1、煤礦煤矸石的綜合利用摘要：闡述了對煤矸石的具體利用途徑，并就煤矸石發電，煤矸石制磚，煤矸石生產肥料，煤矸石生產水泥等進行了具體說明，并闡述了非煤礦山對固體廢物的利用。關鍵詞：煤矸石 利用 Comprehensive utilization of coal gangue in coal mineAbstract: This paper describes the of coal gangue specific ways to utilize the and coal gangue power generation, coal gangue brick, coal gangue in the pr

2、oduction of fertilizers, coal gangue production of cement and other were specified, and elaborated the non coal mines of solid waste utilization.Key words:Gangue using1、 概述煤矸石是煤炭開采和洗選過程中產生的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石，包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。煤矸石既是煤礦開采過程中的固體廢棄物，也是可利

3、用的資源，具有雙重性。從煤炭開采來看，我國每年生產1億t煤炭，排放矸石1400萬t左右；從煤炭洗選加工來看，每洗選1億t煉焦煤排放矸石量2000萬t，每洗1億t動力煤，排放矸石量1500萬t。去年，全國各類煤礦生產煤炭1045億t，洗煤385億t，排放矸石量1.92.0億t。因而，全國國有煤礦現有矸石山1500余座，堆積量30億t以上(占我國工業固體廢物排放總量的40以上)，占用土地300-400公頃。煤矸石的大量堆放，不僅壓占土地，影響生態環境，矸石淋溶水將污染周圍土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在適宜的條件下發生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和煙塵等有害氣體污染大氣環境

4、，影響礦區居民的身體健康。如遼寧本溪礦區曾發生過因矸石自燃造成人員中毒死亡的事故。2、 煤矸石再利用的意義及途徑1、 煤矸石再利用的意義：（1）保護耕地，減少占地。我國的土地資源非常緊缺，人均耕地占有量只有0.1hm2，僅為世界人均水平的43。隨著國民經濟的發展，每年因基礎設施建設城市用地增加及自然災害損毀等原因造成耕地的大量損失。因采煤造成的地表塌陷和煤矸石堆存也是耕地損失的主要原因之一。據有關部門估計，我國煤炭開采和洗選加工每年產生和排放新增煤矸石4億t，占地400多公頃。綜合利用煤矸石，可以減少對土地的占用，用煤矸石充填塌陷區，還可以使因采煤塌陷的土地得到復墾。（2） 減輕礦區大氣污染和

5、地下水污染。我國有237座煤矸石山曾發生過自燃，目前仍有134座矸石山在不同程度地燃燒。煤矸石自燃不僅浪費寶貴的資源，燃燒過程中排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及煙塵等，還嚴重污染大氣環境，危害礦區人民的身體健康。煤矸石經雨水淋溶形成的酸性水滲透到地下。會污染地下水。因此，綜合利用煤矸石，減少矸石的堆放，可以減輕礦區的大氣污染和地下水的污染。（3）改變煤礦形象，開辟礦區新產業。煤矸石綜合利用不僅可以變廢為寶，而且還有助于改變煤礦的形象，有些煤礦提出“矸石變磚頭，磚頭砌高樓”，“制磚不用土，燒磚不用煤”的口號，圍繞煤矸石的綜合利用，發展新的產業，或延長現有的產業鏈。例如山東省新汶礦業集團等單位

6、大力發展煤矸石發電、制水泥、制磚等產業，已建成煤矸石磚生產線20多條，每條生產線的能力均在6000萬塊年以上。阜新煤矸石熱電廠是以燃燒煤矸石為主的綜合利用企業，現有裝機容量1.8億kW，年發電量1.08kwh，年消耗煤矸石33萬t。山西陽泉煤業集團以煤矸石發電為龍頭，形成了煤矸石發電電解鋁鋁型材的產業鏈。（4）促進產業轉移和勞動力再就業。據不完全統計，到2000年末，我國因資源枯竭關閉報廢的礦井488處，將導致大量工人失業。尋求產業轉移和勞動力再就業成為衰老報廢礦區的頭等大事。煤矸石綜合利用則是有發展前景的接替產業之一，并已經成為許多礦區非煤產業的發展重點。據有關部門統計，2000年國有重點煤

