二次资源利用

煤矸石的综合利用

自然界蕴藏着极为丰富的矿产资源。在当前的技术经济条件下，人们能够将含有有用矿物的岩石中的某些组分加以富集并利用，这一类岩石就称为矿石。在矿石中，除有用矿物外，还含有目前无法富集或尚不能利用的一些矿物，这些无用的矿物称为脉石。对于煤炭而言，不能作为煤使用的而已二氧化硅为主要成分的矿石叫做矸石。

煤炭是十八世纪工业革命以来人类世界使用的主要能源之一，在我国一次能源生产和消费结构中，煤炭比重更是多达70%左右，在未来相当长的时间内，以煤炭作为主要能源战略的地位不会改变。但在开采和利用煤炭方面产生废物是避不可免的，只有综合利用这些废物，变废为宝，才是最有效途径。煤矸石是煤炭开采，选煤加工过程中产生的废弃岩石，约占煤炭产量的15%左右。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。煤矸石属劣质燃料，其发热量低（4.2~12.6MJ/kg），碳含量低（20%~30%），硬度大，矿物含量高，有机质含量低。煤矸石作为固、液、气三害俱全的“工业废料”，它的长期堆放不仅浪费了资源，占压了大量的土地，而且污染了水源、土壤和周围的空气．严重影响了矿区的生志环境和居民的生命财产安全。煤矸石一般都是露天堆放，矸石山也成为了中国绝大多数煤矿的吧“标志”。经过常年的风吹日晒，雨水冲刷，风化分解，从而形成大量粉尘、酸性水、携带重金属的离子水，污染大气、地面水或深入地下污染地下水质。当然也有调查说中国目前有近三分之一的矸石山由于内部残煤、煤质泥岩、碎木材、硫铁矿物而发生自然，排放出大量的氧化碳、二氧化硫、硫化氢等有害气体，给环境带来了极大的危害，且至今尚无有效的控制方法。

煤矸石来源与组成：

煤矸石主要有三种来源：

（1）井筒和岩石巷道掘进过程中开凿排出的岩石，主要岩石有泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩、砾岩和石灰岩。

（2）煤层开采和煤层巷道掘进过程中，由于煤层中的夹矸或割下部分煤层的顶板忽然底板组成。

（3）煤炭分选过程中排出的矸石，主要由煤层中的各种夹石如高岭石、黏土岩、黄铁矿结核等组成。

煤矸石的岩相组成，随煤层所在地层不同，煤矸石中所含主要岩石有黏土岩，砂岩类，碳酸盐类，铝质岩类。黏土岩类主要组成为黏土矿物，其次为石英、长石、云母、岩屑等碎屑矿物，其次为黄铁矿、碳酸盐等自生矿物。此外，往往含有丰富的植物化石，有机质，碳质。

煤矸石的化学成分是煤矸石煅烧后灰渣的成分，其化学成分和粘土相似，可用于筑路、生产烧结砖及非烧结砖、混凝土制品、砌筑砂浆材料和陶粒等轻骨料。有的煤矸石含硅较高。可作为硅质原料，用作水泥原料和混台树等。

煤矸石利用的现状：

近年来，我国加大了队煤矸石等二次资源回收利用的治理，取得了良好的进展。许多地方和部门以及厂矿企业，都在致力于固体废物的处理和处置。1988年垒国已有60.1％的工业固体废物得到了简单的处理和处置。吉林化工公司、北京燕山石化公司等建设了填埋场。山西省汾西矿务局利用石灰浆灌注高硫煤矸石堆，取得了熄燃效果。

煤矸石虽然对环境造成危害，但是如果加以适当的处理和利用，仍是一种有用的资源，例如：张伟才等用煤矸石做主要原料，配以适量的农家肥、化肥、微肥和添加剂，研制加工而成的西瓜、苹果等专用肥料，使用煤矸石肥料的西瓜和苹果比使用市售专用肥分别增产28.11%和29.40%，经济效益十分显著。如果合理有效的利用，煤矸石又可变成一种资源，变废为宝，化害为利。

国家《煤矸石综台利用技术政策要点》指出，煤矸石综舍利用以大宗量利用为重点，将煤矸石发电、煤矸石建材及制品、复垦回填“及煤矸石山无害化处理等太宗量利用煤矸石技术作为主攻方向，发展高科技古量、高附加值的煤矸石综合利用技术和产品。

我国综合利用煤矸石已有几十年的历史，但到目前为止，我国煤矸石的综合利用水平不高。主要表现在技术装备落后，企业规模小，发展后劲不足，竞争能力弱等方面。目前我国煤矸石综合利用技术及装备水平达到国际20世纪90年代先进水平的比例还不高，一些技术含量较高的煤矸石综合利用技术还未得到广泛

