煤矸石的綜合利用及現(xiàn)狀

1、煤矸石綜合利用現(xiàn)狀及展望摘要：通過對煤矸石的化學組成、國內煤矸石的現(xiàn)狀進行了解分析。并對國內外處理煤矸石的綜合利用方 法和途徑進行總結歸納，主要在煤矸石用在建筑材料、用作水泥混合材、填充聚丙烯復合材料、代替鋁土 礦提取氧化鋁、發(fā)電、做化肥、造氣等方面進行了概述。分析了煤矸石處理過程中存在的問題，并提出了 相應的建議。關鍵詞：煤矸石，化學組成，材料，綜合利用Present Situation and Prospect of Comprehensive Utilizationof Coal GangueBai-I on g,HuCollege of Mining ,Guizhou Universi

2、tyAbstract: understanding and analyzing the chemical composition and the present situation of coal gangue.to the domestic and foreign processing coal gangue comprehensive utilization methods and ways are summarized, mainly in the coal gangue used in building materials, used as cement admixture, fill

3、ed polypropylene composites, substitute bauxite extraction alumina, power generation, chemical fertilizer, gas making etc. the overview of the.The problems in the process of coal waste disposal are analyzed and some suggestions are given.Keywords: coal gangue, chemical composition, present situation

4、, material,comprehensive utilization引言煤矸石是煤炭在形成過程中與煤炭共生、伴生的一種脈石礦物，在煤炭洗選和加工過程中所產(chǎn)生的固體廢棄物。我國矸石產(chǎn)量占原煤總產(chǎn)量約為15%20%， 目前積存已達到70億t,占地面積為70 km2，且每年以1.5億t的速度增長， 在工業(yè)固體廢棄物的總量的40%以上。堆積煤矸石占用了大量的土地，并且會在 土地中釋放大量的有害元素，煤矸石的綜合利用已不容懈怠。煤炭被稱作是工業(yè)“真正的糧食”，對于現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)來說，不管是輕工業(yè) 還是重工業(yè)，煤炭都占據(jù)著不可替代的地位。因此，煤矸石的產(chǎn)量也在不斷上升， 如何把煤矸石良好的利用是我們目前

5、必須要解決的問題，目前國內外對煤矸石的研究與利用，主要集中在以下幾個方面，煤矸石用于發(fā)電，生產(chǎn)化工產(chǎn)品，用作 填充物，用作耐火材料、合成陶瓷，合成高效能復合外墻外保溫材料，制成磚用 作建筑材料等。到目前為止，煤矸石已經(jīng)被廣泛利用。由于很多原因，國內的煤矸石利用率任然很低，只能達到30%左右，每年的處理量遠遠小于排放量， 在綜 合利用中，煤矸石的發(fā)熱量在450012550 kJ/kg范圍的可用于發(fā)電，雜質含量低 而氧化鋁含量高的煤矸石可用于化工生產(chǎn)。比如硫酸鋁、結晶氯化鋁、4A篩、氫氧化鋁、白炭黑、炭黑、等鋁質材料 。盡管如此，但煤矸石的處理量還是比 較低，因此，煤矸石處理的新工藝有待進一步的開

6、發(fā)。煤矸石中富集著很多有用成分，如果可以將其充分利用，不僅能將煤矸石變 廢成寶，而且能減輕對環(huán)境的污染，還能節(jié)省大量的空間，在工業(yè)上具有廣闊的 應用前景。1煤矸石的特性煤矸石在化學成分上主要是由無機質組成，主要的無機質主要包括 Al、Si、 0、Fe、Ca、Na、Mg、K、P、Ti以及重金屬和稀土元素等，其中 SiO2和AI2O3 所占比重最大SiO2 一般占到40%60%, AI2O3大約在15%30%。2煤矸石當前的利用現(xiàn)狀2.1煤矸石用于制備建筑材料將煤矸石與粉煤灰、水泥、磷渣、以一定的比例混合，可以制成復合保溫徹 塊，其徹塊密度能夠達到1160 kg/m3,抗壓強度能夠達到 5. 5

7、MPa，符合GB/T15229-2011的標準。此外用煤矸石燒制成的燒結磚強度高、裝飾性好，并且其強度在30 MPa以上，可以用在飯店、賓館以及別墅上作為藝術墻建材，也 可將其用來綠化廣場道路、鋪設道路和人行道，且其質輕的優(yōu)點能有很好的應用 在鋪設停車場墊層方面3。也可以將煤矸石通過一級粉碎、 混合攪拌，二級粉碎、 陳化、成型、干燥、焙燒制作成空心磚，該磚不僅熱惰性大而且在具有較好的保 溫性能4。煤矸石燒結空心磚、多孔磚、是節(jié)能型墻體材料的一種，可以代替實 心黏土磚用在永久性建筑。該產(chǎn)品具有抗震性能好、自重輕、施工周期短、強度 咼，綜合造價低以及隔音、保溫、隔熱等特點，因此在市場上有著很好的效