7、礦綜合利用多種經營總額達到582億元；安置人員最多時達208萬人。在煤炭企業多種經營收入超億元的項目中，前10位是煤矸石發電。我國每年產生的煤矸石、煤泥等低熱值燃料，按熱量折算約為15001800萬t標準煤。綜合利用好這些資源，相當于新增一個開灤或兗州礦區的煤炭產量。這樣，不僅促進了產業轉移、勞動力再就業，甚至還會因其含有特殊成分而成為煤炭城市待開發的“金礦”。2、煤矸石再利用的途徑：煤矸石的性質決定著煤矸石資源化的途徑。因此對煤矸石的組分及性質進行分析和評價，將有利于選擇最佳的資源化利用途徑，更好、更有效地利用煤矸石資源。按照煤矸石的巖石特征分類，可以分成高嶺石泥巖(高嶺石含量>60)

8、、伊利石泥巖(伊利石含量>50)、砂質泥巖、砂巖及石灰巖。主要利用途徑為：高嶺石泥巖、伊利石泥巖生產多孔燒結料、煤矸石磚、建筑陶瓷、含鋁精礦、硅鋁合金、道路建筑材料；砂質泥巖、砂巖生產建筑工程用的碎石、混凝土密實骨料；石灰巖生產膠凝材料、建筑工程用的碎石、改良土壤用的石灰。煤矸石中的鋁硅比也是確定一般煤矸石綜合利用途徑的因素。鋁硅比大于0.5的煤矸石。其礦物成分以高嶺石為主，有少量伊利石、石英，質點粒徑小，可塑性好，有膨脹現象，可作為制造高級陶瓷、煅燒高嶺土及分子篩的原料。煤矸石中的碳含量是選擇其工業利用方向的依據。按煤矸石中碳的含量多少可分為四類：一類<4，二類46，三類620，

9、四類>20。四類煤矸石發熱量較高(627012550千焦千克)，一般宜用作為燃料，三類煤矸石(20906270千焦千克)可用作生產水泥、磚等建材制品，一類、二類煤矸石(2090千焦千克以下)可作為水泥的混合材、混凝土骨料和其他建材制品的原料，也可用于復墾采煤塌陷區和回填礦井采空區。煤矸石利用產業鏈模型圖見圖1。3、 煤矸石發電1、 煤矸石發電的益處。一是改善礦區環境。我國每年矸石發電消耗矸石量約1400萬t，占矸石綜合利用量的30左右，減少因堆積煤矸石占地2000余畝，而且，電廠灰渣制磚，減少了黃土用量，保護耕地，改善了礦區環境。二是節省大量能源。據測算，去年，全國產煤10.45億t，洗

10、選加工煤炭3.86億t，排矸中的煤炭和煤泥量，折合標煤約4000萬t，以發電用煤4009kWh計算，可以發電100億kWh，收入30億元。三是社會效益可觀。據不完全統計，2000年煤矸石電廠發電約120億kWh，占礦區用電量的30，平均每度電盈利3.38分，全國電廠盈利4.0億元以上。如：山東兗州局6個矸石電廠，裝機達11.1萬kW，2000年發電47億kWh，上交利潤4412萬元；山西汾西礦務局2個矸石電廠，裝機3.6萬kW，去年盈利2800萬元。而且，煤礦發電與購電相比，全國購電的綜合電價為0.30.4元kW，煤礦矸石電廠的供電成本為0.15025元kwh，價差為0.15元kWh。去年，全

11、國國有煤礦年用電量300億kWh以上，僅購電一項，煤炭企業就多支出45億元以上。從社會效益來看，去年，國內生產總值電耗為1474kWh歷元，而煤矸石電廠發電新增的生產總值可達800億元以上，已安置了待崗人員45萬人。四是促進了煤炭行業的結構調整。煤炭作為我國的基礎產業和主要能源工業，由于受長期計劃經濟的影響，產業結構矛盾突出，且供過于求，經濟效益不好。煤矸石發電由于有較好的社會、經濟和環境效益，也符合國家的產業政策，是煤炭行業產業產品結構調整的有效途徑之一。2、煤矸石發電的可行性：煤矸石發電經過十多年的發展，在鍋爐燃燒技術、環境保護等方面已經取得了長足的進步，進入21世紀后，大力發展煤矸石電廠

