煤矸石綜合利用技術(shù)要求

一、煤矸石資源化利用的評(píng)價(jià)

煤矸石的性質(zhì)決定著煤矸石資源化的途徑，因此對(duì)煤矸石的組分及性質(zhì)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，將有利于選擇煤矸石最佳的資源化利用途徑，更好、更有效地利用煤矸石資源，達(dá)到綜合利用。

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％）、伊利石泥巖（伊利石含量＞50％）、砂質(zhì)泥巖、砂巖及石灰?guī)r。主要綜合利用途徑為：高嶺石泥巖、伊利石泥巖-生產(chǎn)多孔燒結(jié)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(zhì)泥巖、砂巖-生產(chǎn)建筑工程用的碎石、混凝土密實(shí)骨料；石灰?guī)r-生產(chǎn)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（三氧化二鋁/二氧化硅）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，鋁含量高，硅含量較低，其礦物成分以高嶺石為主，有少量伊利石、石英，質(zhì)點(diǎn)粒徑小，可塑性好，有膨脹現(xiàn)象，可作為制造高級(jí)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(yè)利用方向的依據(jù)。按煤矸石中碳的含量多少可分為四類：一類＜4％，二類4～6％，三類6～20%，四類＞20％。四類煤矸石發(fā)熱量較高（6270－12550千焦／千克），一般宜用作為燃料，三類煤矸石（2090－6270千焦／千克）可用作生產(chǎn)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(fù)墾采煤塌陷區(qū)和回填礦井采空區(qū)。

在煤矸石的化學(xué)成分中，全硫含量一是決定了矸石中的硫是否具有回收價(jià)值，二是決定了煤矸石的工業(yè)利用范圍。按硫含量的多少也可將煤矸石分為四類：一類（05％，二類05～3％，三類3～6％，四類＞6％。全硫量達(dá)6％的煤矸石即可回收其中的硫精礦，對(duì)于用煤矸石作燃料的要根據(jù)環(huán)保要求，采取相應(yīng)的除塵、脫硫措施，減少煙塵和二氧化硫的污染。

二、煤矸石發(fā)電

1煤矸石發(fā)電的技術(shù)要求

含碳量較高（發(fā)熱量大于4180千焦／千克）的煤矸石，一般為煤巷掘進(jìn)矸和洗矸，通過簡(jiǎn)易洗選，利用跳汰或旋流器等設(shè)備可回收低熱值煤，供作鍋爐燃料。

發(fā)熱量大于6270千焦／千克的煤矸石可不經(jīng)洗選就近用作流化床鍋爐的燃料。煤矸石發(fā)電，其常用燃料熱值應(yīng)在12550千焦／千克以下，可采用循環(huán)流化床鍋爐，產(chǎn)生的熱量既可以發(fā)電，也可以用作采暖供熱。這部分煤矸石以選煤廠排出的洗矸為主。

煤矸石發(fā)電以循環(huán)流化床鍋爐為主要爐型。加入石灰石或白云石等脫硫劑，可降低煙氣中硫氧化物和氮氧化物的產(chǎn)生量。燃燒后的灰渣具有較高的活性，是生產(chǎn)建材的良好原料。今后發(fā)展以循環(huán)流化床鍋爐為主，重點(diǎn)推廣75噸/小時(shí)及以上循環(huán)流化床鍋爐，并完善、開發(fā)大型化的循環(huán)流化床鍋爐。

2煤矸石、煤泥混燒發(fā)電的技術(shù)要求

煤矸石發(fā)熱量4500一12550千焦／千克，煤泥發(fā)熱量8360一16720千焦／千克，煤泥的水分25－70％?；鞜绞接忻喉肥兔耗酀{、煤矸石和煤泥餅混燒，煤泥加入可以采用機(jī)械方式輸送、擠壓泵與管道混合輸送及泵送方式，鍋爐采用流化床和循環(huán)流化床。

三、煤矸石生產(chǎn)建筑材料及制品

1煤矸石制磚的技術(shù)要求

（1）煤矸石制燒結(jié)磚

利用煤矸石全部或部分代替粘土，采用適當(dāng)燒制工藝生產(chǎn)燒結(jié)磚的技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)成熟，這是大宗利用煤矸石的綜合利用主要途徑。生產(chǎn)燒結(jié)磚對(duì)煤矸石原料的化學(xué)組成要求：二氧化硅為55～70％，三氧化二鋁為15～25％，三氧化二鐵為2～8％，氧化鈣≤2％，氧化鎂≤3％，二氧化硫≤1％。可塑性指教7～15，熱值為2090～4180千焦／千克，煤矸石的放射性符合GB9196一88標(biāo)準(zhǔn)。