8、益 。 2.2活化煤矸石用作水泥混合材造成活性差異的主要原因是熱活化對煤矸石礦物結構及其組成， 取自四川宜 賓地區(qū)四處煤礦的煤矸石，將其標為分別為建設 (JS)、桂花(GH)、金河(JH)、王 莊(WZ)，把4種樣品放在105 C的烘箱中干燥2 h,粉磨后通過80 ym篩子，再分別送樣XRF、XRD、熱分析進行檢測分析。采用機械熱力復合活化工藝,選擇合適的工藝參數(shù)，活化煤矸石的可行性分析在用作水泥混合材方面，并分析煤矸石水泥活性與其結構組成。具體活化步驟如下：將4種原狀煤矸石經(jīng)破碎，然后在球磨機中統(tǒng)一粉磨1小時，然后在不同溫度下的電阻爐中煅燒 2小時自 然冷卻至室溫制得試樣，將其密封保存?zhèn)溆谩?/p>

9、將煤矸石以30%的摻量代替水泥，按GB/T 176171999成型、并測試試件的力學性能、養(yǎng)護試件 。也能以電石 渣作為礦化劑，對采對煤矸石進行增鈣煅燒活化處理方法。借助SEM-EDS、XRD、 游離氧化鈣膠砂和強度測定等分析方法來評定煤矸石被激發(fā)的活性效果o2.3煤矸石粉填充聚丙烯復合材料塑料制品將煤矸石粉用作填料，不僅降低塑料的成本，還可以使廢棄的煤矸 石得到有效利用.如果聚合物填充煤矸石后性能可以得到有效的改善，這不僅能 節(jié)約能源還能變廢為寶。通過試樣制備、性能測試、熔體流動速率、拉伸性能、 沖擊性能、比基本功和比非基本功的測定后，得到當煤矸石粉的質量分數(shù)小于 30%時，二元復合材料的熔

10、體流動性和拉伸屈服強度影響較小，當煤矸石粉的質 量分數(shù)小于5%時，試樣的沖擊強度下降較大，當加入改性劑PP-G-MA大約5% 時，粒子的煤矸石與 基體PP間的界面黏合較好，二元復合材料的 PP-G-MA明 顯低于三元復合材料的 We,之后PP-G-MA含量再增大，We值又有顯著降低， 而三元復合材料的Wp則僅在二元復合材料的Wp上下略波動，但其二元復合材 料與塑性功Wp均有較明顯提高o 2.4用煤矸石代替鋁土礦提取氧化鋁煤矸石中硅、鋁主要以高嶺土的形式存在，活性很低，國內外學者為了增強 煤矸石反應的活性，通常采用石灰燒堿結法或酸溶解法來使煤矸石活化。用石灰 燒結法來提取AI2O3,熟料溶出過程

11、會直接影響煤矸石中Al 2O3的溶出率，如果恰當控制好條件，不僅能降低二次反應，還能提高 Al 2O3的溶出率。二次反應是 指熟料在溶出的過程中，溶液中的硅酸鈣分解產(chǎn)物與溶解出來的鋁酸鈉反應，生成難溶物水化石榴石和水合鋁硅酸鈉并形成固相。使用正交試驗方法對溶出過程 優(yōu)化和煤矸石進行活化可以有效控制二次反應的進行并提高A2O3的溶出率9 o2.5煤矸石用于發(fā)電煤矸石是混合物，含有碳和其他可燃物質，從而可作燃料使用。目前我國煤矸石的發(fā)熱量大多低于 6300 kJ/kg以下，其中13003300 kJ/kg 33006300 kJ/kg以及低于1300 kJ/kg的三個級別各占0.3,高于6300

12、kJ/kg的僅僅只占10%，而 用于發(fā)電的煤矸石其發(fā)熱量要求到達 62700 kJ/kg以上。由此知，大部分的煤矸 石都不符合要求，仍有大多數(shù)的煤矸石被浪費10。煤矸石燃燒后剩余的爐渣和廢灰，由于具有較高的化學活化性能，從而可用作農(nóng)業(yè)原料、建材、化工等加以 合理的利用，這樣可減少對環(huán)境的再次污染。目前利用煤矸石發(fā)電已經(jīng)具有了一 定的規(guī)模，具取得了顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益以及社會效益等11。2.6煤矸石用做肥料煤矸石可以通過化學的方法用于生產(chǎn)化肥，主要是生產(chǎn)微生物和有機肥料， 將含有較高有機質的煤矸石打成粉后和過磷酸鈣按照要求比例混合，再加入活化添加劑且攪拌，加入適量的水，從而形成有機化肥。煤矸

