煤石在綜合利用中的應用

煤石在綜合利用中的應用

為了確保經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國的煤炭產(chǎn)量現(xiàn)在占世界的三分之一。2004年，中國的煤炭產(chǎn)量達到19.56億噸，其中煤炭干石頭占當年煤炭產(chǎn)量的10%15%。目前累計堆有煤矸石山1500多座,約40億t,占地1.3萬hm2以上,而且每年約以1億t的速度遞增,每年形成新增占地400多hm2。因為大量的煤矸石堆積,未能利用和處置,給環(huán)境帶來了巨大的污染,如:侵占耕地,自燃所產(chǎn)生的有毒有害氣體對大氣的污染,風蝕揚塵及淋溶水污染等。因此合理利用煤矸石既可以保護環(huán)境又可以利用其富含的有價能源和資源。1抗氧質(zhì)材料煤矸石的礦物成分以粘土礦物和石英為主,常見礦物為高嶺土、蒙脫石、伊利石、石英、長石、云母和綠泥石類。除石英和長石外,以上礦物均屬于層狀結構硅酸鹽,這是煤矸石礦物成分的一個特點。煤矸石常規(guī)的主要化學成分見表1。2使用煤和石2.1煤石利用的方式世界各國越來越重視煤矸石的處理和利用,并制定了一些保護性政策。美國政府通過多項政策鼓勵發(fā)展煤矸石發(fā)電和土地復墾,嚴格執(zhí)行露天開采控制和復田法(1970年頒布),要求采礦權必須配以相應的復墾任務,煤炭公司要交納環(huán)保復墾保證金,開采結束后經(jīng)驗收觀察5～10年,確認后再返還。在德國煤矸石利用的主要措施是:一部分利用風力充填井下采空區(qū),另一部分通過加工篩選作為建筑材料。在俄羅斯除作為井下采空區(qū)的充填材料及用于道路工程、生產(chǎn)建筑材料外,還對有機質(zhì)20%以上的煤矸石生產(chǎn)有機礦物肥料,可使農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)15%～40%。波蘭水泥工業(yè)采用海爾得克斯公司的選煤矸石作水泥原料。用煤矸石作水泥原料有很多優(yōu)點:矸石含可燃物質(zhì),其熱值約為1000×4.19～1500×4.19kJ/kg,可使燃料消耗降低10%左右;矸石中含氧化鐵熔劑,煅燒過程中可以降低熟料燒成溫度,并在窯襯上形成玻璃層,起到保護作用,延長窯襯壽命,使耐火材料耗量降低10%～20%,增加窯的運轉時間。總之,各國的煤矸石利用的程度因組成、環(huán)境要求及各國的政策而異,同時也制定了一些保護性政策,比較典型的是政府要求用于潔凈能源并進行立法。2.2煤石的綜合利用據(jù)統(tǒng)計目前我國煤矸石保守存量為34億t,主要分布在山西、山東、黑龍江、河北、遼寧、安徽等產(chǎn)煤區(qū)。利用率最高的是山東省,2000年,全國煤矸石綜合利用量達到6600萬t,比1995年增加1000萬t;綜合利用率由1995年的38%上升到43%,提高了5個百分點,結束了“八五”時期在38%左右長期徘徊的局面。五年累計綜合利用煤矸石3.1億t,年均增長率為4%;累計節(jié)約能源折合標準煤約3300萬t,節(jié)約土地1萬多畝,煤矸石綜合利用成為煤炭企業(yè)新的經(jīng)濟增長點。根據(jù)矸石熱值、含碳量、礦物質(zhì)含量不同,可以有不同的用途低位發(fā)熱量在6.27～12.54MJ/kg、碳含量>20%的煤矸石適合于作為鍋爐燃料;低位發(fā)熱量在2.09～6.27MJ/kg,碳含量在6%～20%的煤矸石適宜于造磚、水泥和其他建筑材料;低位發(fā)熱量小于2.09MJ/kg,灰分含量在5.0%～90%的煤矸石適宜于復墾、筑壩和鋪路材料,有機物含量較高的還適宜于生產(chǎn)有機肥料。2.2.1循環(huán)硫化床燃燒脫硫技術用于發(fā)電的煤矸石發(fā)熱量要在6.27～16.72MJ/kg,國家政策明確規(guī)定:推廣應用循環(huán)硫化床燃燒并采用脫硫及靜電除塵技術。到2001年底,全國已建成并投產(chǎn)煤矸石發(fā)電廠150多座,總裝機容量250萬kW。問題集中表現(xiàn)在:國家鼓勵發(fā)展政策不到位;監(jiān)管力度滯后;技術水平偏低;環(huán)保措施跟不上;并網(wǎng)發(fā)電難度大等諸多問題。2.2.2煤石等為原料生產(chǎn)水泥原料的工藝和生產(chǎn)技術煤矸石制磚。我國利用煤矸石燒結磚,一般采用全內(nèi)燃焙燒技術,即用煤矸石自身的發(fā)熱量提供的熱能來完成干燥和焙燒的工藝過程,基本不需外加燃料。但產(chǎn)品的成本普遍偏高,另外磚的放射性也是值得考慮的問題。