矸石电厂采用的循环流化床锅炉的工况较容易实现在炉内燃烧过程中脱硫，一般在钙硫比为1．5～2．0时，脱硫率达85％～90％，可以满足环保要求。 3、煤矸石发电存在的问题：十多年来，我国煤矸石发电事业已取得了长足的发展，积累了丰富的经验，但是，制约煤矸石电厂发展的因素较多，突出表现在：一是电网关系难以协调。并网运行一直是煤矸石电厂建成后最先面临的难题，难就难在并网发电难、收费项目多、政策不落实等方面。新建一个矸石电厂或扩建一台机组都得经过电业部门长时审批，又要上缴名目繁多的费用，还要违背国家政策要求，参加电网调峰，影响了煤矸石电厂的正常运行和经济效益。二是建设资金严重不足。近年来，各商业银行对煤矸石电厂从重点扶持逐步转向到严格控制，不但对电厂进行多次评估，还要求企业有不少于30％的自有资金做为资本金，否则不同意贷款，因而，许多地方出现了办不成电厂或办成了也负债较高的问题。目前，绝大多数煤矸石电厂资产负债率均在90％以上。 三是企业税费负担偏重。80年代，国务院先后下文对煤矸石电厂免征发供电环节的工商税和综合利用项目的产品税。而自产品税改为增值税后，煤矸石发电就不能享受减免增值税待遇，企业经济负担有所加重。四是企业经营体制落后。目前，大多数煤矸石电厂不是独立的核算单位，是隶属于矿务局(矿)的二级单位或生产车间。这种管理体制、经营机制既不能发挥煤矸石电厂的积极性，又不能按贷款 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 还本付息，严重地影响了煤矿办电的信誉。五是部分电厂环境污染严重。煤矸石的主要特点是灰份高，发热量低，灰分一般在40％～70％，对于洗矸，硫分也比原煤高。煤矸石燃烧产生大量的烟尘和二氧化硫，如不采取措施将对大气环境造成严重的污染。按照《大气污染防治法》要求，煤矸石电厂若不能达标排放，有可能被环保部门关停，形势 十分严峻。因此，对于较早建成的矸石电厂应尽快建设高效除尘设施，燃用含硫高的矸石电厂要抓紧建设脱硫设施做到符合国家环保要求。 4、煤矸石生产水泥 1、做好煤矸石资源的调研：由于煤矸石的成份和所含热值变化较大，煤矸石中砂岩种类及外观情况、硬度、易磨性和可塑性不同。如果煤矸石选择不当会直接影响熟料的煅烧质量。我们的研究结果表明，徐州地区的煤矸石主要化学成份艺与粘土相似，但硅低铝高，成份波动大，Si02一般小于60％，Al，O，在20％左右，硬度为中等强度(800- 1600kg／cm2)，易磨性较差，但从易烧性试验来看煤矸石配料在低温阶段比粘土配料好，高温阶段基本相同，而可塑性相当于粘土二级塑性，比通常用的粘土的塑性加要差一些。由以上一些煤矸石的特性研究结果可知，水泥生产中所用的煤矸石的主要特性对熟料质量的影响很大，，建议生产厂家使用主要化学成份相对稳定、热值较高、硬度较小、含砂岩少页岩多的煤矸石。这使用煤矸石代替粘土生产优质水泥熟料及早强型水泥和节煤降低生产成本的关键。 2、合理的工艺条件下同粘土相比应注意的问题：（1） 有一定面积的均化堆场。使煤矸石代替粘土生产水泥对煤矸石的均化是生产优质熟料的关键。使用前要对煤矸石进行简单的均化处理，特别是同时使用几家煤矿的煤矸石生产时高必须进行均化处理后方可用于配料生产。 （2）煤矸石须经破碎方可入库。由于煤矸石具有中等的硬度，易磨性较差，如不破碎人磨，粉磨细度难于控制，细度合格率低，磨机量下降，粉磨电耗高。（3）降低生料细度煤矸石。配料的生料塑性较差，降低生料细度后不仅可提高生料塑性，易于成球，而且生料易于煅烧，熟料质量好。（4）采用预加水成球。可大大改善生料的料球质量，能提高生料球的强度，易于煅烧，有利于提高熟料质量。（5）适当提高生料球水分。煤矸石配料的生料球在入窑受热后易炸球成粉，中从而导致窑内通风不良，影响煅烧和操作。