13、石制成的有機肥不但有 利于增加土壤的通透性和疏松性而且能夠提高土壤肥力等眾多作用。2.7煤矸石用于造氣內蒙古天時建設有限責任公司高溫熱解煤矸石 20萬t/a通過利用HTCW。 主其建設目的為處理現(xiàn)在及過去填埋的煤矸石 60萬t/a；新建了 10組高溫熱解 氣化爐和其配套的2&5 MW余熱鍋爐12。3煤矸石綜合利用過程中存在的問題及發(fā)展方向目前國內煤矸石每年用于發(fā)電的利用率為10%40%，自2010年以來，用于發(fā)電的煤矸石占到煤矸石利用總數(shù)的 33%左右，在這發(fā)電的煤矸石中含有煤矸石 總產(chǎn)量的21%和可入低熱值燃料爐的21%，煤矸石用于發(fā)電具有很大的發(fā)展空 間，其次，將煤矸石用于填埋、以

14、及筑路和充填采空區(qū)、燒磚等是最主要的處理 方式，占到總處理量的50%80%之間，占到煤矸石生產(chǎn)總量的 30%左右，而煤 矸石用在建材方面的處理能力是比較低的，僅僅占總處理量的13%左右，每年煤矸石的仍然以8%的速度增長，其堆存數(shù)量仍再繼續(xù)增大13。這些研究表明，目 前煤矸石的資源利用比較低，此外，目前主要以煤炭企業(yè)的處理和消納煤矸石為 導向，煤矸石的資源化利用水平不高，煤炭企業(yè)對此承受著巨大的負擔。造成這些問題的主要原因是各種利用途徑的產(chǎn)業(yè)鏈短， 利潤小。開發(fā)高附加 值利用技術，不僅可以擴展煤矸石利用途徑，還能提高煤矸石的利潤空間，充分 調動非煤企業(yè)的投資，進一步提高煤矸石利用的社會化比例，是

15、讓“無害化”向“資源化”轉變的方法，此外，進一步提高煤矸石的綜合利用率以及利用水平，使煤矸石資源利用的重要切入點4結論與展望煤矸石是在一種可以利用的資源，如果不能良好的利用不僅會對環(huán)境造成污 染也是一種對資源的浪費，對煤矸石有以下幾種利用途徑。(1) 根據(jù)煤矸石的熱值的差異用于能量系統(tǒng)，熱值大于8.36 MJ/kg的用于發(fā)電、供熱，熱值在(6.278.36) MJ/kg的可用于電廠發(fā)電，熱值在 4.186.27 MJ/kg 的可用于回收低熱值煤做燃料。(2) 根據(jù)生產(chǎn)利用系統(tǒng)可以用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)，在農(nóng)業(yè)上用于煤矸石的復墾， 農(nóng)作物種植、園林綠化。在工業(yè)上可用于制磚瓦、水泥、空心砌塊等建筑材料。(

16、3) 根據(jù)工程利用系統(tǒng)可用于平鋪路、充填采空區(qū)、充填塌陷區(qū)，能夠充填 壓實穩(wěn)定路基，減少地表下沉，充當工程材料。(4) 根據(jù)回收系統(tǒng)可以用化工方法和直接分離法，化工上可以用于提取氯化 鋁、明磯和一些稀有元素，可以利用直接分離法直接分離出優(yōu)質煤、劣質煤和黃 鐵礦，優(yōu)質煤可用于鍋爐燃料、劣質煤可用于建筑材料、黃鐵礦可用于化工原料14。(5) 根據(jù)工藝利用系統(tǒng)可將煤矸石加工利用生產(chǎn)陶制工藝品。除了以上途徑煤矸石還可以用于通過將煤加壓加熱制成煤15。用于從中選出煤系高嶺土，通過粉末煅燒生產(chǎn)出煅燒高嶺石，再通過加溫與氫氧化鈉反應， 生成氫氧化鋁和硅酸鈉16。還可以將煤矸石用于制造水泥，既節(jié)約能源又保護

17、環(huán)境17，通過研制煤矸石能量觸發(fā)擠，可以制成內能燃料18，還能將其制成高強度的水泥砂漿19，還能將煤矸石與過氧化氫、氫氧化鋁和陶土粉制成復合型 阻燃發(fā)泡劑20，此外，還能制成粉狀煤矸石發(fā)泡劑21，煤矸石的利用方向和方 法很多，在很多方向都有著廣闊的前景。參考文獻1 金會心，吳復忠，朱明燕等.貴州六盤水煤矸石的礦物特性 J.過程工程學報，2014,01:151-156.2 甄強，王方方，王亞麗等.低品位煤矸石合成建筑用外墻保溫材料的研究J.硅酸鹽通報， 2014,04:709-714.3 秦建良.煤矸石的危害及綜合利用現(xiàn)狀 J.廣州化工，2015,04:25-27.4 福建工程學院.煤矸石燒結磚

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