摘要: 煤矸石是煤炭生產和洗煤過程中伴生的一種固體廢棄物。廢棄的煤矸石不僅污染水質, 自燃后生成有害氣體, 污染空氣。大量堆積的煤矸石侵占了越來越多的耕地, 構成了對生態和環境的雙重破壞。煤矸石又是一種可以開發和利用的再生資源, 不僅可解決煤矸石占用土地、污染環境的問題, 而且還可以節省大量天然資源。
關鍵詞: 煤矸石; 環保; 再生資源
中圖分類號: X752 文獻標識碼: A 文章編號: 1008- 9500( 2007) 03- 0015- 02
早在20 世紀50 年代中期, 我國就對煤矸石進行了研究利用, 現在煤矸石主要用于發電, 制磚( 實心矸石磚、多孔承重矸石磚、空心矸石磚等) , 生產空心砌塊, 代替粘土生產水泥, 用作水泥混合材料, 提取化工產品, 回填礦井采空區, 制造瓷質磚, 代替粘土或碎石作道路基材等。
1 煤矸石的化學成分指標
根據不同地質時代, 不同地層層位, 不同礦區,不同開采方式排放出的各類煤矸石的化學成分也是不同的。
1.1 含碳質粘土巖類煤矸石
其化學成分是: 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%) ,巖石具有中硅、高鋁特點。
1.2 砂巖、粉砂巖類煤矸石
其化學成分是: 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%) , 巖石具有高硅特點。
1.3 鈣質巖石煤矸石
其化學成分是: SiO2(30%～40%) , Al2O3(3%～10%) ,Fe2O3( 10%～15%) , CaO( 10%～45%) , MgO( 1%～4%) ,巖石以中低硅、高鈣為其特點。
1.4 富鋁質煤矸石
其化學成分是: 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%) , 巖石具有高鋁、中高硅、低鐵、低鉀、低鈉、低鈣鎂特點。
煤矸石的化學指標與巖石的類型和礦物組成有關, 充分了解煤矸石的化學成分和各種類煤矸石的特點是合理研究和利用煤矸石的關鍵。
2 煤矸石的研究與應用
2.1 國外煤矸石的研究應用
煤矸石的利用最早始于發達的西方國家, 直到20 世紀60 年代后期,才真正引起各國的重視。
(1) 英國現有已經自燃的煤矸石約16 億噸, 煤矸石山800 多個。目前每年的利用量約在600 萬噸～700 萬噸之間。其中主要用作公路路基和其他土建工程, 英國的春野露天礦與阿克頓海爾井工礦主要用煤矸石復耕, 多年來已得到廣泛的利用。還用4:1 的比例把自燃煤矸石與鋁土礦混合起來,制成防滑簡易路面。此外還用于制備標號較低的混凝土,如預制混凝土砌塊等。
(2) 法國的煤矸石年產量約850 萬噸, 煤矸石的堆積總量已超過10 億噸, 煤矸石山500 多座。主要是對煤矸石進行洗選用于發電。煤矸石利用最普遍的方法還是做建筑材料, 在這方面, 法國做得比較出色, 近幾年法國將自燃煤矸石進行破碎劃分等級,用于空地和公共場所表面裝飾,鋪路或停車場,年用量達已達40 萬噸～50 萬噸。從20 世紀70 年代起, 20年中他們共利用煤矸石1 億多噸, 主要用來制磚, 生產水泥和鋪路。法國道路公路技術研究部和道路橋梁實驗中心, 在研究中發現, 煤矸石是很好的建筑充填材料, 很容易分層鋪成30 cm～40 cm 的路基, 易于壓實, 干密度可達1.81 g/cm3, 使路基具有良好的不透水性。近些年來, 以煤矸石作建筑材料, 從城市道路發展至鄉村道路, 從輕型汽車道路發展到重載荷公路、鐵路路基, 人行道甚至到公園小路和運動場地等。
(3) 美國至少有292 座自然煤矸石山, 煤矸石量達2.7 億噸。美國研究成功直接從燃燒著的煤矸石山中回收熱能的方法。這樣即能回收熱能, 又能達到控制污染的目的。美國利用自燃煤矸石作為筑路材料, 在賓夕法尼亞洲,自燃煤矸石被用作路面的下面層。
(4) 前蘇聯頓巴期礦區每年排出約6000 萬噸煤矸石,積存約8 億噸。加工后的自燃煤矸石,作為筑路材料,鋪在瀝青混凝土路面下,作雙層墊層的底層。該區已建成500 多公里的大小街道和人行道, 年利用量達40 萬m3～50 萬m3。還利用煤矸石〔含有機質20%以上〕生產有機礦物肥料, 這種煤矸石肥料可提高土壤肥力, 據報道, 在波爾姆洲經多年施用煤矸石肥料, 使所有農作物穩定增產15%～40%。英、法、美、前蘇聯等國家主要通過對煤的高度純化、凈化, 將煤矸石作為二次資源綜合利用, 提高了煤炭企業經濟效益, 更好地維護了環境, 取得了很高的的社會效益。
2.2 國內煤矸石的研究應用
到目前為止, 我國的煤矸石總量已超過41 億噸, 而且還正在以每年1.3 億噸左右的速度增加。近年來, 對煤矸石的治理和資源化綜合利用方面都取得了令人矚目的成就。
(1) 阜新是一座以煤炭工業為主的城市, 早在建國初期就開采煤炭, 隨著煤的開采煤矸石的排放也越來越多, 到2005 年, 全市大、小矸石山達23 座左右, 堆積量已達19.88 億噸, 占地約4.2 萬畝, 侵占了大量農田, 嚴重污染了城市環境和地下水資源。從20 世紀60 年代末期開始, 阜新市政府和礦務局就投入了大量的人力、物力和財力進行了對煤矸石的開發和治理, 先后投入生產的產品有利用煤矸石生產預制構件、輕骨料等, 但是與資源綜合利用先進城市相比差距還很遠。煤矸石年利用量僅占年排放量的18%, 占堆積量的1.1%?，F在阜新正以“五點一線”為支撐, 創建全國重要的新型能源基地和全國重要的煤化工基地。
(2) 據統計,山西目前已有煤矸石山100 余座,僅1996 年全省煤矸石的排放量就達1409 萬t。山西省陽泉市綜合利用研究所1982 年完成了“煤矸石集料混凝土空心樓板”的試驗研究工作。自燃煤矸石1150 Kg/m3 左右,可配制干容重2 000 Kg/m3 的混凝土,強度等級達C30。
3 結論
我國工業的產業化發展十分迅速, 人們的觀念已由過去單純追求質量而很少考慮到環保和節能,逐漸向集質量、環保和節能于一體化的方向發展, 使用再生資源不僅可高效的節約天然資源, 充分利用廢棄材料, 而且還有利于保護環境減輕廢棄材料對環境的污染。
參考文獻
1 紀成君, 周梅.阜新地區煤矸石、粉煤灰路用性能的可行性研究[ J] .中國資源綜合利用, 2006( 3) :28- 31.
2 王國平.遼寧阜新煤矸石資源化研究[D] .博士學位論文, 2005.
3 冷發光.煤矸石綜合利用的研究與應用現狀[ J] .四川建筑科學研究, 2000( 2) : 44- 46.