料球水分增大后可减少炸球改善通风。 五、煤矸石制砖 1、煤矸石制砖发展现状 我国在60年代初期就有许多砖厂在粘土砖中掺入煤矸石作内燃料，以达到节煤的作用，而主要原料仍是粘土。后来有些砖厂试制出全煤矸石砖，但建成生产线以后，生产的煤矸石砖出现严重的黑心和压印，影响产品的内在品质和外观质量，建筑部门无法使用。到60年代末，随着生产工艺的改革，基本解决了黑心和压印问题。进入70年代，全国已建成年产能力达1×105块的煤矸石砖生产线；80年代又引进外国制砖设备和技术，使生产线逐渐实现了机械化，其工艺 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和生产设备接近国际水平。进入90年代，煤矸石砖已逐渐实现多品种、系列化，由实心砖向多孔砖和空心砖发展，焙烧窑也由轮窑向隧道窑方向发展，生产工艺由两次码烧向一次码烧发展，生产线产量也有较大幅度提高。然而，由于技术等方面的原因，现在的煤矸石砖主导产品仍然是以实心砖为主，市场需要的多孔、高强、薄壁砖还有待开发，生产效率也有待提高。目前人均年效率在(2～3)×105块(标准砖)的生产线占50％左右，有部分生产线人均年效率在4×105块，少数达到6×105块。 2、煤矸石制砖原料的选择 泥质和碳质煤矸石质软、易粉碎，加上大部分煤矸石原料的可燃性，因此用于制砖十分有利。我国煤矸石的发热量多在6300kJ／kg以下，其中3300～6300kJ／kg、1300～3300 kJ／kg和低于1300kJ／kg的各占30％，高于6300kJ／kg的煤矸石 仅占10％。当煤矸石原料发热量在2100～4200kJ／kg范围时，可以采取全煤矸石制砖。当煤矸石发热量不足时需加煤，当发热量超过上述范围时，则不宜采用全煤矸石制砖，应因地制宜，适量掺人一定比 例的页岩、粉煤灰或粘土等原料，掺配比例可按煤矸石发热量大小通过工艺计算确定。 3、产品品种 煤矸石制品现已向多品种方向发展，如煤矸石混凝土混合砌块、轻质墙板等，但主要制品还是煤矸石砖，且仍以实心砖为主，而空心砖的发展又比较缓慢。从当前建材制品的发展趋势看，利用煤矸石制空心砖将具有更广阔的前景。其原因有如下几方面：一是实心砖的隔热效果不如空心砖；试验表明，当孔洞率为30％时，240mm厚的多孔 砖墙的隔热效果相当于370mm厚的普通实心砖墙；二是由于煤矸石本身的热量，使实心砖难以燃烧彻底，往往形成严重黑心，给正常的窑炉设计和焙烧工作带来许多难题，而空心砖不存在这些问题；三是空心砖可减轻建筑物质量：据测算，采用空心砖以后，建筑体质量可减轻15％～30％；四是煤矸石制砖实现产业化后，煤矸石将从过去的 “废物”变成一种可利用资源，实心砖仅仅为消化“废物”起着积极作用，而空心砖则可为节约资源作出贡献。如在现有煤矸石制品的基础上，研制开发出新产品，生产出辊花、拉毛、仿花岗岩等多种装饰 砖，用于别墅住宅等墙体的围护装饰，其产品市场将会更加广阔。 4、生产工艺 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，有的掺少量粘土。主要工艺是，煤矸石经破碎、粉磨搅拌、压制、成型、干燥(排潮)、焙烧后即为成品。焙烧时基本无需再外加燃料。 煤矸石制砖提倡采用一次码烧工艺，并用隧道窑取代轮窑，由人工干燥淘汰自然干燥。图2为全煤矸石砖生产工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 示意图。 图2 在煤矸石砖生产工艺流程中需要注意的是：①煤矸石破碎后的颗粒级配为：大于3mm的要低于3％，小于0.5mm的要达到50％以上，如生产多孔空心砖，则粒度还要减小。