摘要: 煤矸石是煤炭生產(chǎn)和洗煤過(guò)程中伴生的一種固體廢棄物。廢棄的煤矸石不僅污染水質(zhì), 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(lái)越多的耕地, 構(gòu)成了對(duì)生態(tài)和環(huán)境的雙重破壞。煤矸石又是一種可以開(kāi)發(fā)和利用的再生資源, 不僅可解決煤矸石占用土地、污染環(huán)境的問(wèn)題, 而且還可以節(jié)省大量天然資源。
關(guān)鍵詞: 煤矸石; 環(huán)保; 再生資源
中圖分類號(hào): X752 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1008- 9500( 2007) 03- 0015- 02
早在20 世紀(jì)50 年代中期, 我國(guó)就對(duì)煤矸石進(jìn)行了研究利用, 現(xiàn)在煤矸石主要用于發(fā)電, 制磚( 實(shí)心矸石磚、多孔承重矸石磚、空心矸石磚等) , 生產(chǎn)空心砌塊, 代替粘土生產(chǎn)水泥, 用作水泥混合材料, 提取化工產(chǎn)品, 回填礦井采空區(qū), 制造瓷質(zhì)磚, 代替粘土或碎石作道路基材等。
1 煤矸石的化學(xué)成分指標(biāo)
根據(jù)不同地質(zhì)時(shí)代, 不同地層層位, 不同礦區(qū),不同開(kāi)采方式排放出的各類煤矸石的化學(xué)成分也是不同的。
1.1 含碳質(zhì)粘土巖類煤矸石
其化學(xué)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(diǎn)。
1.2 砂巖、粉砂巖類煤矸石
其化學(xué)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(diǎn)。
1.3 鈣質(zhì)巖石煤矸石
其化學(xué)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(diǎn)。
1.4 富鋁質(zhì)煤矸石
其化學(xué)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(diǎn)。
煤矸石的化學(xué)指標(biāo)與巖石的類型和礦物組成有關(guān), 充分了解煤矸石的化學(xué)成分和各種類煤矸石的特點(diǎn)是合理研究和利用煤矸石的關(guān)鍵。
2 煤矸石的研究與應(yīng)用
2.1 國(guó)外煤矸石的研究應(yīng)用
煤矸石的利用最早始于發(fā)達(dá)的西方國(guó)家, 直到20 世紀(jì)60 年代后期,才真正引起各國(guó)的重視。
(1) 英國(guó)現(xiàn)有已經(jīng)自燃的煤矸石約16 億噸, 煤矸石山800 多個(gè)。目前每年的利用量約在600 萬(wàn)噸～700 萬(wàn)噸之間。其中主要用作公路路基和其他土建工程, 英國(guó)的春野露天礦與阿克頓海爾井工礦主要用煤矸石復(fù)耕, 多年來(lái)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(lái),制成防滑簡(jiǎn)易路面。此外還用于制備標(biāo)號(hào)較低的混凝土,如預(yù)制混凝土砌塊等。
(2) 法國(guó)的煤矸石年產(chǎn)量約850 萬(wàn)噸, 煤矸石的堆積總量已超過(guò)10 億噸, 煤矸石山500 多座。主要是對(duì)煤矸石進(jìn)行洗選用于發(fā)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(guó)做得比較出色, 近幾年法國(guó)將自燃煤矸石進(jìn)行破碎劃分等級(jí),用于空地和公共場(chǎng)所表面裝飾,鋪路或停車場(chǎng),年用量達(dá)已達(dá)40 萬(wàn)噸～50 萬(wàn)噸。從20 世紀(jì)70 年代起, 20年中他們共利用煤矸石1 億多噸, 主要用來(lái)制磚, 生產(chǎn)水泥和鋪路。法國(guó)道路公路技術(shù)研究部和道路橋梁實(shí)驗(yàn)中心, 在研究中發(fā)現(xiàn), 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(shí), 干密度可達(dá)1.81 g/cm3, 使路基具有良好的不透水性。近些年來(lái), 以煤矸石作建筑材料, 從城市道路發(fā)展至鄉(xiāng)村道路, 從輕型汽車道路發(fā)展到重載荷公路、鐵路路基, 人行道甚至到公園小路和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地等。
(3) 美國(guó)至少有292 座自然煤矸石山, 煤矸石量達(dá)2.7 億噸。美國(guó)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(dá)到控制污染的目的。美國(guó)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(lián)頓巴期礦區(qū)每年排出約6000 萬(wàn)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(qū)已建成500 多公里的大小街道和人行道, 年利用量達(dá)40 萬(wàn)m3～50 萬(wàn)m3。還利用煤矸石〔含有機(jī)質(zhì)20%以上〕生產(chǎn)有機(jī)礦物肥料, 這種煤矸石肥料可提高土壤肥力, 據(jù)報(bào)道, 在波爾姆洲經(jīng)多年施用煤矸石肥料, 使所有農(nóng)作物穩(wěn)定增產(chǎn)15%～40%。英、法、美、前蘇聯(lián)等國(guó)家主要通過(guò)對(duì)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(yè)經(jīng)濟(jì)效益, 更好地維護(hù)了環(huán)境, 取得了很高的的社會(huì)效益。
2.2 國(guó)內(nèi)煤矸石的研究應(yīng)用
到目前為止, 我國(guó)的煤矸石總量已超過(guò)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(lái), 對(duì)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(yè)為主的城市, 早在建國(guó)初期就開(kāi)采煤炭, 隨著煤的開(kāi)采煤矸石的排放也越來(lái)越多, 到2005 年, 全市大、小矸石山達(dá)23 座左右, 堆積量已達(dá)19.88 億噸, 占地約4.2 萬(wàn)畝, 侵占了大量農(nóng)田, 嚴(yán)重污染了城市環(huán)境和地下水資源。從20 世紀(jì)60 年代末期開(kāi)始, 阜新市政府和礦務(wù)局就投入了大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行了對(duì)煤矸石的開(kāi)發(fā)和治理, 先后投入生產(chǎn)的產(chǎn)品有利用煤矸石生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件、輕骨料等, 但是與資源綜合利用先進(jìn)城市相比差距還很遠(yuǎn)。煤矸石年利用量?jī)H占年排放量的18%, 占堆積量的1.1%。現(xiàn)在阜新正以“五點(diǎn)一線”為支撐, 創(chuàng)建全國(guó)重要的新型能源基地和全國(guó)重要的煤化工基地。
(2) 據(jù)統(tǒng)計(jì),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(dá)1409 萬(wàn)t。山西省陽(yáng)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(yàn)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(qiáng)度等級(jí)達(dá)C30。
3 結(jié)論
我國(guó)工業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展十分迅速, 人們的觀念已由過(guò)去單純追求質(zhì)量而很少考慮到環(huán)保和節(jié)能,逐漸向集質(zhì)量、環(huán)保和節(jié)能于一體化的方向發(fā)展, 使用再生資源不僅可高效的節(jié)約天然資源, 充分利用廢棄材料, 而且還有利于保護(hù)環(huán)境減輕廢棄材料對(duì)環(huán)境的污染。
參考文獻(xiàn)
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