煤矸石生產(chǎn)輕骨料。適宜燒制輕骨料的煤矸石主要是碳質(zhì)頁巖和選礦廠排出的洗矸,煤矸石的含碳量不要過大,以低于13%為宜。有兩種燒制方法:成球法與非成球法。煤矸石生產(chǎn)空心砌塊。煤矸石空心砌塊是以自燃或人工煅燒煤矸石為骨料,以磨細生石灰和石膏作膠結劑,經(jīng)轉動成型、蒸汽養(yǎng)護制成的墻體材料,產(chǎn)品標號可達200#。煤矸石代替粘土生產(chǎn)水泥。煤矸石和粘土的化學成分相近并能釋放一定的熱量,用其代替部分或全部粘土生產(chǎn)普通水泥能提高熟料質(zhì)量。用煤矸石作水泥原料的生產(chǎn)工藝過程與生產(chǎn)普通水泥基本相同。但應注意煤中的硫所帶來的污染。煤矸石作水泥混合材料。煤矸石經(jīng)自燃或人工煅燒后具有一定的活性,可摻入水泥中作活性混合材料,與熟料和石膏按比例配合后進入水泥磨磨細。煤矸石的摻入量取決于水泥品種和標號,在水泥熟料中摻入15%煤矸石,可制得325～425#普通硅酸鹽水泥;摻量超過20%時,按國家規(guī)定為火山灰硅酸鹽水泥。2.2.3o3/35%的高鋁煤石煤矸石中可利用的礦物元素主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeS2和Mn、P、K等。Al2O3>35%的高鋁煤矸石可用來制煉鋼高效脫氧劑硅鋁鐵合金、水玻璃、氫氧化鋁、堿式氯化鋁凈水劑、制造硫酸鋁和銨明礬的燒結料等。另外含F(xiàn)eS2較高的煤矸石氧化產(chǎn)生的SOX是污染環(huán)境的罪魁禍首,而硫又是重要的化工原料,從煤矸石中回收硫鐵礦(如抽提硫酸)具有較高的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。2.2.4分層覆蓋,改造熟化表土對于不好處理或處理價值較低的,可以考慮充填塌陷區(qū)或埋填造地。方法是:在造地的片區(qū)上先將熟化表土轉移,然后墊鋪巖石及自燃矸石至一定厚度,碾壓整平再將熟化土覆蓋,如此分片區(qū)逐年擴展,可造就大面積平地和臺階地,同時結合土壤改良,再造優(yōu)質(zhì)農(nóng)田。2.2.5煤石充填充填礦井工程采用煤矸石不出井的采煤生產(chǎn)工藝,充填采空區(qū),減少矸石排放量和地表下沉量,采用煤矸石充填廢棄礦井。在道路、堤壩等工程建設中,采用以煤矸石代替粘土作基材,增加穩(wěn)固性。3目前，全球煤炭開采中存在的主要問題3.1煤石綜合利用技術尚未得到應用主要表現(xiàn)在技術裝備落后,企業(yè)規(guī)模小,發(fā)展后勁不足,競爭能力弱等方面。目前煤矸石綜合利用技術裝備水平達到國際20世紀90年代先進水平的比例還不足20%,一些技術含量高的煤矸石綜合利用技術還未得到廣泛應用。企業(yè)規(guī)模普遍偏小,如全國煤矸石磚廠的平均生產(chǎn)能力不足1000萬塊標準磚,且品種單一,不能適應市場需要;產(chǎn)品附加值低,競爭能力較差。3.2煤石綜合利用率高在能源相對短缺的地區(qū),煤矸石綜合利用發(fā)展較快,如華東地區(qū)、西南地區(qū),煤矸石綜合利用率一般在60%以上,高于全國平均水平18個百分點,其中,山東73%,四川62%,重慶65%。而在煤炭資源相對豐富的地區(qū)如山西、陜西和東北地區(qū)等,煤矸石綜合利用發(fā)展較慢。3.3煤石生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的瓶頸制約了企業(yè)開展煤石綜合利用的積極性目前,國家已經(jīng)出臺的優(yōu)惠政策,在某些地區(qū)還存在落實難和可操作性不強的問題,存在著項目審批難、并網(wǎng)發(fā)電難、政策落實難,嚴重挫傷了企業(yè)開展對煤矸石綜合利用的積極性。3.4專項資金扶持難各地區(qū)普遍反映,煤矸石綜合利用項目在資金上得不到保證,投入嚴重不足。目前國家沒有專項資金扶持,原有的煤矸石綜合利用專項資金已被取消,而新的融資渠道還沒有形成,企業(yè)籌措資金困難,一些煤矸石發(fā)電、煤矸石建材項目難以落實,給煤矸石的擴大再利用帶來不便。3.5不正常借貸,不能適應市場經(jīng)濟發(fā)展要求目前,煤矸石電廠和某些煤矸石建材企業(yè)大多不是獨立核算單位,這種經(jīng)營管理體制不能實行自主經(jīng)營,自我發(fā)展,不能正常還貸付息,不能適應市場經(jīng)濟要求,嚴重影響煤矸石電廠或建材企業(yè)的積極性。4加強煤石研究,加大煤石利用的管理力度(1)煤矸石綜合利用技術的研究取得了一定的成果,但目前我國煤矸石的實際利用率并不高。