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煤矸石已累计堆存50亿t,怎么办?

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-01-03  来源:五六选煤  浏览次数:293

煤矸石是采煤和选煤过程中产生的工业固体废物。我国煤矸石已累计堆存50亿t以上,据统计仍以每年3.0~3.5亿t的速度不断上升,预计到2020年我国煤矸石每年排放量将会增至7.29亿t。煤矸石的主要矿物成分是硫化铁、氧化铝、伊利石、石灰石、高岭石、石英等。煤矸石的主要化学成分是Al2O3、Na2O、SiO2,另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、P2O5、SO3、MgO和微量稀有元素等,可见,煤矸石中的成分较为复杂,可以根据煤矸石的理化性质开展应用工作,当前看来,煤矸石的综合利用效率低,技术力量较落后。



一、煤矸石对环境的影响


煤矸石对环境造成的不良影响主要有:一是占地,煤矸石作为固体废物如不加以利用,长期堆存会占用大量土地。二是污染水,因为煤矸石中有As、Ag、Cr等重金属元素经雨水淋溶后,易造成土壤污染,水体污染。三是造成大气污染,长期暴露在空气中的煤矸石容易被风化而发生自燃,产生大量的SO2、CH4、HS、CO等有毒有害气体污染大气。


二、利用煤矸石的主要方法


用于回填煤矿采空区

煤矸石回填煤矿采空区,就是在采煤的过程中,为了减少煤矸石的排出量,可将其填充采空区,还可以减少地表下沉。将煤矸石填充塌陷区,这种方法可消耗大量的煤矸石,是至今最好的煤矸石处理方式之一。利用煤矸石回填煤矿采空区的技术成熟、耗资少、能解决大量煤矸石的堆积问题。


1、制砖


利用未自燃的煤矸石与粘结料是生产煤矸石砖主要应用方式,该方式可以利用煤矸石的热值,减少一部分原煤的消耗,起到节约环保的作用。煤矸石也可制路面免烧砖,制免烧砖最佳配比为水泥20%,煤矸石50%,砂子30%,另外加水量为前三者总质量的12%,设计外加剂量占煤矸石、泥、砂子质量和的4%,达到路面免烧砖优等品的标准。我国煤矸石制砖的设备和技术已经逐渐成熟,但产品型号少、整体质量不够高、生产技术和设备方面还需要创新,才能生产出多功能高质量、高强度的煤矸石砖。


2、制水泥


用煤矸制水泥熟料代替传统的黏土煅烧,因为煤矸石中含有较多微量元素,使煤矸石的熔点比黏土低,提前出现熟料烧成液相,硅酸二钙CaO与C2S在液相的作用下逐步溶解,煤矸石矿物较易与Ca2+扩散解聚的Si-O结构中解离出来的SiO44-和C2S反应,从而生成水泥的主要矿物成分硅酸三钙(C3S),因此在较低温度下也能够完成熟料烧结反应;而且煤矸石中的金属硫化物和金属氧化物发生氧化反应,可放出一部分热量,使得制水泥的能耗降低。当前,如何充分激发煤矸石的水泥化活性以提高其掺加量是国内外在研究煤矸石生产水泥方面的主要方向。


用于能源领域

1、制甲醇


利用HTCW技术高温热解气化20万t是内蒙古天时建环保科技有限责任公司煤矸石制甲醇的有效大量利用煤矸石的项目。主要建设内容为:处理现产及过去填埋堆放的煤矸石60万t/a。


2、发电


煤矸石在我国2013年等发电机组总装机容量为2800kw,煤矸石年利用量为1.4亿t,年发电量1600亿kwh。由于煤矸石中含有一定量的固定碳,具有大量的热值,可以减少部分燃料进行发电。煤矸石可以作为燃料,利用其自身所具有的热量,实现资源合理节约和可持续利用。尽管我国在煤矸石发电技术上取得了很大的进步,但是企业经济效益不高,有些处于亏损状态。煤矸石发电除了要投资高额的经济费用和尖端的科技技术,还面临着锅炉渣、锅炉灰和烟尘等环保压力。


用于造纸技术行业

将经过处理的煤矸石纤维用于造纸,可以大大提高复合纸的性能。研究表明,当软化改性纤维加填量为30%、软化纤维加填量为20%时,复合纸的性能与纯植物纤维纸张的标准一样。这种方法的优点是从煤矸石的化学成分出发,提高了煤矸石的利用途径,但是该方法利用量比较少,不能从根本上解决煤矸石大量堆积的问题。


