煤矸石在化学工业中的应用与环境保护

谢 嵘

煤矸石在化学工业中的应用与环境保护

谢 嵘

(安徽省淮北市环境保护监测站,安徽淮北 235000)

煤矸石废弃带来的众多环境问题导致其资源化综合利用迫在眉睫。煤矸石在化学工业中的资源化利用途径很多,也不可避免地带来环境污染问题。采取各项环境保护措施可以减少煤矸石在化学工业资源化利用过程中产生的环境污染问题,以达到煤矸石利用的减量化、资源化、无害化目的。

煤矸石;化学工业;环境保护

0 前言

煤矸石是在煤炭掘进、开采和洗煤过程中排出的固体废物[1]281。我国是世界产煤大国,排放的煤矸石数量相当巨大,目前全国累计堆放的煤矸石超过10亿吨,今后的排矸量也会随着煤炭产量逐年增长而增长。煤矸石废弃、堆积会带来一系列严重的环境危害:侵占土地,污染地下水和地表水系,还会因自燃而污染大气,影响生态,破坏景观,损害人类健康,等等。因此,开发煤矸石资源是一个刻不容缓的重要问题。

到目前为止,我国煤矸石资源化利用途径很多,在化学工业方面的应用包括煤矸石制铝、制分子筛及有机高分子材料等。利用煤矸石生产化学工业产品过程中会存在着大量的环境保护问题,本文就此展开论述。

1 煤矸石在化工行业中的应用

1.1 生产铝系列产品

利用煤矸石制取含铝产品的研究一直是煤矸石化工利用的一个热点[2]168。煤矸石是富含铝硅成分的矿物,主要成分为硅、铝的氧化物等,当其中铝含量达到一定量时,常备用来提取金属铝、氧化铝和其他铝盐,也可生产净水剂聚合氯化铝。生产聚合氯化铝所排废渣主要成分是无定形二氧化硅和少量的石英和高龄土成分,以及未被浸取的氧化铝和少量的不可转化的物质。它们可以作为合成沸石的资源加以利用。

1.2 制备分子筛

狭义上讲,分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐,常用的有3A、4A、5A等分子筛。研究表明,煤矸石用来制取4A分子筛的工艺已经十分成熟。合成4A分子筛的煤矸石宜选用石炭系、二叠系煤层中的硬质煤系高岭岩[3]254。

1.3 制备白炭黑及硅铝炭黑

煤矸石可以用来生产白炭黑,方法主要有炭化、燃烧、气相和沉淀法。

硅铝炭黑技术是我国首创,用煤矸石为原料生产硅铝炭黑,不仅解决了煤矸石污染问题,而且还可把它变成有用的化工材料。

1.4 制取硅铝系合金

它可代替铝土矿在矿热炉中炼成硅铝系合金。此法工艺简单,流程短,整体技术已达到国际先进水平,具有较好的环境效益、经济效益和社会效益。

1.5 生产工业填料(在有机高分子材料中的应用)

在塑料、橡胶等有机高分子材料制品中,为了降低生产成本,提高有机高分子材料制品的某些性能,通常加入填料。近年来以煤矸石为原料生产工业填料的研究已取得长足的进步。生产填料的煤矸石要求含铁量要低,以便加工成浅色填料;要求有较高的发热量,以便灵活加工,节约能耗;还要求成分稳定。综合考虑,洗煤矸石最适合用来生产能满足各种要求的工业填料。这些填料可以用来填充橡胶制品和塑料制品。

2 煤矸石在化学工业中应用的环境保护问题

煤矸石在化学工业中应用的过程中不可避免地会产生环境污染。主要存在的环境问题有煤矸石运输、粉碎过程中的工业扬尘、设备噪音,煤矸石堆放过程中遇雨水等造成的地表水污染及地下水污染,煤矸石煅烧过程中产生的二次环境大气污染等问题。现就这些问题分别论述应采取的环保措施。