煤矸石制燒結(jié)磚的工藝比粘土制磚工藝增加了一道粉碎工序。根據(jù)煤矸石的硬度和粒徑，可選用顎式或錘式破碎機(jī)、球磨機(jī)等分別進(jìn)行粗、中、細(xì)碎，并對(duì)原料進(jìn)行陳化，以增加塑性。

煤矸石燒結(jié)磚采用內(nèi)燃型，盡量避免超內(nèi)燃。煤矸石燒結(jié)磚多采用一次碼燒隧道窯，也可以來用輪窯等窯爐，并利用窯爐的余熱設(shè)立干燥室。其產(chǎn)品符合GB5101－93、GB6763－86標(biāo)準(zhǔn)。

（2）煤矸石制燒結(jié)空心磚

以煤矸石為主要原料，煤矸石化學(xué)成分同煤矸石制燒結(jié)磚，但對(duì)粉碎要求較高，水分一般在13－17％，利用高壓擠出機(jī)成型，隧道窯一次碼燒即成，產(chǎn)品質(zhì)量參照GB13544－92、GB13545一92和GB6763－86標(biāo)準(zhǔn)。

2煤矸石生產(chǎn)水泥的技術(shù)要求

(1)煤矸石代粘土燒制硅酸鹽水泥熟料

在燒制硅酸鹽水泥熟料時(shí)，摻入一定比例的煤矸石，部分或全部代替粘土配制生料。煤矸石主要選用洗矸，巖石類型以泥質(zhì)巖石為主，砂巖含量盡量少。所配生料的化學(xué)成分要滿足生產(chǎn)高質(zhì)量水泥熟料的要求，一些有害成分的含量必須控制在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)品應(yīng)符合GB175－92標(biāo)準(zhǔn)。

(2)以煤矸石作混合材磨制各種水泥

我國(guó)大多數(shù)過火矸以及經(jīng)中溫活性區(qū)煅燒后的煤矸石均屬于優(yōu)質(zhì)火山灰活性混合材，可摻入5％－50％的作混合材，以生產(chǎn)不同種類的水泥制品。用作水泥混合材的煤矸石要求是炭質(zhì)泥巖和泥巖、砂巖、石灰?guī)r（氧化鈣含量＞70％），通常選用過火或煅燒過的煤矸石。煤矸石的活性應(yīng)符合GBl2957－92標(biāo)準(zhǔn)，放射性應(yīng)符合GB9196－88標(biāo)準(zhǔn)，火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥應(yīng)符合GB1344－92標(biāo)準(zhǔn)。

3煤矸石制輕集料的技術(shù)要求

我國(guó)積存的煤矸石中有40%左右適合于燒制輕集料（稱為煅燒煤矸石輕集料），有10％左右的過火煤矸石經(jīng)破碎篩分即可制得輕集料（稱為自燃煤矸石輕集料）。

（1）煅燒煤矸石輕集料：由炭質(zhì)泥巖或泥巖類煤矸石經(jīng)破碎、粉磨、成球、燒脹、篩分而成。在燒制輕集料時(shí)，煤矸石中的二氧化硅在含量55一65％、三氧化二鋁含量在13～23％為佳。對(duì)于易熔組分，氧化鈣加上氧化鎂的含量宜在1～8％，氧化鈉加上氧化鉀宜在25～5％，三氧化二鐵和碳是煤矸石中的主要膨脹劑，前者含量宜在4～9％，后者含量宜在2％左右。含碳量過高時(shí)，可采用洗選的方法脫碳，或采用配入不含或少含碳的矸石降低碳含量，也可采用在顆粉膨脹前進(jìn)行脫碳，燒掉多余的碳。

（2）自燃煤矸石輕集料

過火的煤矸石經(jīng)篩分得到輕集料。自燃煤矸石輕集料的生產(chǎn)可按JC／T541－94標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求進(jìn)行。自燃煤矸石輕集料的放射性要符合GB6763－86標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

4煤矸石輕集料混凝土小型空心砌塊的技術(shù)要求

以煤矸石輕集料（粗料25～30％，細(xì)料40～45％）為骨料，水泥（8～16％）為膠結(jié)料，加水（10～15％），并可加入少量外加劑，攪拌均勻后，經(jīng)振動(dòng)成型、自然養(yǎng)護(hù)后即可制成煤矸石輕集料混凝土小型空心砌塊。這種砌塊的密度、強(qiáng)度、相對(duì)含水率、抗凍性、碳化系數(shù)、軟化系數(shù)等技術(shù)要求應(yīng)符合GB15229－94標(biāo)準(zhǔn)的要求；其放射性應(yīng)符合GB6763一86標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

