土地與復(fù)墾第六章煤矸石資源化利用及技術(shù)

第一節(jié)第一節(jié) 矸石中含有C、H、O、N、S等。C、H是有機(jī)質(zhì)組成中的重要成份，也是燃燒時(shí)產(chǎn)生熱量的最重要的元素。矸石中的S分為有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫兩部分。有機(jī)硫是成煤植物帶來(lái)的硫，分布均勻，較難分離出；無(wú)機(jī)硫主要以硫化物(FeS2)或硫酸鹽(CaO432O、FeSO442)的形式存在。①按煤矸石來(lái)源可劃分為：掘進(jìn)矸石和洗選矸石兩大類。洗選矸石一般是由工作面采出的夾矸以及小量的頂?shù)装鍘r黑矸。②按煤矸石自燃性質(zhì)劃分為：可燃煤矸石和不可燃煤矸石，煤矸石綜合利 累計(jì)堆積量矸石量約多億t，占地5萬(wàn)以上；今后每年排放量達(dá)1.5～2億t，占地約較大規(guī)模矸石山約有1600多座是我國(guó)目前年排放量和累計(jì)存量最大的工業(yè)廢物，被視為固、氣、液三害俱全的“工業(yè)廢料”。煤矸石的利用方式主要有以下幾方面用 供熱或者發(fā)可以制磚、瓦、水泥等以代替部分粘土塌陷地或者廢礦場(chǎng)復(fù)墾充填材料；公路路基；井下護(hù)巷材料等。煤矸石中含有硫、鋁、鐵、鋇等50多種元素，富集量達(dá)到具有工業(yè)利用價(jià)值時(shí)可以提取利用?；痄伾a(chǎn)農(nóng)用肥和改良生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合肥料煤矸石含有豐富的植物生長(zhǎng)所必須的微量元素。選用含有機(jī)質(zhì)較高的煤矸石經(jīng)后，按一定比例與過(guò)磷酸鈣混合，同時(shí)加入適在2-3年內(nèi)均有肥效有明顯的增產(chǎn)效果。與施用其它化肥相比，施用小麥,每畝恩施市利用天然 肥初試成生產(chǎn)微生物肥料煤矸石有機(jī)物，改良土壤利用煤矸石的酸堿性及其中

目前，煤矸石的綜合利用（如發(fā)電、燒磚、提煉硫精礦和其它化工產(chǎn)品等)比例仍然較小，約占當(dāng)年排放量的左右；另外,用作筑路、礦井和沉陷區(qū)充填、復(fù)墾造田等，約占當(dāng)年排放量的30％左右，仍有大量矸石山?jīng)]有或不能充分利用，也沒(méi)有進(jìn)行處理。由此，煤矸石山或者矸石場(chǎng)的復(fù)墾工作顯得尤為重要。煤矸石山復(fù)墾與綠化的必要性與防止或減輕環(huán)境污染、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)恢復(fù)土地資源提高企業(yè)形象和影響，社會(huì)效益顯著產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益 (三)矸石山的植被和生態(tài)系統(tǒng)，并運(yùn)用現(xiàn)代景觀設(shè)計(jì)，第二矸石山復(fù)墾綠化技術(shù)模二第三節(jié)煤矸石立地條件改煤矸石自燃及其防治11）黃鐵礦氧化學(xué)說(shuō)該學(xué)說(shuō)是Plt與Brzlius于7世紀(jì)提出并應(yīng)用于煤自燃發(fā)火機(jī)理的研究，后來(lái)該學(xué)說(shuō)廣泛應(yīng)用于煤矸石山自燃發(fā)火機(jī)理的研究，是目前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)同的矸石自燃理論煤矸石中的黃鐵礦(FS2)具有較強(qiáng)的還原性，在低溫下無(wú)論在干燥和潮濕的環(huán)境中均易與空氣中的氧氣發(fā)生一系列的氧化-還原反應(yīng)，并釋放出大量的熱量。