12、更是一舉數得的好事。一是適用于煤矸石電廠的循環流化床鍋爐燃燒技術取得了很大進步。作為煤矸石電廠的核心設備的流化床鍋爐的技術水平的高低直接影響到電廠的生產運行情況和企業經濟效益。早期建設的煤矸石電廠基本以鼓泡型流化床鍋爐為主，這種鍋爐熱效率低，不利于消煙脫硫。90年代以來，循環流化床鍋爐逐步取代了鼓泡型流化床鍋爐，成為矸石電廠的首選鍋爐，逐步從35th發展到70th，合資生產的已達到240th，熱效率提高515。以往由于矸石發熱量低、灰分高、硬度大，鍋爐磨損嚴重，經常造成鍋爐停機檢修，影響電廠運行。現在由于采取了防磨措施，循環流化床鍋爐連續運行小時普遍超過2000h。二是消煙除塵等環境保護技術已

13、能滿足國家環保要求。煤矸石電廠除塵脫硫問題是廣泛關注的問題，關系到矸石電廠生存的大事。目前，煤矸石電廠選用除塵器的類型主要是水磨除塵器、多管旋風除塵器、靜電除塵器、布袋除塵器，其中靜電除塵器和布袋除塵器效率最高，使用這兩種除塵器均能滿足環保要求。對于脫硫，由于矸石電廠采用的循環流化床鍋爐的工況較容易實現在爐內燃燒過程中脫硫，一般在鈣硫比為1520時，脫硫率達8590，可以滿足環保要求。3、煤矸石發電存在的問題：十多年來，我國煤矸石發電事業已取得了長足的發展，積累了豐富的經驗，但是，制約煤矸石電廠發展的因素較多，突出表現在：一是電網關系難以協調。并網運行一直是煤矸石電廠建成后最先面臨的難題，難就

14、難在并網發電難、收費項目多、政策不落實等方面。新建一個矸石電廠或擴建一臺機組都得經過電業部門長時審批，又要上繳名目繁多的費用，還要違背國家政策要求，參加電網調峰，影響了煤矸石電廠的正常運行和經濟效益。二是建設資金嚴重不足。近年來，各商業銀行對煤矸石電廠從重點扶持逐步轉向到嚴格控制，不但對電廠進行多次評估，還要求企業有不少于30的自有資金做為資本金，否則不同意貸款，因而，許多地方出現了辦不成電廠或辦成了也負債較高的問題。目前，絕大多數煤矸石電廠資產負債率均在90以上。三是企業稅費負擔偏重。80年代，國務院先后下文對煤矸石電廠免征發供電環節的工商稅和綜合利用項目的產品稅。而自產品稅改為增值稅后，煤

15、矸石發電就不能享受減免增值稅待遇，企業經濟負擔有所加重。四是企業經營體制落后。目前，大多數煤矸石電廠不是獨立的核算單位，是隸屬于礦務局(礦)的二級單位或生產車間。這種管理體制、經營機制既不能發揮煤矸石電廠的積極性，又不能按貸款合同還本付息，嚴重地影響了煤礦辦電的信譽。五是部分電廠環境污染嚴重。煤矸石的主要特點是灰份高，發熱量低，灰分一般在4070，對于洗矸，硫分也比原煤高。煤矸石燃燒產生大量的煙塵和二氧化硫，如不采取措施將對大氣環境造成嚴重的污染。按照大氣污染防治法要求，煤矸石電廠若不能達標排放，有可能被環保部門關停，形勢十分嚴峻。因此，對于較早建成的矸石電廠應盡快建設高效除塵設施，燃用含硫高

16、的矸石電廠要抓緊建設脫硫設施做到符合國家環保要求。4、 煤矸石生產水泥1、做好煤矸石資源的調研：由于煤矸石的成份和所含熱值變化較大，煤矸石中砂巖種類及外觀情況、硬度、易磨性和可塑性不同。如果煤矸石選擇不當會直接影響熟料的煅燒質量。我們的研究結果表明，徐州地區的煤矸石主要化學成份藝與粘土相似，但硅低鋁高，成份波動大，Si02一般小于60，Al，O，在20左右，硬度為中等強度(800-1600kgcm2)，易磨性較差，但從易燒性試驗來看煤矸石配料在低溫階段比粘土配料好，高溫階段基本相同，而可塑性相當于粘土二級塑性，比通常用的粘土的塑性加要差一些。由以上一些煤矸石的特性研究結果可知，水泥生產中所用的