5煤矸石加氣混凝土的技術(shù)要求

煤矸石加氣混凝土主要是以過火煤矸石等為硅鋁質(zhì)材料、水泥和石灰等鈣質(zhì)材料以及石膏為原料，按一定配比后，加水研磨攪拌成糊狀物，再加入鋁粉發(fā)泡劑，然后注入坯模，待坯體硬化后切割加工成型，再用飽和蒸汽蒸養(yǎng)而成。其產(chǎn)品主要有砌塊或板材兩種。對(duì)過火煤矸石的化學(xué)成分要求：二氧化硅≥50％；三氧化二鋁≥20％；三氧化二鐵≤15％，三氧化硫≤2％，燒失率小于10％，這樣才便于對(duì)其綜合利用。煤矸石加氣混凝土砌塊及板材的規(guī)格、質(zhì)量和技術(shù)要求要分別符合GB11968－89標(biāo)準(zhǔn)和JC351－62標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

四、煤矸石復(fù)墾及回填礦井采空區(qū)

利用煤矸石作為復(fù)墾采煤塌陷區(qū)的充填材料，即可使采煤破壞的土地得到恢復(fù)，又可減少煤矸石占地，減少煤矸石對(duì)環(huán)境的污染。一般用于復(fù)墾的煤矸石以砂巖、石灰?guī)r為主，采用推土機(jī)回填、壓實(shí)，根據(jù)不同的用途進(jìn)行處理，如作為耕種則進(jìn)行表面復(fù)土，作為建筑用地則要采取分層碾壓。

1復(fù)墾種植的技術(shù)要求

對(duì)停用多年并已逐漸風(fēng)化的煤矸石，進(jìn)行復(fù)墾后，可針對(duì)具體情況進(jìn)行綠化種植。先以草灌植物為主，然后再種喬木樹種，一般選擇抗旱、耐鹽堿、耐瘠薄的樹種。對(duì)表層已風(fēng)化成土的煤矸石復(fù)墾后，不需復(fù)土，可直接進(jìn)行植樹造林或開墾為農(nóng)田。但在種植農(nóng)作物前必須查明矸石中的有害元素含量。

2煤矸石作工程填筑材料的技術(shù)要求

煤矸石作填筑材料主要是指充填溝谷、采煤塌陷區(qū)等低洼區(qū)的建筑工程用地，或用于填筑鐵路、公路路基等，或用于回填煤礦采空區(qū)及廢棄礦井。

煤矸石工程填筑是以獲得高的充填密實(shí)度，使煤矸石地基有效高的承載力，并有足夠的穩(wěn)定性。要求煤矸石是砂巖、石灰?guī)r或未經(jīng)風(fēng)化的新矸石，施工通常采用分層填筑法，邊回填、邊壓實(shí)，并按照《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)施工規(guī)范》對(duì)填筑工程進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。

煤矸石用于礦井回填，通常采用水力和風(fēng)力充填兩種方法。水力充填（也稱水沙充填）是利用煤矸石進(jìn)行礦井回填的常用方法。如果煤矸石的巖石組成以砂巖和石灰?guī)r為主，在進(jìn)行回填時(shí)，需加入適量的粘土、粉煤灰或水泥等膠結(jié)材料，以增加充填料的粘結(jié)性和惰性；當(dāng)煤矸石的巖石組成以泥巖和炭質(zhì)泥巖為主時(shí)，則需加入適量的砂子，以增加充填料的骨架結(jié)構(gòu)和惰性。水力充填所需用的水，可采用廢礦井中或采煤過程中排出的廢水。填先后固液分離滲出的水還可以復(fù)用。

在“三下采煤”、煤柱回采時(shí)均可采用煤矸石回填技術(shù)。

五、回收有益礦產(chǎn)及制取化工產(chǎn)品

1從煤矸石中回收硫鐵礦的技術(shù)要求

對(duì)于含硫量大于6％的煤矸石（尤其是洗矸），如果其中的硫是以黃鐵礦的形式存在，且呈結(jié)核狀或團(tuán)塊狀，則可采用洗選的方法回收其中的硫精礦。粗選設(shè)備主要是跳汰機(jī)、旋流器等，精選設(shè)備有淘汰盤、搖床等。選出硫精礦后的尾礦可用作制磚和水泥的原料。對(duì)于煤矸石中的大塊硫鐵礦石，也可采用手揀回收。對(duì)于煤矸石中含硫量較高的礦區(qū)，在開采煤炭時(shí)，應(yīng)在可能的條件下，將高硫煤矸石與煤及其他矸石進(jìn)行分采、分運(yùn)、分貯。