如果矸石山環(huán)境散熱不良，放熱反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量不斷在煤矸石 積聚，促使煤矸石 溫度不斷升高，當(dāng)某一局部達(dá)到一定溫度后，可引起矸石中的煤和可燃物燃燒。 晶核理論與自由基作用學(xué)煤矸石中黃鐵礦晶核在采掘過(guò)程中由于外力的作用使其晶核破裂，因而形成了許多的活性面。該破損的晶核非常容易與空氣中的氧氣分子發(fā)生反應(yīng)，并釋放出大量的熱量。產(chǎn)生大量裂隙，必然造成煤分子鏈的斷裂。分子鏈斷裂的本質(zhì)就是鏈中共價(jià)鍵的斷裂，從而產(chǎn)生大量的自由基，從而為煤矸石中煤與空氣中氧氣反應(yīng)創(chuàng)造了條件。能，容易與空氣中的氧氣發(fā)生物理吸附和化學(xué)吸附，并釋放出熱量；而且由于采掘的原因煤矸石中的黃鐵礦晶核破裂以及煤分子鏈斷裂，因而形成了許多的活性面，在一定的蓄熱溫度下煤矸石中所混的煤在一定溫度下?lián)]發(fā)出一些易燃物質(zhì)，當(dāng)達(dá)到這些揮發(fā)分的燃點(diǎn)時(shí)則發(fā)生自燃。2矸石自燃特性分煤矸石要發(fā)生自燃，必須具備以下4個(gè)條件 323用灌漿膠結(jié)。4燃煤矸石的滅火措1）注漿法工藝過(guò)程為先將滅火材料(石灰漿)制成一定的滅火漿液，再在火區(qū)布置一系列鉆孔，用注漿泵將滅火漿液。優(yōu)點(diǎn)：是可使矸石迅速降溫，也有較好的隔氧效果。同時(shí)，若注漿材料中含有堿性物質(zhì)，還可以吸收部分矸石燃燒釋放出的S2氣體，有助于減輕自燃矸石山的污染程度，反應(yīng)中生成的亞硫酸鹽與硫酸鹽，還具有一定的隔氧作用，而且矸石山 環(huán)境從酸性變?yōu)閴A性抑制了硫桿菌類細(xì)菌的生長(zhǎng)，這樣也可大大減小黃鐵礦的氧化速率減小矸石發(fā)生自燃的可能性。 3）火源法或挖掘熄滅對(duì)大面積自燃，及設(shè)備難以進(jìn)入火區(qū)，挖除火源工作量大，并有一定性。因此該方法僅適用于矸石山4）封閉5）水分對(duì)矸石自燃的作用具有兩重性：可起到矸石和氧接觸，即起到隔作用，從而促使煤矸石氧化和自燃。同時(shí)注水形成水流通道，為氧氣的進(jìn)入提供了條件，由此又會(huì)新的矸石的自燃。所以，該方法只能作煤矸石廢棄地生態(tài)恢復(fù)與重建技1自然植被演替規(guī)律為地—一年生草本—多年生草本—灌叢—喬木植物在矸石 ，自然過(guò) 緩慢，因而人類可在此階段造地貌，加強(qiáng)干預(yù)，促進(jìn)植物著生具體步驟：改造地貌-促進(jìn)-改良基質(zhì)-促進(jìn)演替從地到一年生草本植 階段，從一年生草本它能克服矸石山立地條 貧瘠問(wèn)題，并能迅速為植物 該模式首先對(duì)矸石山進(jìn)行整形設(shè)計(jì)，機(jī)械碾壓，然后覆土造地植被重建客土復(fù)墾模式的優(yōu)點(diǎn)是快速，能很快實(shí)現(xiàn)植被恢復(fù)目的；缺點(diǎn)需要大量客上資源，工程量大，投資高，適宜大型矸石山的治綠化型配置模式該模式是煤矸石山復(fù)墾景觀配置的基本模式，的生態(tài)配置。風(fēng)景型配置模式矸石山治理效果的觀賞性包括煤矸石的風(fēng)景園林小品觀賞性和植被景觀的觀賞風(fēng)景園林小品要根據(jù)矸石山所處的環(huán)境特點(diǎn)，規(guī)劃設(shè)計(jì)符合礦環(huán)境和地方人文特點(diǎn)的設(shè)施和建筑山植被群落的樹(shù)種要具有不同的生態(tài)特性和物候特征，選擇能夠行合理配置，植物材料的選擇可以考慮植物的形體、葉色、花色這兩種配置模式的優(yōu)點(diǎn)也是快速，生態(tài)、社會(huì)效益好；缺點(diǎn)是要大量客上資源，工程量大，投資平頂山煤礦矸石山綠化 來(lái) 教授2煤矸石廢棄地立地條 矸石廢棄地的立地條件的本質(zhì)才能做到“適地適樹(shù)”或“適地適植2.1煤矸石山堆放一年后會(huì)產(chǎn)生風(fēng)化層，厚度可達(dá)10c存在，的煤矸石與外界隔絕，很難再進(jìn)一步風(fēng)化。