摘要: 煤矸石是煤炭生产和洗煤过程中伴生的一种固体废弃物。废弃的煤矸石不仅污染水质, 自燃后生成有害气体, 污染空气。大量堆积的煤矸石侵占了越来越多的耕地, 构成了对生态和环境的双重破坏。煤矸石又是一种可以开发和利用的再生资源, 不仅可解决煤矸石占用土地、污染环境的问题, 而且还可以节省大量天然资源。
关键词: 煤矸石; 环保; 再生资源
中图分类号: X752 文献标识码: A 文章编号: 1008- 9500( 2007) 03- 0015- 02
早在20 世纪50 年代中期, 我国就对煤矸石进行了研究利用, 现在煤矸石主要用于发电, 制砖( 实心矸石砖、多孔承重矸石砖、空心矸石砖等) , 生产空心砌块, 代替粘土生产水泥, 用作水泥混合材料, 提取化工产品, 回填矿井采空区, 制造瓷质砖, 代替粘土或碎石作道路基材等。
1 煤矸石的化学成分指标
根据不同地质时代, 不同地层层位, 不同矿区,不同开采方式排放出的各类煤矸石的化学成分也是不同的。
1.1 含碳质粘土岩类煤矸石
其化学成分是: SiO2(24%～56%) , Al2O3(14%～34%) ,Fe2O3 ( 1%～7%) , CaO( 0.5%～9%) , MgO( 0.5%～6%) ,K2O( 0.3%～3%) , Na2O( 0.2%～2%) , TiO2( 0.4%～1%) ,岩石具有中硅、高铝特点。
1.2 砂岩、粉砂岩类煤矸石
其化学成分是: SiO2( 53%～88%) , Al2O3( 0.4%～20%) , Fe2O3( 0.4%～4%) , CaO( 0.3%～1%) ,MgO( 0.2%～1.2%) , K2O( 0.1%～5%) , Na2O( 0.1%～1%) , TiO2( 0.1%～0.6%) , 岩石具有高硅特点。
1.3 钙质岩石煤矸石
其化学成分是: SiO2(30%～40%) , Al2O3(3%～10%) ,Fe2O3( 10%～15%) , CaO( 10%～45%) , MgO( 1%～4%) ,岩石以中低硅、高钙为其特点。
1.4 富铝质煤矸石
其化学成分是: SiO2 ( 42%～54%) , Al2O3 ( 37%～44%) , Fe2O3(0.2%～0.5%) , CaO(0.1%～0.7%) ,MgO(0.1%～0.5%) , K2O( 0.1%～0.9%) , Na2O( 0.1%～0.9%) , TiO2( 0.1%～1.4%) , 岩石具有高铝、中高硅、低铁、低钾、低钠、低钙镁特点。
煤矸石的化学指标与岩石的类型和矿物组成有关, 充分了解煤矸石的化学成分和各种类煤矸石的特点是合理研究和利用煤矸石的关键。
2 煤矸石的研究与应用
2.1 国外煤矸石的研究应用
煤矸石的利用最早始于发达的西方国家, 直到20 世纪60 年代后期,才真正引起各国的重视。
(1) 英国现有已经自燃的煤矸石约16 亿吨, 煤矸石山800 多个。目前每年的利用量约在600 万吨～700 万吨之间。其中主要用作公路路基和其他土建工程, 英国的春野露天矿与阿克顿海尔井工矿主要用煤矸石复耕, 多年来已得到广泛的利用。还用4:1 的比例把自燃煤矸石与铝土矿混合起来,制成防滑简易路面。此外还用于制备标号较低的混凝土,如预制混凝土砌块等。
