煤炭固体废弃物之欧阳治创编.docx

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煤炭固体废弃物之欧阳治创编

煤炭固体废物的资源化利用

时间2021.03.10

创作：

欧阳治

摘要：

本文在分析煤炭固体废弃物来源、分类的基础上，指出了煤炭固体废物的危害，介绍

了煤矸石、粉煤灰资源化利用的途径。

关键词：

煤炭固体废弃物；煤矸石；粉煤灰；资源化

2005年，新疆能源消费总量5506.49万吨标准煤，比上年增长15.08％，万元GDP能耗2.11吨标准煤，全国万元GDP能耗为l.22吨，新疆在全国排第七位；工业消费能源3440.83万吨标准煤，占总能源消耗总量的42.1％，但工业增加值仅占全区生产总值的36.9％，万元工业增加值能耗3.0吨标准煤，全国万元工业增加值能耗2.59吨标准煤，高出全国15.9％。

从能源终端消费看，煤炭终端消费量1637.43万吨标准煤，占新疆能源终端消费总量的45.1％，煤炭人均能源消费量占80％，高出全国平均的4.1倍；天然气、煤气和石油液化气等清洁能源的消费量为697.92万吨标准煤，仅占新疆能源终端消赞总量的19.2％。

如此高耗煤的情况下，煤炭固体废物随之大量产生。

1煤炭固体废物

煤炭固体废弃物是指煤炭在生产、加工和消费过程中产生的不再需要或暂时没有利用价值而被遗弃的固态或半固态物质。

煤炭固体废弃物具有排放量大、分布广、呆滞性大、面广、持续时间长的特点。

这些主要体现在煤炭固体废弃物生产方式和存储方式两个方面。

煤炭固体废弃物在整个生产过程中是连续产生的[1]。

2煤炭固体废物是来源及分类

在煤炭固体废物中，煤炭工业的煤矸石和燃煤电厂的煤灰渣是排放量最大最集中的固体废物。

煤炭固体废物主要有煤矸石、露天矿剥离物、煤泥、粉煤灰等。

2.1煤矸石

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石[2]。

包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。

就其来源可分为：

煤矿建井时期排出的煤矸石、煤采出过程中排出的煤矸石、原煤洗选过程中排放出的煤矸石。

它们或来自所采煤层的顶板、底板与夹层，或来自运输大巷、主井、副井和风井所凿穿的岩层，在我国煤矸石大部分自然堆积贮存，堆放于农田、山沟、坡地，且多位于煤矿工业广场附近。

受地形限制堆积形状复杂，多近似呈圆锥体，堆积高度从几十米至几百米，俗称矸石山或矸石堆。

2.2露天矿剥离物

露天矿剥离物是指煤炭露天开采时，为揭露所采煤层而剥离覆盖在煤层之上的表土、掩饰和不可采矿体的总称。

覆盖岩石一般包括粘土泥质岩、砂岩及石灰岩，其中主要是泥质岩。

剥离物的排放量与露天矿所处的地理位置、剥离深度有关。

2.3煤泥

煤泥泛指煤粉含水形成的半固体物,是煤炭生产过程中的一种产品,根据品种的不同和形成机理的不同,其性质差别非常大,可利用性也有较大差别，其种类众多，主要有炼焦煤选煤厂的浮选尾煤、煤水混合物产出的煤泥、矿井排水夹带的煤泥、矸石山浇水冲刷下来的煤泥

煤泥的主要特点：

（1）粒度细、微粒含量多。

（2）持水性强，水分含量高。

经圆盘真空过滤机脱水的煤泥含水一般在30%以上；折带式过滤机脱水的煤泥含水在26%～29%;压滤机脱水的煤泥含水在20%～24%.