煤矸石在風(fēng)化過(guò)程中會(huì)分解產(chǎn)生部分可溶鹽，與內(nèi)陸鹽漬土的鹽分組成和含量相似，可隨水移動(dòng)。2.2 2.3養(yǎng)分狀風(fēng)化矸石的營(yíng)養(yǎng)元素與的沉積年代、沉積環(huán)境、成因及地區(qū)的不同而存元素，而所含速效養(yǎng)分一般較貧乏2.3熱狀風(fēng)化矸石吸熱性主要取決于其顏色、濕度和地面有無(wú)覆蓋物的狀況；散熱性主要與其所含水份的蒸發(fā)、大氣相對(duì)濕度、輻射等有關(guān)。矸石風(fēng)化物為灰黑色，比淺色的黃土升溫快。夏季高溫時(shí)矸石地表面可達(dá)40～50℃，容易植物幼苗。水份越多，大氣相對(duì)濕度越低，蒸發(fā)2.3酸堿矸石風(fēng)化后pH值在7左右，呈中性。但酸堿性隨風(fēng)化程度、自燃產(chǎn)生的SO2、H2S等(可使pH減小)、灌溉和降水(可使酸度減小)等因素的煤矸石自然風(fēng)化后，硫化物氧化或在微生物作用下極易形成酸性物質(zhì)，從而使煤矸石山表面風(fēng)2.4 物質(zhì)等333.1煤矸石山整形技3.2煤矸石山的基質(zhì)改良技3.3煤矸石廢棄地的植物種類選擇的基本3.4煤矸石山綠化抗旱栽植技3.5栽植方法與技術(shù)要矸石山復(fù)墾的一般技煤矸石山的復(fù)墾，一般包括以下三個(gè)方面清除矸石山，矸石用于工業(yè)或修筑道路矸石山的完全清除是最佳的復(fù)墾方法，但花費(fèi)較用挖掘機(jī)對(duì)某礦清除過(guò)程中工作梯段的高度一般不超過(guò)4；挖掘°。平整矸石山，用于工業(yè)和民用建這一方法比較經(jīng)濟(jì)，將錐形的矸石山改造為扁平矸石山的階地化，用作綠不清除矸石山，在矸石山的坡面上建造階地，覆蓋土壤，栽種樹(shù)木。階地之間的坡面廣種多年生的草本植物。矸石山綠化可以改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，清潔大氣，并改變地區(qū)的面貌，這對(duì)于市區(qū)或靠近居民區(qū)的矸石山尤為重要。有4°～10°的傾斜，階地高度約為10～15m，傾微型階地等高植 來(lái) 教授對(duì)于放緩的、降低的廢石場(chǎng)進(jìn)行綠化時(shí)，需要把各種重物運(yùn)到高處，此時(shí)宜用螺旋狀階地，階地平臺(tái)縱向傾角大于6°，橫向傾角為4°～6°，用螺旋式階地植

來(lái) 教授王莊煤矸石山綠化1年（1991年6月（西側(cè)年6月 來(lái) 教授3.2煤矸石山的基質(zhì)改良技化學(xué)改良地 植,將嚴(yán)重影響微生物和植物長(zhǎng)。尤其是矸石山呈酸性時(shí)，酸性能提高重金屬離子的溶解度，從對(duì)于pH值不太低的酸性土壤可以通過(guò)施用石灰來(lái)調(diào)節(jié)酸性 此外，粉煤灰也可用來(lái)改變土壤酸性環(huán)境、質(zhì)地、增加土水量和土壤肥力對(duì)于重金屬含量過(guò)高的廢棄地可施用碳酸鈣或硫酸鈣來(lái)減輕金屬毒生物改良生物改良是利用 生境條件具有耐性的固氮植物、綠作物、固氮微生物、菌根真菌等改善礦區(qū)廢棄地的理化性質(zhì)++有機(jī)物的混合劑改善土壤的理化性質(zhì)和植物生長(zhǎng)條件方法。它能迅速熟化土壤，固定激素刺激植物根系發(fā)育，抑制有害微生物的活動(dòng)。