②成型挤出前的坯料水分应控制在16.5％—17.4％，其中第一道搅拌加水至成型水分的80％～90％，泥料温度掌握在45℃～55℃。③焙烧带最高温度应限制在1050℃，推车速度1车／(0.5—1)h，焙烧周期约24 h。 5、煤矸石制砖的建议 在煤矸石制砖过程中，一是要彻底淘汰自然干燥工艺，采用人工干燥，其优点是：①可全天候生产；②节约劳动力；③节约厂区用地；④减少毛坯损耗。二是将轮窑改为隧道窑生产，以提高产品质量。三是淘汰一批产量低、质量差的老式制砖设备，采用新一代的制砖设备，真正使煤矸石砖的生产达到优质、高效、低耗。 6、煤矸石制肥料 1、煤矸石制肥的原理：煤矸石矿肥配制的基本原理是以斜方沸石作为载体，将N、P、K和微量元素载起，然后根据农作物的需要缓慢释放，供农作物吸收。煤矸石活化后具有双重作用：既和斜方沸石一样起到载体作用，又释放出本身的微量元素zn、B、Co、Mo供农作物吸收。矿载肥的载体部分，风化后转变为土壤的组成部分，同时也改良了土壤。 2、制作工艺 如下图 3、煤矸石制肥优点 该肥料是以多种矿物为载体，把N、P、K、水分等均载起来，根据作物发育状况进行适当的、缓慢的释放，以供农作物吸收。经过初步试验，认为可以增加经济效益和社会环境效益，减少大气和地下水的 氮污染，减少煤矿等能源基地的“三废”污染。同时使用该肥料还具有以下多种优点： (1)肥料本身含有多种成分和微量元素，如：TR、N、P、K、Zn、Cu、Mo、Co、B等，可供农作物吸收；(2)提高作物产量，经田间试验与同等含氮量肥料相比，小麦、玉米和花生的产量可分别提高15％、14.41％和35.54％：(3)提高作物质量，含Zn量一年为25—106t (对照田间含Zn量为9g／t)，预计经过连续3年的富Zn优势性状选择，并同时施加该复合肥，即可优选获得富Zn小麦(80—120g／t)，使小麦营养丰富；(4)提高作物抗灾能力，因小麦杆内含稀土高，可以抗倒伏；(5)保护土壤，改良土壤，冈矿载肥中有多种矿物，具有吸附作用，可以保水保肥，而且这些矿物风化后变为土壤的成分，使土壤保持正常的pH值，长期使朋这种肥料，可以起到改良土壤的作用。田间试验提高氮的利用率25％以上(最高达70％)，增产14.41％—35.54％，比全国将推广的涂层氮肥效果要好(氮的利用率提高10％—20％，增产10％)。 7、金属矿山的固体废物利用 金属矿山固体废物的产生与矿山采矿、选矿及冶炼有密切联系。我国金属矿山多为采选联合的企业，所产生的固体废物主要有基础建设及生产时剥离的表层岩石和覆盖层、地面或井下作业时剥离的表外矿石或岩石（ 开采出的废石）、尾矿或废石填料、水砂、装载或运输时撒下的矿石及金属冶炼过程中产生的各种炉渣， 电解产生的阳极泥等。 其中， 矿山开采产生的废石和选矿产生的尾矿占金属矿山固体废物的绝大部分。在金属矿山中，对固体废物的利用主要分为三种：一是回收有用金属，二是制取新材料（制作尾矿砖、制玻璃、制作铸石），三是用于井下充填。 8、总结 在煤和非煤的矿山开采过程都会产生大量的废弃物，这些废弃物都是可以再利用的宝物，只要有合适的方法和工艺都可以产生很大的用处。一方面处理了废弃物，第二方面为社会创超了一定的价值。而煤矸石作为我国最大的固体废弃物，占用大量土地且对环境造成多种的污染，通过对煤矸石资源化利用，减少矸石量和矸石山绿化等的结合，可以大大减少对环境的污染和破坏。 参考文献 李培树、杨海宾,攀枝花煤矿煤矸石综合利用产业链探究,节能与环保,2013，（13） 丁丽梅、赵迎春,浅谈煤矸石及综合利用,中国煤炭学会控制“三废”污染搞好矿区生态安全研讨会论文集,2008. 胡志鹏,煤矸石综合利用途径 粉煤灰综合利用 2004 （2） 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