淺談煤矸石資源化利用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

淺談煤矸石資源化利用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：本文針對煤矸石資源化利用國內(nèi)外現(xiàn)狀，從煤矸石作為建筑材料的原材料，回收其中的殘?zhí)?，火力發(fā)電，生產(chǎn)化工原料等分析了資源化利用的技術(shù)和方法，對煤矸石資源化利用的前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：煤矸石;資源化利用

1.引言

煤矸石是煤炭開采和洗選過程中排出的固體廢棄物，是成煤過程中同煤層伴生的煤質(zhì)沉積巖類礦物質(zhì)，是世界也是我國排放量最大的工業(yè)廢棄物之一[1]。我國資源“富煤、貧油、少氣”，能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主，產(chǎn)生了大量的煤矸石，成為我國最主要的固體廢物來源之一。大量煤矸石的產(chǎn)生以及堆存產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境問題，不僅會占用大量的土地資源，而且極易產(chǎn)生粉塵，造成爆炸或者自燃。也會對周邊人們的活動以及身體健康帶來極大的危害，威脅到人們的生命安全。所以對煤矸石進(jìn)行資源化利用勢在必行，這是處理煤矸石的有效途徑，對環(huán)境保護(hù)，綠色開采加工有著重要意義。

2.煤矸石資源化利用國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

我國20世紀(jì)50年代開始即開展煤研石綜合利用方面的研究，但利用率一直都不高。在20世紀(jì)50年代至80年代主要用于制磚利用率不到2%;20世紀(jì)80年代中期至90年代中期，除了用于制磚還開始用于發(fā)電、鋪路和回填，但利用率仍然很低。90年代以來煤研石綜合利用雖取得了明顯成效但也還存在不少突出問題[2]。煤矸石利用率較低，而且難以形成產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)降纳a(chǎn)模式。

相較于國內(nèi)來說，國外對煤矸石的綜合利用早，技術(shù)較為先進(jìn)。早在70年代初，德國，法國等的煤矸石利用率會已經(jīng)達(dá)到30%～50%。其中一些國家部分礦區(qū)的煤矸石利用率高至100%。此外，英國將熱電轉(zhuǎn)換引入到過程集成節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)研究，其他產(chǎn)煤大國也有很多技術(shù)人員對這一領(lǐng)域進(jìn)行研究，并開展專項(xiàng)研究工作。

3.煤矸石資源化利用

以煤矸石作為主要原料制備工業(yè)原料，這不僅符合我國大力提倡廢物資源化利用的政策，而且與其它資源化途徑相比，它具有更高經(jīng)濟(jì)效益和研究價(jià)值[3]。根據(jù)煤矸石熱值的不同進(jìn)行二次利用，主要方式有：回收煤炭資源、作為燃料燃燒、提取及制備化工原料、回填礦坑等。

3.1回收能源

3.1.1煤矸石進(jìn)行發(fā)電

對于含碳量較高的煤矸石資源，可以把其作為流化床鍋爐的燃料進(jìn)行利用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國在20世紀(jì)90年代已經(jīng)掌握了相應(yīng)的消煙除塵技術(shù)，這也為煤矸石資源發(fā)電的實(shí)現(xiàn)提供了保障。隨著對利用煤矸石資源發(fā)電技術(shù)研究的深入，利用煤矸資源進(jìn)行發(fā)電已經(jīng)成為我國煤矸石再生利用的主要途徑[4]。煤矸石發(fā)電工藝相對簡單，技術(shù)要求較低。在發(fā)電過程中，可將煤矸石與其他火力發(fā)電所用的劣質(zhì)煤進(jìn)行一定比例的摻配，進(jìn)行分級處理，末煤可送入流化床鍋爐中進(jìn)行燃燒，帶動蒸汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。對于煤矸石燃后產(chǎn)生的煙氣可以通過消煙除塵技術(shù)進(jìn)行處理，對于燃燒后的殘?jiān)?，由于其具有較好的理化性能，可以應(yīng)用于建材，化工原料等各方面。從而在煤矸石進(jìn)行火力發(fā)電后不僅解決煤矸石帶來的環(huán)境污染問題，而且促進(jìn)了資源的有效利用，達(dá)到了煤矸石資源化利用的目的。但煤矸石資源發(fā)電任存在一些技術(shù)問題，難以走進(jìn)千家萬戶。

