煤矸石综合利用的技术研究

姜珊珊，王佳琪，刘美荣

（中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221116）

煤矸石是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物，每年的排放量相当于当年10%左右的煤炭产量，到目前为止，已累计堆存煤矸石30多亿t，占地面积约1.2万hm2，是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一。长期堆存煤矸石占用了大量土地，有极大的可能造成自燃，进而污染大气和地下水。

煤矸石是一种可再利用的资源，是综合利用煤炭资源的重要组成部分。但我国综合利用煤矸石的整体技术装备水平还比较落后、技术含量不高、发展综合利用方面各地也很不平衡，大力开展煤矸石的综合利用可以减少土地浪费和对环境的污染，同时对于增加企业的经济效益和改善煤矿的生产结构也有很积极的影响。因此，本文从几个方面对煤矸石的综合利用进行了探讨。

1 我国煤矸石污染现状

由于高速发展的开采机械化和逐渐恶化的煤层开采条件，我国的煤矿每年至少排放1.5亿t煤矸石，其利用率大概为38.5%，累计积存量已达10亿t以上。其中，露天剥离以及井筒和巷道掘进过程中开凿排出的矸石大约占45%，煤层中含有或削下部分煤层底板产生的矸石约占35%，煤炭洗选过程中排出的矸石约为20%，含有一定碳（20%以下）和硫，SiO2和Al2O3含量也很高。

各地煤矿矸石的大量堆存侵占了大片耕地、林地、居民生活用地和工矿用地，破坏了周围的地质地貌景观。矸石堆单体过大，形成矸石山，已引发了多起渣石流、自燃和坍塌事故。浸溶试验结果表明，矸石淋滤液中 SO42-、F-、Mo、Se、总硬度、pH 等成分或指标偏高，甚至超过《地面水环境质量标准》（GB3838—88）中的Ⅲ类水标准，局部地区已对水环境构成了严重污染。

2 煤矸石综合利用方法

煤矸石综合利用原则有以下几点：以大量利用为重点，以煤矸石发电、复垦回填塌陷区、建材制品和煤矸石无害化处理等利用技术作为主攻方向，发展高附加值、高技术含量的煤矸石综合利用技术和产品。对煤矸石资源化利用的评价工作要进一步加强，对煤矸石的类型、分布、积存量和特性等方面进行系统的研究和深入的分析，逐步建立起关于煤矸石各方面资料的数据库，为煤矸石的合理有效利用提供真实可靠的基础资料。要根据各类煤矸石不同的矿物特性和理化性质确定合理有效的综合利用途径。

2.1 煤矸石用做燃料发电

煤矸石含有一定数量的固定炭和挥发成分，一般烧失量在10%～30%，发热量可达4.19～12.6 MJ·kg-1，所以煤矸石可以用来代替燃料。目前，采用煤矸石作燃料的工业生产主要有以下几个方面：①化铁；②烧锅炉；③烧石灰；④回收煤炭；⑤利用煤石造气－煤气。

煤矸石发电应向大型循环流化床燃烧技术方向发展，逐步改造现有的煤矸石电厂，提高燃烧效率和综合利用率，实现污染物达标排放。利用煤矸石、煤矸石与煤泥、煤矸石与焦炉煤气、矿井瓦斯等低热值燃料进行单独或混合发电，推广炉内石灰脱硫和静电除尘技术。对燃用高硫煤矸石的电厂，必须采取脱硫措施实现二氧化硫、煤尘等污染物的达标排放，对灰渣要进行综合利用，不应造成二次污染。

2.2 煤矸石生产建筑材料及制品

在用于生产建材及制品方面，以发展高掺量煤矸石烧结制品为主，积极发展煤矸石承重、非承重烧结空心砖、轻骨料等新型建材，逐步替代黏土；鼓励煤矸石建材及制品向多功能、多品种、高档次方向发展。生产前，应对所用煤矸石的化学成分、矿物成分、发热量、物理性能等指标进行综合评价，并做小试；如原料成分复杂、波动较大时，应进行半工业性试验。