（3）灰分含量高，发热量较低。

（4）黏性较大。

由于煤泥中一般含有较多的黏土类矿物，加之水分含量较高，所以大多数煤泥黏性大，有的还具有一定的流动性。

由于这些特性，导致了煤泥的堆放、贮存和运输都比较困难。

尤其在堆存时，其形态极不稳定，遇水即流失，风干即飞扬。

结果不但浪费了宝贵的煤炭资源，而且造成了严重的环境污染，有时甚至制约了洗煤厂的正常生产，成为选煤厂一个较为棘手的问题。

2.4粉煤灰和灰渣

粉煤灰和煤灰渣都是燃烧产生的废渣，粉煤灰大都是热电厂燃烧煤粉所产生的粉状废渣，而煤灰渣是生产、生活上燃烧煤生成的块状废渣[3]。

   粉煤灰和煤灰渣的主要成分为硅、铝、铁，含有较丰富的磷和钾，一般含全磷0.1%，全钾1%～4%，含氮很低，同时还含有硼等微量元素，其机械组成大约相当于粉砂壤土。

因此，在农业上可将它们用作肥料和改良土壤。

粉煤灰可能含有砷、汞及其它重金属等，含量超过环保要求指标的粉煤灰、煤灰渣不能用作肥料，水溶性硼含量超过3～4毫克/千克的也要减量使用。

3煤炭固体废物的危害

煤炭固体废物如果处置不当，对环境的危害很大，其危害归纳起来主要有以下几点：

（1）侵占大量土地，污染土壤。

煤炭、电力工业要大力发展，排放的煤矸石和煤灰渣会越来越多，压占的土地也必定会越战越多，如不采取适当措施，便会造成污染。

其中的各种物质，会随雨水沥滤进入土壤，从而使土壤被重金属元素污染，导致土壤结构改变；而且，这种污染会随流水扩散，从而使被污染的土壤面积扩大。

（2）严重污染空气。

煤矸石在自燃过程中释放二氧化碳、SOx和NOx，在粉煤炭及尾矿堆放场，如遇四级以上大风，灰尘可飞扬20～50米，其表面可剥离1～1.5厘米，造成空气污染[4]。

（3）严重污染水体。

煤炭固体废弃物随大气降水和地表径流进入河、湖等水体，或落入地表水体使地表水体受到污染；或直接排入江、河、海、湖，造成更大的地表水体污染；或淋溶水渗入土壤，进入地下水体，污染水体和地下水环境。

4煤炭固体废物的资源化技术

4.1煤矸石的资源化技术

4.1.1煤矸石发电

煤矸石的主要特点是灰分高，发热量低，是一种低热值燃料，可以充分利用其热值进行发电和采暖供热，化害为利，提高资源利用率，缓解能源紧张局面，具有相当的经济效益与社会效益[5]。

煤矸石燃烧后生成的灰渣，化学活性提高，亦可作为建材、化工及农业原料加以利用。

4.1.2煤矸石制砖和水泥

利用与黏土成分相近的煤矸石烧制砖，可以做到烧砖不用或少用土，不用或少用煤，能够大量节约土地，减少对环境破坏。

煤矸石可以全部或部分代替黏土，作为生产普通水泥熟料的黏土原料或作为铝质校正原料，为生产水泥提供所需的硅、铝成分，同时煤矸石能释放一定热量，代替部分优质燃料。

4.1.3煤矸石生产复合肥料

煤矸石中N、P、K元素含量不高，但有机质和微量营养元素B、Zn、Co、Mo、Mn等含量丰富，且有较大的吸收容量，不但使农作物增产，而且还能使农作物的品质有所改善。

煤矸石复合微生物肥料具有克服施用化肥导致的环境污染、肥效不长、农作物品质下降等功效，具有无毒、无害、无污染、广谱、优质、高效等优点。

4.1.4煤矸石工业填料

在橡胶、塑料建筑用防水涂料等有机物高分子化合物工业制品中，为了降低生产成本，改变产品性能，往往添加一些填料，如轻钙、碳黑等。

但物美价廉者不多，利用煤矸石生产的SAC硅铝新型填料弥补了这一不足，具有资源丰富、成本低廉、补强效果好等优点。

煤矸石除了上述用途外，还有很多用途，如作沟谷、采煤塌陷区等低洼区的填筑材料；采用洗选的方法回收其中的精矿，可用作化工产品的原料、人行道地砖、下水管道等建筑材料、硅酸铝耐火纤维系列产品的原料等。