2.1 煤矸石在进入生产环节前的环境保护相关措施

2.1.1 煤矸石的运输

在运输过程中,要用遮盖布罩在运输工具上,以防止扬尘的产生。每次装载量不宜过多,防止因运输车辆的颠簸而导致煤矸石泄出。

2.1.2 煤矸石的储存

煤矸石在生产前要储存一段时间来降低含水率,这个阶段的措施是采用储料棚储存,避免露天放置。从环境角度讲,露天放置会经风吹雨淋,引起扬尘及地表水污染和地下水污染。

2.1.3 煤矸石的预处理

煤矸石要进行预处理措施,主要是除去对生产有害的杂质,保证产品的质量,同时也减少了煤矸石在生产过程中造成二次污染的物质成分。措施如下:

①剔除黄铁矿。黄铁矿的主要成分是硫化铁,其难破碎、易损害设备,在生产过程中还会产生二氧化硫气体,污染环境。

②筛出煤粉、选出煤块。煤粉、煤块在煅烧过程中会产生大量的废气,因此,筛出煤粉、选出煤块也是一项很重要的环境保护措施。

2.2 煤矸石在生产过程中的环境保护措施

2.2.1 气保护

在主要生产线上的扬尘点设置除尘装置除尘,因为煤矸石在破碎、搅拌过程中产生的扬尘对环境及人体健康造成不良影响。利用除尘装置如湿式除尘设备等,不仅能除掉固态颗粒物,同时也可综合去除和减轻臭气和酸性气体。常见的方法有重力和惯性除尘、湿式洗涤、布袋除尘和静电除尘等。

生产工艺要采取减排技术和脱硫、脱氮的控制方法,如一些废气治理方法和烟气净化技术等。煤矸石在煅烧和燃烧中,会产生大量的二氧化硫、氮氧化物等工业废气。这些废气是造成空气污染的罪魁祸首。因此,要采取相应的措施进行控制。

加强个人环境防护,例如,设置防尘工作间,在多处扬尘点位置经常洒水等。

改进生产工艺,例如,在焙烧工艺中采用负压操作可以减少窑顶有害气体及高温对操作人员的影响。

2.2.2 水保护

在煤矸石生产过程中,各种生产工艺带来的水污染问题是不容忽视的。因此,对水环境采取的环境保护措施也是非常重要的。相关的环境保护措施如下:

(1)厂址的选择要避免在一些环境敏感的区域。(2)要采取清洁生产工艺,减少污染物的产生量。(3)根据生产和生活废水的处理目标,制定生产废水和生活废水处理方案。2.2.3 声保护

生产设备的噪声主要来自于破碎机、真空泵、风机等。合理的控制噪声的措施是根据噪声控制费用、噪声容许标准、劳动生产效率等有关因素进行综合分析确定的。通常情况下噪声控制包含声源、传声途径控制以及接收者的防护。主要措施有:

(1)生产设施建设布局合理,污染源要设置在远离敏感区域的地方。

(2)控制噪声的传播方向。

(3)在敏感区一侧建立隔声屏障,如绿化带,或利用天然屏障(土坡、山丘),以及利用其他隔声材料和隔声结构来阻挡噪声的传播。

(4)对噪声设备安装减振和消声设备,以减弱噪声的传播。

(5)工作人员可采取的防护措施有佩戴护耳器,如耳塞、耳罩、防声盔等;减少在噪声环境中的暴露时间;适当调整在噪声环境中的工作人员。

2.2.4 废渣

生产废渣可以重复利用或用于路基材料、农田复垦等。

3 结论

总体上,煤矸石在化工行业生产中的利用与环境保护,要遵循减量化、资源化和无害化原则,特别是要遵循清洁生产和循环经济原则;要对煤矸石在化工行业生产中的全过程进行严格的污染控制,加强环境管理力度,认真落实环境保护措施。

[1] 徐晓军,管锡君,羊依金.固体废物污染控制原理与资源化技术[M].北京:冶金工业出版社,2007.

[2] 张长森.煤矸石资源化综合利用新技术[M].北京:化学工业出版社,2008.

[3] 邓寅生,邢学玲,徐奉章,张新,邓东丰.煤炭固体废物利用与处置[M].北京:中国环境科学出版社,2008.

责任编辑:石柏胜

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本文系淮北市环境保护监测站科研项目“淮北煤矸石成分分析和煤矸石对环境污染控制的研究”(项目编号:090247)的研究成果。

谢嵘(19722),女,安徽萧县人,安徽省淮北市环境保护监测站高级工程师。