3）客土 4）灌溉與施如果煤矸石山上存在的pH、鹽分或金屬含量過(guò)高，3.3地適植物大體可以通過(guò)兩條途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)：①選植物適地②3）3.4 水分蒸騰，防止苗干的干枯，保高造林的。對(duì)少面積和水分蒸騰量。3） (2)泥團(tuán)裹根把根部放進(jìn)塑料袋，裝上混有保水劑的 (3)土施土施后，為防止保水劑在陽(yáng)光下過(guò)早分解， 苗木因干旱造成生理缺水而。 6）為了保證局部客土能夠有效的保留，避免從塊石縫隙間滲流，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)人工補(bǔ)水和天然降雨的有效利用，客土回填前，在坑底及周邊采地膜鋪墊，起到蓄水減滲效果。由于采用的地膜相較薄，當(dāng)苗木成活，根系充分發(fā)育后，能夠扎破地膜，進(jìn)入 ，克服了7）444.14.14.1.24.2坡面植被恢復(fù)技4.2.1合的防護(hù)毯結(jié)合灌草進(jìn)行坡面載體層添加灌草、保水劑、營(yíng)1) 該技術(shù)施工簡(jiǎn)單，植被能夠定表土壤增加面粗度，解雨對(duì)坡面表土的沖刷；植被毯的纖層具保水墑的用，利于物種順利苗長(zhǎng)，提高了植被恢復(fù)的功率植被中加肥料保水等，為植物 苗 4.2.2植生袋技術(shù)是將選定的植物通過(guò)兩層木漿紙附著在可降解的纖維材料編織袋內(nèi)側(cè)，加工縫制成植生袋。施工時(shí)通過(guò)在植生袋內(nèi)裝入現(xiàn)場(chǎng)配置的可供植物生長(zhǎng)的土壤材料，碼放，結(jié)合后期的澆水、養(yǎng)護(hù)，起到攔擋防護(hù)、防止土壤侵蝕，同時(shí)恢復(fù)植被的一項(xiàng)工程技術(shù)。12)首先根據(jù)坡面的具體立地條件選配植物種。根據(jù)坡體的穩(wěn)定程度、坡度、坡長(zhǎng)來(lái)確定碼放方式和碼放高度；根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)土壤狀況，合利用；碼放中要做到錯(cuò)茬碼放，且坡度越大，上下層植被袋疊壓防止變形、滑塌。鋪設(shè)前將作業(yè)面澆足澆透水，施工后立即噴水，保持坡面濕潤(rùn)發(fā)芽； 基本發(fā)芽后，對(duì)未出苗部分，采用打孔、點(diǎn)播的方式及時(shí)補(bǔ)播；植被覆蓋保護(hù)形成后的2-年內(nèi)，注意對(duì)灌草植被組成的人工調(diào)控，以利于目標(biāo)群落的形成。4.2.31）技術(shù)特點(diǎn)及適用范①根據(jù)立地條件，對(duì)進(jìn)行邊坡整理，并確定最終坡度；②對(duì)坡面進(jìn)行適度平整，保證灌漿作業(yè)的正常實(shí)施；③在坡腳設(shè)置圍堰擋措施，避免下滲泥漿溢流；④根據(jù)立地條件和恢復(fù)目標(biāo)，科學(xué)選定植物品種，并合理搭配；⑤工程用土，應(yīng)就地取材；同時(shí)據(jù)可利用土壤的特性，調(diào)整保水劑、黏合劑的用量；⑥施工中意基材中水的比例不宜過(guò)大，否則可能引起坡面滑塌；⑦根據(jù)被恢復(fù)需要，合理設(shè)計(jì)、控制灌漿深度，一般要求基本滿足30-50c；⑧灌漿實(shí)施后，表層采用無(wú)紡布或植被毯覆蓋，有利于蓄水保墑，促進(jìn) 出苗生長(zhǎng)。灌漿成型穩(wěn)定后，在泥漿未干前應(yīng)進(jìn)行適度水分補(bǔ)充，保證苗木成活對(duì)水分的需求。但應(yīng)避免澆大水，以免影響坡面穩(wěn)定。施工結(jié)束后的第一個(gè)雨季，注意觀