应用。据资料报道，美国、英国和德国等西方国家煤矸石的总体利用率已高达90%以上，而我国这样一个以煤炭为主要能源的国家对煤矸石的总体利用率却不到50%，这导致目前我国煤矸石的堆积量每年还以1.5～2.0亿t的速度在增加，矸石山的危害日益严重。

对矸石进行再处理以获得可能供应市场的产品，这种办法是可取的。这不仅是由于它提供了一种利用矸石和消除严重污染的方法，而且也由于这种工艺已经取得验证，在技术上是可行。要彻底解决矸石堆的问题，就要找到能够把它消除掉并把它作为一种有经济价值的产品加以利用的方法。对矸石的任何经济利用计划，都应该包括以下几个目的：对煤矸石进行再处理，一回收额外的染料和矿物（包括煤和硫化铁）；利用再处理过的矸石作为工业原料；将洗选后的矸石或再处理过的废渣填到废矿坑或地下废矿井里。

因此，应加大对煤矸石综合利用工作的力度，加强煤矸石综合利用技术的开发和推广应用，最终实现煤矸石的变废为宝，促进煤炭工业的健康发展和国民经济的可持续发展。

煤矸石的利用：

煤矸石的利用可以分为直接利用和间接利用。直接利用的方法有煤矸石制砖，煤矸石制水泥，做工程回填材料等用途；间接利用主要有煤矸石发电，煤矸石制备铝盐，煤矸石知趣水玻璃等用途。目前我国大小煤矿的煤矸石主要被用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，此外还可用于回收硫铁矿；煤与矸石混烧发电；制取结晶氯化铝、水玻璃等化工产品以及提取贵重稀有金属；土地复垦，矿井回填，也可作肥料。

（1）煤矸石的直接用途

用煤矸石制砖。我国大量的建筑及设施砖结构，砖的消耗量惊人，据统计，每天砖作为墙体材料约需要1000亿块，如果这些砖全用黏土烧结，将毁掉良田67～100公顷，消耗近5000万t标准煤，破坏了环境，浪费了能源。目前，煤矸石烧结砖是煤矸石资源化的主攻方向之一。我国早在20世纪60年代，一些煤矿就利用煤矸石制造烧结砖。正是由于这些举动给国家的经济带来了新的生机，得到了国家的倡导和支持，因此我国煤矸石制砖业得到迅速发展。目前，煤矸石砖产量已达200亿块，年综合利用煤矸石约5000万吨。煤矸石制成的砖有很多

方面的优点，如砖的强度高、热阻大、隔音好，可降低建筑物墙体厚度，减少用砖量；同时由于煤矸石砖外观整洁，抗风化能力强，色泽自然，可以省去抹灰、喷涂等建筑工序，降低建筑和维护成本，与传统粘土相比有更高的性价比和更强的市场竞争力。煤矸石制砖业不仅发展了经济，而且也节约了能源的消耗。

煤矸石中SiO2,Al2O3及Fe2O3的总含量一般在80%以上，它是一种天然黏土原料，自然或者煅烧后具有一定活性，可代替黏土配料烧制硅酸盐熟料，生产普通硅酸盐水泥，煤矸石快硬硅酸盐水泥和煤矸石无熟料水泥。也可以掺入水泥中作混合材料，与熟料和石膏按比例配合磨细生产硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥等。煤矸石和粘土的化学成分相近并能释放一定的热量，用其代替粘土和部分燃料生产普通水泥能提高熟料质量。这是因为煤矸石配料比粘土配料配出的生料活化能降低了许多，用少量煤就可提高生料的预烧温度，且煤矸石中的可燃物也有利于硅酸盐等矿物的熔解和形成；此外煤矸石配的生料表面能高，硅铝等酸性氧化物易于吸收氧化钙，可加速硅酸钙等矿物的形成。用煤矸石作原燃料生产水泥其生产工艺过程与生产普通水泥基本相同。

煤矸石也可以做工程回填材料，煤矸石作填筑材料主要是指充填沟谷、采煤塌陷区等低洼区的建筑工程用地，或用于填筑铁路、公路路基等，或用于回填煤矿采空区及废弃矿井。利用煤矸石作为复垦采煤塌陷区的充填材料，即可使采煤破坏的土地得到恢复，又可减少煤矸石占地，减少煤矸石对环境的污染。一般用于复垦的煤矸石以砂岩、石灰岩为主，采用推土机回填、压实，根据不同的用途进行处理，如作为耕种则进行表面复土，作为建筑用地则要采取分层碾压。煤矸石工程填筑是以获得高的充填密实度，使煤矸石地基有效高的承载力，并有足够的稳定性。要求煤矸石是砂岩、石灰岩或未经风化的新矸石，施工通常采用分层填筑法，边回填、边压实，并按照《工业与民用建筑地基基础施工规范》对填筑工程进行质量评价。

