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城市建设与环境工程学院第九章煤矸石的资源化利用城市建设与环境工程学院煤矸石的资源化利用1，了解煤矸石的概念及我国煤矸石的现状。2，熟悉煤矸石产生的危害。3，掌握煤矸石的资源化利用和前景。城市建设与环境工程学院•一概况•二煤矸石的资源化利用•三减少煤矸石的途径•四煤矸石的前景发展•五结语煤矸石的资源化利用城市建设与环境工程学院概况•1煤矸石的概念、来源和分类•2组成、现状及危害•3煤矸石的活性城市建设与环境工程学院煤矸石的概念（重点）•煤矸石•（coalgangue）：•煤矸石是采过煤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。（如右图所示)城市建设与环境工程学院煤矸石的概念：•目前煤矿的排矸量约占煤炭开采量的8％～20％，平均约为12％；已成为我国累计堆积量和占用场地最多的工业废弃物。目前，全国煤矸石的总积存量约45亿t，而且仍在逐年增长，矸石山几乎成为我国煤矿的标志。•同时，由于矸石中通常含有残煤、碳质泥岩、流铁矿、碎木材等可燃物质，在长期露天堆积后，往往会产生自燃现象，并排放出大量的CO、CO2、SO2、H2S、NO等有害气体，给周边环境带来了一系列的危害。•如果煤矿开采给环境造成的破坏得不到有效的整治，必将带来严重的后果，因而煤矿的清洁生产是煤炭开采业的发展方向，也是煤矿企业的根本出路。城市建设与环境工程学院1、巷道掘进过程中的掘进矸石；2、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等。•煤矸石是与煤伴存的岩石。在煤的采掘进和煤的洗选过程，都有煤矸石排出。•0.1～0.2t煤矸石/t原煤。•在煤矿的上，中、底层的页岩，挖掘煤层之间的巷道时排出的砂岩、石灰岩以及其他岩类都属煤矸石之列。煤矸石的主要来源：重点城市建设与环境工程学院一、煤矸石依其所含矿物组分可分为：碳质页岩、泥质页岩和砂质页岩；二、依其来源可分为：掘进矸石，开采矸石和洗选矸石。三、煤矸石堆放过程，其中的可燃组分缓慢氧化、自燃，故又有自燃矸石与未燃矸石的区分。煤矸石的分类城市建设与环境工程学院煤矸石的组成•矿物组成：粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）、石英、方解石、黄铁矿。•化学组成：氧化物SiO2+Al2O3占60～90％。SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3Na2O+K2O烧失量51～6516～361～71～42～91～2.52～17煤矸石的化学成分煤矸石发热量一般为800～1500卡/克,其无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。城市建设与环境工程学院我国煤矸石污染现状及危害•煤矸石是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一•年产量达到3.8亿吨，目前已累计堆放50多亿吨。•我国每年的煤矸石排放量占当年煤炭产量的10%至15%。大量煤矸石长期堆放不仅占用土地，而且造成环境污染。城市建设与环境工程学院图表2001年~2008年我国煤矸石产量增长趋势图城市建设与环境工程学院煤矸石堆积，拥堵河道。煤矸石的燃烧污染了空气。城市建设与环境工程学院煤矸石堆积导致河流阻塞城市建设与环境工程学院煤矸石的危害1）侵占良田，阻塞河道，造成水灾2）释放大量有害气体，甚至引发火灾3）损伤临近土壤，农作物及水环境4）细粒随风飘散，造成沉降污染5）煤矸石中天然放射性元素对人体与环境的危害6）煤矸石中的黄铁矿在空气中易被氧化，放出热量聚集，使煤矸石中所含碳质自燃产生SO2、C02、CO等有毒有害气体。城市建设与环境工程学院煤矸石的活性（性质）•粘土页岩煤矸石主要由粘土矿物组成，加热到一定温度时(一般为700-900℃)．原来的结晶相分解破坏，变成无定型的非晶体，使煤矸石具有活性。