17、煤矸石的主要特性對熟料質量的影響很大，建議生產廠家使用主要化學成份相對穩定、熱值較高、硬度較小、含砂巖少頁巖多的煤矸石。這使用煤矸石代替粘土生產優質水泥熟料及早強型水泥和節煤降低生產成本的關鍵。2、合理的工藝條件下同粘土相比應注意的問題：（1） 有一定面積的均化堆場。使煤矸石代替粘土生產水泥對煤矸石的均化是生產優質熟料的關鍵。使用前要對煤矸石進行簡單的均化處理，特別是同時使用幾家煤礦的煤矸石生產時高必須進行均化處理后方可用于配料生產。（2）煤矸石須經破碎方可入庫。由于煤矸石具有中等的硬度，易磨性較差，如不破碎人磨，粉磨細度難于控制，細度合格率低，磨機量下降，粉磨電耗高。（3）降低生料細度煤矸石

18、。配料的生料塑性較差，降低生料細度后不僅可提高生料塑性，易于成球，而且生料易于煅燒，熟料質量好。（4）采用預加水成球。可大大改善生料的料球質量，能提高生料球的強度，易于煅燒，有利于提高熟料質量。（5）適當提高生料球水分。煤矸石配料的生料球在入窯受熱后易炸球成粉，中從而導致窯內通風不良，影響煅燒和操作。料球水分增大后可減少炸球改善通風。五、煤矸石制磚1、煤矸石制磚發展現狀我國在60年代初期就有許多磚廠在粘土磚中摻入煤矸石作內燃料，以達到節煤的作用，而主要原料仍是粘土。后來有些磚廠試制出全煤矸石磚，但建成生產線以后，生產的煤矸石磚出現嚴重的黑心和壓印，影響產品的內在品質和外觀質量，建筑部門無法使用

19、。到60年代末，隨著生產工藝的改革，基本解決了黑心和壓印問題。進入70年代，全國已建成年產能力達1×105塊的煤矸石磚生產線；80年代又引進外國制磚設備和技術，使生產線逐漸實現了機械化，其工藝設計和生產設備接近國際水平。進入90年代，煤矸石磚已逐漸實現多品種、系列化，由實心磚向多孔磚和空心磚發展，焙燒窯也由輪窯向隧道窯方向發展，生產工藝由兩次碼燒向一次碼燒發展，生產線產量也有較大幅度提高。然而，由于技術等方面的原因，現在的煤矸石磚主導產品仍然是以實心磚為主，市場需要的多孔、高強、薄壁磚還有待開發，生產效率也有待提高。目前人均年效率在(23)×105塊(標準磚)的生產線占50

20、左右，有部分生產線人均年效率在4×105塊，少數達到6×105塊。2、 煤矸石制磚原料的選擇泥質和碳質煤矸石質軟、易粉碎，加上大部分煤矸石原料的可燃性，因此用于制磚十分有利。我國煤矸石的發熱量多在6300kJkg以下，其中33006300kJkg、13003300 kJkg和低于1300kJkg的各占30，高于6300kJkg的煤矸石僅占10。當煤矸石原料發熱量在21004200kJkg范圍時，可以采取全煤矸石制磚。當煤矸石發熱量不足時需加煤，當發熱量超過上述范圍時，則不宜采用全煤矸石制磚，應因地制宜，適量摻人一定比例的頁巖、粉煤灰或粘土等原料，摻配比例可按煤矸石發熱量大小