3.1.2煤矸石中煤炭資源的回收

含煤15%以上的煤矸石，可以發(fā)電、煉鐵、燒鍋爐、燒石灰等?；厥彰喉肥械拿禾抠Y源，是煤矸石能源利用和其他資源化再生利用必需的預(yù)處理工作。目前，回收煤炭的洗選工藝主要有水力旋流器分選和重介質(zhì)分選。對煤矸石中的煤炭資源進(jìn)行洗選回收，可有效的回收大量煤炭資源，對提高企業(yè)效益和節(jié)約資源有著重要作用，選后的矸石可用于回填，鋪路等。

3.2生產(chǎn)建筑材料

3.2.1煤矸石制磚

燒制紅磚，需要消耗大量的粘土，使得大量的耕地遭到破壞，這種損耗資源的方式是不可取的。煤矸石中的成分與粘土的成分十分相似，且量大、價(jià)格便宜，所以煤矸石可代替一部分的黏土，用煤矸石生產(chǎn)的砌塊中，煤矸石占坯料總重的80%～100%。用煤矸石制造出的建筑砌塊的性能比普通粘土磚更優(yōu)越，如強(qiáng)度更高，耐腐蝕性更強(qiáng)，且干燥快，收縮率低[3]。同時(shí)煤矸石中殘余的煤炭還可用作燒磚的內(nèi)燃料，提供燒磚時(shí)的熱量。

3.2.2生產(chǎn)水泥

煤矸石組成中有大量的硅酸鹽，用煤矸石生產(chǎn)水泥也是一種常見的煤矸石資源化利用途徑。在以前，由于存在一些技術(shù)問題，以煤矸石為原料生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥，生產(chǎn)的水泥強(qiáng)度相對較低，煤矸石的利用率也較低。后期，隨著工藝的改進(jìn)，逐漸解決了上述問題，不僅強(qiáng)度得到顯著增強(qiáng)，利用率也極大的提高。例如，425R、525R型普通水泥，可通過添加特種高溫活化劑，能使標(biāo)號達(dá)到640以上，早后期強(qiáng)度高。而煤矸石經(jīng)過燃燒后，生成的殘?jiān)幸欢ǖ幕钚?，磨碎后可直接用作為水泥填充料?/p>

3.3生產(chǎn)化工原料

3.3.1制取鋁系產(chǎn)品

煤矸石一般含有較多氧化鋁，首先可提取氧化鋁，接著制鋁，其次是制備Al（OH）3、Al2O3、AlCl3等鋁鹽?；罨喉肥芍迫′X礬土和硫酸產(chǎn)品，再根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整鋁鹽及工序，然后進(jìn)行不同鋁鹽制備或者直接提鋁。將氫氧化鋁磨到超細(xì)氫氧化鋁，可在化妝品，紙張?zhí)盍现羞M(jìn)行廣泛應(yīng)用。三氧化二鋁則可以用作分析試劑、有機(jī)溶液脫水劑等。不但可以使得煤矸石資源化利用，還可以節(jié)省鋁資源。

3.3.2制取石油催化劑

利用煤矸石制備分子篩，煤矸石中主體化學(xué)成分氧化硅、氧化鋁和碳都能得到利用。先由煤矸石結(jié)合一定化學(xué)試劑制得導(dǎo)向劑，再生成分子篩，而且制得的材料同時(shí)具有微孔和中孔的結(jié)構(gòu)特征，具備親水和親油吸附特征。利用煤矸石制備分子篩也可用于凈水行業(yè)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，更重要的是用于石油行業(yè)做石油催化劑[5]。有效的降低石油催化劑的價(jià)格，對企業(yè)效益和節(jié)能減排有重要作用。

3.4其他應(yīng)用

由于我國礦產(chǎn)資源的豐富，所以煤矸石中也含有較多的元素，可以將其提取或加工利用?？梢杂锰崛∑渲械南∮性?，來達(dá)到回收和節(jié)約稀有礦產(chǎn)資源的目的，還可以來生產(chǎn)一些吸附材料、，煤矸石中的高嶺土可以制造紙涂料、對于含鐵較高的煤矸石，可以通過分選的辦法來回收硫化鐵，作為制造硫酸的原料，回填采空區(qū)等。

4.結(jié)論與展望

煤矸石的資源化利用不僅關(guān)系著企業(yè)效益的問題，更嚴(yán)重的是隨之帶來的環(huán)境問題。煤矸石的綜合資源化利用必然是解決煤矸石問題的主要手段。但在煤矸石資源化利用仍存在一些問題：

（1）沒有在煤矸石資源化利用方面系統(tǒng)的研究，使得煤矸石的資源化利用存在一些技術(shù)問題，一些高技術(shù)難以廣泛推廣。

（2）國到家政策扶持較少，一些矸石電廠由于規(guī)模較小，投資較少，難以達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，