•活性的大小和矸石的物相组成有关，还和煅烧温度有关。堆积在大气中经过自燃的红矸．其热值较低，但具有一定的活性。测定煤研石的活性，可采用化学法火山灰括性检验方法来进行比较。•煤矸石含硫量大于3%即会着火，含硫量大于1%就有可能自燃。一般煤矸石的着火点为280℃．比煤的发火点约低80℃，这是煤矸石自燃的基本原因，此外，煤矸石的自燃还与热值、气候、微生物等等有关，其机理比较复杂。城市建设与环境工程学院我国煤矸石利用现状•大量煤矸石长期堆放不仅占用土地，而且造成环境污染。开展资源综合利用，是实施节约资源基本国策的重要途径。我国已从税收、电力调度等方面扶持煤矸石发电，“十一五”规划需增加煤矸石发电装机2000万千瓦。•“十一五”期间中国煤炭工业将大力发展循环经济，按照减量化、再利用、再循环的原则，重点治理和利用煤矸石、矿井水和粉煤灰。2010年，煤矸石综合利用量3.9亿吨以上，利用率达到70％以上。其中，煤矸石等低热值燃料电厂年利用2亿吨，煤矸石砖利用0.9亿吨；煤矸石复垦造田筑路和井下充填消纳1亿吨以上。产生矿井水50亿立方米，利用36亿立方米，利用率达到70％。城市建设与环境工程学院煤矸石的资源化利用•我国煤矸石的发热量多在6300kJ／kg以下，•其中3300～6300kJ／kg、1300～3300kJ／kg和低于1300kJ／kg的各占30％，•高于6300kJ／kg的仅占10％。•各地煤矸石的热值差别很大。•最理想的热值范围：3344kJ/kg~~~4180kJ/kg城市建设与环境工程学院煤矸石的资源化利用热值/(kJ/kg)合理用途说明2095回填、筑路、造地、制骨料制骨料以砂岩类未然煤矸石为宜2095~4190烧内燃砖cao5%4190~6285烧石灰渣可做骨料和水泥混合料6285~8380烧混合材、制骨料、代煤、节煤烧水泥用于小型沸腾炉供热产气8380~10475少混合材、制骨料、代煤、烧水泥用于大型沸腾炉工发电城市建设与环境工程学院煤矸石的资源化利用（一）煤矸石制砖（二）煤矸石生产肥料（三）利用煤矸石发电（四）煤矸石代替粘土生产水泥（五）提取化工产品（六）煤矸石复垦绿化（七）回填矿井采空区或铺路料（八）其他应用重点城市建设与环境工程学院(一)煤矸石制砖•我国利用煤矸石烧结砖，一般采用全内燃焙烧技术，即用煤矸石自身的发热量提供的热能来完成干燥和焙烧的工艺过程，基本不需加燃料。但产品的成本普遍偏高，另外砖的放射性也是值得考虑的问题。城市建设与环境工程学院(一)煤矸石制砖城市建设与环境工程学院（二）煤矸石生产肥料以煤矸石为载体可生产无机复合肥和微生物肥料。据不完全统计，全国有微生物化肥厂50余座，年生产能力40多万t，大部分以煤矸石为载体。城市建设与环境工程学院（三）煤矸石发电山东省新汶矿业煤矸石发电城市建设与环境工程学院（三）煤矸石发电城市建设与环境工程学院（四）煤矸石代替粘土生产水泥•煤矸石和粘土的化学成分相近并能释放一定的热量，用其代替部分或全部粘土生产普通水泥能提高熟料质量。用煤矸石作水泥原料的生产工艺过程与生产普通水泥基本相同。但应注意煤中的硫所带来的污染。•煤矸石作水泥混合材料。煤矸石经自燃或人工煅烧后具有一定的活性，可掺入水泥中作活性混合材料，与熟料和石膏按比例配合后进入水泥磨磨细。煤矸石的掺入量取决于水泥品种和标号，在水泥熟料中掺入15%煤矸石，可制得325~425样普通硅酸盐水泥；掺量超过20%时，按国家规定为火山灰硅酸盐水泥城市建设与环境工程学院（五）提取化工产品•煤矸石中可利用的矿物元素主要是SO3、AlO3、FeS2和Mn、P、K等。Al2O335%的高铝煤矸石可用来制炼钢高效脱氮剂硅铝铁合金、水玻璃、氢氧化铝、碱式氯化铝净水剂、制造硫酸铝和铵明矾的烧结料等。另外含FeS2较高的煤矸石氧化产生的SOx是污染环境的罪魁祸首，而硫又是重要的化工原料，从煤矸石中回收硫铁矿（如抽提硫酸）具有较高的生态效益和经济效益。城市建设与环境工程学院（六）煤矸石复垦绿化•对于不好处理或处理价值较低的，可以考虑充填塌陷区或填埋造地，其方法是：在造地的片区上先将熟化表土转移，然后垫铺岩石及自燃矸石至一定厚度，碾压整平再将熟化土覆盖，如此分片区逐年扩展，可造就大面积平地和台阶地，同时结合土壤改良，再造优质农田。