煤矿矸石废旧处理的研究

＊王永磊 赵培钧 于海成 史佳美

（辽宁石油化工大学 辽宁 113001）

煤矿矸石废旧处理的研究

＊王永磊 赵培钧 于海成 史佳美

（辽宁石油化工大学 辽宁 113001）

简述了煤矿矸石的产生，对煤矸石资源化再利用问题进行分析、探讨，阐述了煤矿矸石再利用的意义，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。

煤矿矸石；废旧处理；资源化利用

1.煤矿矸石概况

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。煤矸石按产出方式可分为6种类型：岩巷矸石，煤巷矸石，剥离矸石，手选矸石，洗选矸石，自燃矸石。

煤炭是我国最主要的能源，煤炭产量居世界首位，根据国家统计局发布《2015年国民经济和社会发展统计公报》显示，2015年全国原煤产量完成37．5亿吨，伴随着煤炭产量的急剧增加，煤矸石的产生量也在不断的提升，长期以来我国煤炭工业都将煤矸石作为工业废弃物，随意的堆积，如果放任煤矸石的堆放，有多种危害；煤矸石中的硫化物、氮氧化物和二氧化碳会污染空气；煤矸石在堆放过程中，其中的微量有害物质会渗入土壤和地下水系中；煤矸石大量堆放，形成山体建构，由于疏松，在多雨季节造成煤矸石山体滑坡、塌陷，对周围的道路、桥梁及房屋照成危害。

2.煤矿矸石再利用的意义

随着经济体制改革的不断深化，面对着日益紧缺的资源，如何实现废弃物的综合利用，减少污染成为社会关注的热点问题。煤矸石作为我国排放量最大的固体废弃物之一，自然成为能源二次利用的重点项目。搞好煤矸石综合利用，具有重要的经济和社会意义。从经济方面看，资源存储量与经济的发展有着直接的关系，我国传统的经济增长方式遵循着“资源开采→产品→废弃物”这一直线轨迹运行，而大多数资源的存储量都是有限的，属于不可再生资源，如果不加约束的肆意开发，未来将会出现没有资源可开采的局面，从而使经济增长遭遇瓶颈，而煤矸石的综合利用开创了“资源—产品—废弃物—再生资源”这一循环经济模式，降低了对原生资源的开采幅度，使经济增长方式由粗放型向集约型转变。从社会方面看，煤矸石的堆积造成了环境污染，影响着人们的健康，而将煤矸石纳入循环利用体系，实现了资源的高效利用，有利于减少污染，从根本上解决经济发展与环境保护之间的矛盾，实现人与自然的和谐发展。

3.煤矿矸石综合利用现状

(1)煤矿矸石发电

利用煤矸石发电符合国家的产业政策和节能减排标准，具有十分突出的环保效益、经济效益和社会效益。煤矸石发电以循环流化床锅炉为主要炉型。加入石灰石或白云石等脱硫剂，可降低烟气中硫氧化物和氮氧化物的产生量。煤矸石发热量为4500～12550千焦／千克，煤泥发热量8360～16720千焦／千克，煤泥的水分25～70%。混烧方式有煤矸石和煤泥浆、煤矸石和煤泥饼混烧，煤泥加入可以采用机械方式、挤压泵与管道混合及泵送方式输送，锅炉采用流化床和循环流化床。对于热电厂来讲，最大限度的利用煤矸石代替原煤发电，既能获得煤矸石与原煤带来的差价利益，又有可能争取国家的政策支持，从而实现企业利润的最大化，将更加凸显综合利用电厂的综合利用性质，使其具有更强的抗风险能力。同时，也解决了选煤厂的煤矸石出路问题，顺应国家节能减排、发展循环经济的要求，有利于当地环境的改善和经济的可持续发展。煤矸石发热量高，灰分低，锅炉燃烧煤矸石时，使循环流化床锅炉最为突出的磨损问题随之减轻，提高了锅炉的运行可靠性和使用寿命。