(2) 法国的煤矸石年产量约850 万吨, 煤矸石的堆积总量已超过10 亿吨, 煤矸石山500 多座。主要是对煤矸石进行洗选用于发电。煤矸石利用最普遍的方法还是做建筑材料, 在这方面, 法国做得比较出色, 近几年法国将自燃煤矸石进行破碎划分等级,用于空地和公共场所表面装饰,铺路或停车场,年用量达已达40 万吨～50 万吨。从20 世纪70 年代起, 20年中他们共利用煤矸石1 亿多吨, 主要用来制砖, 生产水泥和铺路。法国道路公路技术研究部和道路桥梁实验中心, 在研究中发现, 煤矸石是很好的建筑充填材料, 很容易分层铺成30 cm～40 cm 的路基, 易于压实, 干密度可达1.81 g/cm3, 使路基具有良好的不透水性。近些年来, 以煤矸石作建筑材料, 从城市道路发展至乡村道路, 从轻型汽车道路发展到重载荷公路、铁路路基, 人行道甚至到公园小路和运动场地等。
(3) 美国至少有292 座自然煤矸石山, 煤矸石量达2.7 亿吨。美国研究成功直接从燃烧着的煤矸石山中回收热能的方法。这样即能回收热能, 又能达到控制污染的目的。美国利用自燃煤矸石作为筑路材料, 在宾夕法尼亚洲,自燃煤矸石被用作路面的下面层。
(4) 前苏联顿巴期矿区每年排出约6000 万吨煤矸石,积存约8 亿吨。加工后的自燃煤矸石,作为筑路材料,铺在沥青混凝土路面下,作双层垫层的底层。该区已建成500 多公里的大小街道和人行道, 年利用量达40 万m3～50 万m3。还利用煤矸石〔含有机质20%以上〕生产有机矿物肥料, 这种煤矸石肥料可提高土壤肥力, 据报道, 在波尔姆洲经多年施用煤矸石肥料, 使所有农作物稳定增产15%～40%。英、法、美、前苏联等国家主要通过对煤的高度纯化、净化, 将煤矸石作为二次资源综合利用, 提高了煤炭企业经济效益, 更好地维护了环境, 取得了很高的的社会效益。
2.2 国内煤矸石的研究应用
到目前为止, 我国的煤矸石总量已超过41 亿吨, 而且还正在以每年1.3 亿吨左右的速度增加。近年来, 对煤矸石的治理和资源化综合利用方面都取得了令人瞩目的成就。
(1) 阜新是一座以煤炭工业为主的城市, 早在建国初期就开采煤炭, 随着煤的开采煤矸石的排放也越来越多, 到2005 年, 全市大、小矸石山达23 座左右, 堆积量已达19.88 亿吨, 占地约4.2 万亩, 侵占了大量农田, 严重污染了城市环境和地下水资源。从20 世纪60 年代末期开始, 阜新市政府和矿务局就投入了大量的人力、物力和财力进行了对煤矸石的开发和治理, 先后投入生产的产品有利用煤矸石生产预制构件、轻骨料等, 但是与资源综合利用先进城市相比差距还很远。煤矸石年利用量仅占年排放量的18%, 占堆积量的1.1%。现在阜新正以“五点一线”为支撑, 创建全国重要的新型能源基地和全国重要的煤化工基地。
(2) 据统计,山西目前已有煤矸石山100 余座,仅1996 年全省煤矸石的排放量就达1409 万t。山西省阳泉市综合利用研究所1982 年完成了“煤矸石集料混凝土空心楼板”的试验研究工作。自燃煤矸石1150 Kg/m3 左右,可配制干容重2 000 Kg/m3 的混凝土,强度等级达C30。
3 结论
我国工业的产业化发展十分迅速, 人们的观念已由过去单纯追求质量而很少考虑到环保和节能,逐渐向集质量、环保和节能于一体化的方向发展, 使用再生资源不仅可高效的节约天然资源, 充分利用废弃材料, 而且还有利于保护环境减轻废弃材料对环境的污染。
参考文献
1 纪成君, 周梅.阜新地区煤矸石、粉煤灰路用性能的可行性研究[ J] .中国资源综合利用, 2006( 3) :28- 31.
2 王国平.辽宁阜新煤矸石资源化研究[D] .博士学位论文, 2005.
3 冷发光.煤矸石综合利用的研究与应用现状[ J] .四川建筑科学研究, 2000( 2) : 44- 46.