用于制取工业原料

煤矸石所含的化学成分中,SiO2和Al2O3是含量最高的。因此,通过不同的提取方法可将其利用为生产硅铝材料。该方法也是煤矸石化工利用的主要途径之一,但仅限于煤矸石中Al2O3含量必须达到35%以上的煤矸石。生产氧化铝有硫酸法、烧结法、自行粉化法等方法;可用盐酸和硫酸法浸取煤矸石,制取氧化铝、聚合铝、水玻璃等。其中氧化铝和聚合铝用途最为广泛,均可以用作净水剂。结晶氧化铝可以作工业生产中的硬化剂和沉淀剂。聚合铝还可用作耐火材料的凝结剂和水泥速凝剂等。通过这种化学方法提高了煤矸石的综合利用率,减少废弃物的排放,是一种处理煤矸石较好的方法。


用于制作肥料改良土壤

煤矸石中含有非常多的矿物种类,含有Zn、Cu、Mo、Mn、B、Co等农作物生长所需的微量元素,可以将煤矸石中有用的微量元素通过研究新的方法将其提取出来生产微生物有机肥料。


通过物理和化学方法,将煤矸石有机质含量较高的磨成粉末后与过磷酸钙按照一定比例混合后,加入适量水,再加入活化添剂充分搅拌,从而形成有机肥料。煤矸石有机肥不仅可以增强土壤的通透性、疏松性,还有利于提高土壤肥力等作用。

王丽华等通过盆栽设计实验,把煤矸石磨碎,与自然风干的沙土和壤土,均过20目筛。盆栽实验都用规格相同的花盆,保持总重量不变的情况下,按壤土与沙土和煤矸石的比例进行实验测试,通过观察小白菜子叶出现所需天数和苗所需天数全出苗率株高等。从出苗情况、幼苗形态和幼苗生理指标等几个方面探讨了煤矸石作为有机肥料的可行性研究,还对于基质是壤土和沙土进行了对比分析,研究表明随着煤矸石添加量增多,壤土的出苗率比沙土高,当煤矸石与沙土的比例在1:2时,小白菜的生长情况及各项指标达到对煤矸石最大的综合利用。


用于化工材料领域

以盐酸改性煤矸石(简称HAG)为载体,采用溶胶-凝胶法制备改性煤矸石负载TiO2的光催化复合材料TiO2/ωHAG,以紫外灯为光源,以罗丹明B降解为废水降解模型考察复合材料的光催化活性,结果表明:改性煤矸石与TiO2之间生成了Ti-O-Si共价键,结合牢固。TiO2/45HAG与TiO2相比,其光催化活性和静态吸附性能分别提高了30%和4.1%。


秦建良等用酸洗的方法除去煤矸石中的杂质,将100g煤矸石预烧后加入84mL38%的盐酸。经过捏泥、陈腐、真空、练泥、挤出成型、干燥等操作流程,以3℃/min的升温,快速升到1050℃,恒温烧结2h,得到的试样主要成份为莫来石,其孔隙率达到42%,抗压强度可达到9.34MPa,完全达到陶瓷膜支撑体的要求,可将其作为多孔陶瓷膜支撑体材料使用。


其它应用

除了上述的方法还有:煤矸石制备4A分子筛、煤矸石制备聚合氯化铝、煤矸石制备白炭黑等利用方法。


三、目前煤矸石综合利用存在的问题


一是目前国内的煤矸石综合利用水平还落后于国际水平,存在着许多缺陷,且会产生大量的废液、废渣,在这方面还有待提高。


二是煤矸石的利用投入成本比较高,产业链短,形成产品少,经济效益差。


三是管理体制落后,环保意识不够强,投资力度不够等问题。


由以上原因导致煤矸石不能很好地实现经济、社会、环境效益,从而阻碍了煤矸石的综合利用发展。


四、煤矸石的利用发展前景


虽然煤矸石污染环境,占用土地,但它也是一种能源。近年来,我国煤矸石资源的开发利用研究已经取得了一定进展。在工业、农业、能源中都有着广阔的前景。只要改进现有的技术,加大开发煤矸石高效利用技术的研发,实现煤矸石的高附加值利用,不仅能够变废为宝,节能减排,还可以提高企业经济效益。所以,煤矸石的利用将向污染小、经济效益好、综合利用率高的方向发展。


(编辑:安安)

 
 
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