(2)煤矿矸石制砖

利用煤矸石制造空心砖是当前煤矸石资源化利用中常见的途径，经过多年的发展，该工艺已经成熟，主要原料为煤矸石、页岩、粉煤灰以及粘土，其工艺流程为：原料破碎→混合料的搅拌→成型→养护，其中原料破碎是煤矸石制砖的重点环节，破碎后的煤矸石制砖颗粒级配与转的强度有着直接的关系，当煤矸石的颗粒在3．5毫米以下时，烧结温度应控制在900℃～940℃之间，抗压强度为14．78～16．53兆帕，当煤矸石的颗粒在0．25毫米以下时，烧结温度保持不变，抗压强度应为63．10～70．8兆帕。搅拌环节是保证原料充分混合均匀的关键，为了避免原料搅拌均匀前就出现陈化现象，需要采用先搅拌、轮碾处理，再进行陈化的工艺，混合料细化匀化后进入双轴搅拌机，再进入煤矸石制砖机挤出泥条，通过切坯机制成标准坯块。

(3)煤矸石生产水泥

煤矸石生产水泥是实现煤矸石有效利用的重要途径，其生产水泥的工艺过程与生产普通水泥的过程相同，以石灰石、硅砂、生煤矸石以及铁粉为主要的原料，以86∶3∶10∶2的配合比设计原材料，选用水泥回转窑、旋风预热器、水泥烘干机、篦式冷却机等机械设备，采用“两磨一烧”的生产流程。首先要对原材料进行分解破碎，有关研究表明，每生产一吨的水泥最少需要粉末三吨物料，因此选用合适的粉碎设备，优化工艺参数对于保证水泥的质量有着重要的意义，物料生产线设备主要由振动给料机、颚式破碎机、反击式破碎机、振动筛、胶带输送机、集中电控等设备组成；其次将粉磨好的原料送入预热机中进行预热分解，生料在高速上升的气流冲击下被分散开来，之后再油排气管排出，下一道工序是进入回转窑中进行熟料的烧成，这一阶段油干燥与脱水、碳酸盐分解、固相反应及熟料烧结四个环节组成，熟料的质量受煅烧时间和煅烧温度的影响，因此要注意对每一个环节中温度实施控制，其中干燥环节的温度应以100～150℃为宜，温度过低就无法排除生料中的自由水，而温度过高又会浪费电能，脱水环节的温度以450℃为宜，这样就会使粘土中的高岭土发生脱水反应，脱去其中的化学结合水，成为活性较好的三氧化三铝和二氧化硅，碳酸盐分解环节的温度应控制在600℃，蕴含于石灰石中的碳酸钙这时就会被分解出来，形成氧化钙和二氧化碳，在固相反应环节，温度应控制在800～1200℃，生成水泥熟料中的C4AF、C3A、C2S等矿物，在烧结环节时温度应在1300℃以上，从而降低熟料的温度，采用水泥熟料冷却机将降温的熟料运送出去，粉磨是水泥制造的最后环节，将水泥熟料粉磨至适宜的粒度，输送入混凝土料仓内进行储藏，最后按照客户的需求发送给客户。采用煤矸石配料时要特别注意煤矸石自身的燃烧热值，采用高饱和比方案，注意控制料浆中的水分。

(4)其他

煤矸石还可以用于以下几种情况：铺路，用煤矸石作填筑材料，不仅有利于减轻污染、降低工程造价，节约大量土地资源；井下充填，塌陷区充填，利用煤矸石作为塌陷区充填材料，可大量地消耗煤矸石，在充分利用矿区固体废物的同时，解决塌陷地的复垦问题，因而具有一举多得的效果；生产肥料和改善土壤，用煤矸石和廉价的磷矿粉为原料基质，外加添加剂等，可制成煤矸石微生物肥料，这种生物肥料直接用于种植业，当煤矸石中有机质的含量越高生物肥料效果越好。改良土壤是利用煤矸石的酸碱性及其中含有的营养成分和多种微量元素，来调节土壤酸碱度，而且可以提高土壤肥沃程度。

(责任编辑：孔凡念)

Study of Coal Mine Gangue Wastes Processing

Wang Yonglei, Zhao Peijun, Yu Haicheng, Shi Jiamei

(Liaoning University of Petrochemical Engineering, Liaoning, 113001)

In this paper, it has introduced the generation of coal mine gangue briefy, besides, analyzed and discussed the resource re-utilization of coal mine and expounded the signifcance of coal mine gangue re-utilization, apart from these, it also has taken detail introduction of the electricity generation of coal mine gangue, coal mine gangue-to-brick, fertilizer production by coal mine gangue and cement production by coal mine gangue etc.

coal mine gangue；wastes processing；resource utilization

T < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

A

王永磊（1995～)，男，辽宁石油化工大学；研究方向：采矿工程。