（2）煤矸石的间接利用

煤矸石具有低热值燃料的特点，利用煤矸石发电是其蕴含热量的主要形式之一，也是综合利用方案中除去碳质的首道环节。当矿区用电出现紧张状况时，可在产煤矸石量大的矿区兴建煤矸石电厂，可以同时解决矿区用电和供热难题。利用煤矸石作能源材料，如利用煤矸石燃烧发电或者利用煤矸石供热。这种能源转

化技术具有耗能低、成本低、原料充足、产出大、效益好、可以发展相关产业链、循环利用等特点，因此国内很多大型煤炭产业区都耗费巨资上马了煤矸石电热厂项目。利用煤矸石发电，不仅有效降低了环境污染，而且取得了显著的经济效益。这些煤矸石燃烧后的还具有较高的活性，是生产建材的良好原料。

除此之外，煤矸石还有很大的化工利用价值。煤矸石的主要化工用途就是通过各种不同的方法提取煤矸石中的某一种元素或生产硅铝材料。对于含铝量较高的煤矸石，其开发的化工产品主要有结晶氯化铝、聚合氯化铝、硫酸铝、4?沸石等等。

(1)结晶氯化铝。主要用于精密铸造的硬化剂(较氯化铁强度高)、造纸施胶沉淀剂、净化水混凝剂、木材防腐剂、制造Al(OH)3胶等。

(2)聚合氯化铝。又称碱式氯化铝，是一种无机高分子化合物，一种新型的混凝沉淀剂，广泛应用于净水和污水处理，以及造纸、制革、铸造、医药、轻工、机械等许多领域。用煤矸石生产聚合氯化铝，投资小、成本低、工艺简单。

(3)4A沸石。4A沸石是目前最好的无磷洗涤助剂，其去污效果可与三聚磷酸钠(STPP)媲美，且对人体无害，对织物无损，易于生物降解，有利于环境保护，应用前景广阔。传统的生产4A沸石的方法主要是以NaSiO3和NaAIO3为原料进行水热合成，原料成本较高。而利用煤矸石生产4A沸石原料充足，成本低，效益高。

在实际的制备铝盐的过程当中，需要根据制备相应的铝盐增加或减少相应的工序，然后在进行不同铝盐各自的制备流程。制备的氢氧化铝可作为塑性合成树脂，聚合物和合成橡胶等高分子材料的阻燃剂；可用作人造大理石、玛瑙、牙膏生产的填料；可生产的明矾、水化氯化铝净水剂；还可以生产抗胃酸药片等，其市场十分广阔。

因为煤矸石中高铝的缘故，煤矸石还可以用来制取水玻璃和冶炼硅铝合金。煤矸石的主要成分是 Al 2O3和 Si O2，如果将其将其按照煤矸石制备铝盐的主要工艺流程进行处理，那么滤液中的氧化铝经过浓缩、结晶、热解、聚合、固化、干燥等过程，就可制成聚合氧化铝。滤渣中的二氧化硅与氢氧化钠反应就可制成水玻璃。而制取硅铝铁合金的两个技术关键是Si O2 、Al 2O3、Fe2O3的侵取和结晶，以及结晶物的热解。对于Fe2O3含量较高的煤矸石可以采用直流矿热炉冶

炼硅铝铁合金。

近些年，利用煤矸石为原料生产农用肥料，在国内外已经得到应用。煤矸石中约含有15%～20%的有机质，并含有丰富的植物生长所必须的B、Zn、Cu、Co、Mn、Mo等微量元素。某些煤矸石中的N、P、K及微量元素的含量是普通土壤的数倍，经过加工可以生产有机肥和微生物肥料。

微生物肥料是近年来发展生态农业及绿色食品的新产物。煤矸石中含有的大量有机物，是携带固氮、解磷、解钾等微生物最理想的基质和载体。煤矸石微生物肥料生产工艺简单，耗能低，投资少，生产过程不排渣，如南票矿务局与中国农科院合作开发的“金丰牌”1微生物肥料、山东龙口矿务局与北京田力宝科技研究所开发生产的“田力宝”微生物肥料，均取得了很好的社会效益和经济效益。

结束语

煤矸石的综合利用要坚持“因地制宜，积极利用”的指导思想。提高我国煤矸石综合利用技术水平，加强对各地煤矸石成分、结构、特性等基础研究，积极提高煤矸石综合利用的效率和科技含量，以及煤矸石的经济附加值和有效成分的综合利用率。减轻矿区的大气污染和地下水的污染，还可以减少对土地的占用，又能回收有价值资源。总之，煤矸石的综合利用具有良好经济效益和社会效益，可使矿区的经济发展、环境保护和社会协调发展。这正是科学发展观的集中体现，是可持续发展的基本要求。

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