城市建设与环境工程学院•采用煤矸石不出井的采煤生产工艺，填充采空区，减少矸石排放量和地表下沉量，采用煤矸石充填废弃矿井。在道路、堤坝等工程建设中采用以煤矸石代替粘土作基料，增加稳固性。（七）回填矿井采空区或铺路材料城市建设与环境工程学院（八）其他应用1.生产化工原料：聚合铝、分子筛等。与盐酸反应生成（2A1Cl3.H2O），再生成聚铝。2.用作农用肥料：钼、锌、锰、铜、硼等元素，可作为农作物生长的刺激剂城市建设与环境工程学院3.回收硫化铁：有的煤矸石含有较多的硫化铁，可通过分选回收作为制取硫酸的原料。我国有七个选煤厂建立了硫化铁回收车间，从煤矸石中回收硫化铁，总设计能力为7.5×105t／a。4.回收能源：作为大型沸腾炉燃料供热或发电：热值8360kJ/kg。1975年在四川永荣矿务局建立了中国第一座流化床煤矸石电厂。（八）其他应用城市建设与环境工程学院减少煤矸石的途径一：煤矿不出和少出矸石的清洁生产技术（1）煤矿不出矸开采技术工艺。将煤炭在地下燃烧气化，一次性转化为清洁的可应用的能源与化工原料，实现煤炭地下无人无生产设备的洁净利用。山东新汶矿业集团2000年4月煤炭地下气化技术工业性试验获得成功，地下所产煤气经过脱硫、除尘等环节，直接输送到用户，产空气煤气8万m、水煤气4万m，发热量相应为6280kJ和14650kJ。此技术与传统开采工艺相比节省投资78%，节约成本62%，提高工效3倍以上，煤的价值提高10倍以上。城市建设与环境工程学院•（2）煤矿少出矸技术工艺：•全煤巷开拓，采区巷道全煤化等开拓方式和采煤工艺都能极大地减少矸石的产生量，并减少采煤过程中混入的矸石量。薄煤层半煤岩宽巷进技术，是将所出矸石充填到巷道的一侧或两侧，德国、英国近年来逐渐应用全煤巷开拓技术，一些煤矿己取消了排矸系统。神华集团神东大柳塔矿采用煤层开拓大巷，岩巷占5%左右，大大降低了出矸量。减少煤矸石的途径城市建设与环境工程学院减少煤矸石的途径二：填沟造地，充填塌陷区，减少矸石占地地处荒山丘陵地区的矿井，采用填沟造地，可减少煤矸石对农田的占用。神东公司大柳塔煤矿井下及洗煤外排矸石，按规划设计分区征用沟壑地排矸，在沟口建起拦渣坝，集中排放，填沟造地，上覆黄土碾压，植树种草，使其矸石山堆场变成平整林地。晋城无烟煤矿业集团各矿建专门排矸巷道(兼通风巷)和排矸井，矸石直接提升到地面堆放于荒山沟，填满后上部推平覆土造地。城市建设与环境工程学院•1活化煤矸石在水泥砂浆中的应用在制作建筑材料方面，由于煤矸石中含有大量的黏土类矿物，煅烧后可产生一定的活性。因此，将其作为活性火山灰材质加入水泥中，不仅可以解决煤矸石的环境污染问题，而且还能替代部分水泥熟料，降低水泥成本。煤矸石的前景城市建设与环境工程学院•2推广一批先进适用的煤矸石综合利用技术，重点推广75t/h以上的循环流化床锅炉，推广炉内石灰石脱硫和静电除尘技术等。•3加快现有企业煤矸石综合利用技术改造，用先进实用技术改造落后的、污染环境的技术、工艺和装备，如用循环流化床锅炉改造老电厂的沸腾炉，从根本上解决煤矸石电厂的污染问题；用硬塑、半硬塑成型技术改造落后的软塑成型技术装备，使煤矸石制砖上规模、上水平。城市建设与环境工程学院“福建紫金恒发循环经济工业园”的循环模式：城市建设与环境工程学院小结(1)转变观念,充分认识煤矸石综合利用工作对煤炭企业产业结构调整、节能环保的重要战略意义。真正把发展煤矸石综合利用作为煤矿发展经济、调整产业结构的大事来抓,扎扎实实地工作,就一定取得显著成绩。(2)进一步加大政策扶持力度,推动煤矸石利用产业发展。国家对煤矸石综合利用工作非常重视,已制定了一系列推动煤矸石综合利用工作发展的法规、政策,对促进煤矸石利用产业的发展起到了一定的作用。应当看到,多数煤矸石利用企业效益不高,只能维持简单再生产,工艺落后,厂房、设备简陋且得不到及时更新和改造规模也一直没能发展,起来。因此，国家应当进一步加大政策扶持力度，为煤矸石企业的蓬勃、健康发展营造良好的外部环境。城