2.2.1 煤矸石制烧结砖

用煤矸石替代部分或全部黏土用适当工艺烧制而成。质量较好，颜色均匀，抗冻、耐火、耐酸、耐碱性较好。煤矸石砖生产以烧结砖为主，重点推广全煤矸石承重多孔砖和非承重空心砖；利用砖窑余热干燥砖坯，推广有余热利用系统的节能型轮窑和隧道窑；积极发展硬塑、半硬塑成型和隧道窑干燥与焙烧连续作业的全内燃一次码烧工艺，提高机械化和半自动化水平，完善开发高质量的外承重装饰砖和广场、道路砖。

2.2.2 煤矸石生产微孔吸音砖

将破碎后的煤矸石、晒干的锯木、白云石和半水石膏混合送入硫酸溶液中混合搅拌,白云石（碳酸盐矿物）与硫酸反应发泡,使混合料膨胀，然后浇注入模，经干燥、焙烧而制成。产品具有质量轻、吸音效果好的优点。根据煤矸石的矿物组成，还可作为硅质原料或铝质原料，应用于许多烧结陶(瓷)类建材产品的生产，并充分利用其所含的发热量。在建筑陶瓷、建筑卫生陶瓷等陶瓷制品生产中，采用以煤矸石为部分原料替代材料的生产技术。

2.2.3 煤矸石制水泥

以煤矸石为原料，利用其二氧化硅、三氧化二铝含量高的特点来部分或全部代替黏土配料，使用过火矸等作水泥混合材技术，烧制各种硅酸盐水泥熟料：①生产普通硅酸盐水泥——矿物组成与黏土类似；②生产少熟料水泥－67%自然煤矸石＋30%水泥熟料＋3%石膏，不煅烧；③生产无熟料水泥－60%~80%煤矸石+15%~25%生石灰+3%~8%石膏，不煅烧用于做水泥混合材的煤矸石应符合有关水泥混合材的标准，水泥应符合有关水泥产品的国家标准。

2.3 煤矸石回填矿井采空区技术

煤矸石充填矿井，采用煤矸石不出井的采煤生产工艺，充填采空区，减少矸石排放量和地表下沉量。在道路等工程建设中，以煤矸石代替黏土作基材技术，凡有条件利用的，必须掺用一定量的煤矸石，完善利用煤矸石弃填废弃矿井技术。

2.4 煤矸石改良土壤

煤矸石含有一定的有机质以及多种植物所需的Zn、Cu、Mn等微量元素。某些煤矸石中N、P、K和微量元素的含量是普通土壤的数倍，经过加工可生产有机肥和微生物肥料。

煤矸石有机肥一般用化学活化法制成，将有机质含量较高的煤矸石破碎成粉末后与过磷酸钙按一定比例混合，然后加入适量的活化剂，充分搅拌，再加入适量水，堆沤活化制成。煤矸石有机肥料可增加土壤的疏松性、透气性，改善土壤的结构，提高土壤肥力，从而达到增产增收的目的。

2.5 煤矸石生产化工产品

一些煤矸石还可用来生产化学肥料及多种化工产品，如结晶三氧化铝、固体聚合铝、水玻璃以及化学肥料氨水和硫酸铵等。以下几种可大规模用于工业化生产：①结晶氯化铝——利用氧化铝；②生产固体聚合铝——利用氧化铝；③用煤矸石制氨水——利用有机氮；④生产硫酸铵——利用硫化铁。

3 结论

在对煤矸石进行综合利用时，要充分考虑各类煤矸石的特点，以便选择利用价值大、对环境造成的二次污染尽可能小的技术。煤矸石的综合利用以巩固、推广为主，完善、开发并举。巩固现有的技术成果，推广工艺成熟、经济合理、有市场前景的技术，研究开发新工艺。积极引进国外先进技术和装备，在消化吸收的基础上继续创新，不断提高我国煤矸石综合利用的技术和装备水平，促进煤矸石的扩大利用，在减少环境污染的同时，为经济发展作出一定的贡献。

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