4.2粉煤灰的资源化技术

4．2.1粉煤灰在水泥及混凝土中的应用

利用粉煤灰生产水泥，在国内外都是粉煤灰综合利用的一种主要途径。

粉煤灰是一种烧黏既可以代替部分黏土作为烧制水泥的原料，又可以作为水泥的混合材。

利用粉煤灰还可以生产一些特种水泥：

快硬水泥、大坝水泥、无熟料水泥等。

由于粉煤灰具有较低的需水量比、质量均匀、火山灰活性等特点，能与碱性物质发生“凝硬反应”，生成水泥质水化胶凝物质。

因此，用作混凝土掺料时，其减水效果显著，能有效改善混凝土抗硫酸盐侵蚀及碱集料反应等耐久性能，提高抗渗和抗蚀力，同时具有减少早期和后期干缩、干燥收缩率等功效。

4.2.2粉煤灰生产建材制品

粉煤灰的化学成分和细度基本上都接近于烧结普通砖的工艺要求。

生产烧结粉煤灰砖时，宜采用塑性较好的黏土，因为黏土的塑性指数越大，粉煤灰可掺人越多。

粉煤灰细度也影响混合料的塑性，细度越细，制成的砖的质量越好，粉煤灰掺入量可以增加。

以粉煤灰、石灰、石膏和各种轻重集料（有时也掺加外加剂）等为原料，经过计量配料、加水搅拌、振动成型、蒸气养护而制成的一种密实砌块，称为粉煤灰硅酸盐砌块。

其强度主要来源于粉煤灰、石灰和石膏组成的胶凝材料。

4.2.3用于道路工程

粉煤灰可代替部分传统筑路材料广泛在路面、基层、填筑路堤及结构回填等道路工程中大量使用，是直接利用的一种重要途径，用灰量占利用总量的20％[6]。

实践证明，粉煤灰用于道路施工，工艺简单，用灰量大，已普遍推广应用。

铺筑水泥路面，用粉煤灰替代部分水泥，不但能降低工程造价，且有利于降低混凝土初始坍落度，延长混凝土初凝时间，减少运输过程中的坍落度损失，降低水化热和混凝土湿度，有利于减少路面收缩裂缝，提高路面的抗压强度。

粉煤灰用于路面基层，粉煤灰的渗透系数比黏土的渗透系数大得多，可提高路面强度和稳定性。

4.2.4粉煤灰在农业中的应用

粉煤灰中的硅酸盐矿物和碳粒具有疏松多孔、比表面积大、能保水、透气好等特点，是土壤本身的硅酸盐类矿物所不具备的。

将粉煤灰施入土壤，可以明显地改善土壤结构。

降低容重、增加孔隙度、缩小膨胀率，能进一步改善空气和溶液在土壤内的扩散，调节土壤的温度和湿度，从而显著地改善黏质土壤的物理性质，促进土壤中微生物活性，有利于养分转化和保湿保墒，使水、肥、气、热趋向协调，为作物生长创造了良好的土壤环境。

粉煤灰中还有大量农作物所需的营养元素，如硅、钙、镁等，可用于制造各种复合肥，能起到用量少，增产效果好，价格便宜的作用。

4.2.5粉煤灰在环境保护方面的应用

粉煤灰具有较大的比表面积，利用粉煤灰的吸附性能，处理一些含有害物质的废弃物。

如可作为排烟脱硫剂；利用粉煤灰未燃尽炭的多孔性，可吸附地下水污泥中产生的氮、磷及有机物及工业废水中的磷酸盐、重铬酸钾和氟化物等。

为进一步提高粉煤灰的吸附性能，扩大粉煤灰在环保方面的利用渠道，国外开始利用粉煤灰合成沸石。

煤炭固体废弃物自身是固体废料，而不是完全的废物不对其认真进行适当的处理利用，就会造成资源浪费及环境污染，如果人们从资源化的角度来看待煤炭固体废弃物，对其进行综合利用，使煤炭固体废弃物的自身性能得到加强与改善，完全可以变废为宝，成为排固废单位的一种副产品这样，不仅会很好的减轻长期以来给社会与环境带来的沉重负担，还可以优化能源，节省资金，产生一定的经济效益。

所以，对煤炭固体废弃物进行综合治理的资源化处理是非常必要的。

参考文献

[1]邓寅生,邢学玲，徐奉章等.煤炭固体废弃物利用与处置[M].中国环境科学出版社,2008年8月.

[2]齐华锋.煤矸石资源化利用研究[J].沿海企业与科技,2008年第12期.

[3]高小建,马保国.煤矸石资源化利用的经济效益与环境影响分析中国矿业[J].,2005年5月第l4卷第5期.

[4]邓军.煤炭固体废弃物的资源化利用初步研究煤质技术[J].,2007年11月第6期.

[5]付建生,张军礼,付丹等.粉煤灰的利用[J].湖北造纸,2008年第1期.

[6]张浩,许荣华.粉煤灰资源化利用现状及其展望[J].山西能源与节能,2008年第2期.

时间2021.03.10

创作：

欧阳治