2制取鋁鹽的技術(shù)要求

利用煤矸石中含有的大量煤系高嶺巖，可制取氯化鋁。聚合氯化鋁、氫氧化鋁及硫酸鋁。對(duì)煤矸石原料的一般要求是：高嶺石含量在80％以上，二氧化硅在30～50％，三氧化二鋁在25％以上，鋁硅比大于068，三氧化二鋁浸出率大于75％，三氧化二鐵小于15％、氧化鈣及氧化鎂的含量均小于05％。應(yīng)創(chuàng)造條件對(duì)這類煤系高嶺巖與煤層進(jìn)行分采、分運(yùn)，或從煤矸石中分選出來。

生產(chǎn)鋁鹽的工藝有酸溶-鹽基度調(diào)整法、酸溶-結(jié)晶氯化鋁法，綜合利用后可制得聚合氯化鋁、氯化鋁、氫氧化鋁以及副產(chǎn)品白炭黑、水玻璃等。

利用上述工藝中的酸渣（其主要成分是二氧化硅）與氫氧化鈉反應(yīng)即可生產(chǎn)水玻璃。以水玻璃和鹽酸等無機(jī)酸為原料，采用沉淀法，在一定溫度下完全反應(yīng)即可制得白炭黑。白炭黑主要用作工業(yè)填料。

六、煤矸石生產(chǎn)農(nóng)肥或改良土壤

1煤矸石制微生物肥料的技術(shù)要求

以煤矸石和廉價(jià)的磷礦粉為原料基質(zhì)，外加添加劑等，可制成煤矸石微生物肥料，這種肥料可作為主施肥應(yīng)用于種植業(yè)。作為微生物肥料載體的煤矸石，其要求是：灰分≤85％，水分＜2％，全汞3≤毫克/千克，全砷≤30毫克/千克，全鉛≤100毫克／千克，全鎘≤3毫克／千克，全鉻≤150毫克/千克；煤矸石中的有機(jī)質(zhì)含量越高越好，磷礦粉的全磷含量應(yīng)＞25%。

2煤矸石制備有機(jī)復(fù)合肥料的技術(shù)要求

有機(jī)質(zhì)含量在20％以上、PH值在6左右（微酸性）的碳質(zhì)泥巖或粉砂巖，經(jīng)粉碎并磨細(xì)后，按一定比例與過磷酸鈣混合，同時(shí)加入適量添加劑，攪拌均勻并加入適量水，經(jīng)充分反應(yīng)活化并堆漚后，即成為一種新型實(shí)用肥料。這種肥料中氮、磷、鉀元素含量不高，但有機(jī)質(zhì)和微量元素硼、鋅、鈷、錳等含量豐富，大量的磷酸鹽、銨鹽被煤矸石保持在分子吸附狀態(tài)，營(yíng)養(yǎng)元素更易被農(nóng)作物吸收，在2～3年內(nèi)均有一定的肥效。

3利用煤矸石改良土壤的技術(shù)要求

利用煤矸石的酸堿性及其中含有的多種微量元素和營(yíng)養(yǎng)成分，可將其用于改良土壤，調(diào)節(jié)土壤的酸堿度和疏松度，并可增加土壤的肥效。具體實(shí)施時(shí)，要查明土壤的化學(xué)成分和性質(zhì)，并在其中摻入一些有機(jī)肥料。在未制定污染控制標(biāo)準(zhǔn)前，應(yīng)參照GB8193－89標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求執(zhí)行。

七、煤矸石其他利用途徑

1生產(chǎn)鑄造型砂的技術(shù)要求

高嶺石含量在40%以上的泥質(zhì)巖石類煤矸石可作為生產(chǎn)鑄造型砂的原料。煅燒是生產(chǎn)鑄造型砂的技術(shù)關(guān)鍵。煅燒窯爐常采用立窯或倒焰窯。泥巖類煤矸石主要從泥巖含量相對(duì)較多的洗煤矸石、煤巷矸石和手選矸石中采用人工手揀的方法獲得。

2冶煉硅鋁鐵合金的技術(shù)要求

對(duì)于三氧化二鐵含量較高的煤矸石，可采用直流礦熱爐冶煉硅鋁鐵合金。所用煤矸石的化學(xué)成分：二氧化硅在20～35％，三氧化二鋁在35～55％，三氧化二鐵在15～30％。入爐粒度在20～60毫米。為綜合利用降低電耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，煤矸石和鋁礬土應(yīng)以熟料的粉料與煙煤粉制成球團(tuán)后再入爐冶煉。硅鋁鐵合金在煉鋼生產(chǎn)中主要用作脫氧劑。 煤矸石綜合利用目前就這么多，企業(yè)在處理煤矸石的時(shí)候希望能夠讓資源充分發(fā)揮其功效，資源最大化利用。