21、通過工藝計算確定。3、 產品品種煤矸石制品現已向多品種方向發展，如煤矸石混凝土混合砌塊、輕質墻板等，但主要制品還是煤矸石磚，且仍以實心磚為主，而空心磚的發展又比較緩慢。從當前建材制品的發展趨勢看，利用煤矸石制空心磚將具有更廣闊的前景。其原因有如下幾方面：一是實心磚的隔熱效果不如空心磚；試驗表明，當孔洞率為30時，240mm厚的多孔磚墻的隔熱效果相當于370mm厚的普通實心磚墻；二是由于煤矸石本身的熱量，使實心磚難以燃燒徹底，往往形成嚴重黑心，給正常的窯爐設計和焙燒工作帶來許多難題，而空心磚不存在這些問題；三是空心磚可減輕建筑物質量：據測算，采用空心磚以后，建筑體質量可減輕1530；四是煤矸石制

22、磚實現產業化后，煤矸石將從過去的“廢物”變成一種可利用資源，實心磚僅僅為消化“廢物”起著積極作用，而空心磚則可為節約資源作出貢獻。如在現有煤矸石制品的基礎上，研制開發出新產品，生產出輥花、拉毛、仿花崗巖等多種裝飾磚，用于別墅住宅等墻體的圍護裝飾，其產品市場將會更加廣闊。4、 生產工藝煤矸石磚以煤矸石為主要原料，一般占坯料質量的80以上，有的全部以煤矸石為原料，有的摻少量粘土。主要工藝是，煤矸石經破碎、粉磨攪拌、壓制、成型、干燥(排潮)、焙燒后即為成品。焙燒時基本無需再外加燃料。煤矸石制磚提倡采用一次碼燒工藝，并用隧道窯取代輪窯，由人工干燥淘汰自然干燥。圖2為全煤矸石磚生產工藝流程示意圖。圖2在

23、煤矸石磚生產工藝流程中需要注意的是：煤矸石破碎后的顆粒級配為：大于3mm的要低于3，小于0.5mm的要達到50以上，如生產多孔空心磚，則粒度還要減小。成型擠出前的坯料水分應控制在16.517.4，其中第一道攪拌加水至成型水分的8090，泥料溫度掌握在4555。焙燒帶最高溫度應限制在1050，推車速度1車(0.51)h，焙燒周期約24 h。5、 煤矸石制磚的建議在煤矸石制磚過程中，一是要徹底淘汰自然干燥工藝，采用人工干燥，其優點是：可全天候生產；節約勞動力；節約廠區用地；減少毛坯損耗。二是將輪窯改為隧道窯生產，以提高產品質量。三是淘汰一批產量低、質量差的老式制磚設備，采用新一代的制磚設備，真正使

24、煤矸石磚的生產達到優質、高效、低耗。6、 煤矸石制肥料1、 煤矸石制肥的原理：煤矸石礦肥配制的基本原理是以斜方沸石作為載體，將N、P、K和微量元素載起，然后根據農作物的需要緩慢釋放，供農作物吸收。煤矸石活化后具有雙重作用：既和斜方沸石一樣起到載體作用，又釋放出本身的微量元素zn、B、Co、Mo供農作物吸收。礦載肥的載體部分，風化后轉變為土壤的組成部分，同時也改良了土壤。2、 制作工藝如下圖3、 煤矸石制肥優點該肥料是以多種礦物為載體，把N、P、K、水分等均載起來，根據作物發育狀況進行適當的、緩慢的釋放，以供農作物吸收。經過初步試驗，認為可以增加經濟效益和社會環境效益，減少大氣和地下水的氮污染，

25、減少煤礦等能源基地的“三廢”污染。同時使用該肥料還具有以下多種優點：(1)肥料本身含有多種成分和微量元素，如：TR、N、P、K、Zn、Cu、Mo、Co、B等，可供農作物吸收；(2)提高作物產量，經田間試驗與同等含氮量肥料相比，小麥、玉米和花生的產量可分別提高15、14.41和35.54：(3)提高作物質量，含Zn量一年為25106t(對照田間含Zn量為9gt)，預計經過連續3年的富Zn優勢性狀選擇，并同時施加該復合肥，即可優選獲得富Zn小麥(80120gt)，使小麥營養豐富；(4)提高作物抗災能力，因小麥桿內含稀土高，可以抗倒伏；(5)保護土壤，改良土壤，岡礦載肥中有多種礦物，具有吸附作用，可以保水保肥，而且這些礦物風化后變為土壤的成分，使土壤保持正常的pH值，長期使朋這種肥料，